Устройство для герметизации стенок скважины

Авторы патента:

E21B29 - Резка или разрушение труб, пакеров, пробок или канатов в скважине, например резка поврежденных труб, прорезка окон (перфоратоты E21B 43/11); деформирование труб в скважинах; восстановление, осмотр и ремонт обсадных труб в скважинах

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для герметизации обсадной колонны или стенок отрытого ствола скважины.

Устройство для герметизации стенок скважины включает пластырь в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями на концах, размещенных в соответствующих наружных цилиндрических канавках, посадочный инструмент, якорь, расположенный в верхней части пластыря и выполненный в виде продольногофрированного парубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в интервале установки, и расширяющую оправку, состоящую из расположенного герметично в нижнем конце пластыря усеченного конуса и расположенного герметично с верхнем конце пластыря верхнего усеченного конуса с углом каждой обращенной навстречу друг другу конической поверхности 10-40°, причем диаметр оснований которых меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки скважины и удвоенной толщины стенки пластыря. Усеченный конус и верхний усеченный конус герметично вставлены в пластырь.

Посадочный инструмент выполнен в виде переводника и телескопически связанного с ним резьбовым соединением полого штока. Переводник снабжен наружной кольцевой выборкой, в которую герметично установлен верхний усеченный конус.

Полый шток оснащен снизу обратным клапаном, а также радиальными отверстиями в верхней части. Переводник снабжен присоединительной резьбой на верхнем конце, а усеченный конус жестко соединен снизу с полым штоком.

Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, в связи с чем оно дешево в изготовлении, а расширение его функциональности связано с возможностью работы устройства в открытом стволе скважины. 1 ил. на 1 л.

Известен «Профильный перекрыватель» (авторское свидетельство №1070989, Е 21 В 29/00, опубл. в бюл. №24 от 30.08.1994 г.), содержащий профильную трубу с цилиндрическими концевыми участками, в головном из которых размещен якорный узел, а в хвостовом - башмак, и обратный клапан, при этом башмак выполнен в виде вкладышей, образующих некруглое проходное сечение, и размещенных в нем элементов винтовой пары, один из которых имеет наружную поверхность с ответным некруглым сечением, при этом якорный узел снабжен конусно-клиновым пуансоном, установленным с возможностью взаимодействия с другим элементом винтовой пары башмака.

Недостатками данного устройства являются высокая себестоимость профильной трубы (в 4-10 раз в зависимости от количества продольных профилей выше чем себестоимость обычной круглой трубы), что особенно ощутимо при необходимости перекрытия больших по протяженности интервалов скважины, большое количество деталей сложной конструкции в якорном узле и конусно-клиновом пуансоне, что увеличивает стоимость оборудования и снижает надежность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для герметизации обсадной колонны» (патент R.U №2236550, Е 21 В 29/10, опубл. в бюл. №26 от 20.09.2004 г.), включающее пластырь в виде металлического патрубка, гидравлический посадочный инструмент и расширяющую оправку, выполненную в виде усеченного конуса с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра обсадной колонны и удвоенной толщины стенки пластыря, при этом по концам пластыря в кольцевых цилиндрических канавках, выполненных в нем, размещены эластичные уплотнители, наружная поверхность которых выполнена размером не более поперечных габаритов пластыря, а гидравлический посадочный инструмент снабжен гидравлическим якорем.

Недостатками данной конструкции является большое количество сложных сопрягаемых деталей, ведущих к удорожанию и снижению надежности всей конструкции, и невозможность работы в открытом стволе скважины в виду низкой эффективности в нем гидравлического якоря.

Технической задачей предлагаемой полезной модели являются упрощение и удешевление конструкции, а также расширение функциональности за счет возможности работы в открытом стволе скважины.

Техническая задача решается устройством для герметизации стенок скважины, включающим пластырь в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями на концах, размещенных в наружных цилиндрических канавках, посадочный инструмент, якорь и расширяющую оправку, снабженную расположенным в нижнем конце пластыря усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенок скважины и удвоенной толщины стенки пластыря.

Новым является то, что якорь расположен в верхней части пластыря и выполнен в виде продольногофрированного парубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в интервале установки, а расширяющая оправка дополнительно снабжена расположенным в верхнем конце пластыря верхним усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенок скважины и удвоенной толщины стенки пластыря, причем усеченный конус и верхний усеченный конус герметично вставлены в пластырь, при этом посадочный инструмент выполнен в виде переводника и телескопически связанного с ним резьбовым соединением полого штока, причем переводник снабжен наружной кольцевой выборкой, в которую герметично установлен верхний усеченный конус, при этом полый шток оснащен снизу обратным клапаном, а также радиальными отверстиями в верхней части, причем переводник снабжен присоединительной резьбой на верхнем конце, а усеченный конус жестко соединен снизу с полым штоком.

На фигуре изображено устройство в транспортном положении.

