Патент на изобретение №2225933

(54) ЖЕЛОНКА ДЛЯ УСТАНОВКИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ МОСТОВ В СКВАЖИНЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин, и может быть использовано для установки разделительных мостов для изоляции продуктивных горизонтов и участков ствола друг от друга. Обеспечивает простоту подготовки к работе и установку разделительного моста только в требуемом интервале без смещения вниз. Сущность изобретения: желонка включает корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм. Согласно изобретению в корпусе выполнены верхние и нижние технологические отверстия. В нижней части корпус снабжен центратором. На корпусе с возможностью осевого перемещения размещен упор с пружинными центраторами и кольцевой выборкой на внутренней поверхности. Уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем и наружной кольцевой проточкой. Осевое перемещение уплотнительного элемента ограничивает фиксатор. Фиксатор состоит из шлипсов и наружного стакана. Шлипсы вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой уплотнительного элемента. Наружный стакан установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со шлипсами внутренней поверхностью, выполненной с переменным сечением. Наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом. Отцепной механизм, состоящий из стопоров и внутреннего стакана, удерживает от осевого перемещения упор. Стопоры вставлены в верхние технологические отверстия корпуса. Стопоры взаимодействуют снаружи с кольцевой выборкой упора, а изнутри – с наружной поверхностью внутреннего стакана. Внутренний стакан закреплен относительно корпуса фиксирующим элементом. Наружная поверхность стакана выполнена с переменным сечением. 1 ил.

Изобретение 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 №2137898, МКИ Е 21 В 27/02, БИ №26, от 20.09.99), 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 неравномерном спуске, возникающем при несоблюдении бригадой спуска технологии 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 несоблюдения бригадой спуска технологически обоснованного временного интервала для 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.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является “Желонка для установки разделительных мостов в скважине” (см. патент RU №2123575, МКИ Е 21 В 27/02, БИ №35, от 20.12.98), 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, для сборки конструкции для повторного использования требуются стационарные условия;

в-пятых, при большом количестве цементного раствора возможно сползание цементного моста из требуемого интервала.

Решаемая техническая задача состоит в том, чтобы создать такую желонку для установки разделительных мостов, которая бы при простоте сборки и с минимумом расходных материалов обеспечивала его надежную и эффективную работу и только по достижении требуемого интервала скважины и без последующего сползания, при этом работоспособность конструкции не зависела от количества спусков оборудования и изменения геометрии конструктивных элементов, например, от остроты гильотины.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежной конструкции желонки (не требующей постоянного контроля перед каждым спуском за качеством и геометрией отцепного механизма), которая при простоте подготовки к работе, устанавливала разделительный цементный мост только в требуемом интервале без смещения вниз.

Поставленная задача достигается описываемой желонкой для установки разделительных мостов в скважине, включающей корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм.

Новым является то, что в корпусе выполнены верхние и нижние технологические отверстия, а в нижней части корпус снабжен центратором, причем на корпусе с возможностью осевого перемещения размещен упор с пружинными центраторами и кольцевой выборкой на внутренней поверхности, при этом уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем и наружной кольцевой проточкой, причем осевое перемещение уплотнительного элемента ограничивает фиксатор, состоящий из шлипсов и наружного стакана, при этом шлипсы вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой уплотнительного элемента, а наружный стакан установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со шлипсами внутренней поверхностью, выполненной с переменным сечением, при этом наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом, а отцепной механизм, состоящий из стопоров и внутреннего стакана, удерживает от осевого перемещения упор, причем стопоры вставлены в верхние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют снаружи с кольцевой выборкой упора, а изнутри – с наружной поверхностью внутреннего стакана, закрепленного относительно корпуса фиксирующим элементом, при этом наружная поверхность стакана выполнена с переменным сечением.

Анализ известных аналогичных решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом устройстве, т.е. о соответствии заявляемого решения критерию “существенные отличия”.

На чертеже схематично представлено предлагаемое устройство в статике:

a) верхняя часть устройства;

b) нижняя часть устройства.

Желонка для установки разделительных мостов в скважине состоит из корпуса 1, уплотнительного элемента 2, фиксатора 3 и отцепного механизма 4. В корпусе 1 выполнены верхние 5 и нижние 6 технологические отверстия, а в нижней части корпус 1 снабжен центратором 7. На корпусе 1 установлен с возможностью осевого перемещения упор 8 с пружинными центраторами 9 и кольцевой выборкой 10 на внутренней поверхности 11. Уплотнительный элемент 2 дополнительно снабжен пружинным ограничителем 12 и наружной кольцевой проточкой 13, причем осевое перемещение уплотнительного элемента ограничивает фиксатор 3, состоящий из шлипсов 14 и наружного стакана 15. Шлипсы 14 вставлены в нижние технологические отверстия 6 корпуса 1 и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой 13 уплотнительного элемента 2, а наружный стакан 15 установлен на корпусе 1 с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со шлипсами 14 внутренней поверхностью 16, выполненной с переменным сечением с диаметрами D1 и D2. Наружный стакан 15 закреплен относительно корпуса 1 запорным элементом 17. Отцепной механизм 4, состоящий из стопоров 18 и внутреннего стакана 19, удерживает от осевого перемещения упор 8. Стопоры 18 вставлены в верхние технологические отверстия 5 корпуса 1 и взаимодействуют снаружи с кольцевой выборкой 10 упора 8, а изнутри – с наружной поверхностью 20 внутреннего стакана 19, закрепленного относительно корпуса фиксирующим элементом 21. Наружная поверхность 20 внутреннего стакана 19 выполнена с переменным сечением с диаметрами D3 и D4. Вся конструкция желонки в сборе крепится на гибкой тяге 22 для спуска в скважину (не показано).

