Устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера

Устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера

Реферат

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин и, в частности, к устройствам для разобщения пластов с применением пакеров.

Известно устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера, включающее корпус-патрубок с полостью в его стенке, подпружиненный золотник с втулкой и упорами, смещенными относительно друг друга, между которыми установлен ограничитель перемещения золотника, выполненный в виде разрезного кольца с фигурными пазами [1].

Недостатком указанного устройства является его малая пропускная способность, обусловленная размещением последнего в боковой стенке корпуса ограниченной толщины. В результате небольшие кольцевые зазоры устройства при перепуске скважинной жидкости из ее полости (обсадной колонны) в полость уплотнительного элемента часто засоряются и не обеспечивают поступления достаточного количества жидкости в уплотнительный элемент пакера под необходимым давлением, что снижает его герметизирующую способность.

Известно устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера, включающее полый корпус с радиальным ступенчатым отверстием, перекрытым пустотелым срезным элементом, позиционер, обеспечивающий заданный алгоритм положений устройства с помощью клапанного узла, выполненного в стенке корпуса в виде локального осевого звена с подпружиненным поршнем-толкателем [2].

Недостатками известного устройства является трудоемкость его изготовления, обусловленная необходимостью выполнения в боковой стенке корпуса осевых каналов значительной длины и размещения в них малогабаритных подпружиненных поршней с уплотнительными кольцами. В конструкции устройства заложено большое количество уплотнительных колец и пружин, существенно снижающих надежность (безотказность) его работы.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства и повышение надежности его работы.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера включает ступенчатый по наружному диаметру корпус, выполненный с верхними, средними и нижними радиальными отверстиями, кожух, помещенный снаружи корпуса и образующий с последним кольцевую камеру, дифференциальную втулку, зафиксированную на корпусе срезным элементом и помещенную в кольцевой камере с обеспечением, совместно с корпусом, возможности герметичного разделения кольцевой камеры на ее верхнюю, среднюю и нижнюю части в транспортном положении устройства, ствол пакера, часть которого помещена внутри корпуса и образует с ним по меньшей мере один продольный проточный канал, связывающий верхнюю часть кольцевой камеры с полостью пакера через верхние радиальные отверстия корпуса, при этом средние радиальные отверстия корпуса против средней части кольцевой камеры перекрыты обратным клапаном, нижние радиальные отверстия корпуса против нижней части кольцевой камеры перекрыты ступенчатым полым срезным винтом, а дифференциальная втулка и корпус по их взаимодействующей поверхности в периферийной части образуют, одна над другой, верхнюю и нижнюю конусообразные кольцевые полости, в последней из которых помещен кольцевой пружинный фиксатор, который имеет возможность перезарядки - перемещения в верхнюю конусообразную кольцевую полость при осевом перемещении дифференциальной втулки в ее крайнее верхнее положение для обеспечения гидравлической связи полости корпуса с верхней частью кольцевой камеры через средние радиальные отверстия корпуса и среднюю часть кольцевой камеры, а также стопорения дифференциальной втулки в ее крайнем нижнем положении с герметичным разделением верхней части кольцевой камеры от ее средней части.

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении.

Устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера включает ступенчатый по наружному диаметру корпус 1. Корпус может быть выполнен составным, например, со втулкой в нижней его части или с переводником 2. Для упрощения в любом случае он именуется как корпус. Важным является то, что корпус 1 выполнен с верхними 3, средними 4 и нижними 5 радиальными отверстиями. Снаружи корпуса 1 помещен кожух 6. Этот кожух образует с корпусом 1 кольцевую камеру 7. В кольцевой камере 7 помещена дифференциальная втулка 8. Эта втулка зафиксирована на корпусе 1 срезным элементом 9. Дифференциальная втулка 8 совместно с корпусом 1 разделяет кольцевую камеру 7 на ее верхнюю 10, среднюю 11 и нижнюю часть 12. Такое относительное положение узлов и элементов устройства характеризует его транспортное положение. В этом положении средняя часть 11 кольцевой камеры 7 герметично отделена от верхней части 10 и, следовательно, отсутствует гидравлическая связь полости корпуса 1 с полостью уплотнительного элемента пакера (на чертеже собственно пакер условно не показан). Часть ствола 13 пакера помещена внутри корпуса 1 и образует с ним по меньшей мере один продольный проточный канал 14. Этот канал связывает верхнюю часть кольцевой камеры 10 с полостью пакера через верхние радиальные отверстия 3 корпуса 1. Средние радиальные отверстия 4 корпуса 1 против средней части 11 кольцевой камеры перекрыты обратным клапаном 15. Этот клапан может быть выполнен, например, тарельчатым или шаровым или, как показано на фиг 1, в виде эластично-упругой манжеты. Упруго-эластичная манжета - обратный клапан 15 может быть помещена в кольцевой проточке 16, выполненной в средней части 11 кольцевой камеры 7. Нижние радиальные отверстия 5 корпуса 1 против нижней части 12 кольцевой камеры 7 перекрыты ступенчатым полым срезным винтом 17 и связанным с ним сбивным элементом 18, выполненным, например, в виде шара. Дифференциальная втулка 8 выполнена в периферийной части, друг над другом, с верхней 19 и нижней 20 внутренними конусообразными кольцевыми проточками. Корпус 1, в частности его составная часть, например переводник 2, против упомянутых кольцевых проточек дифференциальной втулки 8 выполнен с ответными наружными конусообразными кольцевыми проточками 21 и 22. В результате совмещения друг против друга упомянутых конусообразных кольцевых проточек 19, 20 дифференциальной втулки и конусообразных кольцевых проточек 21 и 22 корпуса образованы верхняя и нижняя конусообразные кольцевые полости. В нижней из них в транспортном положении устройства помещен кольцевой пружинный фиксатор 23. Устройство выполнено с возможностью перезарядки - перемещения кольцевого пружинного фиксатора 23 в верхнюю конусообразную кольцевую полость в процессе работы устройства, т.е. при осевом перемещении дифференциальной втулки 8 в ее крайнее верхнее положение для обеспечения гидравлической связи полости корпуса 1 с верхней частью 10 кольцевой камеры 7 через средние радиальные отверстия 4 корпуса 1 и среднюю часть 11 кольцевой камеры 7. В этом положении с обеспечением надежной гидравлической связи полости корпуса с полостью уплотнительного элемента пакера через каналы необходимого сечения может быть подано необходимое количество жидкости в упомянутую полость пакера при заданном давлении. После приведения в действие уплотнительного элемента пакера (окончания процесса пакеровки) созданное избыточное давление в полости уплотнительного элемента пакера стопорит дифференциальную втулку 8 - возвращает эту втулку в ее крайнее нижнее положение с герметичным разделением верхней части 10 кольцевой камеры 7 от ее средней части 11. Это разделение предусмотрено с помощью уплотнительного элемента 24, помещенного, например, на уступе внутренней поверхности дифференциальной втулки 8, взаимодействующего с ответным уступом на наружной поверхности корпуса 1. Для обеспечения герметичности средней части 11 кольцевой камеры 7 предусмотрен уплотнительный элемент 24′.

Кроме того, на внешней поверхности корпуса выполнены продольные пазы 25 для гидравлического сообщения средней части 11 кольцевой полости 7 с ее верхней частью 10. Для удобства монтажа устройства дифференциальная втулка 8 выполнена с кольцом 26. Срезной элемент 9 может быть выполнен в виде винта. Для этого случая предусмотрено резьбовое отверстие 27 в теле дифференциальной втулки 8. Против этого отверстия в теле корпуса (переводника 2) выполнена кольцевая проточка 28. Дифференциальная втулка 8 выполнена с резьбовым радиальным отверстием 29, в которое помещена пробка - заглушка 30, необходимая для снятия избыточного давления в средней части 11 кольцевой полости 7 после опрессовки устройства. Для фиксации кожуха 6 предусмотрено упорное кольцо 31, связанное с корпусом (его переводником 2).

Устройство работает следующим образом.

После спуска колонны с устройством в скважину и закачки расчетного объема тампонажного раствора в колонну пускают разделительную пробку (на фиг. 1 не показана), которая разрушает ступенчатый полый срезной винт 17 (с помощью сбивного элемента 18) и перемещается вниз до посадки на «стоп-кольцо».

