УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ПЛАСТА В СКВАЖИНЕ
DEVICE FOR ISOLATION OF FORMATION IN WELL

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для изоляции пласта, по меньшей мере одного, в скважине как при ее креплении с применением операции цементирования обсадной колонны так и в виде отдельной независимой изоляционной операции, необходимой при реализации множества операций в скважине, когда необходимо, например, изолировать проявляющий или поглощающий пласт, которые могут привести к осложнениям в скважине.
Известно устройство для изоляции пласта в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия с уплотнительным элементом, связанный с корпусом, втулку, установленную на корпусе и образующую с ним кольцевую полость, в которой помещена подпружиненная рабочая втулка, переключатель положения устройства с фигурным пазом и пальцем, жестко связанным одним концом с корпусом и размещенным другим концом в фигурном пазе (RU 2182957, 04.10.2001).
Недостатком известного устройства является сложность его изготовления, а также малая пропускная способность, обусловленная необходимостью заполнения полости уплотнительного элемента через отверстие узла полого разрушаемого штифта ограниченного сечения, что ведет к созданию больших гидравлических сопротивлений и ограничивает возможности надежного пакерования. Кроме того, возможность непроизвольного - случайного нарушения герметичности этого узла в процессе операций в скважине, в том числе цементирования, может привести к преждевременному срабатыванию пакера - по существу к аварийной ситуации.
Техническим результатом изобретения является упрощение устройства, повышение надежности его работы и улучшение эксплуатационных характеристик.
Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для изоляции пласта в скважине включает корпус с верхним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом, нижним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым обратным клапаном, кожух с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, помещенный снаружи корпуса и образующий с последним кольцевую камеру, в верхней части которой против радиального отверстия кожуха помещена подпружиненная ступенчатая втулка, в нижней части упомянутой камеры против нижнего радиального отверстия корпуса помещена дифференциальная втулка, на верхнем торце которой свободно помещен кольцевой толкатель, пакер с уплотнительным элементом, помещенный в нижней части корпуса, при этом наружная поверхность корпуса образует с внутренними поверхностями ступенчатой втулки и дифференциальной втулки по два кольцевых кармана - верхних и нижних, в первых из которых помещены фиксаторы с упорными фиксирующие лепестками, каждый из которых имеет возможность перезарядки - перемещения в нижний кольцевой карман при работе устройства, причем фиксатор для ступенчатой втулки выполнен с возможностью взаимодействия его нижнего торца с верхним торцом кольцевого толкателя для обеспечения осевого механического перемещения дифференциальной втулки, открытия последней нижнего радиального отверстия корпуса и сообщения внутренней полости корпуса с полостью пакера.
Сущность изобретения.
Устройство по изобретению предусматривает возможность эффективной и безопасной работы за счет использования двух систем радиальных отверстий. Через верхнее радиальное отверстие, по меньшей мере одно, перекрытое полым срезным штифтом, предусмотрено приведение устройства в готовность к работе его узлов. Через нижнее радиальное отверстие, по меньшей мере одно, перекрытое обратным клапаном, предусмотрено приведение пакера в его рабочее положение. При этом двойная система защиты в виде жесткой и надежной фиксации ступенчатой и дифференциальной втулок исключает возможность преждевременного срабатывания пакера при случайном разрушении полого срезного штифта. Более того, отверстие полого срезного штифта имеет ограниченные гидравлические пропускные возможности по причине неизбежного нахождения в нем остатков фрагментов разрушения. Пропустить через это отверстие необходимый объем жидкости в заданное время для обеспечения надежного пакерования не всегда представляется возможным. С использованием же для этого свободного нижнего радиального отверстия для прямого гидравлического сообщения полости корпуса с полостью уплотнительного элемента пакера обеспечена возможность создания в ней безынерционного регламентированного давления пакерования. При этом предусмотрена надежная система работы ступенчатой втулки за счет использования не только пружины, но и гидростатического давления в скважине. Предусмотрена также оригинальная система механического осевого перемещения дифференциальной втулки с помощью вышерасположенного фиксатора ступенчатой втулки, выполненного с упорными фиксирующих лепестками в верхней части и хвостовиком в нижней части. Устройство в целом выполнено с повышенной надежностью его работы при своевременном срабатывании пакера.
На чертеже изображено устройство в доходном транспортном положении.
