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, уплотнительный 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 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 для спуска желонки;
в-третьих, требуются большие усилия для посадки уплотнительного элемента, то есть при вводе конического толкателя уплотнительного элемента в эластичную манжету для перекрытия внутреннего пространства скважины.
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, уплотнительный элемент под действием веса столба цементного раствора, находящегося в корпусе, и усилия разгибания пружинного ограничителя должен смещаться вниз относительно корпуса, но из опыта практического применения выявлено, что из-за возникновения «эффекта поршневания» в нижней части корпуса желонки, уплотнительный элемент не отсоединяется (не срабатывает) от желонки в требуемом интервале, при этом отсоединение происходит при последующем подъеме в результате образуется рыхлый разделительный мост выше требуемого интервала. Кроме того, внутренняя поверхность наружного стакана большого сечения «забивается» грязью и шламом в процессе спуска, что препятствует выпадению стопоров (шариков) наружу корпуса и как результат, не срабатывание желонки. Все вышеотмеченные факторы снижают надежность отсоединения уплотнительного элемента желонки в требуемом интервале скважины.
-во-вторых, в процессе разбуривания разделительного моста, когда очередь доходит до разбуривания установочного цилиндра, последний из-за того, что он пустой внутри или частично содержит рыхлый материал разделительного моста, начинает вращаться, чем создает сопротивление разбуриванию, за счет этого увеличивается время и затраты на разбуривание разделительного моста.
Задачей полезной модели является повышение надежности отсоединения уплотнительного элемента от желонки в требуемом интервале при установке разделительного моста в скважине и сокращение времени и затрат на его разбуривание после проведения ремонтных работ.
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, при этом 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, а 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 что наружный стакан, выполненный с переменным сечением, напротив большего сечения оснащен сквозными отверстиями, диаметр которых меньше диаметра стопоров, при этом нижняя часть корпуса, контактирующая с уплотнительным элементом снабжена сквозными вертикальными пазами, при этом внутреннее пространство установочного цилиндра герметично заполнено легко разбуриваемым материалом.
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 - d1, выполненных в виде шариков и наружного стакана 15. Стопоры 14 вставлены в нижние технологические отверстия 7 корпуса 1 и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой 13 установочного цилиндра 12. Наружный стакан 15 установлен на корпусе 1 с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами 14 внутренней поверхностью 16, выполненной с переменным сечением с диаметрами Dl и D2. Наружный стакан 15 зафиксирован относительно корпуса 1 запорным элементом 17, выполненным в виде пружинного разрезного кольца. 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 L1 (L1<L2).
Наружный стакан, выполненный с переменным сечением D1 и D2, напротив большего сечения D2 оснащен сквозными отверстиями 21, диаметр d2 которых меньше диаметра d1 стопоров 14 (d2<d1). Нижняя часть 22 корпуса 1, контактирующая с уплотнительным элементом 2 снабжена сквозными вертикальными пазами 23, при этом внутреннее пространство установочного цилиндра 12 герметично заполнено легко разбуриваемым материалом 24.
Вся конструкция желонки в сборе крепится на гибкой тяге 25 (см. Фиг.1) для спуска в скважину (на фиг. не показано). Несанкционированные перетоки цементного раствора предотвращает уплотнительное кольцо 26.
Устройство работает следующим способом:
Желонку в сборе (см. Фиг.1) через верхние технологические отверстия 6 заполняют цементным раствором и на гибкой тяге 25 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. При этом цилиндр 18 со штифтом 19 соединен с упором 8 только с возможностью вращательного движения. Затем желонку начинают приподнимать, в результате штифт 19 вместе с цилиндром 18 и упором 8 опускается относительно корпуса 1 по последней осевой технологической проточке 20 (см. Фиг.3) с длинной L2. В результате упор 8 (см. Фиг.1) опирается на наружный стакан 15 фиксатора 3 и, преодолевая сопротивление замкового элемента 17, смещает его вниз относительно корпуса 1. Меньшее сечение наружного стакана 15 с диаметром D1 внутренней поверхности 16 перестает взаимодействовать со стопорами 14, а напортив них устанавливается большее сечение наружного стакана 15 с диаметром D2 внутренней поверхности 16, после чего 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 нижней части 22 корпуса 1, при этом сквозные вертикальные пазы 23, выполненные на нижнем конце 22 корпуса 1, исключают «поршневание» уплотнительного элемента 2 при его смещении вниз и выходе из корпуса 1 желонки.
В результате пружинный установочный цилиндр 12 перестает взаимодействовать с уплотнительным кольцом 26, 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. Фиг 1), достаточного для смещения наружного стакана 15 и срабатывания фиксатора 3, плюс два диаметра штифта 19.
По окончанию установки разделительного моста в скважине и после проведения запланированных работ в скважине, в случае возникновения необходимости разбуривания разделительного моста, в скважину спускается забойный двигатель с долотом (на Фигурах не показано), посредством которого проводится разбуривание разделительного моста. Благодаря тому, что внутреннее пространство установочного цилиндра 12 герметично заполнено легко разбуриваемым материалом 24, он не вращается и не создает сопротивление разбуриванию.
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 и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой 13. При этом стопоры 14 поджимаются наружным стаканом 15, которые фиксируются относительно корпуса 1 и запорным элементом 17. В результате устройство готово к повторной эксплуатации.
Наружный стакан 15, выполненный с переменным сечением, напротив большего сечения D2 оснащен сквозными отверстиями 21 диаметр d2, которых меньше диаметра d1 стопоров 14 (d2<d1).
Сквозные отверстия 21 предназначены для выпадения наружу шлама и грязи, которые попали во внутреннее пространство большего сечения D2 наружного стакана 15 в процессе спуска и подъема желонки.
Предлагаемая конструкция желонки обладает достаточной надежностью для отсоединения уплотнительного элемента от желонки в требуемом интервале при установке разделительного моста в скважине и позволяет сократить временя и затраты на последующее его разбуривание после проведения ремонтных работ.