ЖЕЛОНКА ДЛЯ УСТАНОВКИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ МОСТОВ В СКВАЖИНЕ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин и может быть использовано для установки разделительных мостов при изоляции продуктивных горизонтов и участков ствола скважины друг от друга.
Известна «Желонка для установки разделительных мостов в скважине» (см. патент RU №2123575, МКИ Е 21 В 27/02, БИ №35, от 21.12.1998 г.), включающая корпус, уплотнительные элементы, соединенные гибкой тягой, фиксатор и отцепной механизм, при этом фиксатор выполнен на гибкой тяге, а отцепной механизм в виде гильотины снабжен шлипсами, выполненными с возможностью взаимодействия с гильотиной.
Недостатками данной конструкции являются:
во-первых, при необходимости извлечения или «расхаживания» при заклинивании желонки возможно несанкционированное срабатывание;
во-вторых, требуется постоянный контроль остроты и подгонки гильотин отцепного механизма, при несоблюдении данного требования возможно нарушение работоспособности желонки;
в-третьих, практически вся веревка остается в скважине;
в-четвертых, сборка конструкции для повторного использования возможна только в стационарных условиях;
в-пятых, при большом количестве цементного раствора возможно сползание цементного моста из требуемого интервала.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является «Желонка для установки разделительных мостов в скважине» (см. патент RU №2223383, МПК 7 Е 21 В 27/02, БИ №4, от 10.02.2004 г.), включающая корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм, при этом в корпусе выполнены технологические проточки, верхние и нижние технологические отверстия, причем на корпусе с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор с пружинными и жесткими центраторами, а уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем снизу и установочным цилиндром с наружной кольцевой проточкой сверху, причем осевое перемещение уплотнительного элемента относительно корпуса ограничивает фиксатор, состоящий из стопоров и наружного стакана, при этом стопоры вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой установочного цилиндра, а наружный стакан, установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами внутренней
поверхностью, выполненной с переменным сечением, при этом наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом, а отцепной механизм, состоящий из цилиндра со штифтом, регулирует осевое перемещение упора, причем цилиндр зафиксирован на упоре с возможностью вращательного движения, причем штифт взаимодействует с технологическими проточками, которые выполнены таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении упора относительно корпуса поворачивают штифт относительно корпуса только в одном направлении, а последняя осевая технологическая проточка, с которой взаимодействует штифт, длиннее остальных.
Недостатки данной конструкции, выявленные в процессе практического применения этой желонки:
- во-первых, при установке разделительного моста в требуемом интервале после срабатывания фиксатора усилия пружинного ограничителя уплотнительного элемента оказывается недостаточным для отсоединения уплотнительного элемента от корпуса желонки, кроме того в процессе спуска желонки цементный раствор загустевает и в результате либо уплотнительный элемент не отсоединяется от корпуса желонки, либо отсоединяется с опозданием из-за чего цементный мост образуется выше требуемого интервала и получается рыхлым, так как опорожнение желонки происходит в процессе ее подъема.
- во-вторых, не технологичен в изготовлении и металлоемок пружинный ограничитель уплотнительного элемента, что ведет к удорожанию конструкции в целом.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности отсоединения уплотнительного элемента от корпуса в требуемом интервале, а также упрощение конструкции и технологии изготовления пружинного ограничителя уплотнительного элемента.
Поставленная задача достигается описываемой желонкой для установки разделительных мостов в скважине, включающей корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм, при этом в корпусе выполнены технологические проточки, верхние и нижние технологические отверстия, причем на корпусе с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор с пружинными и жесткими центраторами, а уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем снизу и установочным цилиндром с наружной кольцевой проточкой сверху, причем осевое перемещение уплотнительного элемента относительно корпуса ограничивает фиксатор, состоящий из стопоров и наружного стакана, при этом стопоры вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой установочного цилиндра, а наружный стакан, установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами внутренней поверхностью, выполненной с переменным сечением, при этом наружный стакан зафиксирован относительно
корпуса запорным элементом, а отцепной механизм, состоящий из цилиндра со штифтом, регулирует осевое перемещение упора, причем цилиндр зафиксирован на упоре с возможностью вращательного движения, причем штифт взаимодействует с технологическими проточками, которые выполнены таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении упора относительно корпуса поворачивают штифт относительно корпуса только в одном направлении, а последняя осевая технологическая проточка, с которой взаимодействует штифт, длиннее остальных.
