Разобщитель для герметизации ствола обсадной колонны скважины
UNCOUPLER FOR SEALING THE WELLBORE OF THE CASING STRING

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для герметизации ствола обсадной колонны скважины между погружным насосом и оборудованием для сепарирования добываемой жидкости от механических примесей.
Известен «Механический пакер» по патенту RU №2139408 для герметичного перекрытия ствола скважины, содержащий шток, с выполненной на нем системой фигурных пазов, узел герметизации с уплотнительными элементами, упирающимся в упор на штоке, и якорный узел с подпружиненными шлипсами, приводимыми в действие подвижным конусом, механический пакер приводят из транспортного положения в рабочее положение путем его подъема на 0,3-0,6 метра в обсадной трубе и последующего спуска. Недостатками известного устройства являются необходимость подготовки ствола скважины с привлечением оборудования для капитального ремонта скважин.
Аналогичные типы пакеров имеют общий недостаток необходимость применения якорных устройств, т.к. требуют обязательной трудоемкой и дорогостоящей подготовки ствола скважины с привлечением оборудования для капитального ремонта, в связи с чем, в оборудовании для борьбы с механическими примесями (сепараторах, фильтрах) на нефтяных промыслах не используются.
Известен «Скважинный газопесочный сепаратор» по патенту RU №124308, с разобщителем в виде V-образного герметизирующего элемента, установленного на цилиндрической поверхности сепаратора выше его входных отверстий и снабженного сверху и снизу защитными центраторами, предотвращающими герметизирующий элемент от повреждения при спуске и подъеме сепаратора.
Недостатком этого устройства является низкая надежность при спуске, а также возможность применения его только в обсадной колонне с конкретным внутренним диаметром.
Аналогом предлагаемого изобретения можно считать разобщитель по патенту РФ №2727990 "Разобщитель", включающем полый шток с резьбовыми концами, на котором между верхним и нижним центраторами расположен узел герметизации выполненный в виде кольца, на образующей поверхности которого в прямоугольных пазах фиксируются внахлестку лепестковые уплотнительные элементы, имеющие возможность поворота вокруг горизонтальной оси в вертикальной плоскости, при этом положение уплотнительных элементов регулируется находящимся в постоянном контакте с ними и расположенным в теле полого штока, по крайней мере, одним подпружиненным толкателем, а резиновый центратор кромкой внутренней расточки герметизирует прямоугольные пазы на поверхности кольца.
Недостатком аналога является ненадежная фиксация герметизирующего элемента разобщителя с помощью растворимого в нефтяной среде хомута, который, как показывает опыт эксплуатации подобных устройств, в процессе спуска-подъема, в условиях непостоянства сечения эксплуатационных труб, может подвергнуться разрушению.
Таким образом, задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в усовершенствовании конструкции разобщителя, техническим результатом которого является повышение надежности разобщителя, а также - удобство его обслуживания.
Указанный технический результат достигается в разобщителе, включающем в себя корпус и переходник, образующие полый составной шток с верхним и нижним резьбовыми концами, установленный на штоке узел герметизации, снабженный верхним центратором, узел герметизации выполнен в виде кольца, на образующей поверхности которого в прямоугольных пазах фиксируются внахлестку лепестковые уплотнительные элементы, имеющие возможность поворота вокруг горизонтальной оси в вертикальной плоскости, а положение лепестковых уплотнительных элементов регулируются находящимися в постоянном контакте с ними и расположенными в теле полого штока толкателями, при этом нижняя часть лепестковых уплотнительных элементов узла герметизации выполнена с возможностью их освобождения из внутренней образующей поверхности подпружиненного стакана и разжимания толкателями лепестковых уплотнительных элементов к обсадной колонне за счет размягчения в нефтяной среде твердого материала в отверстиях переходника и перемещения в них цилиндрических втулок вместе с подпружиненным стаканом в сторону переходника.
Возможность осуществления изобретения, охарактеризованной приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием разобщителя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Описание сопровождается графическим материалом, на котором изображено следующее:
На Фиг. 1 - общий вид разобщителя;
На фиг. 2 - вид А;
На фиг. 3-разрез Б-Б.
Разобщитель (Фиг. 1) включает в себя полый составной шток 1, состоящий из корпуса 2 и переходника 3 с резьбовыми верхним 4 и нижним 5 концами под насосно-компрессорную резьбу. Узел герметизации 6 установлен на кольцевой расточке 7 корпуса 1. Толкатели 8, (фиг. 2) подпружиненные пружинами 9, расположены на кольцевом выступе 10 корпуса 1 в гнездах 11 и фиксируются крышками 12 с отверстиями для выхода толкателей 8.
