Желонка для установки разделительных мостов в скважине
Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин и может быть использовано для установки разделительных мостов для изоляции продуктивных горизонтов и участков ствола друг от друга. Желонка для установки разделительных мостов в скважине, включающая корпус, уплотнительный элемент, фиксатор и отцепной механизм. 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. Уплотнительный элемент дополнительно снабжен пружинным ограничителем снизу и установочным цилиндром с наружной кольцевой проточкой сверху. Осевое перемещение уплотнительного элемента относительно корпуса ограничивает фиксатор, состоящий из стопоров, диаметром - d1, выполненных в виде шариков и наружного стакана. Стопоры вставлены в нижние технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с наружной кольцевой проточкой установочного цилиндра. Наружный стакан установлен на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействует со стопорами внутренней поверхностью, выполненной с переменным сечением с диаметрами D1 и D2. Наружный стакан зафиксирован относительно корпуса запорным элементом, выполненным в виде пружинного разрезного кольца и выполнен с переменным сечением D1 и D2, напротив большего сечения D2 оснащен сквозными отверстиями, диаметр d2 которых меньше диаметра d1 стопоров (d2<d1). Нижняя часть корпуса, контактирующая с уплотнительным элементом снабжена сквозными вертикальными пазами, при этом внутреннее пространство установочного цилиндра герметично заполнено легко разбуриваемым материалом. Отцепной механизм, состоящий из цилиндра со штифтом, регулирует осевое перемещение упора. 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 поворачивают штифт относительно корпуса только в одном направлении. Последняя осевая технологическая проточка, с которой взаимодействует штифт, длиннее остальных. Предлагаемая конструкция желонки обладает достаточной надежностью отсоединения уплотнительного элемента от желонки в требуемом интервале при установке разделительного моста в скважине и позволяет сократить временя и затраты на последующее его разбуривание после проведения ремонтных работ.
Предложение 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 №2147898, МКИ Е 21 В 27/02, БИ №26, от 21.09.99), включающая корпус, уплотнительный элемент, тягу и срезной штифт, при этом она снабжена шлипсами с клиновыми толкателями, размещенными в полости корпуса, тяга выполнена в виде ступенчатого по сечению прута с возможностью взаимодействия элементов прута разных сечений с указанными клиновыми толкателями, уплотнительный элемент выполнен в виде конического толкателя с эластичной манжетой с возможностью взаимодействия с указанной тягой посредством срезного штифта.
Недостатками данной конструкции являются:
во-первых, при необходимости извлечения или «расхаживания» при заклинивании желонки возможно несанкционированное срабатывание;
во-вторых, при спуске желонки в скважину цементный раствор внутри желонки загустевает, в результате требуются значительные усилия для извлечения стержня после срабатывания желонки, что может привести к аварийной ситуации в случае не соблюдения бригадой, технологически обоснованного, временного интервала для спуска желонки;
в-третьих, требуются большие усилия для посадки уплотнительного элемента, то есть при вводе конического толкателя уплотнительного элемента в эластичную манжету для перекрытия внутреннего пространства скважины.
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.
Недостатками данной конструкции являются:
во-первых, уплотнительный элемент под действием веса столба цементного раствора, находящегося в корпусе, и усилия разгибания пружинного ограничителя должен смещаться вниз относительно корпуса, но из опыта практического применения выявлено, что из-за возникновения «эффекта поршневания» в нижней части корпуса желонки, уплотнительный элемент не отсоединяется (не срабатывает) от желонки в требуемом интервале, при этом отсоединение происходит при последующем подъеме в результате образуется рыхлый разделительный мост выше требуемого интервала. Кроме того, внутренняя поверхность наружного стакана большого сечения «забивается» грязью и шламом в процессе спуска, что препятствует выпадению стопоров (шариков) наружу корпуса и как результат, не срабатывание желонки. Все вышеотмеченные факторы снижают надежность отсоединения уплотнительного элемента желонки в требуемом интервале скважины.
-во-вторых, в процессе разбуривания разделительного моста, когда очередь доходит до разбуривания установочного цилиндра, последний из-за того, что он пустой внутри или частично содержит рыхлый материал разделительного моста, начинает вращаться, чем создает сопротивление разбуриванию, за счет этого увеличивается время и затраты на разбуривание разделительного моста.
Задачей полезной модели является повышение надежности отсоединения уплотнительного элемента от желонки в требуемом интервале при установке разделительного моста в скважине и сокращение времени и затрат на его разбуривание после проведения ремонтных работ.
Поставленная задача достигается описываемой желонкой для установки разделительных мостов в скважине, включающей 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, при этом 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, а 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.
Новым является, то что наружный стакан, выполненный с переменным сечением, напротив большего сечения оснащен сквозными отверстиями, диаметр которых меньше диаметра стопоров, при этом нижняя часть корпуса, контактирующая с уплотнительным элементом снабжена сквозными вертикальными пазами, при этом внутреннее пространство установочного цилиндра герметично заполнено легко разбуриваемым материалом.
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) дополнительно 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 диаметром - d1, выполненных в виде шариков 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 Dl и D2. Наружный стакан 15 зафиксирован относительно корпуса 1 запорным элементом 17, выполненным в виде пружинного разрезного кольца. Отцепной механизм, 4 состоящий из цилиндра 18 со штифтом 19, регулирует осевое перемещение упора 8. Цилиндр 18 зафиксирован на упоре 8 с возможностью вращательного движения, а штифт 19 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 19 относительно корпуса 1 только в одном направлении. Последняя осевая технологическая проточка 20 с длиной L2 (см. Фиг.3), с которой взаимодействует штифт 19 (на Фиг.3 показан условно), длиннее остальных, у которых длина L1 (L1<L2).
