желонка для установки разделительных мостов в скважине

Формула изобретения

Желонка для установки разделительных мостов в скважине, включающая корпус, уплотнительный элемент с пружинным ограничителем снизу и установочным цилиндром сверху, фиксатор и отцепной механизм, при этом в корпусе выполнены технологические проточки, верхние и нижние технологические отверстия, на корпусе с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор с пружинными и жесткими центраторами, причем осевое перемещение уплотнительного элемента относительно корпуса ограничивает фиксатор, состоящий из наружного стакана, при этом стопоры вставлены в нижние технологические отверстия корпуса с возможностью взаимодействия с наружной кольцевой проточкой установочного цилиндра, а наружный стакан установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействия со стопорами внутренней поверхностью, выполненной с переменным сечением, при этом наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом, а отцепной механизм, состоящий из цилиндра со штифтом, имеет возможность регулировать осевое перемещение упора, причем цилиндр зафиксирован на упоре с возможностью вращательного движения, а штифт взаимодействует с технологическими проточками, которые выполнены таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении упора относительно корпуса штифт имеет возможность поворота относительно корпуса только в одном направлении, а последняя осевая технологическая проточка, с которой взаимодействует штифт, длиннее остальных, отличающаяся тем, что уплотнительный элемент дополнительно подпружинен вниз относительно корпуса, а наружный стакан подпружинен вверх относительно корпуса, причем запорный элемент выполнен в виде упора, жестко соединенного с корпусом и расположенного сверху наружного стакана.

Описание изобретения к патенту

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 №2123575, МКИ Е 21 В 27/02, БИ №35, от 21.12.1998 г.), 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, сборка конструкции для повторного использования возможна только в стационарных условиях;

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

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является "Желонка для установки разделительных мостов в скважине" (см. патент RU №2223383, МПК 7 Е 21 В 27/02, БИ №4, от 10.02.2004 г.), включающая корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм, при этом в корпусе выполнены технологические проточки, верхние и нижние технологические отверстия, причем на корпусе с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор с пружинными и жесткими центраторами, а уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем снизу и установочным цилиндром с наружной кольцевой проточкой сверху, причем осевое перемещение уплотнительного элемента относительно корпуса ограничивает фиксатор, состоящий из стопоров и наружного стакана, при этом стопоры вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой установочного цилиндра, а наружный стакан установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами внутренней поверхностью, выполненной с переменным сечением, при этом наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом, а отцепной механизм, состоящий из цилиндра со штифтом, регулирует осевое перемещение упора, причем цилиндр зафиксирован на упоре с возможностью вращательного движения, причем штифт взаимодействует с технологическими проточками, которые выполнены таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении упора относительно корпуса поворачивают штифт относительно корпуса только в одном направлении, а последняя осевая технологическая проточка, с которой взаимодействует штифт, длиннее остальных.

Недостатки данной конструкции, выявленные в процессе практического применения этой желонки:

- во-первых, низкая надежность в работе фиксатора, а именно запорного элемента, выполненного в виде пружинного разрезного кольца, находящегося во внутренней кольцевой проточке наружного стакана, с которой взаимодействует вышеупомянутый запорный элемент, в связи с чем эти элементы требуют очень высокой точности изготовления друг относительно друга для надежного срабатывания фиксатора, а неточности изготовления ведут к преждевременному срабатыванию фиксатора в процессе спуска или несрабатыванию фиксатора вообще;

- во-вторых, при установке разделительного моста в требуемом интервале после срабатывания фиксатора усилия пружинного ограничителя уплотнительного элемента оказывается недостаточным для отсоединения уплотнительного элемента от корпуса желонки, кроме того, в процессе спуска желонки цементный раствор загустевает и в результате либо уплотнительный элемент не отсоединяется от корпуса желонки, либо отсоединяется с опозданием, из-за чего цементный мост образуется выше требуемого интервала и получается рыхлым, так как опорожнение желонки происходит в процессе ее подъема.

Задачей изобретения является повышение надежности срабатывания фиксатора и гарантированное отсоединение уплотнительного элемента от корпуса в требуемом интервале.

