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, Е 21 В 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 ведет к значительным затратам при необходимости перекрытия протяженных интервалов скважины, кроме того большое количество деталей сложной конструкции в якорном узле и конусно-клиновом пуансоне увеличивает стоимость оборудования и снижает надежность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для герметизации обсадной колонны» (патент RU №2236550, Е 21 В 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, а усеченный конус жестко соединен с посадочным инструментом, выполненным в виде полого штока с обратным клапаном внизу, при этом верхний конец полого штока оснащен присоединительной резьбой, причем в верхней части полого штока выполнены радиальные отверстия, от которых вверх по наружной поверхности выполнена резьба, взаимодействующая с центральной внутренней левой резьбой верхнего усеченного конуса. 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 в 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, а усеченный конус 9 жестко соединен с посадочным инструментом 7, выполненным в виде полого штока 12 с обратным клапаном 13 внизу. Верхний конец полого штока 12 оснащен присоединительной резьбой 14. Полый шток 12 снабжен радиальными отверстиями 15 в верхней части, от которых вверх по наружной поверхности выполнена резьба 16, взаимодействующая с центральной внутренней левой резьбой 11 верхнего усеченного конуса 10. Усеченный конус 9 и полый шток 12 посадочного инструмента 7 выполнены в виде единой детали.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 17 и 18.
Устройство работает следующим образом.
Устройство в сборе присоединяют при помощи присоединительной резьбы 14 полого штока 12 посадочного инструмента 7 снизу к колонне труб 19 и спускают в скважину 1 до интервала установки. При спуске колонна труб 19 через обратный клапан 13 и полый шток 12 посадочного инструмента 7 заполняется скважинной жидкостью, после чего в колонне труб 19 создают избыточное давление, при этом обратный клапан 13 закрывается, а давление передается через радиальные отверстия 15 полого штока 12 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 17 и 18, избыточное давление выправляет продольные гофры патрубка якоря 8, плотно и надежно прижимая его к стенкам скважины 1. Далее давление сбрасывают и придают колонне труб 19 правое вращение (по часовой стрелке), исключающее отворот колонны труб 19, при этом вставленный в пластырь 2 и зафиксированный от поворота верхний усеченный конус 10 благодаря взаимодействию своей центральной внутренней левой резьбой 11 с резьбой 16, выполненной в верхней части полого штока 12 посадочного инструмента 7 опускается сверху вниз, расширяя пластырь 2 сверху до полного и плотного прижатия к стенкам скважины 1. Одновременно с этим усеченный конус 9 благодаря своему вращению вместе с полым штоком 12 посадочного инструмента 7, жестко закрепленного на нижнем конце колонны труб 19 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 19), то есть завершения расширения пластыря 2, колону труб 19 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.