Клапанное устройство для посадки пакера

 

Использование: в нефтяной и газовой промышленности, в частности в устройствах для перекрытия осевого канала ствола пакера при его посадке. Обеспечивает повышение надежности работы устройства, гашения гидравлического удара и гарантированного освобождения осевого канала ствола пакера от клапанного устройства после посадки пакера. Сущность изобретения: устройство имеет корпус, посадочный элемент, втулку, срезной элемент и опорный элемент с калибровочным каналом. Корпус выполнен под ствол пакера. Посадочный элемент выполнен в виде выступа. Втулка расположена в осевом канале корпуса. Она связана с корпусом фиксирующим элементом и образует с ним камеру. В нижней части корпуса размещен опорный элемент. Он имеет калибровочный канал. Под опорным элементом размещен плунжер со срезным элементом. Устройство имеет цанговый фиксатор, который взаимодействует с кольцевым выступом и втулкой, имеющей поперечную перегородку с дросселирующим каналом. Его диаметр меньше диаметра калибровочного канала. Опорный элемент образует с поперечной перегородкой в корпусе внутреннюю полость. С полым плунжером опорный элемент образует кольцевую камеру, которая гидравлически связана с внутренней полостью через калибровочный канал и с полостью ствола пакера через дросселирующий канал. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам для перекрытия осевого канала ствола пакера при его посадке.

Известно клапанное устройство для посадки пакера, содержащее корпус, внутри которого выполнен кольцевой выступ, седло с уплотнительным элементом, размещенное внутри корпуса посредством срезных элементов, и сбрасываемый шар, причем кольцевой выступ имеет дополнительное седло, внутренний диаметр которого больше внутреннего диаметра основного седла [1].

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность работы. Применение нескольких срезных элементов, соединяющих седло с корпусом, расширяет диапазон срабатывания, поскольку невозможно установить последние в одной плоскости, а также выполнить их абсолютно одинакового размера. Не решается задача гашения гидравлического удара, т.к. после среза и сброса седла шаровой затвор садится на кольцевой выступ в корпусе с перекрытием гидравлической связи полости лифтовой колонны труб с полостью скважины. Кроме того, проблематичным следует считать существование обратного потока жидкости через разуплотненный зазор между седлом и корпусом, поскольку избыточное давление сохраняется в лифтовой колонне труб и поджимает шаровой затвор к седлу. В случае, если операция посадки пакера получилась достаточно успешной, возникает необходимость освобождения осевого канала ствола пакера от самого шарового затвора, что требует дополнительных затрат времени. Повторную посадку пакера осуществить невозможно.

Известно клапанное устройство для посадки пакера, содержащее корпус с осевым каналом, седло со стопорами, затвор и подпружиненный кожух, связанный срезными элементами с корпусом, образующим с ним кольцевую камеру, сообщающуюся с каналом корпуса, и фиксирующим стопоры в рабочем положении [2].

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность работы. Заявленная связь седла с корпусом через срезные элементы не позволяют получить стабильные результаты по усилию их среза, поскольку срез одновременно нескольких элементов невозможен ввиду наличия допуска на изготовление самих штифтов и их точной установки в одной плоскости. Определенную сложность представляют подготовительные работы по настройке устройства для каждой конкретной скважины (определение уровня жидкости в скважине, тарировка пружины и т. д.). Часть элементов конструкции остается в составе пакера, что негативно влияет на работу всего комплекса внутрискважинного оборудования. В случае неудачной операции по посадке пакера, например его негерметичности, повторить операцию без подъема пакера невозможно.

В качестве прототипа взято клапанное устройство для посадки пакера, содержащее корпус, дифференциальную втулку, связанную срезным элементом с корпусом, установленную внутри него, и образующую с ним кольцевую камеру, заполненную несжимаемой жидкостью, имеющую сообщение с пространством за корпусом через дроссельное отверстие, седло со стопорами, установленное внутри дифференциальной втулки, и затвор (см. авт. св. N 989040 кл. E 21 B 33/12, 1983).

