Башмак для установки профильных перекрывателей в скважинах

Авторы патента:

Предложение относится к бурению и ремонту скважин, в частности, к устройствам для установки профильных перекрывателей при изоляции ими зон осложнений бурения или участков нарушения герметичности обсадных колонн. Башмак имеет монтажный болт с левой цилиндрической и правой конической резьбами, цилиндрической проточкой и навинченной на резьбу упорной гайкой, имеющей коническую поверхность и насечку. Между резьбами болта имеется упорный бурт. Под буртом установлен дополнительный упор, имеющий коническую поверхность и раструб со стопорным кольцом. Между упорной гайкой и дополнительным упором размещен уплотнительный элемент, выполненный в виде нескольких цилиндрических сегментов с коническими поверхностями на торцах. Сегменты соединены между собой в кольцо с помощью пружинных колец и упругого материала, например, резины. Упругий материал с помощью вулканизации расположен преимущественно на торцах сегментов и в продольных проточках и образует самоуплотняющуюся сверху вниз манжету. Башмак крепят в нижнем конце перекрывателя, который после расширения его гидравлическим давлением развальцовывают. По достижении развальцевателем башмака он навинчивается своим концом на резьбе болта и фиксируется кольцом. При дальнейшем вращении развальцевателя и болта гайка свинчивается по левой резьбе вниз, падает в цилиндрическую проточку болта и освобождает уплотнительный элемент, который радиально сжимается, обеспечивая свободный выход башмака из перекрывателя. Техническим результатом является повышение надежности и снижение аварийности за счет конструктивных улучшений, исключающих разрушение элементов башмака при его извлечении, перекосы уплотнительного элемента, и улучшение герметичности соединения. 4 илл. на 2 л.

Известно устройство для перекрытия зоны осложнения в скважине (а.с. СССР №1782079А1, кл. Е 21 В 29/10, 33/13, опубл. Бюл. №2 от 20.01.95 г.), включающее ремонтный патрубок, установленный в верхней части его полости, развальцеватель с упором в нижней части, установленный в нижней части полости ремонтного патрубка башмак в виде связанных между собой резьбой винта с упором в его верхней части и гайки с упором в ее нижней части и многогранной наружной поверхностью, расположенных между гайкой и ремонтным патрубком кулачков, взаимодействующих с гранями гайки и внутренней поверхностью ремонтного патрубка, и расположенного над кулачками кольцевого уплотнения.

Недостатком этого устройства является низкая работоспособность, являющаяся следствием несовершенства и сложности конструкции; в частности, из-за наличия радиально подвижных сегментов, удерживающих башмак в перекрывателе от выпадения до его установки, ненадежного их скрепления, происходит заклинивание их между собой и упорной гайкой, что может затруднить извлечение башмака из перекрывателя.

Наиболее близким по технической сущности и конструктивному исполнению является башмак для установки профильных перекрывателей в скважинах (патент РФ №2172387, кл. 7 Е 21 В 29/10, опубл. Бюл. №23 от 20.08.2001 г.), включающий монтажный болт с головкой, левой резьбой, на которую навинчена упорная гайка, правой конической резьбой на конце для соединения с установочным оборудованием и упорным буртом, выполненным между резьбами, и уплотнительный элемент, расположенный вокруг цилиндрической части болта.

Недостатком этого башмака является низкая работоспособность, поскольку при вращении монтажного болта после навинчивания на него развальцевателя возможно упирание съемной головки в упорную гайку и за счет осевого усилия, создаваемого резьбой монтажного болта, возможен срез пальца съемной головки и ее падение на забой скважины, что может затруднить дальнейшее бурение. Кроме того, уплотнительный элемент вследствие перекоса цилиндрических сегментов и недостаточной упругости резины может ухудшить герметичность соединения и воспрепятствовать извлечению башмака из перекрывателя.

Технической задачей предлагаемого башмака является повышение надежности и снижение аварийности за счет конструктивных решений, исключающих разрушение элементов башмака при его извлечении, перекосы уплотнительного элемента и улучшающих герметичность соединения.