После окончания процесса цементирования в полости колонны создают избыточное давление, которое через разрушенный полый срезной винт 17 поступает в нижнюю часть 11 кольцевой полости 7. Под действием давления срезается полый срезной винт 9 и перемещается дифференциальная втулка 8 в ее крайнее верхнее положение. Дифференциальная втулка 8 (ее уступ с уплотнительным элементом 24) занимает такое положение, при котором внутренняя полость устройства сообщена со средней частью 11 кольцевой полости 7 через средние радиальные отверстия 4 с обратным клапаном - упруго-эластичной манжетой 15. В этом положении устройства средняя часть 11 кольцевой полости сообщена с ее верхней частью 10. Верхняя же часть 10 кольцевой полости постоянно связана с полостью уплотнительного элемента пакера через продольный проточный канал 14. При этом кольцевой пружинный фиксатор 23 из нижней конусообразной кольцевой полости, образованной проточками 20, 22, перемещается в верхнюю конусообразную кольцевую полость, образованную проточками 19, 21 (происходит перезарядка), а уплотнительный элемент 24 дифференциальной втулки 8 располагается на продольных пазах 25 корпуса 1.

Размеры каналов для гидравлического сообщения полости устройства с полостью уплотнительного элемента пакера могут быть выполнены необходимых размеров, они не ограничены толщиной стенок узлов устройства, не засоряются не создают значительных перепадов давления. Устройство максимально упрощено, не имеет избыточных узлов и потому практически безотказно в работе. Более того, каналы сообщения внутренней полости устройства (обсадной колонны) с полостью уплотнительного элемента пакера могут быть выполнены (позволяют габариты) с местными сужениями и/или уширениями и/или спиральными насечками или уступами для создания струйных эффектов и турбулентных потоков, исключающих образование осадков в полостях устройства из среды скважинной жидкости.

После приведения в действие уплотнительного элемента пакера (окончания процесса пакеровки), созданное избыточное давление в полости уплотнительного элемента возвращает дифференциальную втулку 8 в исходное положение. Ее проточки выполнены таким образом, что они обеспечивают беспрепятственное перемещение в ее крайнее нижнее положение по лепесткам кольцевого пружинного фиксатора 23. При этом лепестки кольцевого пружинного фиксатора 23 выполнены тоже таким образом, что, размещаясь в верхней конусообразной кольцевой полости, исключают повторное перемещение дифференциальной втулки 8 при создании в полости устройства (колонне скважины) избыточного давления любой природы.

Источники информации

RU 2096583, С1, 20.11.2007

RU 2424417 С1, 20.07.2011

Устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера, включающее ступенчатый по наружному диаметру корпус, выполненный с верхними, средними и нижними радиальными отверстиями, кожух, помещенный снаружи корпуса и образующий с последним кольцевую камеру, дифференциальную втулку, зафиксированную на корпусе срезным элементом и помещенную в кольцевой камере с обеспечением совместно с корпусом возможности герметичного разделения кольцевой камеры на ее верхнюю, среднюю и нижнюю части в транспортном положении устройства, ствол пакера, часть которого помещена внутри корпуса и образует с ним, по меньшей мере, один продольный проточный канал, связывающий верхнюю часть кольцевой камеры с полостью пакера через верхние радиальные отверстия корпуса, при этом средние радиальные отверстия корпуса против средней части кольцевой камеры перекрыты обратным клапаном, нижние радиальные отверстия корпуса против нижней части кольцевой камеры перекрыты ступенчатым полым срезным винтом, а дифференциальная втулка и корпус по их взаимодействующей поверхности в периферийной части образуют, одна над другой, верхнюю и нижнюю конусообразные кольцевые полости, в последней из которых помещен кольцевой пружинный фиксатор, который имеет возможность перезарядки - перемещения в верхнюю конусообразную кольцевую полость при осевом перемещении дифференциальной втулки в ее крайнее верхнее положение для обеспечения гидравлической связи полости корпуса с верхней частью кольцевой камеры через средние радиальные отверстия корпуса и среднюю часть кольцевой камеры, а также стопорения дифференциальной втулки в ее крайнем нижнем положении с герметичным разделением верхней части кольцевой камеры от ее средней части.