УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ СТЕНОК СКВАЖИНЫ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для герметизации обсадной колонны или стенок отрытого ствола скважины.
Известен «Профильный перекрыватель» (авторское свидетельство №1070989, Е21В 29/00, опубл. в бюл. №24 от 30.08.1994 г.), содержащий профильную трубу с цилиндрическими концевыми участками, в головном из которых размещен якорный узел, а в хвостовом - башмак, и обратный клапан, при этом башмак выполнен в виде вкладышей, образующих некруглое проходное сечение, и размещенных в нем элементов винтовой пары, один из которых имеет наружную поверхность с ответным некруглым сечением, при этом якорный узел снабжен конусно-клиновым пуансоном, установленным с возможностью взаимодействия с другим элементом винтовой пары башмака.
Недостатками данного устройства являются высокая себестоимость профильной трубы (в 4-10 раз в зависимости от количества продольных профилей выше чем себестоимость обычной круглой трубы), что особенно ощутимо при необходимости перекрытия больших по протяженности интервалов скважины, большое количество деталей сложной конструкции в якорном узле и конусно-клиновом пуансоне, что увеличивает стоимость оборудования и снижает надежность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для герметизации обсадной колонны» (патент RU №2236550, Е21В 29/10, опубл. в бюл. №26 от 20.09.2004 г.), включающее пластырь в виде металлического патрубка, гидравлический посадочный инструмент и расширяющую оправку, выполненную в виде усеченного конуса, с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра обсадной колонны и удвоенной толщины стенки пластыря, при этом по концам пластыря в кольцевых цилиндрических канавках, выполненных в нем, размещены эластичные уплотнители, наружная поверхность которых выполнена размером не более поперечных габаритов пластыря, а гидравлический посадочный инструмент снабжен гидравлическим якорем.
Недостатками данной конструкции является большое количество сложных сопрягаемых деталей, ведущих к удорожанию и снижению надежности всей конструкции, и невозможность работы в открытом стволе скважины в виду низкой эффективности в нем гидравлического якоря.
Технической задачей предлагаемой полезной модели являются упрощение и удешевление конструкции, а также расширение функциональности за счет возможности работы в открытом стволе скважины.
Техническая задача решается устройством для герметизации стенок скважины, включающим пластырь в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями на концах, размещенных в наружных цилиндрических канавках, посадочный инструмент, якорь и расширяющую оправку, снабженную расположенным в нижнем конце пластыря усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенок скважины и удвоенной толщины стенки пластыря.
Новым является то, что якорь расположен в верхней части пластыря и выполнен в виде продольногофрированного парубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в интервале установки, а расширяющая оправка дополнительно снабжена расположенным в верхнем конце пластыря верхним усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенок скважины и удвоенной толщины стенки пластыря, причем усеченный конус и верхний усеченный конус герметично вставлены в пластырь, при этом верхний усеченный конус снабжен центральной внутренней левой резьбой, причем посадочный инструмент выполнен в виде переводника и полого штока, связанных между собой шпоночным соединением, при этом полый шток оснащен наружным кольцевым выступом и обратным клапаном внизу, а также радиальными отверстиями в верхней части, от которых вверх по наружной поверхности выполнена резьба, взаимодействующая с центральной внутренней левой резьбой верхнего усеченного конуса, при этом переводник снабжен присоединительной резьбой вверху, а усеченный конус размещен на нижнем конце полого штока и поджат снизу его наружным кольцевым выступом.
На фигуре изображено устройство в транспортном положении.
Устройство для герметизации стенок скважины 1 включает пластырь 2 в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями 3 и 4 на концах, размещенных в соответствующих наружных цилиндрических канавках 5 и 6, посадочный инструмент 7, якорь 8, расположенный в верхней части пластыря 2 и выполненный в виде продольногофрированного парубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины 1 в интервале установки, и расширяющую оправку, состоящую из расположенного герметично в нижнем конце пластыря 2 усеченного конуса 9 и
расположенного герметично с верхнем конце пластыря 2 верхнего усеченного конуса 10 с углом каждой обращенной навстречу друг другу конической поверхности 10-40°, причем диаметр оснований которых меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки скважины 1 и удвоенной толщины стенки пластыря 2.
