УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при строительстве и ремонте скважин для перекрытия внутреннего пространства скважины.
Известно устройство для перекрытия внутренней полости колонны труб в скважине (патент RU №2082870 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. в бюл. №18 от 27.06.1997 г.), включающее связанный посредством резьбы с колонной труб цилиндрический корпус с центральным осевым каналом, внутренней кольцевой проточкой, перемычкой со сквозными каналами и гидравлической камерой. Внутри корпуса установлен уплотнительный элемент с осевым каналом, имеющим коническую внутреннюю поверхность. В осевом канале уплотнительного элемента размещена распорная пробка с ответной наружной поверхностью и жестко связанный с распорной пробкой шток с радиальным каналом. В последнем размещен разрушаемый элемент.
Недостатком данного устройства является недостаточная надежность при воздействии на него значительных перепадов давления, так как устройство удерживается в обсадной колонне только за счет силы трения уплотнительного элемента.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для перекрытия внутренней полости колонны труб (патент RU №2280756 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. в бюл. №21 от 27.07.2006 г.), включающее цилиндрический корпус с центральным осевым каналом, внутренней кольцевой проточкой, перемычкой со сквозными каналами и гидравлической камерой, уплотнительный элемент с осевым каналом, имеющим коническую внутреннюю поверхность, установленную в осевом канале уплотнительного элемента распорную пробку с ответной наружной поверхностью, жестко связанный с распорной пробкой шток с радиальным каналом и размещенный в последнем разрушаемый элемент, при этом устройство снабжено кольцевым фигурным поршнем, сухарями и разрезным кольцом, причем уплотнительный элемент в верхней части выполнен с радиальными пазами, при этом сухари размещены в радиальных пазах уплотнительного элемента с возможностью взаимодействия с распорной пробкой, а фигурный поршень установлен во внутренней кольцевой проточке корпуса с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и взаимодействия с сухарями, причем сухари связаны между собой и с фигурным поршнем с помощью разрезного
кольца, при этом гидравлическая камера образована внутренней поверхностью кольцевой проточки в корпусе, нижним торцом перемычки, верхним торцом фигурного поршня и боковой поверхностью штока, причем распорная пробка выполнена в виде двух соосных конусов, соединенных своими большими основаниями, причем верхний конус выполнен ступенчатым и имеет в верхней части грани, плоскости которых могут взаимодействовать с сухарями.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, возможна негерметичная посадка устройства в обсадной колонне, так как уплотнительный элемент при посадке сжимается при определенной нагрузке в зависимости от его твердости, которая может быть отличной от усилия среза разрушаемого элемента, при этом уплотнительный элемент может быть как пережат, так и недостаточно плотно прижаться к стенкам обсадной колонны, в связи с чем снижается герметичность и надежность посадки устройства;
во-вторых, устройство не извлекается, а разбуривается, на что затрачивается большое количество времени, чем на извлечение, а это дополнительные материальные и финансовые затраты.
Задачей полезной модели является повышение герметичности и надежности посадки устройства в обсадной колонне с возможностью извлечения его после проведения работ.
Поставленная задача решается устройством для перекрытия внутренней полости обсадной колонны, включающим цилиндрический корпус с центральным осевым и сквозными каналами, гидравлическую камеру, уплотнительный элемент с осевым каналом, шток, жестко соединенный снизу с распорной пробкой, имеющей конусной поверхностью снизу.
Новым является то, что верхний конец штока снабжен наружным кольцевым выступом с левой резьбой, причем уплотнительный элемент установлен на штоке, а сверху и снизу оснащен размещенными на штоке дополнительными уплотнительными элементами, твердость которых выше твердости уплотнительного элемента, при этом в цилиндрическом корпусе выполнены радиальные каналы, в которые установлены подпружиненные сухари, выполненные в виде цилиндров и имеющие возможность радиального перемещения наружу и взаимодействия с обсадной колонной в рабочем положении, причем сквозные каналы цилиндрического корпуса сообщаются с гидравлическими камерами, образованными радиальными каналами цилиндрического корпуса и размещенными в них подпружиненными сухарями, при этом цилиндрический корпус напротив сквозных каналов снабжен внутренней кольцевой проточкой, с которой
сообщается гидравлический канал, выполненный в штоке, причем на наружной поверхности штока выполнена кольцевая выборка, в которой установлено стопорное разрезное кольцо, фиксирующееся во внутренней кольцевой проточке цилиндрического корпуса в рабочем положении.
На фигуре изображено предлагаемое устройство для перекрытия внутренней полости обсадной колонны.
Устройство для перекрытия внутренней полости обсадной колонны 1 включает цилиндрический корпус 2 с центральным осевым 3 и сквозными каналами 4, уплотнительный элемент 5 с осевым каналом 6, шток 7, верхний конец которого снабжен наружным кольцевым выступом 8 с левой резьбой, распорную пробку 9 с конусной поверхностью 10 снизу. К штоку 7 снизу жестко и соосно присоединена распорная пробка 9. Уплотнительный элемент 5 установлен на штоке 7. Сверху и снизу уплотнительный элемент 5 оснащен размещенными на штоке 7 дополнительными уплотнительными элементами 11 и 12 соответственно, причем твердость дополнительных уплотнительных элементов 11 и 12 выше твердости уплотнительного элемента 5.
