ЖЕЛОНКА ДЛЯ УСТАНОВКИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ МОСТОВ В СКВАЖИНЕ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин и может быть использовано для установки разделительных мостов при изоляции продуктивных горизонтов и участков ствола скважины друг от друга.
Известна «Желонка для установки разделительных мостов в скважине» (см. патент RU №2147898, МКИ Е 21 В 27/02, БИ №26, от 21.09.99), включающая корпус, уп-лотнительный элемент, тягу и срезной штифт, при этом она снабжена шлипсами с клиновыми толкателями, размещенными в полости корпуса, тяга выполнена в виде ступенчатого по сечению прута с возможностью взаимодействия элементов прута разных сечений с указанными клиновыми толкателями, уплотнительный элемент выполнен в виде конического толкателя с эластичной манжетой с возможностью взаимодействия с указанной тягой посредством срезного штифта.
Недостатками данной конструкции являются:
- во-первых, при необходимости извлечения или «расхаживания» при заклинивании желонки возможно несанкционированное срабатывание;
- во вторых, при неравномерном спуске, возникающем при несоблюдении бригадой технологии спуска или в результате аварийной ситуации, возможно также несанкционированное срабатывание;
- в-третьих, при спуске желонки в скважину цементный раствор внутри желонки загустевает, в результате требуются значительные усилия для извлечения стержня после срабатывания желонки, что может привести к аварийной ситуации в случае не соблюдения бригадой, технологически обоснованного, временного интервала спуска желонки;
- в-четвертых, требуются большие усилия для посадки уплотнительного элемента, то есть при вводе конического толкателя уплотнительного элемента в эластичную манжету для перекрытия внутреннего пространства скважины.
Известна «Желонка для установки разделительных мостов в скважине» (см. патент RU №2133575, МКИ Е 21 В 27/02, БИ №35, от 21.13.98), включающая корпус, уплотнительные элементы, соединенные гибкой тягой, фиксатор и отцепной механизм, при этом фиксатор выполнен на гибкой тяге, а отцепной механизм в виде гильотины снабжен шлипсами, выполненными с возможностью взаимодействия с гильотиной.
Недостатками данной конструкции являются:
- во-первых, при необходимости извлечения или «расхаживания» при заклинивании желонки возможно несанкционированное срабатывание;
- во-вторых, требуется постоянный контроль остроты и подгонки гильотин отцепного механизма, при несоблюдении данного требования возможно нарушение работоспособности желонки;
- в-третьих, практически вся веревка остается в скважине;
- в-четвертых, сборка конструкции для повторного использования возможна только в стационарных условиях;
- в-пятых, при большом количестве цементного раствора возможно сползание цементного моста из требуемого интервала.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является «Желонка для установки разделительных мостов в скважине» (см. патент RU №2223383, МПК 7 Е 21 В 27/02, БИ №4, от 10.02.2004 г.), включающая корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм, при этом в корпусе выполнены технологические проточки, верхние и нижние технологические отверстия, причем на корпусе с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор с пружинными и жесткими центраторами, а уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем снизу и установочным цилиндром с наружной кольцевой проточкой сверху, причем осевое перемещение уплотнительного элемента относительно корпуса ограничивает фиксатор, состоящий из стопоров и наружного стакана, при этом стопоры вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой установочного цилиндра, а наружный стакан установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами внутренней поверхностью, выполненной с переменным сечением, при этом наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом, а отцепной механизм, состоящий из цилиндра со штифтом, регулирует осевое перемещение упора, причем цилиндр зафиксирован на упоре с возможностью вращательного движения, причем штифт взаимодействует с технологическими проточками, которые выполнены таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении упора относительно корпуса поворачивают штифт относительно корпуса только в одном направлении, а последняя осевая технологическая проточка, с которой взаимодействует штифт, длиннее остальных.
Недостатками данной конструкции являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- во-вторых, перед установкой разделительного моста в требуемом интервале скважины упор воздействует на наружный стакан сверху, при этом сила воздействия направлена на преодоление силы сопротивление замкового элемента, после преодоления которой, наружный стакан смещается вниз относительно корпуса желонки и происходит срабатывание (отсоединение) уплотнительного элемента от корпуса желонки. Из опыта практического применения выявлено, что силы воздействия упора на наружный стакан не всегда бывает достаточно, чтобы преодолеть силу сопротивления замковых элементов, а зависит это от таких факторов, как величина жесткости замкового элемента, усилие контакта центраторов с внутренней стенкой скважины. Кроме того, внутренняя поверхность наружного стакана, выполненная с переменным сечением «забивается» грязью и шламом в процессе работы, что препятствует выпадению стопоров (шариков) наружу корпуса. Все вышеописанное снижает надежность срабатывания (отсоединения) уплотнительного элемента от корпуса желонки.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции и повышение надежности отсоединения уплотнительного элемента от корпуса желонки в требуемом интервале при установки разделительного цементного моста в скважине.
