устройство для герметизации трубного пространства

Формула изобретения

Устройство для герметизации трубного пространства, содержащее цилиндрический корпус, втулку, выполненную с верхними и нижними боковыми циркуляционными отверстиями, установленную в корпусе с возможностью осевого перемещения, отличающееся тем, что во втулке размещена перегородка, расположенная между нижними циркуляционными отверстиями и верхними циркуляционными отверстиями, снабженными посадочными седлами; на верхнем торце втулки установлен конус с центральным отверстием, а нижний торец втулки выполнен коническим.

Описание изобретения к патенту

Устройство для герметизации трубного пространства относится к нефтегазодобывающей промышленности, используется при креплении скважин и предназначено для герметизации трубного пространства в компоновке несущей и потайной колонны с различными внутренними диаметрами.

Известно устройство для перекрытия внутренней полости труб в скважине по А.С. SU № 1802081, Е21В 33/124, включающее полый корпус, распорную пробку и шток, уплотнительный элемент с осевым каналом под распорную пробку и гидравлический приводной узел для перемещения штока с распорной пробкой и пакеровки уплотнительного элемента.

Известен пакер для перекрытия внутренней полости колонны труб по патенту RU № 2082870 C1, E21B 33/12, опубл. 27.06.1997, включающий полый корпус с гидравлической камерой, распорную пробку, жестко соединенный с ней шток и уплотнительный элемент с осевым каналом под распорную пробку, выполненную с зубчатой нарезкой.

Оба устройства сложны конструктивно. Наличие гидравлического приводного узла с целью раскрытия уплотнительного элемента у пакера, с зубчатой нарезкой на распорной пробке не дает возможности создать высокое давление, т.к. при любой жесткости резины на уплотнительном элементе пробка выдавливается при проведении работ на скважине, и нарушается герметичность уплотнителя.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Устройство для цементирования скважин» по А.С.SU № 1546614, Е21В 33/14, от 01.04.87, опубл. 28.02.1990, включающее корпус с коническим пазом для стопорящего кольца, стакан с днищем, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения и зафиксированный в верхнем положении относительно корпуса на срезных винтах, выполненный с боковыми циркуляционными каналами. Отверстия перекрываются дисперсным материалом с шариками и, при создавшемся перепаде давления, стакан с днищем срезает винты, перемещается и фиксируется в нижнем положении, герметизируя трубное пространство при цементировании скважины.

Для ограничения хода стакана внутренний диаметр устройства уменьшают, что делает затруднительным бурение внутри колонны в процессе подготовки к эксплуатации скважины.

Такое устройство, при введении скважины в эксплуатацию, трудно разбуривать из-за наличия внутренних металлических деталей, в связи с их твердостью и возможностью поворота.

При плотности шариков больше плотности цементного раствора возникнет их быстрое падение и преждевременное закрытие устройства с оставлением цемента в колонне, а при низкой плотности возможно всплытие в обсадную колонну, где шариками забиваются другие элементы оснастки, например муфты ступенчатого цементирования и устройства разобщения пластов.

Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства для перекрытия и герметизации трубного пространства спускаемой колонны, обеспечивающего управление работой устройств, включенных в компоновку потайной колонны, повышение надежности работы устройства и обеспечение герметичности трубного пространства с различным внутренним диаметром в несущей и потайной колонне, в обсадных колоннах любого размера труб нефтяного сортамента.

Поставленная задача решена за счет устройства для герметизации трубного пространства, которое содержит цилиндрический корпус, втулку, выполненную с верхними и нижними боковыми циркуляционными отверстиями, установленную в корпусе с возможностью осевого перемещения, при этом во втулке размещена перегородка, расположенная между нижними циркуляционными отверстиями и верхними циркуляционными отверстиями, снабженными посадочными седлами, на верхнем торце втулки установлен конус с центральным отверстием, а нижний торец втулки выполнен коническим.

Установка на верхнем торце втулки конуса с центральным отверстием в совокупности со снабжением посадочными седлами верхних циркуляционных отверстий позволяют применять устройство для герметизации трубного пространства в сочетании с любыми другими элементами технологической оснастки, при исключении попадания в эту оснастку герметизирующих шариков и нарушения ее работы.

