УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к области строительства скважин, преимущественно нефтяных и газовых, и может быть использована при изоляции пластов в скважинах при их креплении, в т.ч. с применением заколонных гидравлических пакеров.
Известно устройство для изоляции пластов в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия, втулку, установленную на корпусе и образующую с ним кольцевую полость против радиального отверстия корпуса, и средство для разрушения полого срезного штифта (Авторское свидетельство №1395809, МПК Е21В 33/14, 1988 г.).
Недостатком устройства является его низкая надежность и сложность изготовления.
Известно устройство для изоляции пластов в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, гидравлический пакер, кожух, установленный на корпусе и образующий с ним кольцевую полость, подпружиненную рабочую втулку, переключатель положений устройства с фигурным пазом и палец (Патент RU 2182957, МПК Е21В 33/13, 2001 г.).
Недостатком устройства является его невысокая надежность, в особенности для пакеров малых размеров, связанная с невозможностью размещения пружины с необходимыми параметрами (а именно, диаметром прутка) для возврата рабочей втулки в первоначальное положение из-за крайне ограниченных диаметральных размеров устройств, что может привести к распакеровке полностью или частично уплотнительного элемента при сбросе давления в колонне, в результате чего не обеспечивается изоляция пластов.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для изоляции пластов в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, гидравлический пакер, кожух, установленный на полом корпусе и образующий с ним кольцевую полость, подпружиненную рабочую втулку, по меньшей мере, одну подпружиненную ступенчатую втулку, стопор, закрепленный в кожухе, переключатель положений устройства с фигурным пазом и палец (Патент RU 105662, МПК Е21В 33/13, 2011 г.).
Недостатком устройства является его возможное несрабатывание в скважине, обусловленное тем, что при отсутствии фиксации подпружиненной рабочей втулки относительно полого корпуса во время сборки существует вероятность самопроизвольного приведения в действие переключателя положений устройства, что снижает надежность его работы.
Недостатком устройства является малый диапазон его применения, например, невозможность его использования при изготовлении тонкостенных изделий, а также при его использовании на больших глубинах, в связи с тем, что во внутренней кольцевой полости устройства, находящейся при атмосферном давлении, не происходит выравнивание давления с давлением в скважине в процессе спуска на заданную глубину.
Задача предлагаемой полезной модели заключается в повышении надежности работы устройства и расширении диапазона его применения.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для изоляции пластов в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, гидравлический пакер, кожух, установленный на полом корпусе и образующий с ним кольцевую полость, подпружиненную рабочую втулку, имеющую возможность возвратно-поступательного перемещения, причем пружина, взаимодействующая с рабочей втулкой, уперта в стопор, по меньшей мере, одну подпружиненную ступенчатую втулку, взаимодействующую с рабочей втулкой, переключатель положений устройства в виде кольцевой втулки с фигурным пазом по ее образующей, размещенный в кольцевой проточке ступенчатой втулки, палец, жестко связанный с полым корпусом и размещенный в фигурном пазе с возможностью перемещения с поворотом относительно пальца переключателя положений устройства в соответствии с кодом его фигурного паза при повышении и сбросе давления в полом корпусе, согласно полезной модели, снабжено срезным винтом, фиксирующим рабочую втулку относительно полого корпуса, при этом между торцевой плоскостью рабочей втулки и торцевой плоскостью полого корпуса установлен зазор, а стопор закреплен в полом корпусе.
Преимуществом предлагаемой конструкции является введение срезного винта, фиксирующего рабочую втулку относительно полого корпуса, благодаря чему в процессе установки кожуха на рабочую втулку исключено смещение подпружиненной рабочей втулки и, соответственно, ступенчатой втулки, которое могло бы привести к самопроизвольному приведению в действие переключателя положений устройства и несрабатыванию его в скважине, что повышает надежность работы устройства.
В предлагаемой полезной модели между торцевой плоскостью рабочей втулки и торцевой плоскостью полого корпуса установлен зазор. Такое конструктивное решение объясняется следующим образом. В процессе спуска устройства в скважину происходит рост перепада давления рабочей жидкости в кольцевой полости устройства и скважинной жидкости, и, в случае спуска на значительную глубину, может произойти деформация кожуха и полого корпуса, которая приведет к заклиниванию рабочей втулки, ступенчатой втулки и несрабатыванию устройства. Введение зазора обеспечивает выравнивание атмосферного и внутрискважинного давления, исключает деформацию и заклинивание рабочих элементов, повышает надежность работы устройства и расширяет диапазон его применения, в частности, использование на больших глубинах.
