Устройство для регулирования межпакерного давления Советский патент 1990 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к оборудованию для герметизации скважин при их испытании.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей устройства и повышение надежности его работы путем уменьшения сминающих усилий, действующих на корпус в скважине.

На фиг. t изображено устройство, разрез: на фиг. 2 - схема установки устройства между пакерами испытательного оборудования.

Устройство содержит переводники 1 и 2. составляющие корпус (фиг. 1). Переводник 1 в верхней части имеет конусную резьбу для присоединения к испытательному оборудованию, осевой канал 3, переходящий в полость 4 с внутренним диаметром Оз и оканчивающийся резьбой для крепления с переводником 2. Над резьбой выполнена расточка 5, в которой размещены ные отверстия 6. 8 переводнике 1 выполнена радиальная полость 7, связанная с осевым каналом 3. В полости 7 размещены клапан 8, пружина 9, закрепленные крышкой 10 с радиальными отверстиями 11.

Переводник 2 имеет конусную резьбу для присоединения к испытательному оборудованию, осевой канал 12, заканчивающийся резьбой для крепления патрубка 13. Осевой канал 12 переходит в увеличенную полость 14. в верхней части которой выполнен внутрений уплотнительный выступ 15 с уплотнением, диаметр которого D4{D4 Оз). Патрубок 13 с наружным диаметром Di имеет на наружной поверхности радиальный уплотнительный выступ 16 с уплотнением 17. диаметр которого D2(D2 Di). В нижней части патрубка 13 выполнены радиальные отверстия 18. В верхней части межу патрубком 13 и переводником 1 имеется ространство 19, в котором размещен кольцевой дифференциальный поршень 20. име- ющий внутреннее уплотнение 21 с иаметром Di и наружное уплотнение 22 с диаметром Оз. Нижняя часть 23 поршня 20 выполнена с внутренним диаметром D2 и наружным диаметром D4.

В нижней части 23 поршня 20 выполне- ны радиальные отверстия 24. Кольцевой дифференциальный поршень 20 своим уплотнением 21 и наружная поверхность патрубка 13 с радиальным уплотнительным выступом 16 образуют изолированную ка- меру 25, в которой сохраняется атмосферное давление или некоторое разряжение.

Нижняя часть патрубка 13 ниже радиального уплотнительного выступа 16 и внутренняя поверхность переводника 2 образуют камеру Б. Поршень 20 и внутрен- ная поверхность верхнего переводника 1 образуют полость Д.

Устройство устанавливается между па- керами 26 и 27 (фиг. 2) под испытателем пластов 28, в котором имеется впускной клапан 29. Осевой канал 12 устройства соединен со сквозным осевым каналом пакеров 26 и 27 и каналом испытателя 28.

Устройство работает следующим образом.

При спуске в скважину промывочная жидкость через хвостовик, пакеры 26 и 27 (фиг. 2) поступает в осевой канал 12 устройства, патрубок 13, во внутреннюю полость 4

(фиг. 1) устройства и далее до впускного клапана 29 испытателя; 28 пластов (фиг. 2). Внутренняя полость бурильных труб над впускным клапаном 29 герметично разобщена с затрубным пространством и в ней

действует трубное давление Ртр. а ниже впускного клапана 29 - затрубное давление

скважины Рэ, которое по величине всегда больше трубного давления.

Поскольку в процессе спуска в скважину в полостях Б и Д устройства постоянно действует затрубное давление Рз и устройство содержит изолированную камеру 25, то дифференциальный поршень 20 удерживается в крайнем нижнем положении усилием, возникающим от гидравлической неуравновешенности, равным

G 0,785 (Di - - Рат). где Рат - атмосферное давление в камере 25.

Клапан 8 в процессе спуска находится в гидравлически уравновешенном состоянии и удерживается в закрытом положении усилием пружины 9.

После упора хвостовика испытателя в забой скважины на испытательный инструмент за счет веса колонны бурильных труб создается заданная сжимающая нагрузка, под действием которой пакерующие элементы верхнего 26 и нижнего 27 пакеров, деформируясь, увеличиваются по диаметру до диаметра скважины и герметично изолируют зону скважины, расположенную между двумя пакерами 26 и 27, и зоны, расположенные под нижним и над верхним пакерами.

В начальный момент пакеровки гидростатическое давление под нижним пакером 27, между пакерами 26 и 27 и выше верхнего пакера 26 одинаково и равно Рз, т.е. перепад давления между этими зонами отсутствует.

После открытия впускного клапана 29 испытателя 28 пластов и сообщения полости 4 устройства и зоны, -расположенной под нижним пакером, с трубным пространством, давление над кольцевым дифференциальным поршнем 20 и в камере Б уменьшается до величины Ртр.