Устройство для герметизации стенок скважины 1 включает пластырь 2 в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями 3 и 4 на концах, размещенных в соответствующих наружных цилиндрических канавках 5 и 6, посадочный инструмент 7, якорь 8, расположенный в верхней части пластыря 2 и выполненный в виде продольногофрированного парубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины 1 в интервале установки, и расширяющую оправку, состоящую из расположенного герметично в нижнем конце пластыря 2 усеченного конуса 9 и расположенного герметично с верхнем конце пластыря 2 верхнего усеченного конуса 10 с углом каждой обращенной навстречу друг другу конической поверхности 10-40°, причем диаметр оснований которых меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки

скважины 1 и удвоенной толщины стенки пластыря 2. Усеченный конус 9 и верхний усеченный конус 10 герметично вставлены в пластырь 2.

Посадочный инструмент 7 выполнен в виде переводника 11 и телескопически связанного с ним резьбовым соединением 12 полого штока 13.

Переводник 11 снабжен наружной кольцевой выборкой 14, в которую герметично установлен верхний усеченный конус 10.

Полый шток 13 оснащен снизу обратным клапаном 15, а также радиальными отверстиями 16 в верхней части. Переводник 11 снабжен присоединительной резьбой 17 на верхнем конце, а усеченный конус 9 жестко соединен снизу с полым штоком 13.

Усеченный конус 9 и полый шток 13 посадочного инструмента 7 выполнены в виде единой детали.

Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 18, 19, 20.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в сборе присоединяют при помощи присоединительной резьбы 17 переводника 11 посадочного инструмента 7 снизу к колонне труб 21 и спускают в скважину 1 до интервала установки, при этом колонна труб 21 через обратный клапан 15 и полый шток 13 с переводником 11 посадочного инструмента 7 заполняется скважинной жидкостью. После чего с устья скважины доливают колонну труб 21 технологической жидкостью и создают в ней избыточное давление, при этом обратный клапан 15 закрывается, а давление передается через радиальные отверстия 16 полого штока 13 посадочного инструмента 7 во внутреннюю полость пластыря 2. В результате того, что в концы пластыря 2 герметично вставлены усеченные конусы 9 и 10 с уплотнительными кольцами 19 и 20, избыточное давление выправляет продольные гофры патрубка якоря 8, плотно и надежно прижимая его к стенкам скважины 1. Далее давление сбрасывают и производят разгрузку колонны труб 21 на устройство примерно на 1-1,5 тонны, после чего придают колонне труб 21 правое вращение (по часовой стрелке), исключающее отворот колонны труб 21.

Вращение от колонны труб 21 посредством присоединительной резьбы 17 передается на переводник 11 посадочного инструмента 7, который также как и колонна труб 21 вращается вправо, при этом благодаря резьбовому соединению 12 переводника 11 с полым штоком 13 последний начинает поступательно перемещаться вверх, при этом усеченный конус 9 благодаря своему жесткому соединению с полым штоком 14 посадочного инструмента 7, поднимается снизу вверх, расширяя пластырь 2 снизу до полного и плотного прижатия к стенкам скважины 1. Одновременно с этим вставленный в пластырь 2 верхний

усеченный конус 10, благодаря вращению вправо переводника 11, жестко соединенного с колонной труб 21, посредством присоединительной резьбы 17 опускается сверху вниз без вращения, расширяя пластырь 2 сверху до полного и плотного прижатия к стенкам скважины 1. Под действием усеченных конусов 9 и 10 наружные цилиндрические канавки 6 и 5 с эластичными уплотнениями 4 и 3 соответственно расправляются и прижимаются к стенкам скважины 1, надежно герметизируя снизу и сверху стенки скважины 1, находящиеся под пластырем 2. После попадания усеченных конусов 9 и 10 в зону предварительно расширенного продольно гофрированного патрубка якоря 8 (определяется снижение нагрузки, затрачиваемой на поворот колонны труб 21), то есть завершения расширения пластыря 2, колонну труб 21 нагружают и приподнимают для проверки полного освобождения устройства.

После чего устройство свободно извлекают, так как диаметр оснований усеченных конусов 9 и 10 меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенки скважины 1 и удвоенной толщины стенки пластыря 2.

Устройство для герметизации стенок скважины, включающее пластырь в виде гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями на концах, размещенных в наружных цилиндрических канавках, посадочный инструмент, якорь и расширяющую оправку, снабженную расположенным в нижнем конце пластыря усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенок скважины и удвоенной толщины стенки пластыря, отличающееся тем, что якорь расположен в верхней части пластыря и выполнен в виде продольногофрированного парубка с наружным диаметром при расправлении гофр не менее внутреннего диаметра скважины в интервале установки, а расширяющая оправка дополнительно снабжена расположенным в верхнем конце пластыря верхним усеченным конусом с углом конической поверхности 10-40°, диаметр основания которого меньше по величине, чем разница внутреннего диаметра стенок скважины и удвоенной толщины стенки пластыря, причем усеченный конус и верхний усеченный конус герметично вставлены в пластырь, при этом посадочный инструмент выполнен в виде переводника и телескопически связанного с ним резьбовым соединением полого штока, причем переводник снабжен наружной кольцевой выборкой, в которую герметично установлен верхний усеченный конус, при этом полый шток оснащен снизу обратным клапаном, а также радиальными отверстиями в верхней части, причем переводник снабжен присоединительной резьбой на верхнем конце, а усеченный конус жестко соединен снизу с полым штоком.