Устройство работает следующим образом.

Желонку в сборе (см. чертеж) заполняют цементным раствором и на гибкой тяге 22 опускают в скважину (не показано) ниже на длину корпуса 1, требуемого интервала установки, причем центратор 7 корпуса 1 предохраняет наружный стакан 15 фиксатора 3 от воздействия стенок скважины, исключая несанкционированное срабатывание желонки. Только после достижения требуемого интервала по гибкой тяге 22 сбрасывают груз (не показано), который, ударяясь о внутренний стакан 19 отцепного механизма 4, смещает его вниз относительно корпуса 1 после срабатывания фиксирующего элемента 21 (например, металлического кольца из пружинной стали (см.чертеж) или срезного винта). В результате больший диаметр D3 наружной поверхности 20 внутреннего стакана 19 перестает взаимодействовать со стопорами 18 (например, шариками), а меньший диаметр D4 располагается напротив стопоров 18, которые смещаются внутрь в верхних технологических отверстиях 5 корпуса 1. После чего желонку приподнимают вверх, а упор 8 остается на месте за счет пружинных центраторов 9, упирающихся в стенку скважины, так как стопоры 18 смещаются внутрь желонки, выходя из внутренней кольцевой выборки 10 внутренней поверхности 11 упора 8, из-за того, что стопоры 18 не подпираются внутренним стаканом 19. В результате упор 8, упираясь на наружный стакан 15 фиксатора 3, смещает его вниз относительно корпуса 1, преодолевая сопротивление запорного элемента 17 (например, металлического кольца из пружинной стали (см. чертеж) или срезного винта). После чего меньший диаметр D1 внутренней поверхности 16 наружного стакана 15 перестает взаимодействовать со шлипсами 14, а больший диаметр D2 располагается напротив шлипсов 14, которые смещаются наружу в нижних технологических отверстиях 6 корпуса 1. В результате шлипсы 14 смещаются наружу, выходя из кольцевой проточки 13 уплотнительного элемента 2 и освобождая уплотнительный элемент 2 от фиксации с корпусом 1. Затем уплотнительный элемент 2 под действием веса цементного раствора, находящегося внутри корпуса 1 желонки, выходит из корпуса 1, при этом пружинный ограничитель 12 расправляется и упирается в стенки скважины, не давая уплотнительному элементу 2 сползать вниз по скважине под действием веса цементного раствора. Уплотнительный элемент 2, выходя из корпуса 1, также расправляется и перекрывает внутреннее пространство скважины, удерживая цементный раствор в требуемом интервале скважины. Далее всю конструкцию за исключением уплотнительного элемента 2 и пружинного ограничителя 12 извлекают из скважины. После выдержки времени, необходимого для затвердевания цементного раствора, то есть фиксации цементного моста, скважина готова к последующей эксплуатации.

При необходимости повторного использования желонки (например, для установки цементного моста на скважине, находящегося в том же географическом регионе) на поверхности в корпус 1 вставляется другой уплотнительный элемент 2 с пружинным ограничителем 12 до совмещения кольцевой проточки 13 с нижними технологическими отверстиями 6, упор 8 устанавливается в первоначальное положение (см. чертеж). После чего стопоры 18 и шлипсы 14 соответственно устанавливаются в технологические отверстия 5 и 6, при этом поджимаются соответственно внутренним 19 и наружным 15 стаканами, которые фиксируются относительно корпуса 1 соответственно фиксирующим 21 и запорным 17 элементами. В результате устройство готово к повторной эксплуатации.

Предлагаемая конструкция желонки для установки разделительных мостов в скважине проста в изготовлении и подготовке к работе, не требует строгого контроля перед каждым спуском качества отцепного механизма и его геометрии, позволяет надежно устанавливать разделительный цементный мост только в требуемом интервале, при этом защищена от сползания цементного моста после срабатывания устройства.

Формула изобретения

Желонка для установки разделительных мостов в скважине, включающая корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм, отличающаяся тем, что в корпусе выполнены верхние и нижние технологические отверстия, а в нижней части корпус снабжен центратором, причем на корпусе с возможностью осевого перемещения размещен упор с пружинными центраторами и кольцевой выборкой на внутренней поверхности, при этом уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем и наружной кольцевой проточкой, причем осевое перемещение уплотнительного элемента ограничивает фиксатор, состоящий из шлипсов и наружного стакана, при этом шлипсы вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой уплотнительного элемента, а наружный стакан установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со шлипсами внутренней поверхностью, выполненной с переменным сечением, при этом наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом, а отцепной механизм, состоящий из стопоров и внутреннего стакана, удерживает от осевого перемещения упор, причем стопоры вставлены в верхние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют снаружи с кольцевой выборкой упора, а изнутри – с наружной поверхностью внутреннего стакана, закрепленного относительно корпуса фиксирующим элементом, при этом наружная поверхность стакана выполнена с переменным сечением.

РИСУНКИ