Устройство для перекрытия кольцевого пространства в обсадной колонне Советский патент 1980 года по МПК E21B33/12 

1

Настоящее изобретение относится к области бурения скважин, в частности, к устройствам для изоляции участков скважин.

Известно устройство для перекрытия кольцевого пространства в обсадной колонне, включающее верхний и нижний уплотнительные элементы, закрепленные на колонне труб, размещенной в обсадной колонне, и механизм приведения уплотнительных элементов в рабочее положение 1.

Недостатком устройства является то, что его уплотнительные элементы имеют наружный диаметр незначительно меньший внутреннего диаметра обсадной колонны, что затрудняет спуск и подъем такого устройства.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для перекрытия кольцевого пространства в обсадной колонне, включающее несущую колонну, размещенный на ней с возможностью аксиального перемещения кожух.с верхними и нижними конусами и уплотнительными элементами 2.

Недостатком известного устройства является то, что для создания нагрузки на уплотнительные элементы необходимо иметь жесткую опору, что ограничивает область

его применения и снижает надежность работы от механических воздействий.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности работы устройства в скважинах различной конструкции без 5 опоры.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено плунжером, который размещен в несущей колонне, распорные конусы установлены на кожухе, который вы10 полней заглушенным снизу и с косыми прорезями и радиальными заливочными отверстиями, под которые выполнены заливочные отверстия в несущей колонне, а уплотнительные элементы выполнены в виде разрезных

j колец, один конец которых закреплен на соотвествующем конусе, а другой - на несущей трубе через косые прорези кожуха; верхний конус выполнен с камерой, а несущая колонна - с дополнительным радиальным отверстием для сообщения ее внутреннего пространства с камерой, причем между отверстиями несущей колонны установлено посадочное седло; плунжер выполнен с подпружиненной откидной пробкой в верхней части, открывающей заливочные отверстия нес)1цей колонiijj после пе 1екрыт11я ко.чьцевого пространства в обсадной кгхтоннс. На фиг. изображен общий вид устройстпа: на сЬиг. 2 его рабочее положение; на фиг. 3-- ;;заммнос положение кожуха и несущей KOJfiiiHhi; на фиг. 4 - взаимное положение ко кч.ча и плунжера. Устройство для перекрытия кольцевого пространства в обсадной колонне включает в себя кожу.х 1, концентрично посаженный на нижнюю часть несущей колонны труб 2, с верхним уплотнительным элементом 3 и нижним унлотнительиым эле1ментом 4. Кожух 1 имеет верхний распорный конус 5 и нижний распорный конус 6, между которыми в теле кожуха I выполнено окно 7. Каждый из уплотнительных элементов 3 и 4 выполнен в виде разрезного цилиндрического кольца из эластичного материала, армиpoHr-iiiHoro стальными упругими полосами, причем концы разрезного кольца каждого из уплотнительных элементов 3 и 4 выполнены со скоса.ми 8, прилегающими друг к другу при осевом сжатии уплотнительных элементов 3 и 4. Верхний конец разрезного кольца каждого уплотнительного элемента 3 и 4 шарнирно закренлен креплениями 9 на соответствующем распорном конусе 5 и 6. Нижний конец разрезного кольца каждого уплотнительного элемента 3 и 4 через пазы 10, выполненные в корпусе 1, шарнирно закреплен нижним креплением 11 на нижней части несущей колонны 2, причем пазы 10 в корпусе 1 вь пюлнены со скосо.м по отпошению к вертикальной оси, чтобы в рабочем положении при перекрытии кольцевого пространства обсадной колонны скон1енные плоскости 8 уплотнительных элементов 3 и 4 плотно прилегали друг к другу (см. фиг. 2), а в транспортном положении (фиг. I) разрезные кольца уплотнительных элементов 3 и 4 охватывали тело кожуха 1. Внутри кожуха по.мещен плунжер 12, размещенный в колонне труб 2 со скользящей посадкой. Плунжер 12 выполнен с откидным элементом 13 в верхней части, подпружиненной пружиной 14, причем плоскость среза 15 откидного элемента 13 повторяет плоскость с:реза окна 7. В теле нижней части несущей колонны 2 выполнено окно 16, по конфигурации повторяющее окно в кожухе 1 и совпадающее с ним в рабочем положении при перекрытии кольцевого пространства в обсадной колонне (см. фиг. 2). Кроме того, в несущей колонне 2 выше окна 16 имеются отверстия 17, сообщающие в рабочем положении устройства внутреннюю полость колонны 2 с полостью камеры реверса 18, выполненной в кожухе 1 выще верхнего распорного конуса 5. Непосредственно под отверстиями 17 во внутренней полости несущей колонны 2 выполнено кольцевое седло 19. Устройство действует следующим образом. В транспортное положение (фиг. 1 и фиг. 3) устройство для перекрытия кольцевого пространства в обсадной колонне приводят поступательным перемещением кожуха 1 вдоль несущей колонны 2 так, чтобы нижнее крепление 11 каждого уплотнительного элемента 3 и 4 упиралось в нижнюю часть паза 10. При этом уплотнительные элементы 3 и 4 будут охватывать внутреннюю поверхность тела кожуха 1 в виде витков цилиндрической спирали, внутренний диаметр которой будет равен или немногим больше наружного диаметра тела кожуха 1, а наружный диаметр будет больше внутреннего на толщину уплотнительного элемента 3 или 4, но меньще внутреннего диаметра обсадной колонны 20, благодаря чему устройство .может свободно проходить внутри обсадной колонны 20. Окно 7 в кожухе будет перекрыто телом нижней части колонны 2. В таком виде, как показано на фиг. 1, устройство для перекрытия кольцевого пространства в обсадной колонне опускают на колонне 2 в обсадную колонну 20 на глубину, необходимую для производства работ. В случае манжетного цементирования отверстие 21 в обсадной колонне 20 предпочтительно заранее, в процессе обсадки обозначить упором 22, как показано на фиг. 2. После того, как устройство опустят в обсадную колонну 20 на необходи.мую глубину, в несундую колонну 2 под давлением подают рабочую жидкость (напри.мер, при ма1;жст,чой цементации - це.ментный раствор). давление.м рабочей жидкости на плунжер 12 кожух 1 устройства перемещается вдоль нижней части колонны 2, причем cKOHjeHHbie плоскости 8 уплотнительных элементов 3, 4 у каждого разрезного кольца плотно сходятся друг с другом, как показано на фиг. 2, Наружный диаметр образовавщегося при этом кольца каждого уплотнительного элемента 3 и 4 будет равен сумме диаметра рабочей поверхности конуса 5 и 6 и толщины уилотнительного элемента 3, 4. Разность между суммой диаметра рабочей поверхности конуса 5 и 6 и толщины уплотнительного элемента 3 и 4 и внутренним диаметром обсадной колонны компенсируется упругими свойствами эластичного уплотнительного элемента 3 и 4. Внутренняя поверхность кольца каждого уплотнительного элемента 3 и 4 плотно облегают рабочую поверхность соответствующего распорного конуса 5 и 6 и распирается ею. Верхний и нижний уплотнительные элементы приводятся в рабочее положение одновременно, чем обеспечивается надежное перекрытие кольцевого пространства в обсадной колонне 20 между уплотнительными элементами 3 и 4.

