Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине

Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для установки профильных перекрывателей при изоляции ими зон осложнений бурения.

Известен скважинный гидродомкрат (патент РФ №2102578, МПК Е21В 29/10, опубл. 20.01.1998, бюл. №2), включающий два или несколько последовательно соединенных силовых блоков, состоящих из цилиндра, поршня со штоком и сальникового уплотнения штока, причем поршень каждого силового блока соединен со штоком с возможностью радиального перемещения, а сальниковое уплотнение штока имеет возможность радиального перемещения относительно корпуса гидроцилиндра, кроме того, поршень по периметру снабжен полостью, заполненной антикоррозийной смазкой, контактирующей с внутренней поверхностью гидроцилиндра и гидравлически связанной с областью высокого давления.

Недостатками данного скважинного гидродомкрата являются:

- его низкая надежность, так как сальниковое уплотнение штока имеет низкую эффективность из-за искусственно завышенного зазора в соединении штока с корпусом гидроцилиндра, что может привести при больших угловых отклонениях штока к несанкционированному пропуску жидкости через уплотнение;

- высокая вероятность вымывания антикоррозийной смазки из полости поршня при создании гидравлического давления из-за завышенных зазоров между поршнем и цилиндром, что может значительно снизить ресурс этих деталей;

- невозможность использования гидродомкрата в скважинах со сложной архитектурой (например, в горизонтальных), где существуют поперечные изгибающие нагрузки на цилиндры гидродомкрата из-за кривизны стенок скважины, а жесткие соединения штоков гидродомкрата между собой не дают возможности нивелировать возникающие при этом изгибающие моменты.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство изоляции зон осложнения бурения скважины (патент РФ №2344268, МПК Е21В 29/10, опубл. 20.01.2009, бюл. №2). Устройство включает гидродомкрат, содержащий полые гидроцилиндры и соосно подвижный относительно них полый шток с кольцевыми поршнями, жестко соединенный верхним концом с якорным узлом, а нижним - с захватывающим элементом, полости которых гидравлически сообщены между собой и с полостью перекрывателя, при этом захватывающий элемент выполнен с упором для подвески перекрывателя и снабжен перепускным клапаном, перекрывающим полость штока при перемещении его вниз относительно перекрывателя, причем дополнительный якорный узел установлен на нижнем конце штока, а дорнирующая головка жестко связана с гидроцилиндрами.

Недостатками этого гидродомкрата являются невозможность использования его в наклонных и горизонтальных скважинах с большой кривизной ствола, а также его низкая надежность и работоспособность из-за жесткого соединения штоков между собой и с поршнями, что в случае малейшего отклонения от соосности может вызвать быстрый износ уплотнений и уменьшение срока их службы или привести к заклиниванию поршней в цилиндрах.

Техническими задачами изобретения являются расширение функциональных возможностей гидродомкрата для установки профильного перекрывателя в скважине, позволяющих применять его в наклонных и горизонтальных скважинах с большой кривизной ствола, а также повышение надежности и работоспособности гидродомкрата за счет придания угловой и радиальной подвижности штокам и поршням относительно цилиндров, исключающей прихваты и заклинивания штоков и поршней в цилиндрах гидродомкрата.

Технические задачи решаются гидродомкратом для установки профильного перекрывателя в скважине, включающим колонну труб для спуска, полые гидроцилиндры, кольцевые поршни с полыми штоками, установленными соосно в соответствующие гидроцилиндры с возможностью ограниченного осевого перемещения, и дорнирующую головку для установки перекрывателя.

Новым является то, что гидроцилиндры сверху соединены с колонной труб, а полый шток снизу соединен с дорнирующей головкой, при этом каждый кольцевой поршень выполнен в виде втулки с кольцевой выборкой в средней части, сверху и снизу которой зафиксированы на втулке самоуплотняющиеся манжеты, причем в кольцевой выборке размещен подпружиненный наружу по периметру кольцевой пояс с наружной шаровой поверхностью, а полые штоки поршней соединены между собой шаровым соединением с возможностью ограниченного углового отклонения.