Техническая задача решается башмаком для установки профильных перекрывателей в скважинах, включающим монтажный болт с головкой, левой резьбой, на которую навинчена упорная гайка, правой конической резьбой на конце для соединения с установочным оборудованием и упорным буртом, выполненным между резьбами, уплотнительный элемент, расположенный вокруг цилиндрической части болта и выполненный в виде эластичной манжеты и нескольких цилиндрических сегментов с коническими поверхностями на торцах, конусность которых обращена к оси вращения башмака, соединенных между собой в кольцо упругим материалом, дополнительный упор, выполненный в виде конического раструба с наружной конической поверхностью для взаимодействия с уплотнительным элементом и упорным буртом болта, при этом во внутренней стенке раструба смонтирован стопорный элемент для фиксации соединения установочного оборудования с болтом, упорная гайка выполнена с конической поверхностью для взаимодействия с уплотнительным элементом и насечкой на наружной поверхности.

Новым является то, что монтажный болт выполнен удлиненным с цилиндрической проточкой ниже резьбы с длиной, превосходящей высоту упорной гайки, а уплотнительный элемент оснащен пружинными кольцами, поджимающими внутренние цилиндрические сегменты, каждый из которых оснащен наружными

продольными пазами, причем эластичная манжета выполнена самоуплотняющейся сверху вниз.

На фиг.1 показан башмак, установленный в профильном перекрывателе; на фиг.2 - то же, после выведения его из перекрывателя; на фиг.3 - конструкция цилиндрического сегмента уплотнительного элемента, фронтальная проекция в разрезе; на фиг.4 - то же - горизонтальная проекция.

Башмак (фиг.1, 2) состоит из монтажного болта 1 с левой резьбой 2, цилиндрической проточкой 3 и правой конической резьбой 4, выполненной на верхнем конце болта 1. На нижнем конце болта 1 находится съемная головка 5, закрепленная с помощью пальца 6, снабженного стопорным кольцом 7. Между резьбами 2 и 4 выполнен упорный бурт 8. На цилиндрическую часть болта 1 с левой резьбой 2 надеты дополнительный упор 9, уплотнительный элемент 10 и навинчена упорная гайка 11, имеющая насечку 12 и коническую поверхность 13. Дополнительный упор 9 имеет коническую поверхность 14 для взаимодействия с уплотнительным элементом 10 и конический раструб 15, во внутренней стенке которого выполнена канавка 16 с размещенным в ней стопорным кольцом 17. Уплотнительный элемент 10 выполнен в виде нескольких цилиндрических сегментов 18 (фиг.3, 4), имеющих конические поверхности 19 и 20 на торцах, конусность которых обращена к оси вращения башмака.

Сегменты 18 имеют продольные пазы 21 (фиг.4) для «затекания» эластичного материала, например, резины 22 (фиг.1, 2) при ее вулканизации и кольцевые проточки 23 (фиг.3), в которых размещены пружинные кольца 24 (фиг.1, 2), соединяющие сегменты 18 в кольцо. Резина 22, расположенная преимущественно на верхних торцах сегментов 18, имеет самоуплотняющуюся кромку 25.

Башмак работает следующим образом. Перед спуском профильного перекрывателя 26 (фиг.1) в обсадную колонну 27 или в скважину башмак вращением монтажного болта 1 с помощью штифта 6 головки 5 закрепляют в нижнем конце перекрывателя. При этом уплотнительный элемент 10, скользя коническими поверхностями 19 и 20 (фиг.3) сегментов 18 по коническим поверхностям 13 (фиг.1) упорной гайки 11 и 14 дополнительного упора 9, опирающегося на упорный бурт 8, расширяется и плотно прижимается к внутренней стенке профильного перекрывателя 26, обеспечивая, благодаря самоуплотняющейся кромке 25, надежную

герметизацию его внутренней полости и фиксируя башмак от выпадения из перекрывателя.