Наружный стакан, выполненный с переменным сечением D1 и D2, напротив большего сечения D2 оснащен сквозными отверстиями 21, диаметр d2 которых меньше диаметра d1 стопоров 14 (d2<d1). Нижняя часть 22 корпуса 1, контактирующая с уплотнительным элементом 2 снабжена сквозными вертикальными пазами 23, при этом внутреннее пространство установочного цилиндра 12 герметично заполнено легко разбуриваемым материалом 24.
Вся конструкция желонки в сборе крепится на гибкой тяге 25 (см. Фиг.1) для спуска в скважину (на фиг. не показано). Несанкционированные перетоки цементного раствора предотвращает уплотнительное кольцо 26.
Устройство работает следующим способом:
Желонку в сборе (см. Фиг.1) через верхние технологические отверстия 6 заполняют цементным раствором и на гибкой тяге 25 опускают в скважину (на Фигурах 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
спуско-подъемы по числу осевых технологических проточек 5 плюс 1-8 дополнительных спуско-подъемов для гарантированного срабатывания отцепного механизма. Во время спуско-подъемов штифт 19 отцепного механизма 4 (см. Фиг.1) по технологическим проточкам 5 (см. Фиг.3) перемещается в сторону последней осевой технологической проточки 20 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. При этом цилиндр 18 со штифтом 19 соединен с упором 8 только с возможностью вращательного движения. Затем желонку начинают приподнимать, в результате штифт 19 вместе с цилиндром 18 и упором 8 опускается относительно корпуса 1 по последней осевой технологической проточке 20 (см. Фиг.3) с длинной L2. В результате упор 8 (см. Фиг.1) опирается на наружный стакан 15 фиксатора 3 и, преодолевая сопротивление замкового элемента 17, смещает его вниз относительно корпуса 1. Меньшее сечение наружного стакана 15 с диаметром D1 внутренней поверхности 16 перестает взаимодействовать со стопорами 14, а напортив них устанавливается большее сечение наружного стакана 15 с диаметром D2 внутренней поверхности 16, после чего стопоры 14 смещаются наружу корпуса 1, выходя из взаимодействия с наружной кольцевой проточкой 13 установочного цилиндра 12. Уплотнительный элемент 2 под действием веса столба цементного раствора, находящегося в корпусе 1, и усилия разгибания пружинного ограничителя 11 смещается вниз относительно нижней части 22 корпуса 1, при этом сквозные вертикальные пазы 23, выполненные на нижнем конце 22 корпуса 1, исключают «поршневание» уплотнительного элемента 2 при его смещении вниз и выходе из корпуса 1 желонки.
В результате пружинный установочный цилиндр 12 перестает взаимодействовать с уплотнительным кольцом 26, ограничитель 11 расправляется и упирается в стенку скважины (на Фигурах не указано), 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 извлекают из скважины. После выдержки времени, необходимого для затвердевания цементного раствора, то есть фиксации цементного моста, скважина готова к последующей эксплуатации.
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 19 (см. фиг.3) не доходил до
последней осевой технологической проточки 20. На практике выявлено, что достаточно 4-8 осевых технологических проточек 5.
Длина L2 (см. Фиг.3) последней осевой технологической проточки 20 выбирается равной ходу упора 8 (см. Фиг 1), достаточного для смещения наружного стакана 15 и срабатывания фиксатора 3, плюс два диаметра штифта 19.
По окончанию установки разделительного моста в скважине и после проведения запланированных работ в скважине, в случае возникновения необходимости разбуривания разделительного моста, в скважину спускается забойный двигатель с долотом (на Фигурах не показано), посредством которого проводится разбуривание разделительного моста. Благодаря тому, что внутреннее пространство установочного цилиндра 12 герметично заполнено легко разбуриваемым материалом 24, он не вращается и не создает сопротивление разбуриванию.
При необходимости повторного использования желонки (например, для установки цементного моста на скважине, находящийся в том же географическом районе) на поверхности упор 8 устанавливается в первоначальное положение, перемещая штифт 19 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, которые фиксируются относительно корпуса 1 и запорным элементом 17. В результате устройство готово к повторной эксплуатации.
Наружный стакан 15, выполненный с переменным сечением, напротив большего сечения D2 оснащен сквозными отверстиями 21 диаметр d2, которых меньше диаметра d1 стопоров 14 (d2<d1).
Сквозные отверстия 21 предназначены для выпадения наружу шлама и грязи, которые попали во внутреннее пространство большего сечения D2 наружного стакана 15 в процессе спуска и подъема желонки.
Предлагаемая конструкция желонки обладает достаточной надежностью для отсоединения уплотнительного элемента от желонки в требуемом интервале при установке разделительного моста в скважине и позволяет сократить временя и затраты на последующее его разбуривание после проведения ремонтных работ.
Желонка для установки разделительных мостов в скважине, 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, при этом 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, а 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, отличающаяся тем, то что наружный стакан, выполненный с переменным сечением, напротив большего сечения оснащен сквозными отверстиями, диаметр которых меньше диаметра стопоров, при этом нижняя часть корпуса, контактирующая с уплотнительным элементом снабжена сквозными вертикальными пазами, при этом внутреннее пространство установочного цилиндра герметично заполнено легко разбуриваемым материалом.
