устройство для изоляции пластов в скважине

Формула изобретения

1. Устройство для изоляции пластов в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, по меньшей мере, одним, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия, втулку, установленную на корпусе и образующую с ним кольцевую полость против радиального отверстия корпуса, и средство для разрушения полого срезного штифта, отличающееся тем, что оно снабжено подпружиненной рабочей втулкой, размещенной в кольцевой полости, переключателем положений устройства, размещенным в кольцевой полости, взаимодействующим с рабочей втулкой и выполненным в виде кольцевой втулки с фигурным пазом по ее образующей, и пальцем, жестко связанным одним концом с корпусом и размещенным другим концом в фигурном пазе с возможностью перемещения с поворотом относительно него переключателя в соответствии с кодом его фигурного паза при повышении и сбросе давления в корпусе, при этом рабочая втулка имеет возможность возвратно-поступательного перемещения с переключением устройства из транспортного положения в рабочее положение с расширением уплотнительного элемента пакера, в положение с отключением пакера от гидравлического воздействия и страховочное положение от непредвиденного повышения давления в скважине.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство для разрушения полого срезного штифта выполнено в виде цементировочной пробки.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что рабочая втулка выполнена с внутренней кольцевой проточкой, а переключатель размещен в кольцевой проточке рабочей втулки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для изоляции пластов в скважине при ее креплении.

Наиболее близким аналогом устройства является устройство для изоляции пластов в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, по меньшей мере одним перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия, втулку, установленную на корпусе и образующую с ним кольцевую полость против радиального отверстия корпуса, и средство для разрушения полого срезного штифта [1].

Недостатком устройства является его низкая надежность и сложность изготовления.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства и упрощение его конструкции.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для изоляции пластов в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, по меньшей мере одним перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия, втулку, установленную на корпусе и образующую с ним кольцевую полость против радиального отверстия корпуса, и средство для разрушения полого срезного штифта, согласно изобретению снабжено подпружиненной рабочей втулкой, размещенной в кольцевой полости, переключателем положений устройства, размещенным в кольцевой полости, взаимодействующим с рабочей втулкой и выполненным в виде кольцевой втулки с фигурным пазом по ее образующей, и пальцем, жестко связанным одним концом с корпусом и размещенным другим концом в фигурном пазе с возможностью перемещения с поворотом относительно него переключателя в соответствии с кодом его фигурного паза при повышении и сбросе давления в корпусе, при этом рабочая втулка имеет возможность возвратно-поступательного перемещения с переключением устройства из транспортного положения в рабочее положение с расширением уплотнительного элемента пакера, в положение с отключением пакера от гидравлического воздействия и страховочное положение от непредвиденного повышения давления в скважине.

Кроме того, средство для разрушения полого срезного штифта выполнено в виде цементировочной пробки.

Рабочая втулка выполнена с внутренней кольцевой проточкой, а переключатель размещен в кольцевой проточке рабочей втулки.

Фигурный паз переключателя содержит проточки, которые замыкают крайние верхние и нижние гнезда под палец, при этом проточки и гнезда смещены друг относительно друга по вертикали и имеют кромки, соединяющие проточки, выполненные под углом к вертикали.

Корпус содержит наружную кольцевую проточку для перепуска жидкости из полости корпуса в полость пакера через кольцевую полость в рабочем положении устройства.

На фиг.1 изображено устройство в исходном транспортном положении;

на фиг. 2 - устройство в его рабочем положении с расширением уплотнительного элемента пакера;

на фиг.3 - вид устройства по стрелке А с иллюстрацией положений переключателя.

Устройство (см. фиг. 1) включает полый корпус 1 с радиальным отверстием 2, по меньшей мере одним. Это отверстие перекрыто полым срезным штифтом 3 с уплотнительным кольцом 4. Устройство имеет пакер гидравлического действия (на чертеже условно не показан). На корпусе установлена втулка 5. Она образует с корпусом кольцевую полость 6 против радиального отверстия. Имеется средство для разрушения полого срезного штифта (условно не показано). Оно может быть выполнено, например, в виде цементировочной пробки.

В кольцевой полости 6 размещена рабочая втулка 7 с уплотнительными кольцами 8. Эта втулка подпружинена пружиной 9, например, относительно корпуса 1 или втулки 5. Рабочая втулка 7 может быть выполнена составной и содержать дополнительную рабочую втулку 10.

В кольцевой полости 6 размещен еще и переключатель положений устройства 11. Он взаимодействует с рабочей втулкой 7 и выполнен в виде кольцевой втулки с фигурным пазом 12 по ее образующей (см. фиг. 3).

