УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ДНА В НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ Российский патент 2023 года по МПК E21B33/134 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для создания искусственного дна в нефтяных и газовых скважинах.

Известно устройство для создания вспомогательного искусственного дна в стволе скважины (RU 2681783 С1, опубл. 12.03.2019, бюл. №8). Устройство содержит корпус, имеющий передний конец и задний конец, верхний и нижний складные расширяемые каркасы. На этих каркасах закреплен непроницаемый материал. Каркасы выполнены с возможностью складывания в транспортном состоянии и расширения с возможностью перекрытия площади поперечного сечения ствола скважины с образованием вспомогательного дна в стволе скважины для возможности последующего образования цементной пробки. При этом устройство дополнительно содержит подвижный осевой элемент. На нем закреплены основания ребер нижнего каркаса. Основания ребер верхнего каркаса закреплены на неподвижной части корпуса. Оба каркаса соединены между собой соединительными звеньями, шарнирно прикрепленными к ребрам верхнего и нижнего каркаса с возможностью раскрытия последнего с задержкой по отношению к первому. Каркасы выполнены с возможностью расширения под действием пружинного толкателя, расположенного на оси корпуса и воздействующего на каркасы посредством передаточного механизма. Раскрытие каркасов и их складываемых матерчатых элементов (по сути "зонтов") происходит при выходе устройства из транспортировочной трубы за счет освобождения концов ребер каркаса, которые более не удерживаются стенками трубы, и под воздействием пружинного толкателя занимают рабочее положение в стволе скважины. Однако заявленная задержка раскрытия переднего каркаса по отношению к заднему каркасу ничтожна и не влияет на повышение эффективности работы устройства. В самом деле, при выходе переднего каркаса за пределы обреза транспортировочной трубы последний не может быть раскрыт, поскольку пока еще удерживается системой соединительных тяг передаточного механизма, но при дальнейшем продвижении устройства, как только из трубы выходят и вторые шарниры тяг, ничем не удерживаемая сжатая пружина "выстреливает" вперед подвижный осевой элемент, и первый каркас раскрывается, практически даже опережая раскрытие второго каркаса. При этом концы ребер первого каркаса ("зонта") направлены по ходу движения, и в случае перекоса устройства после выхода из транспортировочной трубы в ствол скважины первый каркас может упереться ребрами (по сути - "спицами зонта") в стенку необсаженного ствола скважины. Хотя этот перекос может быть частично компенсирован системой тяг, первый каркас может встать "враспор" и усугубить перекос устройства, на которое еще действуют силы инерции и остаточного напора транспортировочной жидкости, в результате чего поперечное сечение ствола скважины не будет полностью перекрыто.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения (прототипом) является расширительное устройство для формирования цементной пробки (US 10167699 В2, опубл. 01.01.2019). Известное из наиболее близкого аналога устройство содержит корпус в виде стержня с соосно расположенными на нем неподвижной и подвижной цилиндрическими оправками, на которых закреплены своими концами гибкие ребра, транспортировочную пробку (заднюю и/или переднюю) в виде ряда эластичных конусообразных манжет. Гибкие ребра выполнены преимущественно из пружинных сортов стали, и в транспортном положении устройства они имеют минимальную кривизну, что позволяет помещать все устройство во вспомогательный трубчатый кожух для установки в устье скважины. На гибких ребрах закреплены сложенные купольные элементы (мембраны) из прочной влагонепроницаемой ткани. В хвостовой части устройства расположен механизм активации расширения, включающий подпружиненные спусковые элементы в виде складывающихся двуплечих рычагов, и крепежный элемент в виде втулки, которая частично охватывает заневоленные гибкие ребра в местах крепления их концов к подвижной цилиндрической оправке и препятствует расправлению гибких ребер с закрепленными на них купольными элементами (или мембранами). Описанное устройство по транспортировочной трубе при помощи нагнетаемой жидкости доставляется к месту установки цементной пробки, где при выходе из транспортировочной трубы срабатывает механизм активации, освобождая предварительно заневоленные гибкие ребра, которые под действием собственных пружинных свойств приобретают максимальную кривизну, прижимаясь к стенкам ствола скважины и раскрывая при этом купольные элементы (мембраны). Последние перекрывают просвет ствола скважины, создавая временное дно скважины. К недостаткам известного из наиболее близкого аналога технического решения следует отнести неудовлетворительную работу механизма активации, которая предусматривает силовое "одергивание" крепежного элемента в виде втулки со сложенных в транспортном положении гибких ребер без применения сервомеханических или спусковых устройств, снижающих усилия при активации устройства, что снижает надежность всей конструкции.