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность работы. Разрушение одновременно нескольких срезных элементов ввиду их неточности изготовления и установки может происходить с достаточно большим разбросом по усилию среза и по давлению, что негативно влияет на качество посадки пакера и его работоспособность. Полного гашения гидравлического удара не происходит ввиду ограниченности жидкости в кольцевой камере. К тому же, не исключено забивание дросселирующего канала твердыми частицами, что приведет к неработоспособности устройства. Часть элементов конструкции остается в составе пакера, что негативно влияет на работу всего комплекса внутрискважинного оборудования. В случае негерметичности пакера, определенной после срабатывания устройства, повторить эту операцию без подъема пакера вместе с устройством невозможно. Кроме того, необходимо учитывать в каждом конкретном случае условия скважины для определения объема в жидкости в кольцевой камере и размера дросселирующего канала, что в конечном итоге ограничивает область применения и обуславливает наличие типоразмерных рядов устройств.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого устройства, сводится к следующему: повышается надежность работы устройства для посадки пакера за счет уменьшения количества срезных элементов (до одного) и повышения точности тарировки последних на усилие среза, за счет гашения гидравлического удара путем последовательного снижения давления скважинной жидкости в лифтовой колонне труб с помощью дросселирующих каналов, за счет гарантированного освобождения осевого канала ствола пакера от клапанного устройства после посадки пакера и возможности при необходимости повторения процесса посадки пакера путем подачи очередного клапанного устройства с поверхности в его ствол.

Технический результат достигается с помощью известного устройства, содержащего корпус, посадочный элемент, втулку, расположенную в осевом канале корпуса, связанную с ним фиксирующим элементом и образующую с корпусом камеру, срезной элемент и уплотнительные элементы, в котором в качестве посадочного элемента в стволе пакера выполнен кольцевой выступ, втулка имеет поперечную перегородку с дросселирующим каналом, а корпус снабжен цанговым фиксатором, одновременно опирающимся на кольцевой выступ ствола пакера и втулку, причем в нижней части корпуса расположена опорная поверхность с калибровочным каналом с возможностью образования внутренней полости с поперечной перегородкой втулки, при этом диаметр дросселирующего канала выполнен с меньшим диаметром калибровочного канала, и установленным под ней полым плунжером с возможностью образования кольцевой камеры между ними, гидравлически связанной калибровочным каналом с внутренней полостью и дросселирующим каналом с полостью ствола пакера, а в осевом канале полого плунжера установлен срезной элемент, жестко связанный с опорной поверхностью, выполненной в виде болта с тарированной кольцевой проточкой в средней части.

Анализ изобретательского уровня показал следующее: совокупность конструктивных элементов отличительной части формулы изобретения, дающих вышеуказанный технический результат, не выявлена по имеющимся источникам известности. Не выявлены клапанные устройства для посадки пакера, обеспечивающие гашение гидравлического удара с одновременным освобождением осевого канала ствола пакера от клапанного устройства с использованием принципа перепада давлений скважинной жидкости между дросселирующими каналами.

Предлагаемое устройство имеет изобретательский уровень.

На фиг. 1 показано клапанное устройство в осевом канале ствола пакера; на фиг. 2 - клапанное устройство в момент сброса его на забой и освобождения осевого канала ствола пакера.

Предлагаемое клапанное устройство для посадки пакера содержит корпус 1, снабженный в верхней части цанговым фиксатором 2 с лепестками 3, одновременно опирающимся на кольцевой выступ 4 ствола 5 пакера и цилиндрическую втулку 6, снабженную поперечной перегородкой 7 с дросселирующим каналом 8, гидравлически связанным с полостью ствола 5 пакера. Цилиндрическая втулка 6 связана фиксирующим (срезным) элементом 9 с корпусом 1. Нижняя часть корпуса 1 перекрыта опорной поверхностью 10, под которой установлен полый плунжер 11, через который пропущен болт 12, жестко связанный посредством резьбы с опорной поверхностью 10. Между опорой 10 и плунжером 11 образована кольцевая камера 13, гидравлически связанная через калибровочный канал 14 с внутренней полостью 15 в корпусе 1, образованной поперечной перегородкой 7 втулки 6 и опорой 10. Между плунжером 11 и корпусом 1 установлено уплотнительное кольцо 16. На нижнем конце плунжера находятся продольные пазы 17 и выполнен выступ 18, Корпус 1 содержит уплотнение 19 и снабжен стопорным кольцом 20 ниже места расположения кольцевого выступа 4 ствола 5. Болт 12, соединяющий полый плунжер 11 и опору 10, имеет в средней части тарированную по диаметру кольцевую проточку 21.

