УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ И ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПОТАЙНОЙ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к устройствам для установки и герметизации заколонного пространства обсадных колонн и, в частности, потайных обсадных колонн в газовых и нефтяных скважинах.
Известно устройство для подвески и герметизации потайных колонн, включающее корпус с радиальным каналом и расположенным в нем обратным клапаном, уплотнительный элемент, переводник с радиальным и осевым каналами и обратным клапаном, патрубок, втулку-седло (Патент RU №2093667, МПК Е21В 43/10, 1997 г.).
Недостатком устройства является его низкая эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что в данной конструкции шлипсы, установленные непосредственно в уплотнительном элементе, могут быть изготовлены по конструктивным возможностям только с зубьями малой высоты, следовательно, такая подвеска не в состоянии выдержать большую сдвигающую нагрузку потайной обсадной колонны, особенно при наличии на поверхности предыдущей обсадной колонны окалины, грязи, парафиновых отложений и т.д. Кроме того, устройство не предполагает цементирование потайной колонны, поэтому для надежного крепления необходимо точно определять глубину забоя, чтобы потайная колонна упиралась в дно, а также максимально возможную нагрузку, что снижает его эксплуатационные возможности.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее корпус с радиальными отверстиями, переводник, связанную с ним транспортировочную колонну, патрубок с радиальными отверстиями, соединенный с переводником и образующий с корпусом кольцевую полость, разъединительный узел, формованный уплотнительный элемент из эластомера, якорный узел, дифференциальные втулки-толкатели, закрепленные на наружной поверхности корпуса срезными элементами, фиксирующие положения якорного узла и уплотнительного элемента относительно корпуса (Патент RU 2171366, МПК Е21В 33/14, Е21В 43/10, 2001 г.).
Недостатком данного устройства является его невысокая герметизирующая способность, обусловленная малой силой сжатия формованного уплотнительного элемента из эластомера, так как усилие сжатия ограничено кольцевой площадью дифференциальной втулки-толкателя, воздействующей на формованные уплотнительные манжеты. Свойства уплотнительного элемента из эластомера в известном устройстве не предусматривает его использование при высоких температурах, больших перепадах давления и воздействии агрессивной среды. К тому же, в результате сравнительно небольшого значения коэффициента деформации уплотнительного элемента устройство может быть рассчитано только на определенный диаметр обсадной колонны, что снижает его эксплуатационные возможности.
Недостатком является то, что при спуске устройства формованные уплотнительные манжеты из эластомера могут цепляться за стенки обсадной колонны, наползать друг на друга, в результате чего происходит его заклинивание.
Задача заключается в повышении надежности работы устройства за счет повышения степени герметизации заколонного пространства потайных обсадных колонн и надежности их крепления.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для установки и герметизации потайной обсадной колонны в скважине, включающем корпус с радиальными отверстиями, переводник, связанную с ним транспортировочную колонну, патрубок с радиальными отверстиями, соединенный с переводником и образующий с корпусом кольцевую полость, разъединительный узел, якорный узел, дифференциальную втулку-толкатель, закрепленную на наружной поверхности корпуса срезным элементом и фиксирующую положение якорного узла относительно корпуса, уплотнительный элемент, размещенный на корпусе, согласно полезной модели, уплотнительный элемент выполнен в виде уплотнительного элемента трубчатого типа из высокопластичного металла, обрезиненного снаружи, при этом уплотнительный элемент трубчатого типа герметично прижат к корпусу обжимными стаканами и образует с корпусом замкнутую кольцевую камеру.
Преимуществом предлагаемой конструкции является то, что уплотнительный элемент выполнен в виде уплотнительного элемента трубчатого типа из высокопластичного металла, например, алюминиевого сплава, обрезиненного снаружи, при этом уплотнительный элемент трубчатого типа герметично прижат к корпусу обжимными стаканами. Такое конструктивное решение обеспечивает надежность работы устройства благодаря тому, что, в отличие от уплотнительного элемента прототипа, представляющего собой формованные наборные манжеты из эластомера, предлагаемый металлический уплотнительный элемент трубчатого типа выдерживает большие перепады давления, высокие температуры и воздействие агрессивной среды, а обжимные стаканы надежно фиксируют его относительно корпуса, предотвращая его распакеровку при высоком давлении. Обрезинивание уплотнительного элемента трубчатого типа снаружи улучшает герметичность контактной поверхности между ним и обсадной колонной.
