Устройство для изоляции пластов

 

Использование: в бурении нефтяных и газовых скважин и, более конкретно, в устройствах для цементирования обсадной колонн труб. Обеспечивает повышение надежности работы устройства в строго ограниченном диапазоне давлений внутри скважины. Сущность изобретения: устройство содержит корпус и кожух. Они образуют продольный гидравлический канал. По концам устройства расположены пакерующие узлы с изолирующими элементами. Они выполнены в виде резиновых конусообразных манжет. Они установлены с возможностью взаимодействия внутренней поверхностью с клиньями привода. Он выполнен в виде размещенных на внешней стороне корпуса кольцевых поршня и цилиндра. Кольцевой поршень закреплен неподвижно на корпусе. Кольцевой цилиндр соединен с клином и имеет возможность перемещения. На внутренней поверхности изолирующих элементов выполнены продольные каналы. На внешней поверхности клиньев выполнены проточки. Само устройство состоит, по крайней мере, из трех модулей. Они снабжены по концам втулками. С внешнего торца они имеют кольцевой канал, а с внутреннего - пазы. Они соответствуют продольному гидравлическому каналу. 2 ил.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а более конкретно к устройствам для цементирования обсадной колонны труб.

Известен гидромеханический пакет [1] содержащий корпус с радиальным каналом, уплотнительные элементы, поршни.

Однако, известное устройство не обеспечивает достаточной степени надежности в работе.

Наиболее близкими по назначению и совокупности существенных признаков является устройство для селективной изоляции продуктивного пласта, принятое в качестве прототипа [2] Известное устройство содержит две концентрично, с зазором расположенные, трубы с пакерующими узлами по концам, включающие изолирующие элементы и привод их раскрытия. Привод раскрытия изолирующих элементов выполнен в виде кольцевого цилиндра, размещенного на внешней стороне внутренней трубы и кольцевого поршня с клином. Изолирующие элементы выполнены в виде резиновых конусообразных манжет. Однако, известное устройство ненадежно в работе, так как движение поршня затруднено из-за того, что вероятен перекос цилиндра, поскольку он закреплен на внутренней трубе консольно. Кроме этого, обнаружилось, что при спуске устройства на забой скважинное давление не проникает в кольцевое пространство между внешней и внутренней трубами. Образовавшийся перепад давления прижимает пакерующие элементы к внутренней трубе, что также затрудняет движение поршня. Другим недостатком устройства является возможность возврата клина с поршнем при снижении давления в цилиндре привода, например, в результате пульсации или же по окончании пакерования. Вследствие этого снижается надежность срабатывания поршня и даже возможная потеря пакером герметичности.

Таким образом, задачей предлагаемого изобретения является создание устройства, надежно изолирующего продуктивный интервал и стабильно срабатывающее в строго ограниченном диапазоне давлений внутри скважины.

В заявляемом устройстве для селективной изоляции продуктивного пласта, содержащем корпус и кожух, образующие продольный гидравлический канал и расположенные по концам пакерующие узлы с изолирующими элементами в виде резиновых конусообразных манжет, установленных с возможностью взаимодействия внутренней поверхностью с клиньями привода, выполненного в виде размещенных на внешней стороне корпуса кольцевого цилиндра и кольцевого поршня, причем в корпусе выполнены отверстия сообщающие внутрирубное пространство с полостью цилиндра, а в клиньях выполнены отверстия, сообщающие продольный канал с внешним пространством за изолирующими элементами, согласно изобретению кольцевой поршень закреплен неподвижно на корпусе, а цилиндр соединен с клином и имеет возможность перемещения, причем на внутренней поверхности изолирующих элементов выполнены продольные каналы, а на внешней поверхности клиньев выполнены проточки.

Целесообразно выполнить устройство, состоящим из модулей, по крайней мере трех, снабженных по концам втулками, имеющими с внешнего торца кольцевой канал, а с внутреннего пазы, соответствующие продольным гидравлическим каналом модуля.

Закрепление поршня неподвижно на корпусе и соединение цилиндра с клином позволяет уйти от консольного закрепления к опоре на две точки, что позволяет значительно повысить надежность срабатывания клина.

Выполнение на внутренней поверхности изолирующих элементов продольных каналов позволяет сообщить внешнее пространство с продольными гидравлическими каналами на корпусе устройства и исключить возникновение перепада давления на изолирующих элементах и залипания их на корпусе.

Наличие проточки на внешней поверхности клиньев позволяет зафиксировать положение клиньев практически в любом выдвинутом положении.

Выполнение устройства, состоящим из модулей позволяет согласовать геометрические размеры устройства с толщиной нефтеносного пласта и тем самым повысить технологическую эффективность и удобство в эксплуатации. Втулки, расположенные по концам модулей, дают возможность стыковки модулей с гидравлическими каналами любой формы их сечения.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства; на фиг. 2 продольный разрез пакерующего узла.

