Тампонажный снаряд для изоляции зон поглощения Советский патент 1982 года по МПК E21B33/13 

(5) ТЛМПОНАЖНЫЙ СНАРЯД ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для их тампонирования. Известен тампонажный снаряд для изоляции зон поглощений, включающий корпус, эластичный контейнер с тампонажным материалом, поршень с толкателем и заглушку l . Наиболее близким к предлагаемому является тампонажный снаряд для изоляции зон поглощения, включакиций цилиндрический корпус, эластичный контейнер с сухим тампонажным материалом и размещенные в нижней части кор пуса, срезную заглушку и ножи 2, Недостатками известных устройств являются сильное уплотнение смеси при выдавливании контейнера и прижатие его к внутренней поверхности кор пуса, вызывающее увеличение силы тре ния с глубиной. Все это может быть причиной практической невозможности работы устройства на больших глубина Цель изобретения - повышение надежности работы снаряда за счет снижения усилий выдавливания эластичного контейнера из корпуса, а также уменьшение размывания тампонажного материала. Поставленная цель достигается тем, что эластичный контейнер образует с заглушкой рабочую полость, а корпус выполнен с пазами, сообщающими рабочую полость с полостью над контейнером. При этом устройство над эластичным контейнером снабжено регулирующим клапаном с периферийными отверстиями в его корпусе и патрубком в одном из этих отверстий для стравливания воздуха. Кроме того, нижняя часть контейнера выполнена жесткой и из низкопрочного материала. Причем пазы корпуса имеют в сечении форму трапеции с вершиной,обращенной внутрь корпуса. 3 90 На фиг. 1 изображен тампонажный снаряд,общий вид; на фиг. 2 .- разрез Л-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1. Устройство цилиндрический корпус 1 с выполненными на его внутренней поверхности пазакм 2, имеющими, например, в сечении форму трапеции, обращенной вершиной внутрь корпуса. К образованным пазам 2 шлицами 3, таюхе имеющигАИ форму трапеции, по обращенной основанием внутрь корпуса прилегает своей наружной поверхностью эластичный контейнер 4, заполненный тампонажным материалом 5 |4ижняя часть контейнера 6 выполнена жесткой и из низкопрочного материала, например полиэтилена. Эта часть опирается на ребра 7, находящиеся на торцовой поверхности срезной заглушки 8, закрывающей нижнее отверстие корпуса 1. В нижней части корпуса рас1юло«ены ножи 9 и срезаемые шпильки 10. Между переводником 1 и эластичным контейнером 4 установлен регулирующий клапан, выполненный в виде поперечной перегородки 12 с осе вым отверстием 13, перекрытым снизу запорным элементом Ш. В корпусе .регулирующего клапана перегородке 12 выполнены периферийные отверстия 15, в одном из которых размещен патрубок 16 для стравливания воздуха. На нижней поверхности перегородки укреплена клапанная коробка 17, имею щая выходные окна 18. Запорный элемент клапана перекрывает осевое отверстие 13 и удерживается о закрыт состоянии пружиной 19. Часть пазов соединена с рабочей полостью, образованной эластичным контейнером А и срезной заглушкой 8, образуя сквозные пазы, остальные же этой полостью не соединены и заканчи ваются несколько выше первых, образу глухие пазы. Устройство работает следующим образом. После спуска снаряда в скважину н заданную глубину включают насосную установку и по трубам подают под дав ление.м продааочную жидкость. Регулирующий клапан с поперечной перегород кой 12 закрытым клапаном) защищает верхнюю часть тонкой оболочки эластичного контейнера 4 от возможного повреждения потоком продавочной жидкости в начальный период ее подачи. Внутренние полости корпуса 1 заполняются продавомной жидкостью через периферийные отверстия 15, сечение которых значительно меньше сечения переводника в самой узкой его части, расположенной над поперечной перегородкой и в несколько раз меньше сечения осевого отверстия 13. Отверстия 15 ограничивают поток жидкости, что предотвращает повреждение оболочки эластичного контейнера k и способствует равномерному заполнению пазов 2 и связанной с частью из них полости в основании корпуса 1. При выполнении устройства оси пер иферийных отверстий 15, в отличие от схематически изображенных на фиг.1, следует располагать под углом, отличным от нормали к. плоскости перегородки 12, так, чтобы направить поток продавочной жидкости на переводник 11илм корпус 1 для предохранения эластичного контейнера k от воздействия этого потока. Отвод воздуха, вытесняемого про-г давочной жидкостью из пустот корпу-. са 1, осуществляется через отверстие с патрубком 16, обеспечивающего разность уровней отверстий,а следовательно, и необходимый перепад давлений, способствующий выходу воздуха. Затем жидкость заполняет рабочую полость, образованную нижней частью контейнера.4 и срезной заглушкой 8 по сквозным пазам 2. Сохранение размеров полости обеспечивают ребрами 7 и опирающейся на них жесткой вставкой 6, усиливающей основание контейнера k. Наличие рабочей полости по- зволяет в начальной стадии работы снаряда создать баланс давления продавочной жидкости на верхнюю часть и на основание контейнера Л, Это устраняет передачу сдвигающего усилия на заглушку 8 через тампонажный материал 5, требующего больших затрат энергии, чем передача его через продавочную жидкость, обладающую значительно более высокой подвижностью в сравнении с тампонажным материалом, и тем самым обеспечивается надежное срабатывание снаряда на данной стадии. При превышении давления продавочной жидкости гидростатического давления столба жидкости в скважине в результате непосредственного воздействия давления на срезную заглушку 8 срезаются шпильки 10 и заглушка отделяется от корпуса 1, открывая выход контейнеру k из корпуса снаряда.