Выполнение полезной модели таким образом, что уплотнительный элемент трубчатого типа образует с корпусом замкнутую кольцевую камеру, предусматривает непосредственное воздействие рабочей жидкости на уплотнительный элемент трубчатого типа по всей его внутренней поверхности и его деформацию до обсадной колонны, тогда как в прототипе рабочая жидкость воздействует на дифференциальную втулку-толкатель, которая в свою очередь деформирует уплотнительный элемент. Кроме того, в предлагаемой конструкции сила воздействия на уплотнительный элемент трубчатого типа направлена в сторону обсадной колонны под прямым углом, тогда как в прототипе она направлена параллельно обсадной колонне. Следовательно, в предлагаемой полезной модели уплотнительный элемент трубчатого типа с наибольшим усилием прижимается к внутренней стенке обсадной колонны, деформация его более значительна по сравнению с известным устройством, что повышает степень герметизации заколонного пространства потайных обсадных колонн и надежность их крепления.
На Фиг.1 и Фиг.2 изображен общий вид устройства.
Устройство включает корпус 1 (Фиг.1) с радиальными отверстиями 2 (Фиг.2), переводник 3, с которым связана транспортировочная колонна (не показана), патрубок 4 с радиальными отверстиями 5, разъединительный узел 6, якорный узел 7 и уплотнительный элемент трубчатого типа 8. Патрубок 4 соединен с переводником 3 с помощью резьбы 9 и образует с корпусом 1 кольцевую полость 10, гидравлически связанную с полостью патрубка 4 через его радиальные отверстия 5, перекрытые срезным винтом 11. Корпус 1 выполнен составным и соединен с переводником 3 левой резьбой 12. Патрубок 4 установлен с возможностью извлечения его вместе с переводником 3 и транспортировочной колонной. На наружной поверхности корпуса 1 с помощью срезного элемента 13 в виде винта закреплена дифференциальная втулка-толкатель 14, фиксирующая положение якорного узла 7 относительно корпуса 1. Уплотнительный элемент трубчатого типа 8, размещенный на корпусе 1, выполнен из высокопластичного металла, например, алюминиевого сплава, обрезиненного снаружи, и герметично прижат к корпусу 1 обжимными стаканами 15. Уплотнительный элемент трубчатого типа 8 образует с корпусом 1 замкнутую кольцевую камеру 16. Корпус 1 снабжен обратным клапаном 17. Разъединительный узел 6 соединен с корпусом 1 срезным винтом 18, содержит дифференциальную втулку 19 и фиксирующий элемент 20 в виде шара. В устройство входят нижняя продавочная пробка 21 и верхняя продавочная пробка (не показана). Герметизация контактных поверхностей деталей устройства обеспечивается уплотнительными кольцами 22.
Устройство для установки и герметизации потайной обсадной колонны в скважине работает следующим образом.
Устройство, нижним концом корпуса 1, соединенное с верхней трубой потайной колонны (не показана), а верхним концом переводника 3 соединенное с транспортировочной колонной (не показана), спускают в скважину. После установки потайной колонны на определенной глубине скважины, или когда башмак потайной колонны (не показан) установлен на забое скважины, производят закачку расчетного объема тампонажного раствора и пускают верхнюю продавочную пробку (не показана), которая при прохождении по колонне садится на нижнюю продавочную пробку 21. При повышении давления в транспортировочной колонне срезается срезной винт 11, тем самым происходит соединение кольцевой полости 10 устройства с внутренней полостью патрубка 4, а верхняя продавочная пробка вместе с нижней продавочной пробкой 21 движутся вниз, продавливая тампонажный раствор через башмак потайной колонны в кольцевое пространство за потайной колонной, до посадки на «стоп-кольцо», расположенное над башмаком потайной колонны (не показаны).
При дальнейшем повышении давления рабочая жидкость из полости патрубка 4 через радиальные отверстия 5 заполняет кольцевую полость 10, а затем через радиальные отверстия 2 заполняет рабочую полость под дифференциальной втулкой-толкателем 14, фиксирующей положение якорного узла 7 относительно корпуса 1, смещая ее. При этом сдвигаются шлипсы якорного узла 7 и своими зубьями врезаются в стенку обсадной колонны.
Под действием избыточного давления рабочая жидкость из кольцевой полости 10 через обратный клапан 17 поступает в замкнутую кольцевую камеру 16, образованную уплотнительным элементом трубчатого типа 8 и корпусом 1, в результате чего уплотнительный элемент трубчатого типа 8 деформируется до обсадной колонны, обеспечивая герметизацию заколонного пространства потайной колонны и надежное ее крепление. По окончании процесса пакеровки обратный клапан 17 закрывается, удерживая давление под уплотнительным элементом трубчатого типа 8.
После заякоревания устройства и при определенном избыточном давлении происходит срабатывание разъединительного узла 6, при этом срезается срезной винт 18, и дифференциальная втулка 19 перемещается относительно корпуса 1, освобождая фиксирующий элемент 20 в виде шара. После срабатывания разъединительного узла 6 транспортировочную колонну с переводником 3 и патрубком 4 извлекают из скважины.
Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет получить устройство для установки и герметизации потайной обсадной колонны в скважине с повышенной надежностью работы.