С корпусом жестко связан палец 13 одним его концом. При этом палец 13 другим его концом размещен в фигурном пазе 12 переключателя 11. При этом переключатель 11, его фигурный паз 12, палец 13 и рабочая втулка 7 выполнены таким образом, что обеспечивается возможность перемещения с поворотом переключателя 11 относительно пальца 13 в соответствии с кодом фигурного паза 12 (после разрушения полого срезного штифта 3) и возвратно-поступательного перемещения рабочей втулки 7 с переключением устройства в различные его положения.

Это может быть обеспечено, например, выполнением рабочей втулки 7 с внутренней кольцевой проточкой 14 и размещением переключателя 11 в этой кольцевой проточке.

Фигурный паз 12 переключателя 11 может содержать проточки 15 (см. фиг. 3), которые замыкают крайние верхние и нижние гнезда 16 под палец 13. При этом проточки и гнезда смещены друг относительно друга по вертикали и имеют кромки 17, соединяющие проточки, выполненные под углом к вертикали. Такое выполнение фигурного паза 12 (с такими кромками) обеспечивает возможность проворота переключателя в радиальном направлении и переход к новой позиции.

Корпус 1 может содержать наружную кольцевую проточку 18 для перепуска жидкости из полости корпуса 1 в полость пакера через кольцевую полость 6 в рабочем положении устройства.

Это обеспечивает возможность переключения устройства из транспортного положения в рабочее положение с раскрытием пакера, в положение с отключением пакера от гидравлического воздействия и страховочное положение от непредвиденного повышения давления в скважине.

Устройство работает следующим образом.

После спуска колонны (обсадной колонны в скважину или заливочной колонны до зоны, подлежащей изоляции) с данным устройством в колонну пускают цементировочную (разделительную) пробку.

Эта пробка срезает полый штифт 3 и перемещается вниз до посадки на стоп-кольцо (не показано).

При движении цементировочной пробки (не показано) жидкость из полости колонны под действием избыточного давления через отверстие разрушенного полого штифта 3, сжимая пружину 9, частично перемещает рабочую втулку 7 и переключатель 11. При этом конец пальца 13, расположенный в фигурном пазе 12, проворачивает переключатель 11 и устанавливает его в позицию 2 (см. фиг. 3, п.2).

В этом положении переключатель находится в течение всего времени цементирования.

При этом гидравлическое сообщение с пакером отсутствует, т.к. рабочая втулка 7 перемещается поступательно в кольцевой полости 6 на ограниченное расстояние, при котором отсутствует возможность перепуска жидкости из полости корпуса 1 в полость пакера через кольцевую полость 6 в рабочем положении устройства.

Уплотнительные кольца 8 рабочей втулки 7 обеспечивают необходимую герметичность устройства.

После окончания цементирования скважины и изоляции пластов в скважине давление в колонне и полости корпуса 1 снимают (сбрасывают).

Рабочая втулка 7 под действием сжатой пружины 9 обеспечивает возможность проворота переключателя 11 и занимает позицию 3 (совершает возвратно-поступательное перемещение).

При повторном повышении давления в колонне рабочая втулка 7, сжимая пружину 9, перемещается. При этом переключатель занимает позицию 4.

При этом происходит увеличенный ход рабочей втулки 7. Ее верхний торец опускается ниже верхней кромки наружной кольцевой проточки 18 корпуса 1.

Это обеспечивает возможность перепуска жидкости из полости корпуса 1 в полость пакера через кольцевую полость 6 и открывшийся продольный кольцевой канал проточки 18.

Жидкость через открывшийся продольный кольцевой канал поступает в полость пакера (его уплотнительного элемента) и расширяет уплотнительный элемент пакера. Т. е. пакер с его расширением уплотнительного элемента приводится в рабочее положение.

После сброса давления в колонне (корпусе устройства) рабочая втулка 7 под действием пружины 7, проворачивая переключатель 11, вновь совершает возвратное свое перемещение вниз, но в позицию 5 (см. фиг. 3, п.5).

При дальнейших непредвиденных повышениях давления в колонне (например, при ремонтных работах в скважине) предусмотрено страховочное положение устройства. Для этого предусмотрено осевое перемещение переключателя 11 в позицию 6 (см. фиг. 3, п.6). В этой позиции перемещение рабочей втулки 7 ограничено. Ее верхний торец не достигает наружной кольцевой проточки 18 корпуса 1.

Такое выполнение устройства обеспечивает надежность его работы, оно застраховано от непредвиденных повышений давления в колонне. При этом устройство просто в изготовлении и в управлении. Единственным управляющим приемом является давление (его подъем и сбрасывание).

Источники информации

1. Авт. св. 1395809, кл. Е 21 В 33/14, 15.05.1988.