устройство для перекрытия внутренней полости колонны труб

Формула изобретения

1. Устройство для перекрытия внутренней полости колонны труб в скважине, 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, отличающееся тем, что оно 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.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что 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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве и ремонте скважин, а также при проведении стимуляции газоотдачи продуктивных угольных пластов методом гидроразрыва в метаноугольных скважинах.

Известно устройство для перекрытия внутренней полости колонны труб в скважине, включающее полый корпус, распорную пробку и жестко соединенный с ней шток, уплотнительный элемент с осевым каналом под распорную пробку и гидравлический приводной узел для перемещения штока с распорной пробкой при запакеровке уплотнительного элемента [1].

Недостатком известного устройства является сложность конструкции из-за наличия гидравлических приводных узлов для перемещения штока с распорной пробкой и недостаточная надежность работы устройства в условиях высокого содержания механических примесей в жидкости, которой заполнена скважина.

Известно также устройство для перекрытия внутренней полости колонны труб в скважине, 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 [2]. Указанное известное устройство может быть принято в качестве прототипа.

К недостаткам известного устройства следует отнести недостаточную надежность при воздействии на него значительных перепадов давления, т.к. устройство удерживается в обсадной колонне только за счет силы трения уплотнительного элемента.

Задачей настоящего изобретения является создание простого по конструкции и надежного в работе устройства для перекрытия внутренней полости колонны труб в скважине.

Поставленная задача достигается в предлагаемом техническом решении за счет того, что устройство для перекрытия внутренней полости колонны труб, состоящее из цилиндрического корпуса с центральным осевым каналом, внутренней кольцевой проточкой, перемычкой со сквозными каналами и гидравлической камерой, уплотнительного элемента с осевым каналом, имеющим коническую внутреннюю поверхность, распорной пробки с ответной наружной поверхностью, установленной в осевом канале уплотнительного элемента, штока с радиальным каналом, жестко связанного с распорной пробкой, и разрушаемого элемента, размещенного в радиальном канапе штока, снабжено кольцевым фигурным поршнем, разрезным кольцом и сухарями. Уплотнительный элемент в верхней части выполнен с радиальными пазами, в которых с возможностью взаимодействия с распорной пробкой размещены сухари. Фигурный поршень установлен во внутренней кольцевой проточке корпуса и имеет возможность осевого перемещения относительно него, а также взаимодействия с сухарями. Последние связаны между собой и с фигурным поршнем с помощью разрезного кольца. Гидравлическая камера образована внутренней поверхностью кольцевой проточки в корпусе, нижним торцом перемычки, верхним торцом фигурного поршня и боковой поверхностью штока. В частном случае, распорная пробка может быть выполнена в виде двух соосных конусов, которые соединены между собой своими большими основаниями. Верхний конус, который связан со штоком, выполнен ступенчатым и имеет в верхней части своей наружной поверхности грани, плоскости которых могут взаимодействовать со смежными им сухарями.

Конструкция устройства для перекрытия внутренней полости колонны труб в скважине поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства в транспортном положении, на фиг.2 - общий вид устройства в рабочем положении, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.

Предлагаемое устройство состоит из полого корпуса 1 с резьбой для присоединения к колонне бурильных или насосно-компрессорных труб 2. Корпус 1 выполнен с центральным осевым каналом, перемычкой 3 со сквозными каналами 4, а также с внутренней кольцевой проточкой для размещения в ней уплотнительного элемента 5, сухарей 6 и кольцевого фигурного поршня 7.

Фигурный поршень 7 выполнен с осевым каналом и размещен во внутренней кольцевой проточке корпуса 1 с возможностью осевого перемещения относительно последнего.

Уплотнительный элемент 5 выполнен с осевым каналом и радиальными пазами в верхней части. В радиальных пазах уплотнительного элемента 5 размещены сухари 6. Осевой канал в уплотнительном элементе 5 выполнен с внутренней конической поверхностью. В осевом канапе уплотнительного элемента 5 установлена распорная пробка, жестко связанная со штоком 9.

Верхняя 10 и нижняя 11 части распорной пробки выполнены в виде соосных конусов, связанных между собой своими большими основаниями. Верхняя часть 10 распорной пробки выполнена ступенчатой и имеет на наружной поверхности кольцевой уступ 12.

С помощью разрезного кольца 8 сухари 6, равномерно расположенные вокруг штока 9, связаны между собой и с фигурным поршнем 7. Сухари 6 имеют возможность взаимодействия со штоком 9 и с верхней частью 10 распорной пробки.

Шток 9 размещен в осевых каналах корпуса 1, фигурного поршня 7 и уплотнительного элемента 5.

При спуске устройства в скважину нижняя часть 11 распорной пробки выполняет роль направляющего башмака, а также предохраняет уплотнительный элемент 5 от повреждения о стенки обсадной колонны 14. Кольцевой уступ 12 в верхней части 10 распорной пробки ограничивает величину осевого перемещения распорной пробки и, следовательно, величину радиального перемещения сухарей 6.

В верхней части штока 9 выполнен радиальный канал для размещения в нем разрушаемого элемента (например, срезного штифта 13), с помощью которого шток 9 удерживается внутри корпуса 1.

Устройство работает следующим образом.

На колонне труб 2 устройство спускают на требуемую глубину в обсадную колонну 14. В процессе спуска внутренняя полость колонны труб 2 заполняется скважинной жидкостью через обратный клапан, установленный над указанным устройством (на чертежах не показан). Затем во внутренней полости колонны труб 2, за счет закачки в нее жидкости с помощью насосного агрегата, размещенного на устье скважины, создается расчетная величина избыточного давления. Давление жидкости по сквозным каналам 4 передается на фигурный поршень 7, который начинает перемещаться в осевом направлении относительно штока 9. При этом фигурный поршень 7 взаимодействует с уплотнительным элементом 5 и с сухарями 6. Последние начинают смещаться вниз, а также, взаимодействуя с конической поверхностью верхней части 10 распорной пробки, одновременно перемещаться в радиальном направлении. В конце перемещения фигурного поршня 7 сухари 6 и наружная поверхность уплотнительного элемента 5 плотно прижимаются к стенкам обсадной колонны 14.

После этого осуществляют плавное натяжение колонны труб 2. Через корпус 1 создаваемое усилие передается на шток 9 и распорную пробку. За счет этого распорная пробка перемещается вверх, еще сильнее сжимая уплотнительный элемент 5 и вдавливая сухари 6 в стенки обсадной колонны 14.

После упора кольцевого выступа 12 на распорной пробке в нижние торцы сухарей 6 усилие на штифт 13 резко увеличивается, что приводит к его разрушению. При этом колонна труб 2 вместе с корпусом 1 оказывается отцепленной от остальной части устройства, которая остается внутри обсадной колонны 14. Таким образом, внутренняя полость обсадной колонны 14 оказывается надежно разобщенной. В случае необходимости установленное в обсадной колонне 14 устройство может быть разбурено.

Источники информации, принятые во внимание

1. Авторское свидетельство СССР №1802081, Е 21 В 33/124, 1993.

2. Патент РФ №2082870, Е 21 В 33/12, 1997.