Узел герметизации 6 (фиг. 1) включает кольцо 13 с расчетным количеством прямоугольных пазов 14 (фиг. 3) и соответствующего количества резиновых лепестковых уплотнительных элементов 15, которые устанавливаются в пазах 14 внахлестку, таким образом, чтобы каждый последующий лепестковый уплотнительный элемент 15 своей поверхностью частично перекрывал предыдущий. При этом, лепестковые уплотнительные элементы 15, имея в нижней своей части П-образный выступы с прорезями 16, входят в прямоугольные пазы 14, в которых крепятся с помощью крепежных деталей 17 и лапчатой шайбы 18, через прорези 16 (Фиг. 3). Закрепленные таким образом лепестковые уплотнительные элементы 15 имеют только одну степень свободы, а, именно, возможность поворота вокруг горизонтальной оси (вокруг лапок шайбы 18) в вертикальной плоскости.
Установка лепестковых уплотнительных элементов 15 внахлестку обеспечивает, так называемый, эффект "домино", когда приложение определенного усилия к наружной или к внутренней поверхностям лепесткового уплотнительного элемента 15 приводит к сжатию или раскрытию всех лепестковых уплотнительных элементов 15 узла герметизации 6.
В свободном состоянии узла герметизации 6 толкатели 8 (фиг. 2) воздействуют на лепестковые уплотнительные элементы 15, разжимая их в стороны на величину хода толкателя 8 и увеличивая тем самым герметизируемый наружный диаметр от исходного D до максимального рабочего - Dmax=D+2h (h - ход толкателя).
Лепестковые уплотнительные элементы 15 должны выполняться из твердого уплотнительного материала, например из резины или полиуретана.
Нижняя часть лепестковых уплотнительных элементов 15 узла герметизации 6 заводится во внутреннюю образующую поверхность поджимаемого пружиной 19 стакана 20, имеющего возможность осевого перемещения по наружной поверхности корпуса 1. На торцевой поверхности подпружиненного стакана 20 устанавливаются цилиндрические втулки 21, которые в рабочем положении входят в симметрично расположенные на торцевой поверхности переходника 3 отверстия 22, заполненные растворимым в нефтяной среде твердым материалом 23.
Верхний центратор 24 поджимает резиновую манжету 25, имеющую внутреннюю кольцевую расточку, которая своей кромкой 26 герметизирует наружную поверхность кольца 13 узла герметизации 6. Это необходимо для того, чтобы предохранить полости пазов 14 от засорения. Для это же цели предусмотрена резиновая втулка 27, установленная на подпружиненном стакане 20. При транспортировке разобщителя лепестковые уплотнительные элементы 15 узла герметизации 6 защищаются известными способами.
Устройство работает следующим образом.
Перед спуском разобщителя в скважину поверхности лепестковых уплотнительных элементов 15 смазываются антифрикционной смазкой для лучшего взаимного перемещения при раскрытии узла герметизации 6. После этого, нижняя свободная часть лепестковых уплотнительных элементов 15 узла герметизации 6 заводится во внутреннею образующую поверхность подпружиненного стакана 20. В таком положении уплотнительные элементы 15 фиксируются благодаря тому, что перемещению подпружиненного стакана 20 препятствуют втулки 21, которые в собранном виде упираются в заполненные твердым материалом 23 отверстия 22 переходника 3. В этом случае, узел герметизации 6 при спуске будет защищен от разрушений, возможных при непостоянстве поперечного сечения обсадной колонны, т.к. его наружный диаметр будет меньше наружных диаметров переходника 3 и верхнего центратора 24.
После спуска, в месте установки разобщителя в скважине, узел герметизации 6 после временной выдержки принимает заданное рабочее положение, приобретая размеры, соответствующие профилю обсадной колонны скважины. Этот эффект достигается за счет предлагаемого механизма освобождения лепестковых уплотнительных элементов 15, заключающегося в том, что под воздействием нефтяной среды происходит размягчение твердого материала 23 в отверстиях 22, в результате чего втулки 21 подпружиненного стакана 20 начнут перемещаться до контакта с торцевой поверхностью переходника 3, и нижняя часть лепестковых уплотнителей 15 освобождается. После выхода уплотнителей 15 из внутренней образующей поверхности подпружиненного стакана 20, толкатели 8 под действием пружин 9, выдвигаясь из гнезд 11, разжимают лепестковые уплотнительные элементы 15, обеспечивая тем самым герметизацию части ствола обсадной колонны скважины между погружным насосом и оборудованием для сепарирования добываемой жидкости от механических примесей.
Таким образом, применение предлагаемого изобретения существенно повышает его надежность, удобство обслуживания, снижает эксплуатационные расходы, а также расширяет функциональные возможности, в частности, после установки разобщителя в рабочее положение обеспечивается автоматический режим бесступенчатого раскрытия узла герметизации до размера ствола обсадной колонны скважины.