УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ ПАКЕРА В РАБОЧЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ
DEVICE FOR ACTUATION A PACKER IN THE WORKING POSITION

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для изоляции пластов при креплении скважин.
Известно устройство для приведения пакера в рабочее положение, включающее корпус, патрубок с радиальными каналами и манжетой, образующий с корпусом кольцевую полость, в которой размещены втулки, поршень и гидравлический аккумулятор давления с заполненной воздухом эластичной трубой. В процессе продавки цементного раствора обеспечена гидравлическая связь полости обсадной колонны и рабочей полости пакера (SU 560968, 23.07.1977).
Недостатком известного устройства является его сложность, высокая вероятность отказа его узлов в процессе работы, особенно аккумулятора давления, по причине высокой текучести воздуха и повышенной разгерметизации этого узла. Другим недостатком известного устройства является невозможность корректировки давления пакерования в процессе приведения пакера в рабочее положение в конкретных условиях скважины. В результате выбранное заранее давление пакерования оказывается недостаточным.
Известно устройство для приведения пакера в рабочее положение, включающее корпус, связанный с колонной скважины, переводник, поршень и регулятор направления потока, образующий с поршнем и корпусом кольцевую камеру. Известное устройство имеет более простую конструкцию. В качестве рабочего тела для приведение пакера в рабочее положение предусмотрено использование вязкой и высокой плотности рабочей жидкости, используемой при тампонировании скважины, - тампонажного раствора (RU 2116431, 27.07.1998).
Недостатком известного решения является незначительный объем кольцевой камеры для порции тампонажного раствора, поступающего из заколонного пространства, после снятия избыточного давления в колонне. Малый объем кольцевой камеры обусловлен необходимостью обеспечения жесткой связи подвижного внутреннего корпуса и поршня при сохранении максимально допустимого проходного канала устройства для проведения дальнейших работ в скважине. В результате известное устройство не обеспечивает необходимой надежности пакерования с необходимым давлением пакерования.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности пакерования за счет возможности многократной порционной подачи рабочего тела в полость пакера с достижением давления до необходимой величины путем постепенной доводки, а также возможности самонастраивания устройства на реальные условия в скважине.
Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для приведения пакера в рабочее положение включает корпус, выполненный с возможностью соединения с колонной труб скважины и имеющий радиальное отверстие, по меньшей мере одно, перекрытое срезным полым штифтом, и продольные пазы на его наружной поверхности ниже радиального отверстия, составной кожух, помещенный снаружи корпуса и образующий с последним кольцевую полость, распределительный клапан, помещенный в кольцевой полости и между торцами составного кожуха, жестко связанный с ним и выполненный в виде гильзы с радиальными отверстиями, внутренней кольцевой проточкой и оппозитно установленных на ее концах перепускных уплотнительных элементов одностороннего действия - верхнего и нижнего, втулку, помещенную в кольцевой полости против распределительного клапана, жестко связанную с корпусом, проставочную втулку, помещенную на верхнем торце втулки, и дифференциальный поршень, связанный с проставочной втулкой срезным штифтом и образующий с корпусом и составным кожухом надпоршневое пространство с возможностью увеличения его объема в процессе работы устройства, гидравлически связанное с полостью срезного штифта и заполненное маслом, и подпоршневое пространство, одна часть которого имеет возможность гидравлической связи с пространством за составным кожухом, а другая часть имеет возможность гидравлической связи с полостью уплотнительного элемента пакера.
Общий вид устройства показан на фиг. 1.