Фиксация башмака в перекрывателе обеспечивается также за счет упора нижних торцов сегментов 18 в стенку суженного конца 28 перекрывателя и плотного прижатия к ней упорной гайки 11 своей наружной поверхностью с насечкой 12.

После спуска перекрывателя 26 в зону установки внутри него создают гидравлическое давление, которым расширяют стенки перекрывателя 26 до прижатия их к стенкам обсадной колонны 27 (или скважины), а затем привальцовывают их до более плотного прижатия с помощью установочного оборудования, например, развальцевателя (показан фрагмент) 29 (фиг.2), который на своем нижнем конце 30 имеет внутреннюю коническую резьбу 31, идентичную резьбе 4 монтажного болта 1 башмака.

При подходе развальцевателя 29 к башмаку, он навинчивается в процессе вращения своей резьбой 31 на резьбу 4 монтажного болта 1 и фиксируется благодаря канавке 16 стопорным кольцом 17, входящим в его кольцевую проточку 32. При этом раструб 15 дополнительного упора 9 обеспечивает ориентацию конца 30 развальцевателя 29 относительно резьбы 4 монтажного болта 1.

После окончания навинчивания резьбы 31 развальцевателя 29 на резьбу 4 монтажного болта 1 последний, продолжая вращаться вместе с развальцевателем 29 благодаря насечкам 12, взаимодействующим с перекрывателем 26, свинчивает упорную гайку 11 за счет левой резьбы 2 к съемной головке 5 монтажного болта 1, в результате чего упорная гайка 11 сходит с левой резьбы 2 и падает в цилиндрическую проточку 3 монтажного болта 1, предотвращая возможный срез пальца 6 съемной головки 5 и ее падение на забой скважины. При этом уплотнительный элемент 10 башмака за счет упругих сил резины 22 и пружинных колец 24 радиально сжимается, обеспечивая свободный выход башмака из перекрывателя 26.

По завершении работ по установке перекрывателя башмак вместе с установочным оборудованием поднимают на поверхность.

Преимущество предлагаемого башмака для установки профильных перекрывателей в скважинах заключается в том, что благодаря дополнительной цилиндрической проточке на монтажном болте исключается навинчивание упорной

гайки на элементы башмака, находящиеся на нижнем конце болта и их дальнейшее разрушение. Кроме того, применение пружинных колец для фиксации сегментов уплотнительного элемента обеспечивает более надежный монтаж и демонтаж башмака в перекрывателе, а самоуплотняющаяся кромка уплотнительного элемента исключает несанкционированные перетоки жидкости при больших гидравлических давлениях. Указанные конструктивные усовершенствования позволяют снизить аварийность и обеспечить высокое качество работ при установке профильных перекрывателей в скважинах.

Башмак для установки профильных перекрывателей в скважинах, включающий монтажный болт с головкой, левой резьбой, на которую навинчена упорная гайка, правой конической резьбой на конце для соединения с установочным оборудованием и упорным буртом, выполненным между резьбами, уплотнительный элемент, расположенный вокруг цилиндрической части болта и выполненный в виде эластичной манжеты и нескольких цилиндрических сегментов с коническими поверхностями на торцах, конусность которых обращена к оси вращения башмака, соединенных между собой в кольцо упругим материалом, дополнительный упор, выполненный в виде конического раструба с наружной конической поверхностью для взаимодействия с уплотнительным элементом и упорным буртом болта, при этом во внутренней стенке раструба смонтирован стопорный элемент для фиксации соединения установочного оборудования с болтом, упорная гайка выполнена с конической поверхностью для взаимодействия с уплотнительным элементом и насечкой на наружной поверхности, отличающийся тем, что монтажный болт выполнен удлиненным с цилиндрической проточкой ниже резьбы с длиной превосходящей высоту упорной гайки, а уплотнительный элемент оснащен пружинными кольцами, поджимающими внутренние цилиндрические сегменты, каждый из которых оснащен наружными продольными пазами, причем эластичная манжета выполнена самоуплотняющейся сверху вниз.