В цилиндрическом корпусе 2 выполнены радиальные каналы 13, в которые установлены подпружиненные сухари 14, выполненные в виде цилиндров и имеющие возможность радиального перемещения наружу и взаимодействия с обсадной колонной 1 в рабочем положении. Сквозные каналы 4 цилиндрического корпуса 2 сообщаются с гидравлическими камерами 15, которые образованы соответствующими радиальными каналами 13 цилиндрического корпуса 2 и размещенными в них соответствующими подпружиненными сухарями 14. Цилиндрический корпус 2 напротив сквозных каналов 4 снабжен внутренней кольцевой проточкой 16, с которой сообщается гидравлический канал 17, выполненный в штоке 7. На наружной поверхности штока 7 выполнена кольцевая выборка 18, в которой установлено стопорное разрезное кольцо 19, фиксирующееся во внутренней кольцевой проточке 16 цилиндрического корпуса 2 в рабочем положении.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительным элементами 20, 21 и 22. Вспомогательные крепежные и фиксирующие элементы на фигуре не показаны.
Устройство работает следующим образом.
Устройство в сборе левой резьбой 8 штока 7 наворачивают на нижний конец колонны труб 23 (например, на колонне насосно-компрессорных труб) и спускают на требуемую глубину в обсадную колонну 1. Затем во внутренней полости колонны труб 23 за счет закачки в нее жидкости с помощью насосного агрегата, размещенного на устье
скважины, создается расчетная величина избыточного давления. Давление жидкости по гидравлическому каналу 17 штока 7 и далее через сквозные каналы 4 попадает в гидравлические камеры 15, откуда передается на подпружиненные сухари 14 цилиндрического корпуса 2, при этом подпружиненные сухари 14 перемещаются радиально наружу и вступают во взаимодействие с обсадной колонной 1.
После этого, не сбрасывая избыточное давление в устройстве, осуществляют плавное натяжение колонны труб 23 вверх, при этом создаваемое усилие передается на шток 7 и распорную пробку 9, при этом, за счет того, что цилиндрический корпус 2 благодаря подпружиненным сухарям 14 зафиксирован на внутренних стенках обсадной колонны, шток 7 и распорная пробка 10 перемещаются вверх, при этом происходит увеличение осевого усилия на уплотнительный 5 и дополнительные уплотнительные 11 и 12 элементы и при достижении определенного усилия, уплотнительный элемент 5, в следствии того, что ее твердость меньше твердости дополнительных уплотнительных элементов 11 и 12, принимает форму цилиндра, радиально расширяясь наружу и уплотняясь в обсадной колонне 1 по всей своей высоте. Натяжение колонны труб 23 вверх продолжают, при этом увеличиваются в диаметре уже дополнительные уплотнительные элементы 11 и 12 благодаря воздействию на них, соответственно, нижнего торца цилиндрического корпуса 2 и верхнего торца распорной пробки 10.
Благодаря специальной форме по площади контакта дополнительных уплотнительных элементов 11 и 12 с уплотнительным элементом 5, дополнительные уплотнительные элементы 11 и 12 принимают формы конусов, утолщенных к уплотнительному элементу 5, поэтому они выполняют функции опорных механизмов, предотвращающих сдвиг уплотнительного элемента 5. По окончании натяжения колонны труб 23 вверх дополнительные уплотнительные элементы 11 и 12 также принимают форму цилиндров, расширяясь радиально наружу, и продолжают удерживать уплотнительный элемент 5, герметично прижимая его к стенкам обсадной колонны 1.
Нагрузка, при которой происходит посадка устройства (герметичное прижатие уплотнительного элемента 5 и дополнительных 11 и 12 уплотнительных элементов к стенкам обсадной колонны 1), зависит от твердости дополнительных уплотнительных элементов 11 и 12 и именно до этой величины производят натяжку колонны труб 23 вверх, при этом стопорное разрезное кольцо 19, размещенное в кольцевой выборке 16, фиксируется во внутренней кольцевой проточке 16 цилиндрического корпуса 2, удерживая уплотнительный элемент 5 и, соответственно, сверху и снизу дополнительные уплотнительные элементы 11 и 12 в рабочем положении. После этого вращением колонны труб 23 влево отсоединяются от устройства, которое остается внутри обсадной колонны
1. Таким образом, внутренняя полость обсадной колонны 1 оказывается надежно разобщенной. В случае необходимости установленное в обсадной колонне 1 устройство может быть извлечено.
С этой целью в обсадную колонну 1 на колонне труб спускают ловильный инструмент (например, наружную труболовку) (на фиг. не показано) и производят захват за нижний торец наружного кольцевого выступа 8 с левой резьбой штока 7 или наворачиваются на эту резьбу (в зависимости от конструкции ловильного инструмента) и разгрузкой колонны труб с ловильным инструментом на устройство срывают стопорное разрезное кольцо 18 из внутренней кольцевой проточке 16 цилиндрического корпуса 2, при этом шток 7 опускается вниз относительно цилиндрического корпуса 2, а уплотнительный элемент 5 за счет сил упругости отходит от внутренних стенок обсадной колонны 1. После чего устройство полностью извлекают на поверхность.
Посадка предлагаемого устройства для перекрытия внутренней полости обсадной колонны в заданном интервале обсадной колонны происходит последовательно, поскольку сначала к обсадной колонне прижимается уплотнительный элемент, а затем уплотняются дополнительные уплотнительные элементы, одновременно выполняющие роль опоры для уплотнительного элемента, что повышает надежность и герметичность посадки устройства, кроме того, устройство может быть извлечено после проведения работ, а не разбурено, что позволяет сэкономить материальные и финансовые затраты.