Новым является то, что корпус снизу снабжен внутренней цилиндрической расточкой, в которой установлена и зафиксирована посредством стопорного винта, ввернутого в корпус, пружина, которая сжата относительно уплотнительного элемента в транспортном положении и имеет возможность принудительного выталкивания уплотнительного элемента из корпуса в рабочем положении, при этом пружинный ограничитель уплотнительного элемента выполнен в виде пластин, соединенных по центру друг с другом.
На Фиг.1 изображено предлагаемое устройство в статике;
на Фиг.2 - поперечный разрез устройства по сечению А-А;
на Фиг.3 - развертка наружной поверхности корпуса в области технологических проточек.
Желонка для установки разделительных мостов в скважине состоит из корпуса 1 (см. Фиг.1), уплотнительного элемента 2, фиксатора 3 и отцепного механизма 4. В корпусе 1 выполнены технологические проточки 5, верхние 6 и нижние 7 технологические отверстия. На корпусе 1 с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор 8 (см. Фиг.2) с пружинными 9 и жесткими 10 центраторами. Уплотнительный элемент 2 (см. Фиг.1) дополнительно снабжен пружинным ограничителем 11 снизу и установочным цилиндром 12 с наружной кольцевой проточкой 13 сверху.
Корпус 1 снизу снабжен внутренней цилиндрической расточкой 14, в которой установлена и зафиксирована посредством стопорного винта 15, ввернутого в корпус 1, пружина 16, которая сжата относительно уплотнительного элемента 2 в транспортном положении и имеет возможность принудительного выталкивания последнего из корпуса 1 в рабочем положении. Пружинный ограничитель 11 уплотнительного элемента 2 выполнен в виде пластин, например двух пластин 17 и 18, как изображено на Фиг.1, соединенных по центру друг с другом.
Осевое перемещение уплотнительного элемента 2 относительно корпуса 1 ограничивает фиксатор 3, состоящий из стопоров 19 и наружного стакана 20. Стопоры 19 вставлены в нижние технологические отверстия 7 корпуса 1 и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой 13 установочного цилиндра 12. Наружный стакан 20 установлен
на корпусе 1 с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами 19 внутренней поверхностью 21, выполненной с переменным сечением с диаметрами D1 и D2. Наружный стакан 20 зафиксирован относительно корпуса 1 запорным элементом 22, выполненным в виде пружинного разрезного кольца. Отцепной механизм 4, состоящий из цилиндра 23 со штифтом 24, регулирует осевое перемещение упора 8. Цилиндр 23 зафиксирован на упоре 8 с возможностью вращательного движения, а штифт 24 взаимодействует с технологическими проточками 5, которые выполнены таким образом (см. Фиг.3), что при возвратно-поступательном перемещении упора 8 (см. Фиг.1) относительно корпуса 1 поворачивают штифт 24 относительно корпуса 1 только в одном направлении. Последняя осевая технологическая проточка 25 длиной L2 (см. Фиг.3), с которой взаимодействует штифт 24 (на Фиг.3 показан условно), длиннее остальных, у которых длина L1 (L1<L2).
Вся конструкция желонки в сборе крепится на гибкой тяге 26 (см. Фиг.1) для спуска в скважину (на Фиг. не показано). Несанкционированные перетоки цементного раствора предотвращает уплотнительное кольцо 27.