Размещение втулки с перегородкой, выполненной с верхними и нижними боковыми циркуляционными отверстиями, установленной в корпусе с возможностью осевого перемещения, в совокупности с конусом с центральным отверстием и верхними циркуляционными отверстиями, снабженными посадочными седлами, исключение попадания в эту оснастку герметизирующих шариков и нарушения ее работы позволяет определить момент окончания продавливания цементного раствора без использования продавочной пробки, что позволяет уменьшить размеры устройства.

Выполнение нижней части втулки конусообразной обеспечивает заклинивание втулки и упрощает разбуривание без проворота внутренних деталей устройства при вводе скважины в эксплуатацию.

Устройство для герметизации трубного пространства изображено на чертежах, где на фиг.1 изображено устройство до срабатывания, на фиг.2 - после срабатывания.

На фиг.1 и фиг.2 изображены: корпус 1, стопорное кольцо 2, конический паз 3, втулка 4, перегородка 5, срезные винты 6, верхние циркуляционные отверстия 7, посадочные седла 8, нижние циркуляционные отверстия 9, герметизирующие шарики 10, тонкостенный конус 11, центральное отверстие 12, конический выступ 13.

Устройство для герметизации трубного пространства выполнено следующим образом. Устройство (фиг.1, 2), содержит корпус 1 с коническим пазом 3 для стопорного кольца 2, втулку 4 с расположенной между верхними 7 и нижними 9 циркуляционными отверстиями перегородкой 5, установленную в корпусе 1, с возможностью осевого перемещения до конического выступа 13, и зафиксированной в верхнем положении относительно корпуса 1 на срезных винтах 6.

В стенках втулки 4 над перегородкой 5 выполнены верхние циркуляционные отверстия 7, снабженные седлами 8, для посадки герметизирующих шариков 10, а под перегородкой 5 расположены нижние циркуляционные отверстия 9. Нижняя часть втулки 4 выполнена в виде конуса с углом от 5° до 10°. На верхнем торце втулки установлен тонкостенный конус 11 с центральным отверстием 12, диаметр которого больше диаметра герметизирующих шариков.

Устройство для герметизации трубного пространства работает следующим образом.

Устройство устанавливают в башмаке спускаемой колонны или над фильтром и применяют в сочетании с любыми другими элементами технологической оснастки при исключении попадания в эту оснастку герметизирующих шариков и нарушения ее работы.

После спуска колонны и установки устройства в необходимом интервале промывают скважину, вводят в колонну вязкоупругий состав с герметизирующими шариками 10 в количестве, большем числа верхних циркуляционных отверстий 7, снабженных посадочными седлами 8.

Установленный на верхнем торце втулки тонкостенный конус 11 с центральным отверстием 12 предотвращает всплытие шариков в буровых и цементных растворах с высокой плотностью и нарушение работы остальной оснастки.

После посадки шариков 10 в посадочные седла 8 закрываются верхние циркуляционные отверстия 7, поднимается давление до срезки винтов 6, удерживающих втулку 4, которая перемещается до упора и, за счет своей конусности, заклинивается в коническом выступе 13. Устройство герметизирует трубное пространство перегородкой 5 в необходимый момент времени и одновременно является обратным клапаном колонны за счет фиксирования втулки 4 с перегородкой 5 от обратного хода стопорным кольцом 2 при разности гидростатического давления в трубном и заколонном пространствах скважины.

Герметичность проверяют снижением давления до гидростатического и отсутствием перелива из колонны закачанной жидкости более объема сжатия.

Бурение внутренних деталей устройства после окончания работ производят без проворота деталей устройства, за счет заклинивания нижней конической части втулки 4 в коническом выступе 13 при конусности от 5° до 10°.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является обеспечение, при перекрытии и герметизации трубного пространства спускаемой колонны, надежности работы устройства в обсадных колоннах любого размера труб нефтяного сортамента с различным внутренним диаметром, в несущей и спускаемой колонне, уменьшения размера устройства, применения устройства для герметизации трубного пространства в сочетании с любыми другими элементами технологической оснастки, точность определения момента окончания продавливания цементного раствора, без использования продавочной пробки, и упрощения разбуривания внутренних деталей устройства при вводе скважины в эксплуатацию за счет установления в корпусе с возможностью осевого перемещения втулки, расположения перегородки во втулке, между верхними и нижними боковыми циркуляционными отверстиями, установки на верхнем торце втулки конуса с центральным отверстием в совокупности со снабжением посадочными седлами верхних циркуляционных отверстий втулки, и выполнения нижней части втулки конусообразной.