Задача заявляемого изобретения состоит в разработке устройства для создания искусственного дна в нефтегазовых скважинах, а также в повышении эксплуатационной надежности работы устройства.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы устройства за счет снижения усилий в механизме активации при раскрытии каркаса из гибких ребер и складных куполообразных мембран.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для создания искусственного дна в нефтегазовых скважинах включает корпус в виде стержня с подвижной и неподвижной цилиндрическими оправками, между которыми расположены гибкие ребра, образующие пространственный каплевидный складной каркас, заднюю и переднюю транспортаровочные пробки в виде ряда эластичных манжет, складные мембранные элементы, расположенные внутри образованного гибкими ребрами складного каркаса, и механизм активации, состоящий из радиально расположенных подпружиненных двуплечих рычагов, которые имеют возможность качания в продольных плоскостях, механизм активации включает расположенный в продольном сверлении корпуса с возможностью осевого перемещения подпружиненный пружиной растяжения толкатель цилиндрической формы, задний торец которого находится в контакте с концами двуплечих рычагов, а передний конец выполнен в виде конической поверхности с переходом в цилиндрическую носовую часть с уменьшением диаметра, а также расположенные в сквозных радиальных сверлениях корпуса устройства сухари в виде тел качения, контактирующие с поверхностью толкателя. Кроме того, подвижная цилиндрическая оправка имеет внутреннюю кольцевую проточку. Вместе с тем, диаметральный размер сухарей больше толщины стенки корпуса устройства. И наконец, между механизмом активации и подвижной оправкой установлена враспор и соосно с корпусом пружина сжатия.

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

Фиг. 1 - схема устройства в активированном (рабочем) состоянии после выхода из транспортировочной трубы,

Фиг. 2 - вид "А" на фиг. 1 в масштабе увеличения,

Фиг. 3 - повернутый разрез "Б-Б" на фиг. 2 (механизм активации в рабочем положении устройства),

Фиг. 4 - повернутый разрез "Б-Б" на фиг. 2 (механизм активации в транспортном положении устройства),

Фиг. 5 - вид "В" на фиг. 3 в масштабе увеличения,

Фиг. 6 - вид "Г" на фиг. 4 в масштабе увеличения,

где 1 - корпус;

2 - неподвижная оправка;

3 - подвижная оправка;

4 - гибкие ребра;

5 - куполообразные мембраны;

6 - задняя транспортировочная пробка;

7 - передняя транспортировочная пробка;

8 - транспортировочная труба;

9 - механизм активации;

10 - пружина сжатия,

11 - двуплечие рычаги;

12 - корпус механизма;

13 - хвостовая часть корпуса;

14 - толкатель;

15 - ось;

16 - пружина растяжения;

17 - сухарь.