Устройство работает следующим способом:
*
Желонку в сборе (см. Фиг.1) через верхние технологические отверстия 6 заполняют цементным раствором и на гибкой тяге 26 опускают в скважину (на Фиг. не показано). Во время спуска жесткие центраторы 10 не позволяют стенкам скважины соприкасаться с упором 8, снимая при этом с пружинных центраторов 9 избыточную нагрузку, которая может привести к их выходу из строя (поломке) с последующей потерей работоспособности устройства. По достижению требуемого интервала установки цементного моста желонку приподнимают и опускают на величину большую осевой длины L1 (см. Фиг.3) технологических проточек 5, но не более их двойной длины (2L1), повторяя эти спускоп-одъемы по числу осевых технологических проточек 5 плюс 1-8 дополнительных спуско-подъемов для гарантированного срабатывания отцепного механизма. Во время спуско-подъемов штифт 24 отцепного механизма 4 (см. Фиг.1) по технологическим проточкам 5 (см. Фиг.3) перемещается в сторону последней осевой технологической проточки 25 и достигает ее, так как упор 8 (см. Фиг.1) за счет пружинных центраторов 9, которые упираются в стенки скважины, остается на месте, а корпус 1 совершает относительно упора 8 возвратно-поступательные движения. Цилиндр 23 со штифтом 24 соединен с упором 8 только с возможностью вращательного движения. Затем желонку начинают приподнимать, в результате штифт 24 вместе со цилиндром 23 и упором 8 опускается относительно корпуса 1 по последней осевой технологической проточке 25 (см. Фиг.3) длинной L2. В результате упор 8 (см. Фиг.1) опирается сверху на наружный стакан 20 фиксатора 3 и, преодолевая сопротивление запорного элемента 22, смещает его
вниз относительно корпуса 1. Меньшее сечение наружного стакана 20 диаметром D1 внутренней поверхности 21 перестает взаимодействовать со стопорами 19, а напортив них, устанавливается большее сечение наружного стакана 20 диаметром D2 внутренней поверхности 21, после чего стопоры 19 смещаются наружу корпуса 1, выходя из взаимодействия с наружной кольцевой проточкой 13 установочного цилиндра 12, приводя уплотнительный элемент 2 в рабочее положение, который под действием возвратной силы пружины 16, выталкивающей уплотнительный элемент 2 из корпуса 1 желонки, а также веса столба цементного раствора, находящегося в корпусе 1, и усилия разгибания пружинного ограничителя 11 смещается вниз относительно корпуса 1 и выходит из него. В результате установочный цилиндр 12, перестает взаимодействовать с уплотнительным кольцом 27, а уплотнительный элемент 2 отсоединяется от корпуса 1, при этом пружинный ограничитель 11 расправляется и своими пластинами 17 и 18 упирается в стенку скважины (на Фигурах не указано), не позволяя уплотнительному элементу 2 сползать из интервала установки. Уплотнительный элемент 2 после выхода из корпуса 1 перекрывает внутреннее сечение скважины, удерживая цементный раствор, вытекающий под своим весом из корпуса 1, в интервале установки цементного моста. Затем желонку за исключением уплотнительного элемента 2 с пружинным ограничителем 11 и установочным цилиндром 12 извлекают из скважины. После выдержки времени, необходимого для затвердевания цементного раствора, то есть фиксации цементного моста, скважина готова к проведению дальнейших работ.
Количество осевых технологических проточек 5 (см. Фиг.3) выбирается из условия, чтобы в случае возникновения затяжек и при необходимости расхаживания отцепной механизм 4 (см. Фиг.1) не срабатывал, то есть штифт 24 (см. Фиг.3) не доходил до последней осевой технологической проточки 25. На практике выявлено, что достаточно 4-8 осевых технологических проточек 5.
Длина L2 (см. Фиг.3) последней осевой технологической проточки 25 выбирается равной ходу упора 8 (см. Фиг 1), достаточного для смещения наружного стакана 20 и срабатывания фиксатора 3, плюс два диаметра штифта 24.
При необходимости повторного использования желонки (например, для установки цементного моста на скважине, находящийся в том же географическом районе) на поверхности упор 8 устанавливается в первоначальное положение, перемещением штифт а24 отцепного механизма 4 по технологическим проточкам 5 (см. Фиг.3) корпуса 1 (см. Фиг.1). Затем в корпус 1 (см. Фиг.1) вставляется другой уплотнительный элемент 2 с пружинным ограничителем 11 до совмещения наружной кольцевой проточки 16 с нижними технологическими отверстиями 7, после чего стопоры 19 устанавливаются в технологические отверстия 7 и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой 16. При
этом стопоры 19 поджимаются наружным стаканом 20, которые фиксируются относительно корпуса 1 запорным элементом 22. В результате устройство готово к повторной эксплуатации.
Предлагаемая конструкция желонки для установки разделительных мостов в скважине обладает технологичным в изготовлении пружинным ограничителем, а благодаря принудительному выталкиванию уплотнительного элемента из корпуса желонки позволит с высокой степенью надежности устанавливать цементный мост в требуемом интервале и тем самым исключить дальнейшие повторные работы и сэкономить материальные и финансовые средства.