Устройство для герметизации кольцевого зазора в скважине Советский патент 1993 года по МПК E21B33/12 

Предполагаемое изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к испытанию продуктивных горизонтов с помощью испытателей пластов, спускаемых в скважину на трубах.

Известно устройство для герметизации кольцевого зазора скважины, включающее хвостовую опору, нижний и верхний пакеры со стволами с буртами и переводниками с ограничительными втулками, распорную втулку с подгонными кольцами, размещенную между ограничительным выступом переводника нижнего пакера и буртом его штока.

Недостатком известного устройства является ненадежная герметизация кольцевого зазора из-за наличия хвостовой опоры для сжатия уплотнительных элементов па- керов, что требует прочного забоя скважины, приводит при определенных условиях к продольному изгибу труб хвостовой опоры, их прихвату при обрушении стенок скважины.

Известно также устройство, включающее верхний и нижний уплотнительные элементы с опорами и стволами, выполненными с радиальными каналами, корпус с окнами, состоящий из связанных колонной труб опор верхнего и нижнего уплотнительных элементов.

Однако и это устройство не обеспечивает надежной герметизации кольцевого зазора скважины, так как для сжатия уплотнительных элементов требуется создание опоры на стенки скважины, которые не всегда обладают достаточной прочностью.

Кроме того для работы с устройством требуется прокачка промывочной жидкости,

XI

00 О

О

ел о

посадка колонны труб, что усложняет технологию работ по герметизации кольцевого зазора скважины.

Целью изобретения является повышение надежности герметизации кольцевого зазора скважины за счет использования гидростатического Давления для сжатия уп- лотнительных;%лементов.

Постав лёнЖя1 цёл ь достигается тем, что известное устройство для герметизации кольцевого зазора скважины, включающее верхний и нижний уплотнительный элементы с опорами и стволами, корпус с окнами, состоящий из связанных колонной труб опор верхнего и нижнего уплотнительных элементов, согласно изобретению дополнительно содержит гидравлические камеры, расположенные в верхних опорах и образованные корпусами этих опор и выступами стволов уплотнительных элементов, распределительный шток, взаимодействующий с верхними опорами уплотнительных элементов с возможностью продольного перемещения вдоль них, размещенной во внутренней полости стволов и корпуса, при этом распределительный шток выполнен с радиальными каналами, подпружиненными выступами, размещенными в верхних опорах уплотнительных элементов, и продольными пазами в нижней части, кроме того, нижняя опора каждого из уплотнительных элементов выполнена из неподвижного цилиндра и подвижного поршня, образующие со стволом соответственно над-и подпорш- невые воздушные кольцевые полости.

С целью передачи гидростатического давления в подпоршневые воздушные кольцевые полости, устройство снабжено пружинным фонарем, с втулкой в верхней части, Втулка имеет выступы расположенные в продольных пазах распределительного штока.

В результате анализа известных технических решений, признаки,.отличающие за- являемое решение от прототипа Гидравлические камеры, Распределительный шток не выявлены.

В связи с этим считаем, что заявляемое решение соответствует критерию существенные отличия.

На чертеже показан продольный разрез устройства для герметизации кольцевого зазора скважины.

Устройство состоит из верхнего и нижнего 2 уплотнительных элементов, верхних 3, 4 и нижних опор уплотнительных элементов, представленных неподвижными цилиндрами 5, 6 и подвижными поршнями 7, 8, стволов 9, 10, выполненных с радиальными каналами соответственно 11, 12. При этом

неподвижный цилиндр 5, подвижный поршень 7 и ствол 9 образуют соответственно над-и подпоршневые воздушные кольцевые полости 13, 14, а неподвижный цилиндр

5 6, подвижный поршень 8 и ствол 10 - над- подпоршневые воздушные кольцевые полости 15, 16.

Стволы 9,10 в нижней части жестко связаны соответственно с неподвижными ци- 0 линдрами 5, 6 нижних опор, а в верхней части посредством, например, шлицевых соединений 17, 18 взаимодействуют с возможностью продольного перемещения и передачи крутящего момента с верхними

15 опорами 3, 4 и образуют с ними гидравлические камеры 19, 20.

