Устройство разделения среды гидравлическое

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для разобщения интервалов ствола обсадной колонны с целью проведения различных технологических операций и разделения среды в интервалах, выше и ниже расположенных от устройства.
Известно устройство защиты от присыпания (патент № 195581, МПК E21B 33/128, E21B 37/00, опубл. 31.01.2020), которое включает узел для запирания надпакерного пространства, содержит полый шток, на котором установлен уплотнительный элемент, а также упорная гайка, муфта, втулка, храповик и втулка со срезными штифтами. Уплотнительный элемент крепится к упорной гайке и втулке с помощью винтов. Шток имеет ответную резьбу для гайки и муфты, а также область с выступами для установки храповика. Втулки связаны между собой резьбовым соединением, при этом храповик установлен под втулкой таким образом, чтобы внутренняя стенка втулки упиралась в стенку храповика. Уплотнительный элемент представляет собой эластичную манжету, стенка которой в центральной части имеет меньшую толщину, чем по краям.
Недостатком данного технического решения является ограниченность применения, так как для его активации необходимо обеспечить внутритрубное давление.
Наиболее близким аналогом является гидравлически устанавливаемый пакер (патент № 2676108, МПК E21B33/129, опубл. 26.12.2018 г.), который cодержит ствол с радиальными каналами и муфтой в верхней части, расположенные на стволе верхний и нижний якорные узлы, уплотнительные элементы, установленные на стволе с помощью штока, связанного с конусом верхнего якорного узла, гидропривод, включающий цилиндр, образующий со стволом кольцевую полость, связанную с внутренней полостью ствола через радиальные каналы, размещенный в кольцевой полости поршень, храповик. Шток связан с конусом верхнего якорного узла при помощи упора, выполненного в виде нескольких сегментов. Сегменты установлены в сквозных отверстиях штока и внутренней проточке конуса верхнего якорного узла. На стволе напротив упора установлена опорная втулка, фиксирующая упор во внутренней проточке конуса верхнего якорного узла. Ниже опорной втулки на стволе выполнена цилиндрическая выборка, благодаря чему упор имеет возможность выхода из зацепления с конусом верхнего якорного узла при перемещении ствола вверх относительно штока при извлечении пакера.
Основным недостатком данного технического решения является сложность конструкции и применение достаточно большого количества взаимодействующих узлов, снижающих надежность работы всего устройства. А также ограниченность применения, так как для его активации необходимо обеспечить внутритрубное давление.
Задача, на решение которой направлено заявленное устройство, является упрощение конструкции подобных технических объектов и повышение области применения за счет универсального способа активации за счет внешнего статического давления жидкости в скважине, при обеспечении надежной герметизации в необходимых интервалах обсадной колонны, а также последующего безаварийного облегченного срыва из скважины.
Техническим результатом, достигаемым при использовании данного решения, является повышение области применения устройств при герметизации обсадной колонны и, соответственно, возможность его применения в компоновках оборудования, в составе которых находятся установки электроцентробежных насосов, и требуется перекрытие интервала ствола обсадной колонны скважины, расположенный ниже установки электроцентробежного насоса, что, в свою очередь, повышает технологичность оборудования.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве разделения среды, содержащем шток с муфтой в верхней части, расположенные на штоке верхнюю и нижнюю гайки, уплотнительный элемент, установленный с возможностью деформации, храповик, а также верхнюю и нижнюю втулки, установленные на штоке с возможностью перемещения вдоль оси устройства, уплотнительный элемент состоит из верхней части и нижней части, причем верхняя часть уплотнительного элемента скреплена с верхней гайкой с возможностью перемещения вместе с ней вдоль оси устройства, и имеет профиль сечения, обеспечивающий плотное вхождение в нижнюю часть уплотнительного элемента, а нижняя часть уплотнительного элемента скреплена с нижней гайкой и имеет, соответственно, профиль сечения, обеспечивающий плотное вхождение верхней части уплотнительного элемента, при этом нижняя втулка зафиксирована на штоке с помощью срезных штифтов, а верхняя втулка скреплена с нижней втулкой через уплотнение, образуя между внутренними стенками скрепленных втулок и внешней поверхностью штока атмосферную камеру, в которой расположен храповик, нижняя втулка скреплена также с верхней гайкой, а нижняя гайка жестко закреплена на штоке с помощью срезных штифтов, при этом на нижней части штока установлена гайка-центратор.
Кроме того, срезные штифты, фиксирующие нижнюю втулку, изготовлены из растворяющегося со временем материала.
Скрепление верхней втулки с нижней через уплотнение с образованием атмосферной камеры позволяет обеспечить более надежное и своевременное срабатывание механизма на определенной глубине.