Усеченный конус 9 и верхний усеченный конус 10 герметично вставлены в пластырь 2, при этом верхний усеченный конус 10 снабжен центральной внутренней левой резьбой 11.
Посадочный инструмент 7 выполнен в виде переводника 12 и полого штока 13, связанных между собой шпоночным соединением 14, состоящим из шпоночного паза 15, выполненного на наружной поверхности переводника 12 и шпонки 16.
Полый шток 13 оснащен наружным кольцевым выступом 17 и обратным клапаном 18 внизу, а также радиальными отверстиями 19 в верхней части, от которых вверх по наружной поверхности выполнена резьба 20, взаимодействующая с центральной внутренней левой резьбой 11 верхнего усеченного конуса 10.
Переводник 12 снабжен присоединительной резьбой 21 вверху, а усеченный конус 9 размещен на нижнем конце полого штока 13 и поджат снизу его наружным кольцевым выступом 17.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 22; 23; 24.
Устройство работает следующим образом.
Устройство в сборе присоединяют при помощи присоединительной резьбы 21 переводника 12 посадочного инструмента 7 снизу к колонне труб 25 и спускают в скважину 1 до интервала установки. При этом колонна труб 25 через обратный клапан 18 и полый шток 13 с переводником 12 посадочного инструмента 7 заполняется скважинной жидкостью. После чего в колонне труб 25 создают избыточное давление, при этом обратный клапан 18 закрывается, а давление передается через радиальные отверстия 19 полого штока 13 посадочного инструмента 7 во внутреннюю полость пластыря 2. В результате, того, что в концы пластыря 2 герметично вставлены усеченные конусы 9 и 10 с уплотнительными кольцами 22 и 23, избыточное давление выправляет продольные гофры патрубка якоря 8, плотно и надежно прижимая его к стенкам скважины 1. Далее давление сбрасывают и придают колонне труб 25 правое вращение (по часовой стрелке), исключающее отворот колонны труб 25.
Вращение от колонны труб 25 через переводник 12 посадочного инструмента 7 посредством шпоночного соединения 14, поскольку шпонка 16 одной стороной жестко соединена с полым штоком 13, а с противоположной стороны вставлена в шпоночный паз 15
переводника 12, передается к полому штоку 13 посадочного инструмента 7, который также как и колонна труб 25 вращается вправо. При этом вставленный в пластырь 2 и зафиксированный от поворота верхний усеченный конус 10 благодаря взаимодействию своей центральной внутренней левой резьбой 11 с резьбой 20, выполненной в верхней части полого штока 13 посадочного инструмента 7 опускается вниз, расширяя пластырь 2 сверху вниз до полного и плотного прижатия к стенкам скважины 1. Одновременно с этим усеченный конус 9 благодаря тому, что он уперт снизу в наружный кольцевой выступ 17 полого штока 13 посадочного инструмента 7 поднимается снизу вверх, расширяя пластырь 2 снизу до полного и плотного прижатия к стенкам скважины 1.
Под действием усеченных конусов 9 и 10 наружные цилиндрические канавки 6 и 5 с эластичными уплотнениями 4 и 3 соответственно расправляются и прижимаются к стенкам скважины 1, надежно герметизируя снизу и сверху стенки скважины 1, находящиеся под пластырем 2. После попадания усеченных конусов 9 и 10 в зону предварительно расширенного продольно гофрированного патрубка якоря 8 (определяется снижение нагрузки, затрачиваемой на поворот колонны труб 25), то есть завершения расширения пластыря 2, колону труб 25 нагружают и приподнимают для проверки полного освобождения устройства.
После чего устройство свободно извлекают, так как диаметр оснований усеченных конусов 9 и 10 меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки скважины 1 и удвоенной толщины стенки пластыря 2.
Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, в связи с чем, оно дешево в изготовлении, а расширение его функциональности связано с возможностью работы устройства в открытом стволе скважины.