Величина Ртр всегда меньше Рз, благодаря чему происходит изменение усилий, действующих на кольцевой дифференциальный поршень 20, и он начинает перемещаться вверх под действием усилия, первоначально равного

G2 0.785 (D§ - Di) (Рз - Ртр) - ;

-()-(Ртр-Рат). При этом увеличивается обьем полости Д. В нее через отверстие 6 поступает промывочная жидкость из межпакерного пространства. За счет перетока жидкости давление в межпакерном пространстве уменьшается до некоторой расчетной величины (зависящей от соотношения выбранных диаметров DI, D2, Оз и D4 кольцевого дифференциального поршня 20) и наступает положение равенства усилий, действующих на поршень в противоположных направлениях. Давления, удерживаемые верхним и нижним пакерами 26 и 27, выравниваются, установившись в заданном 5 соотношении, что предотвращает их разрушение.

В том случае, если при перемещении кольцевого поршня 20 вверх освободивше0 гося объема полости Д окажется недостаточно для снижения давления в межпакерной зоне до заданной величины, то дифференциальный кольцевой поршень 20 продолжает перемещаться вверх до

5 подьема отверстия 24 в его нижней части 23 выше уплотнения 15 нижнего переводника 2, сообщая полость Д с полостью Б и полостью между пакерами 26 и 27. При этом давление из данной полости автоматически

0 сбрасывается через радиальные отверстия 24 нижней части 23 поршня 20 в камеру Б и далее через радиальные отверстия 18 патрубка 13 в трубное пространство.

Процесс сбрасывания давления про5 должается до тех пор, пока не наступает условие равенства усилий, действующих на поршень 20 с двух противоположных сторон. После этого поршень 20 перемещается так, что отверстие 24 оказывается ниже уп0 лотнения 15.

В данном устройстве для регулирования межпакерного давления на его корпус в скважине действует сминающее давление. равное лишь перепаду между затрубным и

5 трубным давлением в зоне установки устройства, что в несколько раз ниже полного гидростатического давления в этой зоне, действующего на корпус известного устройства. Кроме того, наличие полнопроходного

0 осевого канала обеспечивает возможность дистанционной регистрации параметров исследуемых пластов, что существенно расширяет технологические возможности устройства.

5 По окончании испытания колонну бурильных труб приподнимают, впускной клапан 29 испытателя 28 пластов закрывается, а его уравнительный клапан открывается. Давление в подпакерной зоне скважины

0 становится равным давлению в затрубном пространстве Рз. Давление в полостях 4 и Б : устройства также возрастает до величины РЗ. При этом обратный клапан 8 открывается, промывочная жидкость поступает через

5 этот клапан 8 в межпакерную зону скважи- .ны и давление здесь становится равным Рз.. Выравнивание давления в межпакерном, также как и в подг акерном пространствах скважины, являются одним из условий беспрепятственного снятия пакеров с мести их установки.

На поршень 20 действует усилие гидрав- ллческой неуравновешенности (благодаря наличию изолированной камеры 25), в результанте чего поршень возвращается в исходное К1эайнее нижнее положение, и устройство го- тово к повторной работе пакеров. Формула изобретения Устройство для регулирования межпа- К1ФНОГО давления, включающее корпус с 01:евым и радиальным каналами, установ- ленный в корпусе патрубок с радиальными отверстиями, кольцевой дифференциальный поршень и обратный клапан, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей устройства и повышения надежности его работы путем уменьшения сминающих усилий, действующих на корпус в скважине, патрубок и кольцевой дифференциальный поршень образуют изолированную камеру, а дифференциальный поршень выполнен с радиальными каналами с возможностью сообщения полости патрубка с пространством за корпусом в крайнем верхнем положении поршня.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для герметизации скважин при их испытании. Цель - расширение технологических возможностей устройства и повышение надежности его работы путем уменьшения снимающих усилий, действующих на корпус в скважине. Устройство содержит корпус, состоящий из верхнего 1 и нижнего 2 переводников. Внутри корпуса в переводнике 2, выполненном с внутренним кольцевым выступом 15, жестко установлен патрубок 13 с наружным выступом 16 и радиальными каналами 18 под ним. В полости между переводниками 1 и 2 и патрубком 13 размещен кольцевой дифференциальный поршень 20 с радиальными каналами 24 в его нижней части. Верхняя часть поршня 20 с выступом 16 патрубка 13 образуют камеру 25 атмосферного давления, а с переводником 1 - камеру Д, в которой имеются радиальные каналы для сообщения с пространством за корпусом. При открытии испытателя пластов, расположенного в скважине выше устройства, на ступени поршня 20 действуют атмосферное, внутритрубное и затрубное давления, вызывая перемещение поршня 20 вверх до положения, при котором наступает равенство усилий, действующих на поршень в противоположных направлениях. При этом увеличение объема камеры Д приводит к регулированию межпакерного давления. В крайнем верхнем положении поршня 20 через каналы 6, 24 и 18 происходит сброс давления внутрь труб. Устройство обеспечивает пропуск аппаратуры через полнопроходной осевой канал. 2 ил.