Поставленная задача достигается описываемой желонкой для установки разделительных мостов в скважине, включающей корпус, уплотнительный элемент с пружинным ограничителем снизу и установочным цилиндром сверху, фиксатор и отцепной механизм, при этом в корпусе выполнены технологические проточки, верхние и нижние технологические отверстия, на корпусе с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор с пружинными и жесткими центраторами, причем осевое перемещение уплотнительного элемента относительно корпуса ограничивает фиксатор, состоящий из наружного стакана, при этом стопоры вставлены в нижние технологические отверстия корпуса с возможностью взаимодействия с наружной кольцевой проточкой установочного цилиндра, а наружный стакан установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействия со стопорами внутренней поверхностью, выполненной с переменным сечением, при этом наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом, а отцепной механизм, состоящий из цилиндра со штифтом, имеет возможность регулировать осевое перемещение упора, причем цилиндр зафиксирован на упоре с возможностью вращательного движения, а штифт взаимодействует с технологическими проточками, которые выполнены таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении упора относительно корпуса штифт имеет возможность поворота относительно корпуса только в одном направлении, а последняя осевая технологическая проточка, с которой взаимодействует штифт, длиннее остальных.

Новым является то, что уплотнительный элемент дополнительно подпружинен вниз относительно корпуса, а наружный стакан подпружинен вверх относительно корпуса, причем запорный элемент выполнен в виде упора, жестко соединенного с корпусом и расположенного сверху наружного стакана.

На Фиг.1 изображено предлагаемое устройство в статике;

на Фиг.2 - поперечный разрез устройства по сечению А-А;

на Фиг.3 - развертка наружной поверхности корпуса в области технологических проточек.

Желонка для установки разделительных мостов в скважине состоит из корпуса 1 (см. Фиг.1), уплотнительного элемента 2, фиксатора 3 и отцепного механизма 4. В корпусе 1 выполнены технологические проточки 5, верхние 6 и нижние 7 технологические отверстия. На корпусе 1 с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен упор 8 (см. Фиг.2) с пружинными 9 и жесткими 10 центраторами. Уплотнительный элемент 2 (см. Фиг.1) снабжен пружинным ограничителем 11 снизу и установочным цилиндром 12 с наружной кольцевой проточкой 13 сверху.

Осевое перемещение уплотнительного элемента 2 относительно корпуса 1 ограничивает фиксатор 3, состоящий из стопоров 14 и наружного стакана 15. Стопоры 14 вставлены в нижние технологические отверстия 7 корпуса 1 и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой 13 установочного цилиндра 12. Наружный стакан 15 установлен на корпусе 1 с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами 14 внутренней поверхностью 16, выполненной с переменным сечением с диаметрами D1 и D2.

Уплотнительный элемент 2 дополнительно подпружинен вниз относительно корпуса 1 посредством пружины 17. Наружный стакан 15 подпружинен вверх относительно корпуса 1 с помощью пружины 18 и уперт сверху в запорный элемент 19, выполненный в виде упора 20, жестко соединенного с корпусом 1 и расположенного сверху наружного стакана 15.

Отцепной механизм 4, состоящий из цилиндра 21 со штифтом 22, регулирует осевое перемещение упора 8. Цилиндр 21 зафиксирован на упоре 8 с возможностью вращательного движения, а штифт 22 взаимодействует с технологическими проточками 5, которые выполнены таким образом (см. Фиг.3), что при возвратно-поступательном перемещении упора 8 (см. Фиг.1) относительно корпуса 1 поворачивают штифт 22 относительно корпуса 1 только в одном направлении. Последняя осевая технологическая проточка 23 длиной L2 (см. Фиг.3), с которой взаимодействует штифт 22 (на Фиг.3 показан условно), длиннее остальных, у которых длина L1 (L1<L2).

Вся конструкция желонки в сборе крепится на гибкой тяге 24 (см. Фиг.1) для спуска в скважину (не показано). Несанкционированные перетоки цементного раствора предотвращает уплотнительное кольцо 25. От выпадения пружины 17 при отсоединении уплотнительного элемента от корпуса предохраняет стопор 26, жестко зафиксированный в корпусе 1.

Устройство работает следующим способом:

Желонку в сборе (см. Фиг.1) через верхние технологические отверстия 6 заполняют цементным раствором и на гибкой тяге 24 опускают в скважину (на Фиг. не показано). Во время спуска жесткие центраторы 10 не позволяют стенкам скважины соприкасаться с упором 8, снимая при этом с пружинных центраторов 9 избыточную нагрузку, которая может привести к их выходу из строя (поломке) с последующей потерей работоспособности устройства. По достижению требуемого интервала установки цементного моста желонку приподнимают и опускают на величину, большую осевой длины L1 (см. Фиг.3) технологических проточек 5, но не более их двойной длины (2_* L1), повторяя эти спускоподъемы по числу осевых технологических проточек 5 плюс 1-8 дополнительных спускоподъемов для гарантированного срабатывания отцепного механизма. Во время спускоподъемов штифт 22 отцепного механизма 4 (см. Фиг.1) по технологическим проточкам 5 (см. Фиг.3) перемещается в сторону последней осевой технологической проточки 23 и достигает ее, так как упор 8 (см. Фиг.1) за счет пружинных центраторов 9, которые упираются в стенки скважины, остается на месте, а корпус 1 совершает относительно упора 8 возвратно-поступательные движения. Цилиндр 21 со штифтом 22 соединен с упором 8 только с возможностью вращательного движения. Затем желонку начинают приподнимать, в результате штифт 22 вместе со цилиндром 21 и упором 8 опускается относительно корпуса 1 по последней осевой технологической проточке 23 (см. Фиг.3) длинной L2. В результате упор 8 (см. Фиг.1) опирается сверху на наружный стакан 15 фиксатора 3 и далее, сжимая пружину 18, смещает наружный стакан 15 вниз относительно корпуса 1. Меньшее сечение наружного стакана 15 диаметром D1 внутренней поверхности 16 перестает взаимодействовать со стопорами 14, а напротив них устанавливается большее сечение наружного стакана 15 диаметром D2 внутренней поверхности 16, после чего стопоры 14 смещаются наружу корпуса 1, выходя из взаимодействия с наружной кольцевой проточкой 13 установочного цилиндра 12, приводя уплотнительный элемент 2 в рабочее положение, который под действием возвратной силы пружины 17, находящейся в сжатом состоянии и выталкивающей уплотнительный элемент 2 из корпуса 1 желонки, а также веса столба цементного раствора, находящегося в корпусе 1, и усилия разгибания пружинного ограничителя 11, смещается вниз относительно корпуса 1 и выходит из него. В результате установочный цилиндр 12 перестает взаимодействовать с уплотнительным кольцом 25, а уплотнительный элемент 2 отсоединяется от корпуса 1, при этом пружинный ограничитель 11 расправляется и упирается в стенку скважины (не показано), не позволяя уплотнительному элементу 2 сползать из интервала установки. Уплотнительный элемент 2 после выхода из корпуса 1 перекрывает внутреннее сечение скважины, удерживая цементный раствор, вытекающий под своим весом из корпуса 1, в интервале установки цементного моста. Затем желонку за исключением уплотнительного элемента 2 с пружинным ограничителем 11 и установочным цилиндром 12 извлекают из скважины. После выдержки времени, необходимого для затвердевания цементного раствора, то есть фиксации цементного моста, скважина готова к проведению дальнейших работ.

Количество осевых технологических проточек 5 (см. Фиг.3) выбирается из условия, чтобы в случае возникновения затяжек и при необходимости расхаживания отцепной механизм 4 (см. Фиг.1) не срабатывал, то есть штифт 22 (см. Фиг.3) не доходил до последней осевой технологической проточки 23. На практике выявлено, что достаточно 4-8 осевых технологических проточек 5.

Длина L2 (см. Фиг.3) последней осевой технологической проточки 23 выбирается равной ходу упора 8 (см. Фиг.1), достаточного для смещения наружного стакана 15 и срабатывания фиксатора 3, плюс два диаметра штифта 22.

При необходимости повторного использования желонки (например, для установки цементного моста на скважине, находящейся в том же географическом районе) на поверхности упор 8 устанавливается в первоначальное положение перемещением штифта 22 отцепного механизма 4 по технологическим проточкам 5 (см. Фиг.3) корпуса 1 (см. Фиг.1). Затем в корпус 1 (см. Фиг.1) вставляется другой уплотнительный элемент 2 с пружинным ограничителем 11 до совмещения наружной кольцевой проточки 13 с нижними технологическими отверстиями 7, после чего стопоры 14 устанавливаются в технологические отверстия 7 и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой 13. При этом стопоры 14 поджимаются наружным стаканом 15, который фиксируется относительно корпуса 1 пружиной 18 и запорным элементом 19, выполненным в виде упора 20, жестко соединенного с корпусом 1 и расположенного сверху наружного стакана 15.

В результате устройство готово к повторной эксплуатации.

Предлагаемая конструкция желонки для установки разделительных мостов в скважине обладает высокой надежностью срабатывания фиксатора за счет усовершенствования конструкции запорного элемента, а благодаря принудительному выталкиванию уплотнительного элемента из корпуса желонки достигается гарантированное отсоединения уплотнительного элемента, что в целом позволяет устанавливать цементный мост в требуемом интервале и тем самым исключить дальнейшие повторные работы и сэкономить материальные и финансовые средства.