Пакер гидравлический для манжетного цементирования

Полезная модель относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использована в нефтяных или газовых скважинах, при изоляции и разобщении пластов с использованием манжетного цементирования обсадной колонны.
Известно устройство для манжетного цементирования скважины, содержащее цементировочную муфту, к которой снизу присоединен полый цилиндрический корпус, соединенный с седлом для посадки шара, клапанным устройством, и соединенный с резинотканевой деталью [1].
Это устройство не является надежным в работе, поскольку в этом устройстве перекрывание подачи рабочей жидкости в резинотканевую деталь, может произойти преждевременно, при закупоривании каналов подачи рабочей жидкости, в резинотканевую деталь, твердыми частицами в рабочей жидкости. Кроме того, перекрывание подачи рабочей жидкости в резинотканевую деталь, может произойти преждевременно, при пульсациях давления, подаваемой рабочей жидкости, обусловленного работой поршневых или плунжерных насосов.
Наиболее близким является пакер гидравлический для манжетного цементирования, содержащий цементировочную муфту, к которой сверху присоединен верхний переводник, а снизу присоединен полый цилиндрический корпус, соединенный с седлом для посадки шара и клапанным устройством, а также соединенный с резинотканевой деталью: сверху с помощью верхнего стакана и верхней втулки, снизу с помощью нижнего стакана и нижней втулки, кроме того, соединенный снизу с нижним переводником [2].
Это устройство также не является надежным в работе, поскольку в этом устройстве также, перекрывание подачи рабочей жидкости, подаваемой в резинотканевую деталь, может произойти преждевременно, из-за слишком большой жесткости пружины. Или подача рабочей жидкости может быть не перекрыта, после завершения пакеровки, из-за недостаточной жесткости пружины. Отклонения жесткости пружины могут быть вызваны как отклонениями в технологии ее изготовления, так и ее пластическими деформациями.
В основу полезной модели поставлена задача, путем усовершенствования пакера гидравлического для манжетного цементирования, увеличить надежность работы пакера гидравлического для манжетного цементирования.
1. Поставленная задача решается тем, что в пакере гидравлическом для манжетного цементирования, содержащим цементировочную муфту, к которой сверху присоединен верхний переводник, а снизу присоединен полый цилиндрический корпус, соединенный с седлом для посадки шара и клапанным устройством, а также соединенный с резинотканевой деталью, сверху с помощью верхнего стакана и верхней втулки, снизу с помощью нижнего стакана и нижней втулки, кроме того, соединенный снизу с нижним переводником, новым является то, что цилиндрический корпус соединен с седлом для посадки шара и цементировочной муфтой через цилиндрическую соединительную деталь, содержащую поперечный канал цилиндрической соединительной детали для прохождения рабочей жидкости, а в седле для посадки шара расположен открывающий поршень, соединенный с седлом для посадки шара, срезным элементом открывающего поршня, и к цилиндрической соединительной детали присоединен кожух, где между кожухом и цилиндрической соединительной деталью, расположен продольный входной канал, для прохождения рабочей жидкости, кроме того, между кожухом и полым цилиндрическим корпусом, расположен закрывающий поршень, содержащий поперечный канал закрывающего поршня, для прохождения рабочей жидкости, закрытый со стороны кожуха резиновым ниппелем, внутреннее уплотнительное кольцо, наружное уплотнительное кольцо, и торцевое уплотнительное кольцо, где закрывающий поршень соединен со втулкой закрывающего поршня резьбовым соединением, причем втулка закрывающего поршня соединена срезным элементом втулки закрывающего поршня с верхней втулкой, а между закрывающим поршнем и полым цилиндрическим корпусом расположен фиксатор в виде упругого незамкнутого кольца, и полый цилиндрический корпус имеет кольцевую проточку для фиксатора, при этом между полым цилиндрическим корпусом и верхней втулкой расположен продольный выходной канал для прохождения рабочей жидкости, где площадь поперечного сечения продольного выходного канала на выходе рабочей жидкости из продольного выходного канала к закрывающему поршню S1 обусловлена выражением: S1=k1⋅S2, где S2 - площадь проекции закрывающего поршня, на плоскость, перпендикулярную продольной оси симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования, а k1 - коэффициент пропорциональности, который не превышает 0,3.
На фиг. 1 схематически изображена верхняя часть пакера гидравлического для манжетного цементирования, с частичным продольным сечением, по продольной оси симметрии. Продольная ось симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования обозначена буквой Q. Пунктирными линиями указан шар в седле для посадки шара.
На фиг. 2 схематически изображена нижняя часть пакера гидравлического для манжетного цементирования с частичным продольным сечением по продольной оси симметрии. Продольная ось симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования обозначена буквой Q.
На фиг. 3 изображена часть пакера гидравлического для манжетного цементирования, обозначенная на фиг. 1 буквой А. Продольная ось симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования обозначена буквой Q. Пунктирными линиями указан шар в седле для посадки шара.