Устройство включает корпус 1 с радиальным отверстием 2, по меньшей мере одним. Корпус 1 выполнен с возможностью соединения с колонной труб скважины. Эта колонна на фиг. 1 условно не показана. В радиальном отверстии 2 установлен срезной полый штифт 3. Ниже радиального отверстия 2 корпус 1 на его наружной поверхности выполнен с продольными пазами 4. Снаружи корпуса 1 помещен составной кожух в виде верхней его части 5 и нижней его части 6 (функцию нижней части кожуха выполняет наружный элемент ствола пакера). Кожух 5-6 образует с корпусом 1 кольцевую полость 7. В этой полости и между торцами составного кожуха 5-6 помещен распределительный клапан, выполненный в виде гильзы 8 с радиальными отверстиями 9, внутренней кольцевой проточкой 10 и оппозитно установленных на ее концах перепускных уплотнительных элементов одностороннего действия - верхнего 11 и нижнего 12. Распределительный клапан - его гильза 8 жестко связана с кожухом 5-6. Против распределительного клапана - его гильзы 8 в кольцевой полости 7 помещена втулка 13. Эта втулка частично перекрывает продольные пазы 4 корпуса 1 и жестко связана с этим корпусом (условно не показано). На верхнем торце втулки помещена проставочная втулка 14. С проставочной втулкой 14 связан дифференциальный поршень 15 срезным штифтом 16. Дифференциальный поршень 15 образует надпоршневое пространство (на фиг. 1 оно совпадает с поз. 7, обозначающей кольцевую полость). Надпоршневое пространство дифференциального поршня 15 гидравлически связано с полостью срезного штифта 3 и заполнено маслом. Дифференциальный поршень 15 образует и подпоршневое пространство. Одна часть его 17 имеет возможность гидравлической связи с пространством за составным кожухом (заколонным пространством) через радиальные отверстия 9 гильзы 8 и внутреннюю кольцевую проточку 10. Другая часть подпоршневого пространства 18 имеет возможность гидравлической связи с полостью пакера через канал 19.
Кроме того, на фиг. 1 показаны наружная кольцевая проточка 20 в зоне радиального отверстия 2 корпуса 1, упорная втулка 21, ствол пакера 22 (включает наружный элемент, выполняющий функцию кожуха 6) и уплотнительные элементы 23.
Устройство работает следующим образом.
Осуществляют гидравлические операции в скважине, в частности тампонирования колонны, например, обсадной с применением цементировочной пробки. При прохождении через устройство цементировочная пробка (на фиг. 1 условно не показана) срезает полый штифт 3. И внутренняя полость устройства, а следовательно, и колонны скважины, с которой связано устройство, сообщается с кольцевой полостью 7. После окончания цементирования и снятия давления в цементировочной головке дифференциальный поршень 15 под действием заколонного давления, передаваемого через радиальные отверстия 9 гильзы 8 распределительного клапана и кольцевую проточку 10, перемещается вверх, вытесняя масло из надпоршневой полости дифференциального поршня 15 внутрь устройства. Тампонажный раствор из заколонного пространства, отгибая оторочку верхнего перепускного уплотнительного элемента одностороннего действия 11, поступает в подпоршневое пространство 17. При повышении давления в обсадной колонне с помощью продавочной жидкости дифференциальный поршень перемещается вниз и тампонажный раствор через продольные пазы 4, отгибая оторочку нижнего перепускного уплотнительного элемента одностороннего действия 12, по каналу 19 поступает в уплотнительный элемент пакера, расширяя его. При снижении давления в цементировочной головке перепускной уплотнительный элемент одностороннего действия 12, воспринимая избыточное давление со стороны уплотнительного элемента пакера, запирается и не дает возможности тампонажному раствору выйти из уплотнительного элемента пакера. Необходимое расширение уплотнительного элемента пакера обеспечено возможностью закачки в него нескольких порций тампонажного раствора из заколонного пространства.
В условиях высоких температур расширяющийся объем масла в надпоршневом пространстве дифференциального поршня 15 и возрастающее в результате этого давление в нем действует на дифференциальный поршень 15. В результате разрушается штифт 16 и дифференциальный поршень 15 перемещается вниз, увеличивая объем надпоршневого пространства с маслом и обеспечивая тем самым возможность самонастраивания устройства на реальные условия в скважине без разрушения устройства.