Устройство состоит из корпуса 1, к которому снаружи прикреплен кожух 2, образуя продольный гидравлический канал 3. По концам устройства установлены пакерующие узлы, содержащие резиновые изолирующие элементы 4 с конусообразной расширяющейся частью. На внутренней поверхности элементов 4 выполнены продольные каналы 5. Привод раскрытия каждого элемента 4 выполнен в виде жестко закрепленного на корпусе 1 поршня 6 с уплотнением 7, и кольцевого цилиндра 8 с уплотнением 9. Полость цилиндра 8 сообщается отверстиями 10 с внутритрубным пространством. На корпусе 1 цилиндр 8 удерживается тарированными разрушаемыми элементами 11. К цилиндру 8 прикреплен клин 12 с проточкой 13 и отверстиями 14, сообщающими продольный гидравлический канал 3 с внешним пространством за изолирующими элементами 4. Пакерующие узлы соединяются с корпусом 1 посредством муфт 15, конечных втулок 16 и переходника 17 и уплотнений 18. Аналогичным образом соединяется, при необходимости, корпус из нескольких участков. Ниже отсекателя на обсадной колонне закреплен обратный клапан (на фиг. не показан) с дополнительными разрезными шайбами, рассчитанными на определенное давление удержания на них шара. Еще ниже на обсадной колонне установлен башмак.

Устройство работает следующим образом. Устройство собирают, комбинируя модули различной длины таким образом, чтобы расстояние между пакерующими элементами соответствовало толщине продуктивного пласта. Затем в сборе с обратным клапаном и башмаком, спускают на забой скважины. В процессе спуска скважинная жидкость заполняет продольные гидравлические каналы 3 через отверстия 14 и каналы 5. При этом резиновые изолирующие элементы 4 находятся в свободном, не прижатом состоянии и, в дальнейшем, не препятствуют движению клиньев 12. Устройство устанавливается (с точной привязкой по каротажу) против продуктивного пласта с таким расчетом, чтобы пакерующие узлы находились под подошвой и над кровлей пласта. Затем в колонну обсадных труб сбрасывается шар, который садится на обратный клапан, и производится нагнетание промывочного бурового раствора и других моющих жидкостей для очистки ствола скважин. При этом давление в колонне поднимается до 4,0-5,0 МПа, под действием этого давления происходит разрушение элементов 11. Цилиндры 8 перемещают клинья 12 в осевом направлении, а те конусными концами раздвигают изолирующие элементы 4 до упора на стенку скважин, герметизируя тем самым кровлю и подошву продуктивных пластов. При этом резиновые элементы 3 затекают в проточки 13 и, обжимаясь в ней, фиксируют клинья 12 от самопроизвольного перемещения назад.

Таким образом, привод раскрытия пакерующих элементов избавлен от перекосов и воздействия случайных факторов, в виде прижатия резиновых элементов к корпусу перепадом давления возникшем при спуске. Сопротивление движению клиньев близко к расчетному, и о раскрытии пакера с достаточной степенью точности можно судить по величине давления на устье. С другой стороны, отсутствие дополнительного сопротивления движению клина позволяет, при том же давлении в скважине, увеличить силу прижатия резинового элемента к стенке скважине, т.е. увеличить степень герметичности пакера. Возможность фиксации клиньев практически в любом выдвинутом положении вносит последний вклад в общее повышение надежности работы предлагаемого отсекателя.

Использование модульного принципа позволяет легко изменять расстояние между пакерующими элементами, т.е. толщину отсекаемого пласта.

Таким образом, можно использовать устройство на любой скважине с максимально возможной технологической эффективностью.

Формула изобретения

Устройство для изоляции пластов, содержащее корпус и кожух, образующие продольный гидравлический канал, расположенные по концам пакерующие узлы с изолирующими элементами в виде резиновых конусообразных манжет, установленных с возможностью взаимодействия внутренней поверхностью с клиньями привода, выполненного в виде размещенных на внешней стороне корпуса кольцевого цилиндра и кольцевого поршня, причем в корпусе выполнены отверстия, сообщающие внутритрубное пространство с полостью кольцевого цилиндра, а в клиньях выполнены отверстия, сообщающие продольный гидравлический канал с внешним пространством за изолирующими элементами, отличающееся тем, что кольцевой поршень закреплен неподвижно на корпусе, а кольцевой цилиндр соединен с клином и имеет возможность перемещения, причем на внутренней поверхности изолирующих элементов выполнены продольные каналы, а на внешней поверхности клиньев выполнены проточки, при этом устройство состоит из модулей, по крайней мере трех, снабженных по концам втулками, имеющими с внешнего торца кольцевой канал, а с внутреннего пазы, соответствующие продольному гидравлическому каналу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2