RU2592592C1

RU2592592C1 - Device for isolation of formation in well

Info

Publication number: RU2592592C1
Application number: RU2015121545/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Ванифатьев; Михаил Алексеевич Мирошкин; Александр Николаевич Носов; Алексей Иванович Егоров
Original assignee: Владимир Иванович Ванифатьев; Михаил Алексеевич Мирошкин; Александр Николаевич Носов; Алексей Иванович Егоров
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2016-07-27

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to devices for isolation of formation in well. Device for isolation of formation in well includes housing with top radial hole, at least one, closed with hollow shear pin, bottom radial hole, at least one, closed with check valve, casing with radial opening, at least one, arranged outside housing and forming together with latter circular chamber in upper part of which against radial hole of casing there is spring-loaded stepped bushing, in lower part of said chamber against lower radial holes of housing there is differential bushing, at upper end of which is freely placed circular pusher, packer with sealing element placed in lower part of housing. Outer surface of housing forms with inner surfaces of stepped bushing and differential bushing in two circular pockets, upper and lower, in first of which there are retainers with support locking tabs, every of which has possibility of recharge, moving into lower annular pocket during device operation. Retainer for stepped bushing has possibility of interaction of its lower end with upper end of circular pusher to provide axial mechanical movement of differential bushing, opening by latter of lower radial hole of housing and communicating inner cavity of housing with cavity of packer.

EFFECT: technical result consists in improvement of reliability, improved operational characteristics.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для изоляции пласта, по меньшей мере одного, в скважине как при ее креплении с применением операции цементирования обсадной колонны так и в виде отдельной независимой изоляционной операции, необходимой при реализации множества операций в скважине, когда необходимо, например, изолировать проявляющий или поглощающий пласт, которые могут привести к осложнениям в скважине.The invention relates to the oil and gas industry and can be used to isolate at least one formation in a well, both when it is fastened using the casing cementing operation and as a separate independent insulation operation, necessary for the implementation of many operations in the well, when it is necessary, for example, to isolate the developing or absorbing formation, which can lead to complications in the well.

Известно устройство для изоляции пласта в скважине, включающее полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия с уплотнительным элементом, связанный с корпусом, втулку, установленную на корпусе и образующую с ним кольцевую полость, в которой помещена подпружиненная рабочая втулка, переключатель положения устройства с фигурным пазом и пальцем, жестко связанным одним концом с корпусом и размещенным другим концом в фигурном пазе (RU 2182957, 04.10.2001).A device for isolating a formation in a well is known, including a hollow body with a radial hole covered by a hollow shear pin, a hydraulic packer with a sealing element associated with the body, a sleeve mounted on the body and forming an annular cavity with a spring-loaded working sleeve therein, a device position switch with a figured groove and a finger rigidly connected at one end to the body and placed at the other end in a figured groove (RU 2182957, 10/04/2001).

Недостатком известного устройства является сложность его изготовления, а также малая пропускная способность, обусловленная необходимостью заполнения полости уплотнительного элемента через отверстие узла полого разрушаемого штифта ограниченного сечения, что ведет к созданию больших гидравлических сопротивлений и ограничивает возможности надежного пакерования. Кроме того, возможность непроизвольного - случайного нарушения герметичности этого узла в процессе операций в скважине, в том числе цементирования, может привести к преждевременному срабатыванию пакера - по существу к аварийной ситуации.A disadvantage of the known device is the complexity of its manufacture, as well as low throughput, due to the need to fill the cavity of the sealing element through the hole of the node of the hollow destructible pin of limited cross section, which leads to the creation of large hydraulic resistances and limits the possibility of reliable packing. In addition, the possibility of involuntary - accidental violation of the tightness of this unit during operations in the well, including cementing, can lead to premature operation of the packer - essentially an emergency.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства, повышение надежности его работы и улучшение эксплуатационных характеристик.The technical result of the invention is to simplify the device, increase the reliability of its operation and improve operational characteristics.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для изоляции пласта в скважине включает корпус с верхним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым полым срезным штифтом, нижним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым обратным клапаном, кожух с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, помещенный снаружи корпуса и образующий с последним кольцевую камеру, в верхней части которой против радиального отверстия кожуха помещена подпружиненная ступенчатая втулка, в нижней части упомянутой камеры против нижнего радиального отверстия корпуса помещена дифференциальная втулка, на верхнем торце которой свободно помещен кольцевой толкатель, пакер с уплотнительным элементом, помещенный в нижней части корпуса, при этом наружная поверхность корпуса образует с внутренними поверхностями ступенчатой втулки и дифференциальной втулки по два кольцевых кармана - верхних и нижних, в первых из которых помещены фиксаторы с упорными фиксирующие лепестками, каждый из которых имеет возможность перезарядки - перемещения в нижний кольцевой карман при работе устройства, причем фиксатор для ступенчатой втулки выполнен с возможностью взаимодействия его нижнего торца с верхним торцом кольцевого толкателя для обеспечения осевого механического перемещения дифференциальной втулки, открытия последней нижнего радиального отверстия корпуса и сообщения внутренней полости корпуса с полостью пакера.The required technical result is achieved in that the device for isolating the formation in the well includes a housing with an upper radial hole, at least one, blocked by a hollow shear pin, a lower radial hole, at least one, blocked by a check valve, a casing with a radial hole, at least at least one, placed outside the housing and forming with the latter an annular chamber, in the upper part of which, against the radial opening of the casing, a spring-loaded stepped sleeve is placed, in the lower part of the aforementioned a differential sleeve is placed against the lower radial hole of the housing, on the upper end of which an annular pusher is freely placed, a packer with a sealing element placed in the lower part of the housing, while the outer surface of the housing forms two ring pockets - upper rings, with the inner surfaces of the stepped sleeve and differential sleeve and lower ones, in the first of which latches with persistent locking petals are placed, each of which has the possibility of recharging - moving to the lower annular Arman operation of the device, wherein the retainer for the stepped bushing is configured to engage its lower end with the upper end of the annular pusher to provide an axial mechanical movement differential sleeve, the lower opening of the last radial holes housing posts and the inner cavity of the housing with the cavity of the packer.

Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION

Устройство по изобретению предусматривает возможность эффективной и безопасной работы за счет использования двух систем радиальных отверстий. Через верхнее радиальное отверстие, по меньшей мере одно, перекрытое полым срезным штифтом, предусмотрено приведение устройства в готовность к работе его узлов. Через нижнее радиальное отверстие, по меньшей мере одно, перекрытое обратным клапаном, предусмотрено приведение пакера в его рабочее положение. При этом двойная система защиты в виде жесткой и надежной фиксации ступенчатой и дифференциальной втулок исключает возможность преждевременного срабатывания пакера при случайном разрушении полого срезного штифта. Более того, отверстие полого срезного штифта имеет ограниченные гидравлические пропускные возможности по причине неизбежного нахождения в нем остатков фрагментов разрушения. Пропустить через это отверстие необходимый объем жидкости в заданное время для обеспечения надежного пакерования не всегда представляется возможным. С использованием же для этого свободного нижнего радиального отверстия для прямого гидравлического сообщения полости корпуса с полостью уплотнительного элемента пакера обеспечена возможность создания в ней безынерционного регламентированного давления пакерования. При этом предусмотрена надежная система работы ступенчатой втулки за счет использования не только пружины, но и гидростатического давления в скважине. Предусмотрена также оригинальная система механического осевого перемещения дифференциальной втулки с помощью вышерасположенного фиксатора ступенчатой втулки, выполненного с упорными фиксирующих лепестками в верхней части и хвостовиком в нижней части. Устройство в целом выполнено с повышенной надежностью его работы при своевременном срабатывании пакера.The device according to the invention provides the possibility of efficient and safe operation through the use of two systems of radial holes. Through the upper radial hole, at least one, blocked by a hollow shear pin, it is provided to bring the device ready for operation of its nodes. Through the lower radial hole, at least one, blocked by a check valve, provides the packer in its working position. At the same time, a double protection system in the form of a rigid and reliable fixation of the stepped and differential bushings eliminates the possibility of premature operation of the packer in case of accidental destruction of the hollow shear pin. Moreover, the hole of the hollow shear pin has limited hydraulic throughput due to the inevitable presence of fragments of fracture fragments. It is not always possible to pass the required volume of liquid through this hole at a predetermined time to ensure reliable packing. Using for this purpose a free lower radial hole for direct hydraulic communication of the body cavity with the cavity of the packer sealing element, it is possible to create an inertia-free regulated packing pressure in it. At the same time, a reliable system for the operation of the stepped sleeve is provided due to the use of not only a spring, but also hydrostatic pressure in the well. An original system of mechanical axial movement of the differential sleeve is also provided with the help of an upstream clamp of the step sleeve made with persistent locking petals in the upper part and a shank in the lower part. The device as a whole is made with increased reliability of its operation with the timely operation of the packer.

На чертеже изображено устройство в доходном транспортном положении.The drawing shows the device in a profitable transport position.