На фиг. 4 изображена часть пакера гидравлического для манжетного цементирования, обозначенная на фиг. 2 буквой В. Продольная ось симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования обозначена буквой Q. Буквой R1 обозначено наименьшее расстояние до точки площади проекции закрывающего поршня на плоскость, перпендикулярную продольной оси симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования Q, от оси симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования Q. Буквой R2 обозначено наибольшее расстояние до точки площади проекции закрывающего поршня на плоскость, перпендикулярную продольной оси симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования Q, от оси симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования Q.
Пакер гидравлический для манжетного цементирования состоит из цементировочной муфты 1, к которой сверху присоединен верхний переводник 2. Снизу к цементировочной муфте 1 присоединена цилиндрическая соединительная деталь 3. К цилиндрической соединительной детали 3 присоединен полый цилиндрический корпус 4 и седло для посадки шара 5 (фиг. 1).
Полый цилиндрический корпус 4 соединен с резинотканевой деталью 6 сверху с помощью верхнего стакана 7 и верхней втулки 8 снизу с помощью нижнего стакана 9 и нижней втулки 10. Кроме того, полый цилиндрический корпус 4 соединен снизу с нижним переводником 11 (фиг. 2).
Цилиндрическая соединительная деталь 3 содержит поперечный канал цилиндрической соединительной детали 12, для прохождения рабочей жидкости. Также в седле для посадки шара 5 расположен открывающий поршень 13, соединенный с седлом для посадки шара 5, срезным элементом открывающего поршня 14. Срезных элементов открывающего поршня 14, может быть больше одного.
Также, к цилиндрической соединительной детали 3 присоединен кожух 15. Между кожухом 15, и цилиндрической соединительной деталью 3 расположен продольный входной канал 16 для прохождения рабочей жидкости (фиг. 1, 3). Продольных входных каналов 16 может быть больше одного.
Кроме того, между кожухом 15 и полым цилиндрическим корпусом 4 расположен закрывающий поршень 17, содержащий поперечный канал закрывающего поршня 18 для прохождения рабочей жидкости, закрытый со стороны кожуха 15 резиновым ниппелем 19. Поперечных каналов закрывающего поршня 18 может быть больше одного.
Также, закрывающий поршень 17, содержит внутреннее уплотнительное кольцо 20, наружное уплотнительное кольцо 21, и торцевое уплотнительное кольцо 22. Закрывающий поршень 17 соединен с втулкой закрывающего поршня 23 резьбовым соединением, причем втулка закрывающего поршня 23 соединена, хотя бы одним срезным элементом втулки закрывающего поршня 24, с верхней втулкой 8. Срезных элементов втулки закрывающего поршня 24 может быть больше одного.
Между закрывающим поршнем 14 и полым цилиндрическим корпусом 4 также расположен фиксатор 25 в виде упругого незамкнутого кольца, а полый цилиндрический корпус 4 имеет кольцевую проточку для фиксатора 26 (фиг. 2, 4).
И между полым цилиндрическим корпусом 4 и верхней втулкой 8 расположен продольный выходной канал 27 для прохождения рабочей жидкости. Продольных выходных каналов 27 для прохождения рабочей жидкости может быть больше одного.
Площадь поперечного сечения продольного выходного канала 27 на выходе рабочей жидкости из продольного выходного канала к закрывающему поршню 17 S1 обусловлена выражением: S1=k1⋅S2, где S2 - площадь проекции закрывающего поршня 17, на плоскость, перпендикулярную продольной оси симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования Q, a k1 - коэффициент пропорциональности, который не превышает 0,3. Если продольных выходных каналов 27 для прохождения рабочей жидкости больше одного, то S1 является суммарной площадью поперечного сечения продольных выходных каналов 27.
2
2
На фиг. 4 указан закрывающий поршень 17, который имеет симметричную кольцевую форму. В этом случае площадь проекции закрывающего поршня S2, будет иметь геометрическую форму кольца, определяемой по формуле: S2=π⋅R2-π⋅R1. А наименьшее расстояние до точки площади проекции закрывающего поршня, на плоскость, перпендикулярную продольной оси симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования Q, от оси симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования Q, обозначенное на фиг. 4, буквой R1, в этом случае, будет внутренним радиусом кольца. Наибольшее расстояние до точки площади проекции закрывающего поршня, на плоскость, перпендикулярную продольной оси симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования Q, от оси симметрии пакера гидравлического для манжетного цементирования Q, обозначенное на фиг. 4, буквой R2, в этом случае, будет внешним радиусом кольца.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Пакер гидравлический для манжетного цементирования крепят к обсадной трубе с помощью переводников 2 и 11. После этого пакер гидравлический для манжетного цементирования в составе обсадной колонны опускают в скважину и устанавливают в скважине на определенной глубине. После этого осуществляют сбрасывание и посадку шара в седло для посадки шара 5 с помощью рабочей жидкости. Рабочей жидкостью может быть, например, буровой раствор. На фиг 1, 3 шар в седле для посадки шара 5 указан пунктирными линиями.