Клапанное устройство работает следующим образом.

Клапанное устройство подают в ствол 5. Стопорное кольцо 2 вводят внутрь кольцевой канавки корпуса 1 при прохождении кольцевого выступа 4. Цанговый фиксатор 2 лепестками 3 опирается на кольцевой выступ 4 ствола 5 пакера и втулку 6. В момент спуска пакера в скважину на лифтовой колонне труб полый плунжер 11 вместе с опорой 10 и болтом 12 перемещается вверх внутри корпуса 1 до упора выступом 18 в торец корпуса 1, что позволяет беспрепятственно перетекать пластовой жидкости из полости скважины в полость лифтовой колонны труб при спуске пакера.

Посадку пакера осуществляют путем подачи под давлением рабочей жидкости в лифтовую колонну труб. Давление рабочей жидкости во внутренней полости 15 и кольцевой камере 13 равно давлению в осевом канале ствола 5 и лифтовой колонне труб. После посадки пакера увеличивают давление в стволе 5, что приводит к разрыву болта 12. Плунжер 11 с частью болта 12 выходит из взаимодействия с опорой 10 и корпусом 1 и сбрасывается на забой (см. фиг. 2).

Кольцевая камера 13 свободно сообщается с полостью скважины под пакером. Рабочая жидкость под давлением вытекает из внутренней полости 15 под поперечной перегородкой 7 через калибровочный канал 14. Одновременно во внутреннюю полость 15 по дросселирующему каналу 8 подается рабочая жидкость из лифтовой колонны труб. Диаметр дросселирующего канала 8 подобран меньшим, чем диаметр калибровочного канала 14 в опоре 10. Этим обусловлено образование перепада давлений между полостью лифтовой колонны труб и внутренней полостью 15 с одновременным общим снижением давления в лифтовой колонне. Под действием перепада давления на дросселирующем канале 8, минимальная величина которого составляет 0,2-0,4 Мпа и воспринимается полным сечением перегородки 7, цилиндрическая втулка 6 смещается внутрь корпуса 1 и срезает срезной элемент 9. Лепестки 3 цангового фиксатора 2 взаимодействуют с кольцевым выступом сужения 4 и деформируются к оси ствола 5, устройство сбрасывается на забой скважины.

Необходимость повторения процесса посадки пакера возникает по причинам, не зависящим от конструкции и работоспособности клапанного устройства, а за счет, например, дефектов на внутренней поверхности обсадной колонны. Повторная операция посадки может быть осуществлена при более высоком давлении, чем в первом случае. Для этого увеличивают поперечное сечение срезного элемента. Клапанное устройство в сборе сбрасывается с поверхности в лифтовую колонну труб с посадкой на кольцевой выступ 4 ствола 5 пакера с повторением процесса, описанного ранее.

Количество срезных элементов доведено до одного, что позволяет исключить негативные факторы изготовления и установки, характерные при применении нескольких срезных элементов. К тому же, разрушение срезного элемента в предлагаемом устройстве происходит путем приложения на него растягивающих усиливающих усилий вдоль волокон, что позволяет уменьшить вероятность ошибки при его подборе.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет изобретательский уровень и ряд технических (конструктивных и технологических) преимуществ перед прототипом.

Формула изобретения

1. Клапанное устройство для посадки пакера, включающее корпус, выполненный под ствол пакера, посадочный элемент, втулку, расположенную в осевом канале корпуса, связанную с ним фиксирующим элементом и образующую с корпусом камеру, и уплотнительные элементы, отличающееся тем, что посадочный элемент выполнен в виде кольцевого выступа, а устройство дополнительно снабжено опорным элементом, размещенным в нижней части корпуса и имеющим калибровочный канал, полым плунжером со срезным элементом в осевом канале, жестко связанным с опорным элементом и размещенным под ним, цанговым фиксатором, взаимодействующим с кольцевым выступом и втулкой, имеющей поперечную перегородку с дросселирующим каналом, диаметр которого меньше диаметра калибровочного канала, при этом опорный элемент образует с поперечной перегородкой в корпусе внутреннюю полость, а с полым плунжером кольцевую камеру, гидравлически связанную с внутренней полостью через калибровочный канал и с полостью ствола пакера через дросселирующий канал.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что срезной элемент выполнен в виде болта с тарированной кольцевой проточкой в средней части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2