Устройство для изоляции пласта в скважине включает корпус 1 с верхним радиальным отверстием 2, по меньшей мере одним. Верхнее радиальное отверстие 1 перекрыто полым срезным штифтом 3 (далее полый штифт 3). Корпус 1 имеет также нижнее радиальное отверстие 4, по меньшей мере одно. Нижнее радиальное отверстие 4 перекрыто обратным клапаном 5. Этот обратный клапан может быть выполнен шаровым или, например, как показано на фиг. 1 - в виде манжеты. Снаружи корпуса 1 помещен кожух 6, который выполнен с радиальным отверстием 7, по меньшей мере одним. Кожух 6 образует с корпусом 1 кольцевую камеру 8. В верхней части кольцевой камеры 8 против радиального отверстия 7 кожуха 6 помещена подпружиненная ступенчатая втулка 9 (далее ступенчатая втулка 9). В нижней части кольцевой камеры 8 против нижнего радиального отверстия 4 корпуса 1 помещена дифференциальная втулка 10. На верхнем торце дифференциальнй втулки 9 свободно помещен кольцевой толкатель 11. В нижней части корпуса 1 помещен пакер с уплотнительным элементом (на фиг. 1 условно не показаны). Наружная поверхность корпуса 1 образует с внутренней поверхностью ступенчатой втулки 9 верхний кольцевой карман. Этот карман образован наружной кольцевой канавкой 12 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 13 ступенчатой втулки 9. В упомянутый верхний кольцевой карман помещен фиксатор 14 ступенчатой втулки 9, по меньшей мере один, его верхней частью с упорными лепестками (нижняя часть этого фиксатора выполнена с упорным хвостовиком необходимой длины и прочности). Кроме того, наружная поверхность корпуса 1 образует с внутренней поверхностью ступенчатой втулки 9 нижний кольцевой карман. Нижний кольцевой карман образован наружной кольцевой канавкой 15 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 16 (на фиг. 1 показана условно) ступенчатой втулки 9. Аналогичным образом наружная поверхность корпуса 1 образует с внутренней поверхностью дифференциальной втулки 10 верхний кольцевой карман, образованный наружной кольцевой канавкой 17 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 18 дифференциальной втулки 10. В упомянутый верхний кольцевой карман против дифференциальной втулки 10 помещен фиксатор 19 дифференциальной втулки, по меньшей мере один, его частью в виде упорных лепестков. Нижняя часть этого фиксатора тоже может иметь хвостовик, но его характеристики могут быть обусловлены только собственной функцией этого фиксатора. Кроме того, наружная поверхность корпуса 1 образует с внутренней поверхностью дифференциальной втулки 10 нижний кольцевой карман, образованный наружной кольцевой канавкой 20 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 21 дифференциальной втулки 10. Каждый из упомянутых фиксаторов 14, 19 имеет возможность перезарядки - перемещения из соответствующего верхнего кольцевого кармана в соответствующий нижний кольцевой карман в процессе работы устройства. Фиксатор 14 ступенчатой втулки 9 выполнен с возможностью взаимодействия его нижнего торца - его хвостовой части (хвостовика) с верхним торцом кольцевого толкателя 11 для обеспечения осевого механического перемещения дифференциальной втулки 10, открытия последней нижнего радиального отверстия 4 корпуса 1 и сообщения внутренней полости корпуса с полостью пакера. Кроме того, корпус 1 выполнен с упором 22 для посадки ступенчатой втулки 9 при работе устройства. Ступенчатая втулка 9 подпружинена с помощью пружины 23, помещенной нижней частью в проставочной втулке 24. Кожух 6 против верхней части дифференциальной втулки 10 выполнен с технологическим отверстием 25. Сама дифференциальная втулка 10 зафиксирована на кожухе 6 с помощью срезного штифта 26, по меньшей мере одного, и выполнена по ее внутренней поверхности против нижнего радиального отверстия 4 с кольцевой проточкой 27. Корпус 1 в зоне его нижнего радиального отверстия 4 выполнен с кольцевой проточкой 28, а под его нижним радиальным отверстием 4 - с продольными пазами 29, против которых в кольцевой камере 8 помещена перепускная втулка 30, ниже которой на фиг. 1 показан фрагмент пакера 31. Необходимая герметичность устройства обеспечена уплотнительными кольцами 32. Для подсоединения устройства к обсадной колонне предназначен переводник 33.The device for isolating the formation in the well includes a housing 1 with an upper radial hole 2, at least one. The upper radial hole 1 is blocked by a hollow shear pin 3 (hereinafter, the hollow pin 3). The housing 1 also has a lower radial hole 4, at least one. The lower radial hole 4 is closed by a check valve 5. This check valve can be made ball or, for example, as shown in FIG. 1 - in the form of a cuff. Outside the housing 1 is placed a casing 6, which is made with a radial hole 7, at least one. The casing 6 forms an annular chamber 8 with