В отличие от прототипа, у которого стопор закреплен в кожухе, и в случае изготовления изделий малых диаметров, например, 102 мм, 114 мм, невозможно обеспечить необходимую толщину кожуха для надежной установки в нем стопора, в предлагаемой полезной модели стопор, в который упирается пружина, взаимодействующая с рабочей втулкой, закреплен в полом корпусе, что позволяет расширить диапазон применения данного устройства, в частности, при изготовлении изделий малых типоразмеров, а также повышает надежность его работы, так как достаточная толщина полого корпуса исключает возможность разгерметизации внутренней полости механизма в месте установки стопора.
На Фиг.1 изображен общий вид устройства в транспортном положении.
Устройство состоит (Фиг.1) из полого корпуса 1 с радиальным отверстием А, перекрытым полым срезным штифтом 2, кожуха 3, образующего с полым корпусом 1 кольцевую полость Б, подпружиненной рабочей втулки 4, пружины 5, упирающейся в стопор 6, закрепленный в полом корпусе 1, подпружиненной ступенчатой втулки 7 с гайкой 8, дополнительной пружины 9, переключателя положений устройства 10 в виде кольцевой втулки с фигурным пазом В по ее образующей, размещенного в кольцевой проточке Г ступенчатой втулки 7 и обеспечивающего перемещение устройства из транспортного положения в рабочее, а затем в закрытое, пальца 11, установленного в полом корпусе 1, который находится в зацеплении с фигурным пазом В переключателя положений устройства 10. Рабочая втулка 4 зафиксирована относительно полого корпуса 1 с помощью срезного винта 12. Между торцевой плоскостью 13 рабочей втулки 4 и торцевой плоскостью 14 полого корпуса 1 установлен зазор l.
Устройство имеет гидравлический пакер (условно не показан).
Герметизация контактных поверхностей деталей устройства обеспечивается уплотнительными кольцами 15.
Устройство работает следующим образом (Фиг.1).
В процессе спуска устройства в скважину происходит естественный рост давления на стенки устройства скважинной жидкостью. За счет упругих свойств рукавный уплотнительный элемент пакера (не показан) деформируется, выравнивая давление в полости устройства, причем под действием этого давления, при определенном его значении, происходит разрушение срезного винта 12, и рабочая втулка 4 смещается условно вверх за счет установленного зазора l, выравнивая давление в кольцевой полости Б с давлением в скважине.
После спуска колонны труб с данным устройством производят закачку расчетного объема тампонажного раствора и пускают цементировочную пробку (не показана), которая при прохождении по колонне срезает полый срезной штифт 2, тем самым происходит соединение кольцевой полости Б устройства с внутренней полостью полого корпуса 1.
Далее в процессе выполнения технологических операций при креплении скважины и для приведения устройства в действие, последовательно создают и сбрасывают давление во внутренней полости полого корпуса 1, при этом под действием избыточного давления происходит смещение рабочей втулки 4 вниз на определенную величину, ограниченную длиной соответствующей прорези фигурного паза В переключателя положений устройства 10, с которой в данный момент взаимодействует палец 11, причем переключатель положений устройства 10 имеет возможность перемещаться с поворотом относительно пальца 11 в соответствии с кодом его фигурного паза В при повышении и сбросе давления в полом корпусе 1, открывая или нет доступ жидкости из внутренней полости полого корпуса 1 в гидравлический пакер (не показан).
Смещаясь под действием избыточного давления, рабочая втулка 4 сжимает пружину 5 и смещает взаимодействующую с ней ступенчатую втулку 7, которая в свою очередь сжимает дополнительную пружину 9.
При сбросе давления во внутренней полости полого корпуса 1 рабочая втулка 4 под воздействием силы сжатой пружины 5 и дополнительной пружины 9, воздействующей на рабочую втулку 4 через ступенчатую втулку 7, возвращается в закрытое положение.
Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет получить устройство для изоляции пластов в скважине с повышенной надежностью работы и расширенным диапазоном его применения.