Новым является также и то, что по периметру на наружной поверхности кольцевой выборки выполнены кольцевые проточки, снаружи которых расположена эластичная втулка, подпружинивающая изнутри наружу кольцевой пояс.

Новым является также и то, что по периметру на наружной поверхности кольцевой выборки могут быть выполнены радиальные выборки под пружины, подпружинивающие изнутри наружу кольцевой пояс.

На фиг.1 показана верхняя часть гидродомкрата для установки профильного перекрывателя в скважине в транспортном положении (частично в разрезе), на фиг.2 - нижняя часть гидродомкрата (частично в разрезе), на фиг.3 - выносной элемент А на фиг.1 (увеличено) без гидроцилиндра.

Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине (фиг.1) включает колонну труб (на фиг. не показана) для спуска гидродомкрата, полые гидроцилиндры 1, кольцевые поршни 2 с полыми штоками 3, установленными соосно в соответствующие гидроцилиндры 1 с возможностью ограниченного осевого перемещения, и дорнирующую головку (на фиг. не показана) для установки перекрывателя (на фиг. не показан).

При этом гидроцилиндры 1 сверху соединены с колонной труб при помощи верхней резьбы 4, например, через якорный узел (на фиг. не показан), а полый шток 3 (фиг.2) снизу соединен с дорнирующей головкой (или лорнирующими головками) с помощью нижней резьбы 5. Каждый кольцевой поршень 2 (фиг.1) выполнен в виде втулки 6 (фиг.3) с кольцевой выборкой 7 в средней части втулки 6, сверху и снизу которой зафиксированы (например, с помощью гуммирования) самоуплотняющиеся манжеты 8.

В кольцевой выборке 7 втулки 6 размещен подпружиненный наружу по периметру кольцевой пояс 9 с наружной шаровой поверхностью 10, а полые штоки 3 (фиг.1) поршней 2 соединены между собой с возможностью ограниченного углового отклонения за счет шарового соединения 11, представляющего собой сферическое утолщение 12 на верхнем конце полого штока 3, взаимодействующее с внутренней сферической поверхностью насадки 13 нижнего конца, расположенного выше полого штока 3 или наоборот (на фиг. не показано), которые соединены между собой с помощью обоймы 14.

Причем в кольцевой выборке 7 (фиг.3) поршня 2 (фиг.1) расположена эластичная втулка 15 (фиг.3) (например, резиновая или полиуретановая), подпружинивающая изнутри наружу кольцевой пояс 9, под которой по периметру на наружной поверхности кольцевой выборки 7 выполнены кольцевые проточки 16 с целью заполнения их материалом эластичной втулки 15 при радиальном сдвиге кольцевого пояса 9 поршня 2 (фиг.1).

Кроме того, по периметру на наружной поверхности кольцевой выборки 7 (фиг.3) поршня 2 (фиг.1) могут быть выполнены радиальные выборки (на фиг. не показаны) под пружины (например, винтовые цилиндрические, конические, бочкообразные или спиральные ленточные и т.д.), подпружинивающие изнутри наружу кольцевой пояс 9 (фиг.3) поршня 2 (фиг.1).

Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине работает следующим образом. С помощью нижней резьбы 5 (фиг.2) к гидродомкрату подсоединяют дорнирующую головку, а с помощью верхней резьбы 4 (фиг.1) гидродомкрат соединяют с колонной труб (чаще бурильных) и спускают в скважину в зону установки профильного перекрывателя. При этом профильный перекрыватель устанавливают в скважине до спуска гидродомкрата или спускают в одной компоновке с гидродомкратом, раздавая его затем гидравлическим давлением. В случае предварительной установки профильного перекрывателя в скважине при последующем затем спуске гидродомкрата в компоновке с ним используют с целью проходимости через перекрыватель раздвижную дорнирующую головку.

Для окончательной установки профильного перекрывателя с целью плотного прижатия его к стенкам скважины гидродомкрат спускают вниз до выхода лорнирующей головки ниже перекрывателя и производят раздачу перекрывателя снизу вверх.

