УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ СТЕНОК СКВАЖИНЫ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для герметизации обсадной колонны или стенок отрытого ствола скважины.
Известен «Профильный перекрыватель» (а.с. №1070989, Е 21 В 29/00, опубл. Бюл. №24 от 30.08.1994 г.), содержащий профильную трубу с цилиндрическими концевыми участками, в головном из которых размещен якорный узел, а в хвостовом - башмак, и обратный клапан, при этом башмак выполнен в виде вкладышей, образующих некруглое проходное сечение, и размещенных в нем элементов винтовой пары, один из которых имеет наружную поверхность с ответным некруглым сечением, при этом якорный узел снабжен конусно-клиновым пуансоном, установленным с возможностью взаимодействия с другим элементом винтовой пары башмака.
Недостатками данного устройства являются высокая себестоимость профильной трубы (в 4-10 раз в зависимости от количества продольных профилей выше чем себестоимость обычной круглой трубы), что особенно ощутимо при необходимости перекрытия больших по протяженности интервалов скважины, большое количество деталей сложной конструкции в якорном узле и конусно-клиновом пуансоне, что увеличивает стоимость оборудования и снижает надежность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для герметизации обсадной колонны» (патент RU №2236550, Е 21 В 29/10, опубл. Бюл. №26 от 20.09.2004 г.), включающее пластырь в виде металлического патрубка, гидравлический посадочный инструмент и расширяющую оправку, выполненную в виде усеченного конуса, с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра обсадной колонны и удвоенной толщины стенки пластыря, при этом по концам пластыря в кольцевых цилиндрических канавках, выполненных в нем, размещены эластичные уплотнители, наружная поверхность которых выполнена размером не более поперечных габаритов пластыря, а гидравлический посадочный инструмент снабжен гидравлическим якорем.
Недостатками данной конструкции является большое количество сложных сопрягаемых деталей, ведущих к удорожанию и снижению надежности всей конструкции, и невозможность работы в открытом стволе скважины в виду низкой эффективности в нем гидравлического якоря.
Технической задачей предлагаемого устройства являются упрощение и удешевление конструкции, а также расширение функциональности за счет возможности работы в открытом стволе скважины.
Техническая задача решается устройством для герметизации стенок скважины, включающим пластырь в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями на концах, размещенных в наружных цилиндрических канавках, посадочный инструмент, якорь и расширяющую оправку, снабженную расположенным в нижнем конце пластыря усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенок скважины и удвоенной толщины стенки пластыря.
Новым является то, что якорь расположен в средней части пластыря и выполнен в виде продольногофрированного парубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в интервале установки, а расширяющая оправка дополнительно снабжена расположенным в верхнем конце пластыря верхним усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенок сквжины и удвоенной толщины стенки пластыря верхним, причем усеченный конус и верхний усеченный конус герметично вставлены в пластырь и соответственно снабжены центральными внутренними правой и левой резьбами, при этом посадочный инструмент выполнен в виде полого штока с обратным клапаном внизу, присоединительной резьбой вверху и радиальными каналами в средней части, от которой вверх и вниз по наружной поверхности выполнены разнонаправленные резьбы, взаимодействующие с соответствующими резьбами в усеченных конусах.
На чертеже изображено устройство в транспортном положении.
Устройство для герметизации стенок скважины 1 включает пластырь 2 в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями 3 и 4 на концах, размещенных в соответствующих наружных цилиндрических канавках 5 и 6, посадочный инструмент 7, якорь 8, расположенный в средней части пластыря 2 и выполненный в виде продольногофрированного парубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины 1 в интервале установки, и расширяющую оправку, состоящую из расположенного герметично в нижнем конце пластыря 2 усеченного конуса 9 и расположенного герметично с верхнем конце пластыря 2 верхнего усеченного конуса 10 с углом каждой обращенной навстречу друг другу конической поверхности 10-40°, причем диаметр оснований которых меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки скважины 1 и удвоенной толщины стенки пластыря
2. Усеченный конус 9 и верхний усеченный конус 10 соответственно снабжены центральными внутренними правой 11 и левой 12 резьбами. Посадочный инструмент 7 выполнен в виде полого штока с обратным клапаном 13 внизу, присоединительной резьбой 14 вверху и радиальными каналами 15 в средней части. От средней части полого штока 7 вниз и вверх по наружной поверхности выполнены нижняя 16 и верхняя 17 разнонаправленные резьбы, взаимодействующие с соответствующими резьбами 11 и 12 в усеченных конусах 9 и 10. Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 18 и 19.
Устройство работает следующим образом.
Устройство в сборе присоединяют при помощи присоединительной резьбы 14 полого штока 7 снизу к колонне труб 20 (на чертеже изображена только нижняя муфта колонны труб) и спускают в скважину 1 до интервала установки. При этом колонна труб 20 через обратный клапан 13 и полый шток 7 заполняется скважинной жидкостью. После чего в колонне труб 20 создают избыточное давление, закрывая обратный клапан 13, которое передается через радиальные отверстия 15 полого штока во внутреннюю полость пластыря 2. В результате, того, что в концы пластыря 2 герметично вставлены усеченные конусы 9 и 10 с уплотнительными кольцами 18 и 19, избыточное давление выправляет продольные гофры патрубка 8, плотно и надежно прижимая его к стенкам скважины 1. Далее давление сбрасывают и придают колонне труб 20 правое вращение (по часовой стрелке), исключающее отворот колонны труб 20. При этом вставленные в пластырь 2 и зафиксированные от поворота усеченные конусы 9 и 10 благодаря соответствующим правой 11 и левой 12 резьбам, взаимодействующими с соответствующими нижней 16 и верхней 17 разнонаправленными резьбами полого штока 7, сходятся к средней части пластыря 2, расширяя его по всей длине до полного и плотного прижатия к стенкам скважины 1. Под действием усеченных конусов 9 и 10 наружные цилиндрические канавки 6 и 5 с эластичными уплотнениями 4 и 3 расправляются и прижимаются к стенкам скважины 1, надежно герметизируя снизу и сверху стенки скважины 1, находящиеся под пластырем 2. После попадания усеченных конусов 9 и 10 в зону предварительно расширенного продольно гофрированного патрубка 8 (определяется снижение нагрузки, затрачиваемой на поворот колонны труб), то есть завершения расширения патрубка 2, колону труб 20 нагружают и приподнимают для проверки полного освобождения устройства. После чего устройство свободно извлекают, так как диаметр оснований усеченных конусов 9 и 10 меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки скважины 1 и удвоенной толщины стенки пластыря 2.
Предлагаемая конструкция устройства для герметизации стенок скважины работоспособна как в открытом стволе, так и в обсадной колонне, при этом проста и дешева в изготовлении и надежна в применении.