устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине

Формула изобретения

1. Устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине, содержащее корпус, связанные с ним исполнительные механизмы и патрубок, с которым соединен корпус дроссельно-запорного клапана, отличающееся тем, что в корпусе клапана выполнено перекрытое в исходном положении, по меньшей мере, одно радиальное отверстие, имеющее возможность в рабочем положении гидравлически связывать полость патрубка с узлами привода исполнительных механизмов, для чего в патрубке выполнен, по меньшей мере, один продольный паз, по которому имеет возможность перемещаться закрепленный в корпусе клапана, по меньшей мере, один направляющий винт, при этом корпус клапана соединен с патрубком с помощью, по меньшей мере, одного срезного винта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дроссельно-запорный клапан выполнен в виде корпуса с посадочным седлом в нижней части и закрепленного в корпусе запорного элемента, подпружиненного относительно корпуса, образующего с ним кольцевой канал и имеющего возможность осевого перемещения до посадки на посадочное седло.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам, предназначенным для крепления вертикальных и наклонно-направленных стволов скважин хвостовиками обсадных колонн и герметизации заколонного пространства хвостовиков.

Известно устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине, содержащее корпус, связанные с ним разъединитель, якорь, пакер, и подвесную полую пробку. В корпусе выполнен срезной винт, при срезе которого совмещенными верхней продавочной пробкой и подвесной пробкой образуется радиальное отверстие, гидравлически связывающее полость корпуса с полостью узла привода якоря (RU 2346143 С2, МПК (2006.01) Е21В 33/14, оп. 27.09.2008).

Недостатком известного устройства является ограниченная применяемость, обусловленная необходимостью применения для открытия радиального отверстия дополнительной продавочной пробки для посадки в подвесную. В связи с этим транспортировочная колонна должна иметь равнопроходной внутренний диаметр, что исключает возможность применения бурильных труб разного типа, а также с большими перепадами внутренних диаметров по замкам и телу трубы.

Наиболее близким аналогом заявляемого устройства, выбранным в качестве прототипа, является устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине, содержащее корпус, связанные с ним исполнительные механизмы - разъединитель, пакер и якорь, помещенные в верхней части хвостовика. Устройство снабжено патрубком с радиальными отверстиями и под этими отверстиями дроссельно-запорным клапаном для перекрытия этим клапаном внутреннего сечения патрубка. Патрубок связан с корпусом и образует с хвостовиком, в верхней его части, кольцевую полость, гидравлически связанную с полостью патрубка, через его радиальные отверстия, и с узлами привода якоря, пакера и разъединителя (RU 2171366 С1, МПК⁷ Е21В 43/10, 33/14, оп. 27.07.2001).

При работе известного устройства при увеличении расхода рабочей жидкости во время промывки сначала срабатывает дроссельно-запорный клапан. Закрытие клапана сопровождается резким повышением давления. За счет передачи давления рабочей жидкостью, гидравлически связывающей через радиальные отверстия полость патрубка и кольцевую полость, срабатывают исполнительные механизмы устройства.

Недостатком известного устройства является то, что при любом несанкционированном повышении избыточного давления во внутренней полости патрубка выше заданной величины возможно несвоевременное срабатывание исполнительных механизмов устройства, вследствие того, что радиальные отверстия постоянно открыты и, соответственно, существует постоянная непосредственная гидравлическая связь между полостью патрубка и кольцевой полостью, что снижает надежность устройства.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине, в котором путем конструктивных изменений, связанных с изменением места расположения радиальных отверстий, обеспечивается возможность перекрытия этих отверстий и, соответственно, блокировка исполнительных механизмов устройства от несанкционированного срабатывания до увеличения расхода рабочей жидкости, что приводит к повышению надежности работы устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине, содержащем корпус, связанные с ним исполнительные механизмы и патрубок, с которым соединен корпус дроссельно-запорного клапана, новым является то, что в корпусе клапана выполнено перекрытое в исходном положении по меньшей мере одно радиальное отверстие, имеющее возможность в рабочем положении гидравлически связывать полость патрубка с узлами привода исполнительных механизмов, для чего в патрубке выполнен по меньшей мере один продольный паз, по которому имеет возможность перемещаться закрепленный в корпусе клапана по меньшей мере один направляющий винт, при этом корпус клапана соединен с патрубком с помощью по меньшей мере одного срезного винта.