Поставленная задача достигается описываемой желонкой для установки разделительных мостов в скважине, включающей корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм, при этом в корпусе выполнены технологические проточки, верхние и нижние технологические отверстия, причем на корпусе с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор с пружинными и жесткими центраторами, а уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем снизу и установочным цилиндром с наружной кольцевой проточкой сверху, причем осевое перемещение уплотнительного элемента относительно корпуса ограничивает фиксатор, состоящий из стопоров, при этом стопоры вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой установочного цилиндра, а отцепной механизм, состоящий из цилиндра со штифтом, регулирует осевое перемещение упора, причем цилиндр зафиксирован на упоре с возможностью вращательного движения, при этом штифт взаимодействует с технологическими проточками, которые выполнены таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении упора относительно корпуса поворачивают штифт относительно корпуса только в одном направлении, а последняя осевая технологическая проточка, с которой взаимодействует штифт, длиннее остальных.
Новым является то, упор удлинен снизу и своей внутренней поверхностью взаимодействует со стопорами, при этом упор оснащен внутренней конической кольцевой
выборкой, сужающейся изнутри наружу, напротив которой упор снабжен поперечными сквозными пазами, высота которых меньше диаметра стопоров.
На Фиг.1 изображено предлагаемое устройство в статике;
на Фиг.2 - поперечный разрез устройства по сечению А-А;
на Фиг.3 - развертка наружной поверхности корпуса в области технологических проточек.
Желонка для установки разделительных мостов в скважине состоит из корпуса 1 (см. Фиг.1), уплотнительного элемента 2, фиксатора 3 и отцепного механизма 4. В корпусе 1 выполнены технологические проточки 5, верхние 6 и нижние 7 технологические отверстия. На корпусе 1 с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор 8 (см. Фиг.2) с пружинными 9 и жесткими 10 центраторами. Уплотнительный элемент 2 (см. Фиг.1) дополнительно снабжен пружинным ограничителем 11 снизу и установочным цилиндром 12 с наружной кольцевой проточкой 13 сверху. Осевое перемещение уплотнительного элемента 2 относительно корпуса 1 ограничивает фиксатор 3, состоящий из стопоров 14 диаметром - d, выполненных в виде шариков.
Стопоры 14 вставлены в нижние технологические отверстия 7 корпуса 1 и взаимодействуют с одной стороны с наружной кольцевой проточкой 13 установочного цилиндра 12, а с другой - с внутренней поверхностью 15 упора 8, имеющей диаметр D1.
Упор 8 оснащен внутренней конической кольцевой выборкой 16, сужающейся изнутри наружу. Напротив внутренней конической кольцевой выборки 16 упор 8 снабжен поперечными сквозными пазами 17 высотой - h, которая меньше диаметра - d стопоров 14, что предотвращает выпадение последних в скважину в процессе проведения работ (h<d). Упор 8 имеет возможность расположения своей внутренней конической кольцевой выборкой 16, имеющей диаметр D2 напротив стопоров 14, причем (D2>D1).
Отцепной механизм, 4 состоящий из цилиндра 18 со штифтом 19, регулирует осевое перемещение упора 8. Цилиндр 18 зафиксирован на упоре 8 с возможностью вращательного движения, а штифт 19 взаимодействует с технологическими проточками 5, которые выполнены таким образом (см. Фиг.3), что при возвратно-поступательном перемещении упора 8 (см. Фиг.1) относительно корпуса 1 поворачивают штифт 19 относительно корпуса 1 только в одном направлении. Последняя осевая технологическая проточка 20 с длиной L2 (см. Фиг.3), с которой взаимодействует штифт 19 (на Фиг.3 показан условно), длиннее остальных, у которых длина LI (L1<L2). Вся конструкция желонки в сборе крепится на гибкой тяге 21 (см. Фиг.1) для спуска в скважину (на Фиг. не показано). Несанкционированные перетоки цементного раствора предотвращает уплотнительное кольцо 22.