Устройство для создания искусственного дна в нефтегазовых скважинах содержит корпус 1 в виде стержня, на котором расположены неподвижная 2 и подвижная 3 оправки. В них закреплены концы гибких ребер 4, которые в свободном состоянии образуют пространственный каркас каплевидной формы (фиг. 1). Гибкие ребра 4 имеют в сечении округлую форму и утолщения на концах для снятия напряжений при изгибе, к тому же выполнены из композитных материалов с армированием, например, стальной проволокой. Внутри каркаса расположены складные куполообразные мембраны 5 количеством не менее двух, каждая из которых периферийной частью прикреплена к гибким ребрам 4, а вершиной купола - к корпусу 1, при этом конструктивно вершины куполов могут быть направлены как навстречу друг другу, так и в одну сторону - по ходу движения устройства. Количество мембран зависит от надежности процесса заполнения цементной смесью, вероятность пропускания цементного раствора двумя манжетами меньше, чем одной, при этом каждая последующая мембрана страхует предыдущую. Для доставки устройства в заданный интервал скважины служит задняя транспортировочная пробка 6, представляющая собой ряд последовательно соединенных конусообразных эластичных манжет. Передняя пробка 7 по конструкции аналогична задней транспортировочной пробке 6 и имеет дублирующее назначение, являясь одновременно центратором устройства при транспортировке в трубе 8. Механизм активации 9 предназначен для перевода устройства из транспортного положения в рабочее. Между механизмом активации 9 и подвижной оправкой 3 расположена враспор пружина сжатия 10, надетая на корпус 1. Механизм активации 9 включает радиально расположенные двуплечие рычаги 11, установленные в проушинах корпуса механизма 12 (фиг. 2), а также хвостовую часть корпуса 13. Находящийся в продольном сверлении корпуса 1 толкатель 14 (фиг. 3) выполнен в виде стержня, имеющего увеличенную шейку, к торцу которой постоянно прижаты двуплечие рычаги 11. Рычаги 11 установлены на осях 15 с возможностью качания каждый в своей продольной плоскости. В хвостовике толкателя 14 имеется радиальное отверстие для соединения с зацепом пружины растяжения 16, которая вторым зацепом закреплена в хвостовой части корпуса 13. Носовая часть толкателя 14 выполнена в виде конического перехода к цилиндрическому участку с уменьшением диаметра. В корпусе 1 имеются радиальные отверстия с вложенными сухарями 17, например, в виде тел качения, например, шариков или цилиндров, или другой аналогичной формы, которые в рабочем положении устройства не выступают за пределы стенки корпуса 1 (фиг. 3), а в транспортном положении устройства - выступают (фиг. 6), при этом проточка "Д" в подвижной оправке 3 служит для фиксации последней в осевом направлении в транспортном положении устройства. Проточка "Д" может быть выполнена кольцевой. Диаметральный габаритный размер сухарей 17 больше толщины корпуса устройства.

