УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ
FORMATION ISOLATION DEVICE IN WELL

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для изоляции пластов в скважине при ее креплении.
Известно устройство для изоляции пластов в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия, связанный с корпусом, и втулку, установленную снаружи корпуса (RU 2182957, 27.05.2002).
Как показала широкая практика применения данного устройства в скважине, основным его недостатком является невозможность контроля давления пакеровки - давления, создаваемого в полости уплотнительного элемента пакера. Избыточное давление пакеровки приводит к порыву уплотнительного элемента и полной потере его герметизирующей способности. Кроме того, недостатком данной конструкции является малая пропускная способность клапанного узла, обусловленная необходимостью заполнения полости уплотнительного элемента через отверстие полого разрушаемого штифта.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства за счет возможности обеспечения заданного давления пакерования и расширение области применения устройства.
Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для изоляции пластов в скважине включает полый корпус с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия, связанный с корпусом, ступенчатую втулку, установленную на корпусе и образующую с ним кольцевую полость, при этом устройство имеет дополнительную ступенчатую втулку, выполненную с боковым отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым снаружи обратным клапаном, помещенную ниже основной втулки и взаимодействующую с последней, и кожух с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрывающий снаружи основную и дополнительную ступенчатые втулки и образующий с первой из них против радиального отверстия кожуха рабочую полость для гидравлического сообщения с ней пространства скважины за корпусом и переключения устройства из транспортного положения в рабочее положение, при этом корпус ниже основного радиального отверстия выполнен с дополнительным радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым основной ступенчатой втулкой, установленной с возможностью открытия дополнительного радиального отверстия корпуса в ее крайнем верхнем положении, при этом дополнительная ступенчатая втулка жестко связана с кожухом срезным элементом, по меньшей мере одним, рассчитанным на давление срезания, равным допустимому давлению пакерования, и установлена с возможностью гидравлического сообщения внутреннего пространства корпуса с пространством пакера через радиальное отверстие корпуса и боковое отверстие дополнительной ступенчатой втулки.
Кроме того:
основная ступенчатая втулка связана с кожухом фиксатором типа защелки;
основная ступенчатая втулка выполнена в верхней части с кольцевой конусной поверхностью, а полый срезной штифт снабжен упорным подвижным пальцем со сферической поверхностью, взаимодействующим с конусной поверхностью основной ступенчатой втулки. Такое выполнение упомянутых узлов обеспечивает повышение надежности работы устройства за счет дополнительной фиксации основной ступенчатой втулки, необходимой при спуске устройства в скважину или при промывках скважины. При этих операциях возможны непредвиденные гидродинамические колебания давления.
обратный клапан дополнительной ступенчатой втулки выполнен в виде эластичной манжеты или шарового клапана, или тарельчатого клапана.
В соответствии с изобретением устройство включает полый корпус 1 с радиальным отверстием 2, по меньшей мере одним, перекрытый полым срезным штифтом 3. Имеется пакер гидравлического действия (условно не показан), связанный с корпусом. Устройство имеет основную ступенчатую втулку 4, установленную снаружи корпуса 1 и дополнительную ступенчатую втулку 5, также установленную снаружи корпуса 1. Дополнительная ступенчатая втулка 5 выполнена с боковым отверстием 6, по меньшей мере одним, перекрытым снаружи обратным клапаном 7. Дополнительная ступенчатая втулка 5 помещена ниже основной втулки 4 и взаимодействует с последней. Имеется кожух 8 с радиальным отверстием 9, по меньшей мере одним. Кожух 8 перекрывает снаружи основную 4 и дополнительную 5 ступенчатые втулки. Кожух 8 образует с основной ступенчатой втулкой 4 против радиального отверстия 9 рабочую полость 10 для гидравлического сообщения с пространством скважины и переключения устройства