Сбрасыванием и посадкой шара в седло для посадки шара 5 с помощью рабочей жидкости перекрывают внутритрубное пространство пакера гидравлического для манжетного цементирования. После этого увеличивают входное давление рабочей жидкости, подаваемой в пакер гидравлический для манжетного цементирования с помощью насосов, и давлением рабочей жидкости осуществляют срезание срезного элемента открывающего поршня 14, обеспечивая тем самым перемещение открывающего поршня 13 вниз, и открывая поперечный канал цилиндрической соединительной детали 12 для прохождения рабочей жидкости.
После этого рабочую жидкость подают через поперечный канал цилиндрической соединительной детали 12, продольный входной канал 16, поперечный канал закрывающего поршня 18, закрытый со стороны кожуха 15, резиновым ниппелем 19. Также рабочую жидкость подают через продольный выходной канал 27 для раздувания резинотканевой детали 6 и создания в ней заданного давления рабочей жидкости.
После этого прекращают подачу рабочей жидкости к резинотканевой детали 6 и снижают входное давление рабочей жидкости до нулевого значения.
Прекращением подачи рабочей жидкости к резинотканевой детали 6 создают перепад давления рабочей жидкости между давлением рабочей жидкости в резинотканевой детали 6 и входным давлением рабочей жидкости. Под воздействием этого давления, рабочая жидкость не может двигаться в обратном направлении, из объема под резинотканевой деталью 6. Движению рабочей жидкости в обратном направлении препятствует резиновый ниппель 19, а также внутреннее уплотнительное кольцо 20, и наружное уплотнительное кольцо 21, установленные в закрывающем поршне 17. В результате, под воздействием давления рабочей жидкости, в объеме под резинотканевой деталью 6, осуществляют срезание срезного элемента втулки закрывающего поршня 24 и разъединяют втулку закрывающего поршня 23 с верхней втулкой 8. Закрывающий поршень 17 вместе с втулкой закрывающего поршня 23 и фиксатором 25, под воздействием давления рабочей жидкости, в объеме под резинотканевой деталью 6, перемещают вверх до посадки фиксатора 25 в кольцевую проточку для фиксатора 26.
С помощью закрывающего поршня 17, наружного уплотнительного кольца 21, а также торцевого уплотнительного кольца 22, герметично перекрывают и полностью изолируют рабочую жидкость, в объеме под резинотканевой деталью 6, от воздействий внешнего давления рабочей жидкости, при манжетном цементировании обсадной колонны с помощью цементировочной муфты 1.
Для манжетного цементирования обсадной колонны, возможно использование цементировочной муфты 1, любой, из существующих конструкций. Манжетное цементирование обсадной колонны, производят, используя существующие технологии, предназначенные для манжетного цементирования обсадной колонны.
Достижение технического результата, заключающегося в увеличении надежности работы пакера гидравлического для манжетного цементирования, обусловлено, прежде всего, тем, что герметичное перекрывание рабочей жидкости, в объеме под резинотканевой деталью 6, осуществляют без использования внешнего давления рабочей жидкости, обусловленной работой насосов, обеспечивающих внешнее давление рабочей жидкости. Поэтому заявляемое устройство лишено недостатков, присущих устройству для манжетного цементирования скважины, указанному в источнике информации [1].
Также, увеличение надежности работы пакера гидравлического для манжетного цементирования, обусловлено тем, что практически исключено преждевременное герметичное перекрывание рабочей жидкости, в объеме под резинотканевой деталью 6, при подаче рабочей жидкости в объем под резинотканевой деталью 6.
Пульсации давления рабочей жидкости, в объеме под резинотканевой деталью 6, при подаче рабочей жидкости в объем под резинотканевой деталью 6, возможны в результате динамики обсадной колонны в скважине. Эти пульсации давления кратковременны, и никак не превышают время, необходимое для срезания срезного элемента втулки - закрывающего поршня 24.
Время, необходимое для срезания срезного элемента втулки закрывающего поршня 24, обусловлено соотношением площадей S1 и S2, где коэффициент пропорциональности k1, не должен превышать 0,3. То есть, время, необходимое для срезания срезного элемента втулки закрывающего поршня 24, зависит от скорости заполнения рабочей жидкостью объема возле закрывающего поршня 17.
В случае, если коэффициент пропорциональности k1, будет больше 0,3, время, необходимое для срезания срезного элемента втулки закрывающего поршня 24, будет сильно малым, и это неоправданно снизит надежность работы пакера гидравлического для манжетного цементирования.
Таким образом, пакер гидравлический для манжетного цементирования имеет высокую надежность работы.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент Российской Федерации на изобретение №2592591, (2006.01) Е21В 33/14, (2006.01) Е21В 33/12, опубликован 27.07.2016, бюл. №21.
2. Патент Российской Федерации на изобретение №2429339, (2006.01) Е21В 33/12, (2006.01) Е21В 33/14, опубликован 20.09.2011, бюл. №26.