Для этого создают гидравлическое давление в колонне труб, которое распространяется через полости 17 и отверстия 18 насадок 13 штоков 3 в подпоршневое пространство 19 гидроцилиндров 1, перемещая (благодаря отверстиям 20 в гидроцилиндрах 1 выше поршней 2, соединяющим надпоршневое пространство 21 с областью низкого давления) поршни 2 со штоками 3 и дорнирующей головкой вверх на длину хода гидроцилиндров 1. Дорнирующая головка при этом под действием гидравлического давления раздвигается до рабочего диаметра и калибрует профильные секции перекрывателя снизу вверх до плотного прижатия их к стенкам скважины. Для предотвращения несанкционированного перемещения гидроцилиндров 1 вниз при этом натягивают колонну труб вверх или используют якорный узел выше гидродомкрата. Для перезарядки гидродомкрата стравливают давление внутри колонны труб с помощью, например, клапана и поднимают вверх колонну труб вместе с якорным узлом и гидроцилиндрами 1, которые перемещаются относительно штоков 3 с поршнями 2, заряжая гидродомкрат для следующей раздачи перекрывателя.

При этом в сложноструктурированных, горизонтальных, наклонных скважинах каждый из штоков 3 с поршнями 2 занимает соответствующее своей несоосности положение, отклоняясь в радиальном направлении благодаря кольцевому поясу 9 (фиг.3), взаимодействующему с втулкой 6 кольцевого поршня 2 через эластичную втулку 15, которая, сжимаясь под воздействием поперечной нагрузки со стороны штока 3 (фиг.1), заполняет кольцевую проточку 16 (фиг.3) на поверхности выборки 7 втулки 6, позволяя кольцевому поясу 9 занять нужное положение. Кроме того, кольцевые поршни 2 (фиг.1) также имеют возможность отклонения на соответствующий угол в продольной плоскости благодаря наружной шаровой поверхности 10 (фиг.3) кольцевого пояса 9. Причем двухсторонняя самоуплотняющаяся манжета 8 на втулке 6, выполненная из упругого материала, например резины, не препятствует угловому перемещению поршня 2 (фиг.1) в продольной плоскости и нивелирует износ за счет расширения под действием давления.

Одновременно штоки 3 отклоняются на соответствующий угол в связывающих их шаровых соединениях 11 благодаря взаимодействию сферического утолщения 12 с внутренней сферической поверхностью насадки 13 и обоймы 14.

Преимущество предлагаемого гидродомкрата для установки профильного перекрывателя в скважине заключается в том, что его конструкция позволяет применять его в наклонных и горизонтальных скважинах с большой кривизной ствола, повышает надежность и ресурс гидродомкрата за счет придания радиальной и угловой подвижности поршням и штокам относительно цилиндров благодаря кольцевым поясам поршней с наружной шаровой поверхностью, подпружиненным наружу относительно поршней, использования самоуплотняющихся манжет, а также шаровым соединениям штоков друг с другом, что исключает прихваты и заклинивания поршней и штоков в цилиндрах гидродомкрата при воздействии на него изгибающих моментов.

1. Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине, включающий колонну труб для спуска, полые гидроцилиндры, кольцевые поршни с полыми штоками, установленные соосно в соответствующие гидроцилиндры с возможностью ограниченного осевого перемещения, и дорнирующую головку для установки перекрывателя, отличающийся тем, что гидроцилиндры сверху соединены с колонной труб, а полый шток снизу соединен с дорнирующей головкой, при этом каждый кольцевой поршень выполнен в виде втулки с кольцевой выборкой в средней части, сверху и снизу которой зафиксированы на втулке самоуплотняющиеся манжеты, причем в кольцевой выборке размещен подпружиненный наружу по периметру кольцевой пояс с наружной шаровой поверхностью, а полые штоки поршней соединены между собой шаровым соединением с возможностью ограниченного углового отклонения.

2. Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине по п.1, отличающийся тем, что по периметру на наружной поверхности кольцевой выборки выполнены кольцевые проточки, снаружи которых расположена эластичная втулка, подпружинивающая изнутри наружу кольцевой пояс.

3. Гидродомкрат для установки профильного перекрывателя в скважине по п.1, отличающийся тем, что по периметру на наружной поверхности кольцевой выборки выполнены радиальные выборки под пружины, подпружинивающие изнутри наружу кольцевой пояс.