Цилиндр 5 нижней опоры верхнего уп- лотнительного элемента 1 посредством труб 21, имеющих продольные окна 22 и длину,

0 соответствующую мощности продуктивного горизонта, жестко связан с верхней опорой 4 нижнего уплотнительного элемента 2.

Верхняя опора 3 уплотнительного элемента 1 жестко связана с корпусом испыта25 теля пластов 23, имеющим радиальный канал 24.

Во внутренней полости стволов 9, 10 размещен распределительный шток 25, выполненный с радиальными каналами 26, 27

30 не совпадающими до пакеровки с радиальными каналами соответственно 11, 12 стволов 9, 10, продольными окнами 28, выступами 29, 30 с пружинами 31, 32, продольными пазами 33, в которых размещены

35 выступы 34, втулки 35. На втулке 35 закреплен корпус 36, пружинного фонаря 37 с заглушкой 38.

Крометого, распределительный шток 25 в верхней части выполнен с радиальным

40 каналом 39, совпадающим до пакеровки с радиальным каналом 24 корпуса испытателя пластов 23 и посредством, например, резьбовых соединений 40, 41 жестко связан с верхними опорами 3, 4 с возможностью

45 продольного перемещения вдоль этих опор. Распределительный шток выполнен составным и включает соединительный патрубок 42, длина которого соответствует длине труб 21, т.е. мощности продуктивного гори50 зонта.

Устройство для герметизации кольцевого зазора скважины работает следующим образом.

Посредством верхней опоры 3 уплотни55 тельного элемента 1 устройство соединяют с-корпусом 23 испытателя пластов МП опускают в скважину на трубах в зону продуктивного горизонта. При этом радиальные окна 24, 39 совпадают благодаря чему обес- печивается циркуляция промывочной жидкости через внутреннюю полость распределительного штока 25, который контактирует во время спуска с втулкой 49 ИП.

После достижения заданной глубины спуска производят вращение колонны труб. Пружинный фонарь 37, контактируя со стенками скважины, удерживает распределительный шток 25 от вращения, который, при вращении устройства, выходит из зацепления, например, с резьбовыми соединениями 40,41 верхних опор 3,4, опускается вниз, сжимая выступами 29, 30 пружины 31, 32, При этом радиальные каналы 11,12 стволов 9, 10 совмещаются в радиальными каналами 26, 27 и подпоршневые воздушные кольцевые полости 14, 16 сообщаются с внутренней полостью распределительного штока 25, в которой находится скважинная жидкость.

Под действием гидростатического давления скважинной жидкости поршни 7, 8 перемещаются в цилиндрах 5, 6, производят сжатие уплотнительных элементов 1, 2, герметизацию кольцевого зазора скважины и изоляцию исследуемого интервала от остальной части скважины. Причем изоляция обеспечивается как сверху, так и снизу, что позволяет производить исследование отдельно взятого интервала. При действии гидростатического давления на подвижные поршни 7, 8 возможно перемещение не только этих поршней, но и неподвижных цилиндров 5, 6 вместе со стволами 9, 10. В результате этого радиальные каналы 11, 26 и 12, 27 вместятся друг относительно друга и сжатие уплотнительных элементов может не произойти. Для предотвращения смещения неподвижных цилиндров 5, 6 служат гидравлические камеры 19, 20, являющиеся гидравлическими тормозами.

После сжатия уплотнительных элементов 1, 2 приспускают колонну труб, что предусмотрено технологией работ с испытателем пластов. После разгрузки инструмента шток испытателя пластов выходит из шлицевого зацепления и упирается в подшипник (детали испытателя пластов на чертеже не показаны)корпуса 23,после чего колонна бурильных труб может свободно вращаться при неподвижном положении корпуса испытателя 23 и устройства в целом. При вращении труб втулка 43 опускается вниз, которая, воздействуя на распределительный шток 25, дополнительно опускает его вниз.