из транспортного положения в рабочее положение. Корпус 1 ниже его основного радиального отверстия 2 выполнен с дополнительным радиальным отверстием 11, по меньшей мере одним. Это отверстие перекрыто основной ступенчатой втулкой 4. Основная ступенчатая втулка 4 установлена с возможностью открытия дополнительного радиального отверстия 11 корпуса 1 в ее крайнем верхнем положении. Дополнительная ступенчатая втулка 5 жестко связана с кожухом 8 срезным элементом 12, по меньшей мере одним. Срезной элемент 12 рассчитан на давление срезания, равное допустимому давлению пакерования. Дополнительная ступенчатая втулка 5 установлена с возможностью гидравлического сообщения внутреннего пространства корпуса 1 с пространством пакера через дополнительное радиальное отверстие 11 корпуса 1 и боковое отверстие 6 дополнительной ступенчатой втулки 5. Основная ступенчатая втулка 4 может быть выполнена в верхней части с кольцевой конусной поверхностью 13. Полый срезной штифт 3 может быть снабжен упорным подвижным пальцем 14 со сферической поверхностью, взаимодействующим с конусной поверхностью 13 основной ступенчатой втулки 4. Обратный клапан 7 дополнительной ступенчатой втулки 5 выполнен в виде эластичной манжеты или шарового клапана, или тарельчатого клапана. Основная ступенчатая втулка 4 выполнена с внутренней кольцевой проточкой 15 и проточкой 16 на наружной поверхности. Дополнительная ступенчатая втулка 5 выполнена с внутренней кольцевой проточкой 16, кольцевыми канавками 17, 18. Кожух 8 выполнен с внутренними кольцевыми проточками 19, 20. Меньшая ступень основной ступенчатой втулки 4 взаимодействует с внутренней кольцевой проточкой 16 дополнительной ступенчатой втулки 5, образуя с последней и корпусом 1 кольцевую камеру 21. Внутренние кольцевые проточки 19 и 20 выполнены под фиксатор 22 типа защелки, который может быть принят в качестве основного варианта фиксации основной ступенчатой втулки 4 в ее транспортном положении на кожухе 8. Верхняя часть кожуха 8 взаимодействует с установленным на корпусе 1 упором 23, зафиксированным относительно корпуса 1 разрезным кольцом 24, а нижняя часть кожуха 8 соединена с уплотнительным элементом пакера (на фиг. не показано). Необходимая герметичность узлов устройства обеспечена уплотнительными элементами 25
Устройство работает следующим образом.
После спуска в скважину обсадной колонны с предлагаемым устройством на заданную глубину и закачки расчетного объема тампонажного раствора в колонну пускают разделительную пробку (на фиг. 1 не показана), которая, срезая полый штифт 3, перемещается вниз. Давление срезания полого штифта является индикатором контроля процесса цементирования. После окончания процесса цементирования давление в цементировочной головке снимают.
Большее затрубное давление, определяемое плотностью столба цементного раствора, через радиальное отверстие 9 кожуха 8 передается на основную ступенчатую втулку 4 через рабочую полость 10. Под действием этого давления происходит расфиксация основной ступенчатой втулки 4 - срабатывание фиксатора 22 типа защелки 22 и ее перемещение в крайнее верхнее положение - перемещение фиксатора 22 из кольцевой проточки 19 в кольцевую проточку 20. При условии дополнительной фиксации основной ступенчатой втулки 4 в ее транспортном положении (не только на кожухе, но и на корпусе) ее конусная поверхность 7, взаимодействуя со сферической поверхностью упорного пальца 14, частично выдавливает его, в результате чего основная ступенчатая втулка 4, перемещаясь, открывает радиальное отверстие 11 корпуса 1 фиксируется в конечном положении - в кольцевой проточке 20. При повышении давления в корпусе 1, связанным с обсадной колонной (условно не показана) буровой раствор через радиальные отверстия 11 корпуса 1, кольцевую камеру 21, боковые отверстия 6, и обратный клапан 7, в частности, эластичное кольцо поступает в уплотнительный элемент (на фиг. 1 не показан). При создании заданного избыточного давления в корпусе 1 - уплотнительном элементе пакера дополнительная ступенчатая втулка 5 срезает элемент 12, который рассчитан на давление срезания, равное допустимому давлению пакерования и перемещается, перекрывая отверстие 3. В результате обеспечена надежная защита уплотнительного элемента пакера от разрушения при дальнейших технологических или непреднамеренных повышениях давления в корпусе-обсадной колонне.