Устройство для изоляции пласта в скважине включает корпус 1 с верхним радиальным отверстием 2, по меньшей мере одним. Верхнее радиальное отверстие 1 перекрыто полым срезным штифтом 3 (далее полый штифт 3). Корпус 1 имеет также нижнее радиальное отверстие 4, по меньшей мере одно. Нижнее радиальное отверстие 4 перекрыто обратным клапаном 5. Этот обратный клапан может быть выполнен шаровым или, например, как показано на фиг. 1 - в виде манжеты. Снаружи корпуса 1 помещен кожух 6, который выполнен с радиальным отверстием 7, по меньшей мере одним. Кожух 6 образует с корпусом 1 кольцевую камеру 8. В верхней части кольцевой камеры 8 против радиального отверстия 7 кожуха 6 помещена подпружиненная ступенчатая втулка 9 (далее ступенчатая втулка 9). В нижней части кольцевой камеры 8 против нижнего радиального отверстия 4 корпуса 1 помещена дифференциальная втулка 10. На верхнем торце дифференциальнй втулки 9 свободно помещен кольцевой толкатель 11. В нижней части корпуса 1 помещен пакер с уплотнительным элементом (на фиг. 1 условно не показаны). Наружная поверхность корпуса 1 образует с внутренней поверхностью ступенчатой втулки 9 верхний кольцевой карман. Этот карман образован наружной кольцевой канавкой 12 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 13 ступенчатой втулки 9. В упомянутый верхний кольцевой карман помещен фиксатор 14 ступенчатой втулки 9, по меньшей мере один, его верхней частью с упорными лепестками (нижняя часть этого фиксатора выполнена с упорным хвостовиком необходимой длины и прочности). Кроме того, наружная поверхность корпуса 1 образует с внутренней поверхностью ступенчатой втулки 9 нижний кольцевой карман. Нижний кольцевой карман образован наружной кольцевой канавкой 15 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 16 (на фиг. 1 показана условно) ступенчатой втулки 9. Аналогичным образом наружная поверхность корпуса 1 образует с внутренней поверхностью дифференциальной втулки 10 верхний кольцевой карман, образованный наружной кольцевой канавкой 17 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 18 дифференциальной втулки 10. В упомянутый верхний кольцевой карман против дифференциальной втулки 10 помещен фиксатор 19 дифференциальной втулки, по меньшей мере один, его частью в виде упорных лепестков. Нижняя часть этого фиксатора тоже может иметь хвостовик, но его характеристики могут быть обусловлены только собственной функцией этого фиксатора. Кроме того, наружная поверхность корпуса 1 образует с внутренней поверхностью дифференциальной втулки 10 нижний кольцевой карман, образованный наружной кольцевой канавкой 20 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 21 дифференциальной втулки 10. Каждый из упомянутых фиксаторов 14, 19 имеет возможность перезарядки - перемещения из соответствующего верхнего кольцевого кармана в соответствующий нижний кольцевой карман в процессе работы устройства. Фиксатор 14 ступенчатой втулки 9 выполнен с возможностью взаимодействия его нижнего торца - его хвостовой части (хвостовика) с верхним торцом кольцевого толкателя 11 для обеспечения осевого механического перемещения дифференциальной втулки 10, открытия последней нижнего радиального отверстия 4 корпуса 1 и сообщения внутренней полости корпуса с полостью пакера. Кроме того, корпус 1 выполнен с упором 22 для посадки ступенчатой втулки 9 при работе устройства. Ступенчатая втулка 9 подпружинена с помощью пружины 23, помещенной нижней частью в проставочной втулке 24. Кожух 6 против верхней части дифференциальной втулки 10 выполнен с технологическим отверстием 25. Сама дифференциальная втулка 10 зафиксирована на кожухе 6 с помощью срезного штифта 26, по меньшей мере одного, и выполнена по ее внутренней поверхности против нижнего радиального отверстия 4 с кольцевой проточкой 27. Корпус 1 в зоне его нижнего радиального отверстия 4 выполнен с кольцевой проточкой 28, а под его нижним радиальным отверстием 4 - с продольными пазами 29, против которых в кольцевой камере 8 помещена перепускная втулка 30, ниже которой на фиг. 1 показан фрагмент пакера 31. Необходимая герметичность устройства обеспечена уплотнительными кольцами 32. Для подсоединения устройства к обсадной колонне предназначен переводник 33.
Устройство работает следующим образом.
После спуска обсадной колонны с устройством в скважину и закачки в нее расчетного объема тампонажного раствора в колонну пускают разделительную пробку (на фиг. не показана), которая, срезая полый штифт 3, перемещается вниз по обсадной колонне до посадки на "стоп"-кольцо (не показано). Через разрушенный полый штифт 3 жидкость из полости обсадной колонны под действием избыточного давления поступает в кольцевую камеру 8, перемещая при этом ступенчатую втулку 9 с ее фиксатором 14, оснащенным упорными лепестками, до упора 22 корпуса 1. При этом происходит сжатие пружины 23 и перемещение упорных лепестков фиксатора 14 из верхнего кармана, образованного кольцевыми канавками 12, 13, в нижний карман, образованный кольцевыми канавками 15, 16. После окончания процесса цементирования и сброса давления в обсадной колонне - полости корпуса 1, ступенчатая втулка 9, под действием пружины 23 и давления столба тампонажного раствора в затрубном пространстве обсадной колонны, передаваемого через радиальное отверстие 7 кожуха 6, возвращается в исходное положение, а упорные лепестки фиксатора 14 перемещаются в нижний кольцевой карман ступенчатой втулки 9. При повторном повышении давления в обсадной колонне ступенчатая втулка 9 с фиксатором 14, сжимая пружину 23, перемещается вниз, при этом нижняя торцевая поверхность фиксатора 14 (его хвостовик) взаимодействует с верхним торцом кольцевого толкателя 11, срезая штифт 26, перемещает дифференциальную втулку 10 до упора в перепускную втулку 30. После перемещения вниз дифференциальной втулки 10 упорные лепестки фиксатора 19 из верхнего кармана кольцевых канавок 17, 18 перемещаются в нижний карман кольцевых канавок 20, 21, а жидкость из обсадной колонны через радиальные отверстия 4 корпуса 1, эластичную манжету 11, кольцевую проточку 27 и сообщенные с ней продольные пазы 29 поступает в уплотнительный элемент пакера 31, приводя его в рабочее положение. После сброса давления в обсадной колонне - корпусе 1 дифференциальная втулка 10 под действием избыточного давления в уплотнительном элементе пакера возвращается в исходное положение, а упорные лепестки фиксатора 19 из верхнего кольцевого кармана дифференциальной втулки 10, который образован наружной кольцевой канавкой 17 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 18 дифференциальной втулки 10, перемещаются в нижний кольцевой карман дифференциальной втулки 10, который образован наружной кольцевой канавкой 20 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 21 дифференциальной втулки 10. При таком положении фиксатора 19 исключается повторное перемещение дифференциальной втулки 10.