Устройство для создания искусственного дна в нефтегазовых скважинах работает следующим образом. В транспортном положении (на рисунках не показано) устройство помещается в транспортировочную трубу 8, например, в НКТ, при этом каркас из гибких ребер 4 и куполообразные мембраны 5 сложены, а механизм активации 9 находится во "взведенном" состоянии (фиг. 4 и 6). Для "взвода" механизма подвижная оправка 3 отводится назад, сжимая пружину 10 до тех пор, пока проточка "Д" не окажется напротив радиально расположенных сухарей 17, которые пока еще утоплены в отверстия стенки корпуса 1, при этом каркас из гибких ребер 4 и куполообразные мембраны 5 складываются. Одновременно двуплечие рычаги 11 сводятся от периферии к центру, при этом толкатель 14 смещается вперед, преодолевая сопротивления пружины 16 и выталкивая своей конической частью сухари 17 наружу, в проточку "Д" подвижной оправки 3 (фиг. 6). Таким образом, механизм активации оказывается "взведенным", а все устройство - готовым для транспортировки. Далее, при помощи нагнетаемой жидкости и транспортировочных пробок 6 и 8 устройство продвигается по транспортировочной трубе 8 к интервалу установки искусственного дна скважины. В момент выхода устройства из транспортировочной трубы 8 в необсаженный ствол скважины (фиг. 1) срабатывает механизм активации 9: не удерживаемые более стенками трубы 8 подпружиненные двуплечие рычаги 11 поворачиваются вокруг осей 15, не препятствуя смещению назад расположенного в канале корпуса 1 толкателя 14, на который воздействует пружина растяжения 16, закрепленная в хвостовой части корпуса 13 (фиг. 3). При этом сухари 17 утапливаются в отверстиях корпуса 1, касаясь носовой части толкателя (фиг. 5) и освобождая без дополнительных усилий подвижную оправку 3, которая под действием пружины сжатия 10 скользит по корпусу 1, сближаясь с неподвижной оправкой 2 и заставляя гибкие ребра 4 изменять свою кривизну. В результате пространственный каркас из гибких ребер 4 расправляется (фиг. 1), одновременно раскрывая сложенные внутри каркаса куполообразные мембраны 5, которые перекрывают поперечное сечение ствола скважины и тем самым создают искусственный забой скважины.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить устройство для установки искусственного дна в нефтегазовых скважинах, которое увеличивает надежность и эффективность работы. Устройство при этом имеет достаточно простую конструкцию, а технология работ с ним легко осуществима. Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к устройствам для создания искусственного дна в нефтяных и газовых скважинах. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы устройства за счет снижения усилий в механизме активации при раскрытии каркаса из гибких ребер и складных куполообразных мембран. Устройство для создания искусственного дна в нефтегазовых скважинах включает корпус в виде стержня с подвижной и неподвижной цилиндрическими оправками, между которыми расположены гибкие ребра, образующие пространственный каплевидный складной каркас, заднюю и переднюю транспортировочные пробки в виде ряда эластичных манжет, складные мембранные элементы, расположенные внутри образованного гибкими ребрами складного каркаса, и механизм активации, состоящий из радиально расположенных подпружиненных двуплечих рычагов, которые имеют возможность качания в продольных плоскостях. Механизм активации включает расположенный в продольном сверлении корпуса с возможностью осевого перемещения подпружиненный пружиной растяжения толкатель цилиндрической формы, задний торец которого находится в контакте с концами двуплечих рычагов, а передний конец выполнен в виде конической поверхности с переходом в цилиндрическую носовую часть с уменьшением диаметра, а также расположенные в сквозных радиальных сверлениях корпуса устройства сухари в виде тел качения, контактирующие с поверхностью толкателя. Подвижная цилиндрическая оправка имеет внутреннюю кольцевую проточку с возможностью фиксации в ней сухарей в осевом направлении в транспортном положении устройства, а также с возможностью освобождения из нее сухарей в рабочем положении устройства. Диаметральный размер сухарей больше толщины корпуса устройства. Между механизмом активации и подвижной оправкой установлена враспор и соосно с корпусом устройства пружина сжатия. 6 ил.

Устройство для создания искусственного дна в нефтегазовых скважинах, включающее корпус в виде стержня с подвижной и неподвижной цилиндрическими оправками, между которыми расположены гибкие ребра, образующие пространственный каплевидный складной каркас, заднюю и переднюю транспортировочные пробки в виде ряда эластичных манжет, складные мембранные элементы, расположенные внутри образованного гибкими ребрами складного каркаса, и механизм активации, состоящий из радиально расположенных подпружиненных двуплечих рычагов, которые имеют возможность качания в продольных плоскостях, отличающееся тем, что механизм активации включает расположенный в продольном сверлении корпуса с возможностью осевого перемещения подпружиненный пружиной растяжения толкатель цилиндрической формы, задний торец которого находится в контакте с концами двуплечих рычагов, а передний конец выполнен в виде конической поверхности с переходом в цилиндрическую носовую часть с уменьшением диаметра, а также расположенные в сквозных радиальных сверлениях корпуса устройства сухари в виде тел качения, контактирующие с поверхностью толкателя, при этом подвижная цилиндрическая оправка имеет внутреннюю кольцевую проточку с возможностью фиксации в ней сухарей в осевом направлении в транспортном положении устройства, а также с возможностью освобождения из нее сухарей в рабочем положении устройства, диаметральный размер сухарей больше толщины корпуса устройства, между механизмом активации и подвижной оправкой установлена враспор и соосно с корпусом устройства пружина сжатия.