Поставленная задача решается также тем, что дроссельно-запорный клапан выполнен в виде корпуса с посадочным седлом в нижней части и закрепленного в корпусе запорного элемента, подпружиненного относительно корпуса, образующего с ним кольцевой канал и имеющего возможность осевого перемещения до посадки на посадочное седло.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

Конструктивные изменения, связанные с изменением расположения радиальных отверстий, а именно:

- выполнение в корпусе клапана перекрытого в исходном положении по меньшей мере одного радиального отверстия, имеющего возможность в рабочем положении гидравлически связывать полость патрубка с узлами привода исполнительных механизмов;

- выполнение в патрубке по меньшей мере одного продольного паза, по которому имеет возможность перемещаться закрепленный в корпусе клапана по меньшей мере один направляющий винт;

- соединение корпуса клапана с патрубком с помощью по меньшей мере одного срезного винта;

в совокупности с известными признаками заявляемого изобретения обеспечивает открытие радиального отверстия и, соответственно, срабатывание исполнительных механизмов, только при достижении заданной величины избыточного давления путем разрушения срезного винта и перемещения корпуса клапана до упора направляющего винта в нижней части паза, при этом до открытия радиального отверстия устройство не реагирует на скачки давления за счет того, что в это время отсутствует гидравлическая связь между полостью патрубка и узлами привода исполнительных механизмов, а для разрушения срезного винта и перемещения корпуса необходимо закрыть клапан путем увеличения расхода рабочей жидкости и только потом создать избыточное давление заданной величины. Таким образом достигается блокировка исполнительных механизмов устройства от несанкционированного срабатывания до увеличения расхода рабочей жидкости, что приводит к повышению надежности работы устройства.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен фрагмент заявляемого устройства, включающий дроссельно-запорный клапан, в исходном положении; на фиг.2 - фрагмент заявляемого устройства, включающий дроссельно-запорный клапан, в рабочем положении при открытых радиальных отверстиях.

Устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине (фиг.1, 2) в наилучшем варианте своего исполнения, который, однако, не является единственно возможным, содержит корпус, связанные с ним исполнительные механизмы - пакер, якорь и разъединитель (на чертежах не показаны) и патрубок 1, с которым жестко соединен корпус 2 дроссельно-запорного клапана. Клапан выполнен в виде корпуса 2 с посадочным седлом 3 в нижней части и закрепленного в корпусе 2 запорного элемента 4, например с помощью гайки 5 с прорезями (на чертежах не показаны), для обеспечения циркуляции жидкости. Элемент 4 подпружинен относительно корпуса 2 (его соединительного элемента - гайки 5) с помощью пружины 6 и образует с корпусом 2 калиброванный кольцевой канал 7. При этом запорный элемент 4 выполнен с возможностью осевого перемещения до посадки на посадочное седло 3. В корпусе 2 клапана выполнены перекрытые в исходном положении уплотнительным кольцом 8 радиальные отверстия А, имеющие возможность в рабочем положении гидравлически связывать полость патрубка 1 с узлами привода исполнительных механизмов (на чертежах не показаны). Для этого в патрубке 1 выполнены продольные направляющие пазы 9, по которым имеют возможность перемещаться закрепленные в корпусе 2 клапана направляющие винты 10. При этом корпус 2 клапана соединен с патрубком 1 с помощью срезных винтов 11.

Устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине работает следующим образом.

После установки устройства в заданном интервале скважины создают циркуляцию рабочей жидкости через дроссельно-запорный клапан, осуществляют промывку скважины. Для закрытия клапана повышают производительность насоса до 6-8 л/с. Проходящий по кольцевому каналу 7 поток рабочей жидкости превышает силу сжатия пружины 6 и увлекает за собой запорный элемент 4, который в свою очередь упирается в посадочное седло 3 и таким образом изолирует полости под клапаном и над ним. При увеличении давления, вследствие запирания клапана, на корпус 2 начинает передаваться усилие, создаваемое действием избыточного давления, и происходит разрушение рассчитанных на определенное давление срезных винтов 11 и перемещение вниз корпуса 2, совместно с запорным элементом 4, гайкой 5, пружиной 6, направляющих винтов 10 вдоль пазов 9 до упора в их торец, что приводит к открытию радиальных отверстий А, через которые открывается доступ рабочей жидкости к исполнительным механизмам устройства. Происходит последовательное (при соответствующем заданном давлении) срабатывание приводов узлов якоря, затем пакера и после этого разъединителя. При этом до открытия радиальных отверстий А в корпусе 2 несанкционированные скачки давления не влияют на работу устройства за счет того, что полости изолированы друг от друга.