Устройство работает следующим способом:
Желонку в сборе (см. Фиг.1) через верхние технологические отверстия 6 заполняют цементным раствором и на гибкой тяге 21 опускают в скважину (на Фигурах не показано). Во время спуска жесткие центраторы 10 не позволяют стенкам скважины соприкасаться с упором 8, снимая при этом с пружинных центраторов 9 избыточную нагрузку, которая может привести к их выходу из строя (поломке) с последующей потерей работоспособности устройства. По достижению требуемого интервала установки цементного моста желонку приподнимают и опускают на величину, большую осевой длины L1 (см. Фиг.3) технологических проточек 5, но не более их двойной длины (2 * L1), повторяя эти спуско-подъемы по числу осевых технологических проточек 5 плюс 1-8 дополнительных спуско-подъемов для гарантированного срабатывания отцепного механизма. Во время спуско-подъемов штифт 19 отцепного механизма 4 (см. Фиг.1) по технологическим проточкам 5 (см. Фиг.3) перемещается в сторону последней осевой технологической проточки 20 и достигает ее, так как упор 8 (см. Фиг.1) за счет пружинных центраторов 9, которые упираются в стенки скважины, остается на месте, а корпус 1 совершает относительно упора 8 возвратно-поступательные движения. Цилиндр 18 зафиксирован на упоре 8 с возможностью вращательного движения. Затем желонку начинают приподнимать, в результате штифт 19 вместе с цилиндром 18 и упором 8 опускается вниз относительно корпуса 1 по последней осевой технологической проточке 20 (см. Фиг.3) с длинной L2 и, в определенный момент, внутренняя поверхность 15 диаметром D1 упора 8 перестает взаимодействовать со стопорами 14, а, напортив них, устанавливается внутренняя коническая кольцевая выборка 16 с диаметром D2.
В результате стопоры 14 смещаются наружу корпуса 1, выходя из взаимодействия с наружной кольцевой проточкой 13 установочного цилиндра 12. Уплотнительный элемент 2 под действием веса столба цементного раствора, находящегося в корпусе 1, и усилия разгибания пружинного ограничителя 11 смещается вниз относительно корпуса 1 и выходит из него. В результате пружинный установочный цилиндр 12 перестает взаимодействовать с уплотнительным кольцом 22, ограничитель 11 расправляется и упирается в стенку скважины (на Фигурах не указано), не позволяя уплотнительному элементу 2 сползать из интервала установки. Уплотнительный элемент 2 после выхода из корпуса 1 перекрывает внутреннее сечение скважины, удерживая цементный раствор, вытекающий под своим весом из корпуса 1, в интервале установки цементного моста. Затем желонку за исключением уплотнительного элемента 2 с пружинным ограничителем 11 и установочным цилиндром извлекают из скважины. После выдержки времени, необходимого
для затвердевания цементного раствора, то есть фиксации цементного моста, скважина готова к последующей эксплуатации.
Количество осевых технологических проточек 5 (см. Фиг.3) выбирается из условия, чтобы в случае возникновения затяжек и при необходимости расхаживания отцепной механизм 4 (см. Фиг.1) не срабатывал, то есть штифт 19 (см. Фиг.3) не доходил до последней осевой технологической проточки 20. На практике выявлено, что достаточно 4-8 осевых технологических проточек 5.
Длина L2 (см. Фиг.3) последней осевой технологической проточки 20 выбирается равной ходу упора 8 (см. Фиг1) плюс два диаметра штифта 19.
При необходимости повторного использования желонки (например, для установки цементного моста на скважине, находящийся в том же географическом районе) на поверхности упор 8 устанавливается в первоначальное положение, перемещая штифт 19 отцепного механизма 4 по технологическим проточкам 5 (см. Фиг.3) корпуса 1 (см. Фиг.1). Затем в корпус 1 (см. Фиг.1) вставляется другой уплотнительный элемент 2 с пружинным ограничителем 11 до совмещения наружной кольцевой проточки 13 с нижними технологическими отверстиями 7, после чего стопоры 14 устанавливаются в технологические отверстия 7, где взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой 13, после чего стопоры 14 поджимаются внутренней поверхностью 15 упора 8. В результате устройство готово к повторной эксплуатации. Поперечные сквозные пазы 17 высотой h, выполненные в упоре 8 напротив внутренней конической кольцевой выборки 16 предназначены для выпадения наружу шлама и грязи, которые попали во внутреннюю коническую кольцевую выборку 16 в процессе проведения работ.
Предлагаемая конструкция желонки для установки разделительных мостов в скважине имеет упрощенную конструкции и технологию работы с ней, что позволяет повысить надежность установки разделительного мост в требуемом интервале скважины, а значит, сократить время ремонта и избежать дополнительных затрат.