В результате этого на основание контейнера 4 действует давление столба жидкости в скважине, а на его верх нюю часть - преобладающее давление продавочной жидкости, передаваемое через тампонажный материал 5 равномерно во все .стороны. Одновременно через жидкость, находящуюся в глухих па зах, это давление передается на участки наружной поверхности контейнера k, расположенные против этих пазов, и компенсирует давление внутри контейнера 4. В результате такой компеисации образуется жидкостная опора для контейнера Л и реализуется режим жидкостного трения, для которого коэффициент трения более чем на порядок меньше коэффициента сухого трения оболочки о стенки корпуса. Помимо этого за счет малого расстояния между соседними пазами 2, в сравнении с их длиной, и, учитывая равенстве давлеиий продавочной жидкости в пазах 2 и давления, оказываемого на верхнюю часть оболочки контейнера Ц, продавочная жидкость легко попадает по имеющимся неплотностям к трущимся поверхностям, образованным пазами 2, и соприкасающейся с ними поверхностью контейнера k. При этом продавочная жидкость выполняет роль смазки для указанных поверхностей, реализуется режим полужидкостного трения с коэффициентом трения в два-три раза меньше коэффициента сухого трения. В результате общий коэффициент полученных режимов трения в несколько раз меньше коэффициента сухого трения, что обеспечивает пропорциональное снижение силы трения между оболочкой контейнера и внутренней поверхности корпуса 1, а следовательно, значительно уменьшает влияние глубины погружения снаряда на сопротивление выталкиванию оболочки контейнера с тампонажным материалом 5 что увеличивает надежность работы снаряда и при больших глубинах погружения.

При выталкивании контейнера расход продавочной жидкости, обусловленный быстрым увеличением внутреннег объема корпуса 1, резко возрастает. Поскольку гидродинамическое сопротивление, оказываемое потоку продавочной жидкости отверстиями 15 велико ввиду их малого сечения,то под воздействием давления, оказываемого увеличивающимся потоком продавочной жидкости, сожмется пружина 19 и запорный элемент 1 откроет отверстие 13 имеющее значительно большее сечение по сравнению с суммарным, сечением отверстий 15, что обеспечивает беспрепятственное поступление продавочной жидкости во внутреннюю полость корпуса 1, необходимого для. выталкибания контейнера .

При выходе контейнера k из корпуса 1 его оболочка разрезается ножами 10, находящимися в основании корпуса 1, и тампонажный материал 5 попадает в зону поглощения. При полном выходе контейнера из корпуса давление продавочной жидкости резко падает,это отмечается приборами, по сигналу которых выключают насосную установку. Вместе с тем при резком уменьшении давления продавочной жидкости пружина 19 разжимается и запорный элемент 1 перекрывает отверстие 13, что резко ограничивает поступление продавочной жидкости в скважину и предохраняет тампонажный материал от размывания, поскольку поступление продавочной жидкости через отверстия 15 ввиду их малого сечет1Я незначительно и не оказывает существенного злия- ния на процесс затворения тампонажного материала в скважине. После отключения насосов производят подъем тампонажного снаряда из скважины.

Достигнутое повышение надежности в предлагаемом устройстве позволяет сократить затраты времени на лйквидацию катастрофических поглощений каналами в стенках скважины, упростить и удешевить обслуживание устройства, поскольку в нем нет подвижных герметичных уплотнений, а также использо вать менее мощные,, а, следовательно, .и более экономичные насосные установки . Это позволяет экономить ежегодно до 3 млн. руб., выделяемых на борьбу с ликвидацией поглощений.

Формула изобретения

1. Тампонажный снаряд для изоляции зон гюглощеь я, включающий цилиндрический корпус, эластичный контейнер с тампонажным материалом и размещенные в нижней части корпуса срезную заглушку и ножи, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности работы снаряда за счет сни