Когда устройство полностью приведено в рабочее положение и кольцевое пространство в обсадной колонне перекрыто, показанное на фиг. 2 окно 16 в нижней части колонны устанавливается между откидным элементом 13 плунжера 12 и окном 7 в кожухе 1. Давлением рабочей жидкости откидной элемент 13 плунжера 12 выбрасывается в кольцевое пространство между гюжухом 1 устройства и обсадной колонной 20, гидравлически сообщая тем самым полость колонны труб 2 с этим кольцевым пространством, и через отверстие 21 в обсадной колонне 20- с затрубным пространством скважины.

Этот, момент определяется резким падением давления в несущей колонне 2, благодаря чему осуществляют контроль за перекрытием кольцевого пространства в обсадной колонне 20.

Для извлечения устройства из обсадной колонны 20, в колонну 2 с поверхности опускают шарик, который при посадке на кольцевое седло 19 перекрывает полость нижней части колонны 2 ниже отверстия 17 в колонне 2.

Давление рабочей жидкости через отверстия 17, воздействующее на стенки камеры реверса 18, способствует поступательному перемещению кожуха 1 вдоль колонны 2, приводя устройство в транспортное положение, показанное на фиг. 1.

Приведение устройства в транспортное положение контролируется по повыщению давления в колонне труб 2.

Форму.а изобрегения 1. Устройство для перекрытия KcxibueBoiO пространства в обсадной колонне, вкл (1аюniee несущую колонну, размещенный H;I ней с возможностью аксиального переме1цен;.я . кожух с распорными конусами и уплотнительными элементами, отличающееся том, что, с целью повышения надежности работы устройства в скважинах различной конструкции без опоры, оно снабжено плунжером, который размещен в несущей колонне, распоро ные конуса установлены на кожухе, который выполнен заглушенным снизу и с косыми прорезями и радиальными заливочными отверстиями, под которые выполнены заливочные отверстии в несущей колонне, а уплотнительные элементы выполнены в виде разрезных колец, один конец которых закреплен на соответствующем конусе, а другой - на несущей трубе через косые прорези кожуха.

2. Устройство по п. , отличающееся тем, JJ что верхний конус выполнен с камерой, а несущая колонна - с дополнительным радиальным отверстием для сообщения ее внутритрубного пространства с камерой, причем между отверстиями несущей колонны установлено посадочное седло.

1 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, -го плунжер выполнен с подпружиненной (лкидной пробкой-в верхней части, открывпющей заливочные отверстия несущей колонны носле перекрытия кольцевого проCTpaHCTBi. в обсадной колонне.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. .Авторское свидетельство СССР N 578432, кл. Е 21 В 33/12, 1975.

2 ;айцев Ю. В. и др. Пакеры и техноло чче.к::1 их установок. М., ВНИИЭИГ ;)63. с. 85 (прототип).

(риг. 1

иг.2

. J

Фиг.