Выполнение уплотнительного элемента из двух частей определенного сечения позволяет осуществить наиболее простое и надежное узловое соединение, обеспечивая, таким образом, надежную работу устройства путем взаимодействия подвижной и неподвижной частей уплотнительного элемента.
Изготовление срезных штифтов, фиксирующих нижнюю втулку из растворяющегося со временем материала, позволяет исключить погрешность в расчетах количества используемых штифтов.
Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, на котором представлен разрез устройства разделения среды гидравлического.
Устройство содержит полый шток (1) с муфтой (2), за которую устройство накручивается на насосно-компрессорную трубу (НКТ) или другое оборудование, верхнюю втулку (3) с храповиком (4), нижнюю втулку (5), верхнюю гайку (6), нижнюю гайку (7), верхнюю часть уплотнительного элемента (8), нижнюю часть уплотнительного элемента (9) и гайку-центратор (10), выполняющую защитную функцию частей уплотнительного элемента при спуске оборудования от различных механических препятствий в скважине. Нижняя втулка (5) прикреплена к штоку (1) с помощью срезных штифтов (11). Втулки (3) и (5) герметично скручены между собой через уплотнение (12) и также герметично установлены на шток (1) через уплотнения (13, 14), образуя между внутренними стенками скрепленных втулок (3, 5) и внешней поверхностью штока (1) атмосферную камеру. Верхняя втулка (3) содержит дроссельный винт (15). Шток (1) имеет ответную резьбу для гайки-центратора (10) и муфты (2), а также область с выступами для установки храповика (4). Нижняя втулка (5) также соединена с помощью резьбы с верхней гайкой (6), а она, в свою очередь, скреплена винтовым соединением с верхней частью уплотнительного элемента (8). Каждая из частей уплотнительного элемента (8 и 9) представляет собой эластичную манжету. Верхняя манжета (8) при движении совместно с верхней (3), нижней (5) втулками и верхней гайкой (6) перемещается вниз и заходит в нижнюю манжету (9) разжимая и увеличивая его наружный габарит до стенок обсадной колонны скважины. Нижняя манжета (9) скреплена винтовым соединением с нижней гайкой (7), которая жестко установлена на штоке с помощью срезных штифтов (16).
Устройство работает следующим образом.
Устройство спускается в скважину на насосно-компрессорных или бурильных трубах на требуемую глубину. При достижении определенной глубины спуска, а именно при достижении определенного внешнего давления, статического уровня жидкости в скважине, устройство активируется, и происходит сжатие манжет (8,9), при этом происходит перекрытие кольцевого пространства обсадной колонны и его герметичное разобщение. Давление усилия срабатывания устройства регулируется перед спуском устройства путем установки штифтов (11), расположенных под гайкой (6). По мере спуска устройства в скважину, статический уровень жидкости воздействует на атмосферную камеру, образованную втулками (3 и 5) и за счет разности уплотняемых площадей по штоку перемещает втулки сверху-вниз сжимая манжеты (8 и 9), причем верхняя манжета (8) является подвижной и имеет профиль сечения, обеспечивающий плотное вхождение в нижнюю манжету (9). Настройка усилия срабатывания – передвижения втулок (3,5) по штоку регулируется за счет срезных штифтов (11), и является расчетной величиной, исходя из статического уровня жидкости в скважине.
Например, необходимо чтобы устройство сработало на глубине 1000 м., а статический уровень в скважине 200 м. Произведя соответствующие вычисления, получаем что давление на глубине 1000 м. будет в районе 80 атм. Делаем расчет штифтов (11) по механическим свойствам и устанавливаем, что необходимо установка 2 штифтов, которые срежутся при давлении 80 атм, при влиянии на нашу рабочую площадь, уплотняемую втулками (3,5). Штифты (11) выполнены из специального материала – магниевый сплав, который постепенно разрушается под воздействием скважинной жидкости. Данный функционал гарантирует 100% срабатывание устройства при заданных условиях, т.е. если расчет изначально был сделан с погрешностью и штифты не срезались, то, например, через 3-4 дня произойдет их частичное растворение и штифты срежутся при заданных условиях. После проведения всех необходимых операций производят извлечение устройства путем прямого натяжения колонны труб НКТ. На случай если произошло присыпание уплотнительных элементов (8,9) устройства механическими примесями, в результате длительной эксплуатации, нижняя гайка (7) содержит срезные винты (16), которые разрушаются под воздействием растягивающего усилия (нагрузка регулируется перед спуском устройства) и гайка (7) проваливается вниз по штоку (1), что дает начальный ход подвески НКТ для извлечения. Устройство принимает транспортное положение и далее происходит подъем устройства на поверхность.