При этом радиальные каналы 26, 22 опускаются ниже радиальных каналов соответственно 11, 12 поскольку ход втулки 43 превышает первоначальный ход, полученный распределительным штоком 25 при первоначальном вращении колонны труб. В результате этого происходит запирание жидкости в кольцевых полостях 14, 16, чтс обеспечивает фиксацию уплотнительных

элементов 1, 2 в сжатом состоянии.

Кроме того, при опускании .втулка 43 перекрывает радиальный канала 24 корпуса 23 испытателя пластов, внутренняя полость которого оказывается связанной с изолированной зоной продуктивного горизонта, что позволяет по известной технологии производить его исследования.

После окончания опробования вращением колонны труб, что предусмотрено технологией работ с испытателем пластов, приподнимают втулку 43, которая освобождает распределительный шток 25. Под действием пружин 31, 32 последний поднимается вверх, В результате этого радиальные каналы 11, 26 и 12, 27, а также 24, 39 совмещаются. Кольцевые полости 14, 16 оказываются связанными с внутренней полостью распределительного штока 25, которая в свою очередь через радиальные

каналы 39, 24 - с надпакерной зоной скважины. Таким образом, давление в над,- меж-и надпакерной зонах выравнивается,

После этого производят натяжку колонны труб. При этом верхняя опора 3 уплотни- тельного элемента 1, поднимаясь вверх, вытесняет жидкость (например, масло) по капилляру из гидравлическом камеры 19 в полость шлицевого соединения 17, обеспечивая срыв с места верхнего уплотнительно- го элемента. После этого аналогично происходит срыв с места и нижнего уплот- нительного элемента.

Затем устройство вместе с испытателем

пластов поднимают на поверхность.

Использование предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом позволит повысить надежность герметизации кольцевого зазора скважины, поскольку для установки пакеров не требуется опоры ни на забой, ни на стенки скважины.

Кроме того, сжатие каждого из уплотнительных элементов не зависит друг от друга, что очень важно для открытого

ствола.

Формула изобретения 1. Устройство для герметизации кольцевого зазора в скважине, включающее верхний и нижний уплотнительные элементы с опорами и стволами, выполненными с радиальными каналами, корпус с окнами в виде связанных колонной труб опор верхнего и нижнего уплотнительных элементов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности герметизации кольцевого зазо- ра скважины за счет использования гидростатического давления для сжатия уплотнительных элементов, оно снабжено расположенным в полости стволов распределительным штоком с радиальными отвер- стиями, окнами в средней части и продольными пазами в нижней части, причем распределительный шток имеет уступы, подпружинен относительно верхних опор и установлен с возможностью взаимодействия уступов с верхними опорами уплотнительных элементов в исходном положении, стволы уплотнительных элементов выполнены с выступами, образующими с верхними опорами уплотнительных элементов гидравлические камеры, а нижняя опора каждого из уплотнительных элементов выполнена в виде неподвижного цилиндра и подвижного поршня, образующих со стволом соответственно под- и надпоршневые воздушные кольцевые полости.

2. Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что, с целью передачи гидростатического давления в подпоршневые воздушные кольцевые полости, оно снабжено установленным под нижней опорой уплотнительно- го элемента пружинным фонарем с втулкой в верхней части, причем последняя имеет выступы, расположенные в продольных пазах распределительного штока.

Использование: для испытания продуктивных горизонтов с помощью испытателей пластов, спускаемых в скважину на трубах. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с окнами, состоящий из опор верхнего и нижнего уплотнительных элементов, стволы с выступами, образующие с верхними опорами уплотнительных элементов гидравлические камеры. Нижняя опора каждого из уплотнительных элементов выполнена в виде неподвижного цилиндра и подвижного поршня, образующих со стволом соответственно под и надпоршневые воздушные кольцевые полости. В полости стволов установлен подпружиненный распределительный шток, имеющий радиальные каналы, не совпадающие до пакеровки с радиальными каналами стволов. Шток имеет возможность продольного перемещения относительно опор. Устройство имеет установленный под нижней опорой уплбт- нительного элемента пружинный фонарь с втулкой в верхней части. Выступы втулки размещены в продольных пазах распределительного штока. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.