the housing 1. In the upper part of the annular chamber 8, a spring-loaded step sleeve 9 (hereinafter step sleeve 9) is placed against the radial hole 7 of the casing 6. A differential sleeve 10 is placed in the lower part of the annular chamber 8 against the lower radial hole 4 of the housing 1. An annular pusher 11 is freely placed on the upper end of the differential sleeve 9. A packer with a sealing element is placed in the lower part of the housing 1 (not shown conventionally in Fig. 1). The outer surface of the housing 1 forms with the inner surface of the stepped sleeve 9 the upper annular pocket. This pocket is formed by the outer annular groove 12 of the housing 1 and the inner annular groove 13 of the step sleeve 9 combined with it. The latch 14 of the step sleeve 9, at least one, is placed in the upper ring pocket with its upper part with thrust lobes (the lower part of this latch is made with a persistent shank of the required length and strength). In addition, the outer surface of the housing 1 forms with the inner surface of the stepped sleeve 9 a lower annular pocket. The lower annular pocket is formed by the outer annular groove 15 of the housing 1 and the inner annular groove 16 (shown in FIG. 1, conventionally shown) of the stepped sleeve 9 combined with it. In the same way, the outer surface of the housing 1 forms the upper annular pocket formed by the outer annular with the inner surface of the differential sleeve 10 the groove 17 of the housing 1 and the inner annular groove 18 of the differential sleeve 10 combined with it, the latch 19 diff is placed in the upper ring pocket against the differential sleeve 10 differential sleeve, at least one part of it in the form of thrust petals. The lower part of this clamp can also have a shank, but its characteristics can be determined only by its own function of this clamp. In addition, the outer surface of the housing 1 forms with the inner surface of the differential sleeve 10 a lower annular pocket formed by the outer annular groove 20 of the housing 1 and the inner annular groove 21 of the differential sleeve 10 combined with it. Each of the latches 14, 19 has the ability to recharge - move from the corresponding upper annular pocket into the corresponding lower annular pocket during operation of the device. The latch 14 of the stepped sleeve 9 is made with the possibility of interaction of its lower end - its tail (shank) with the upper end of the annular pusher 11 to provide axial mechanical movement of the differential sleeve 10, open the last lower radial hole 4 of the housing 1 and the communication of the inner cavity of the housing with the packer cavity . In addition, the housing 1 is made with a stop 22 for landing a stepped sleeve 9 during operation of the device. The step sleeve 9 is spring-loaded with a spring 23 placed by the lower part in the spacer sleeve 24. The casing 6 against the upper part of the differential sleeve 10 is made with a technological hole 25. The differential sleeve 10 itself is fixed to the casing 6 with a shear pin 26 of at least one and is made on its inner surface against the lower radial hole 4 with an annular groove 27. The housing 1 in the area of its lower radial hole 4 is made with an annular groove 28, and under its lower radial hole 4 in single grooves 29 against which a bypass sleeve 30 is placed in the annular chamber 8, below which in FIG. 1 shows a fragment of the packer 31. The necessary tightness of the device is provided by O-rings 32. To connect the device to the casing, an adapter 33 is designed.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После спуска обсадной колонны с устройством в скважину и закачки в нее расчетного объема тампонажного раствора в колонну пускают разделительную пробку (на фиг. не показана), которая, срезая полый штифт 3, перемещается вниз по обсадной колонне до посадки на "стоп"-кольцо (не показано). Через разрушенный полый штифт 3 жидкость из полости обсадной колонны под действием избыточного давления поступает в кольцевую камеру 8, перемещая при этом ступенчатую втулку 9 с ее фиксатором 14, оснащенным упорными лепестками, до упора 22 корпуса 1. При этом происходит сжатие пружины 23 и перемещение упорных лепестков фиксатора 14 из верхнего кармана, образованного кольцевыми канавками 12, 13, в нижний карман, образованный кольцевыми канавками 15, 16. После окончания процесса цементирования и сброса давления в обсадной колонне - полости корпуса 1, ступенчатая втулка 9, под действием пружины 23 и давления столба тампонажного раствора в затрубном пространстве обсадной колонны, передаваемого через радиальное отверстие 7 кожуха 6, возвращается в исходное положение, а упорные лепестки фиксатора 14 перемещаются в нижний кольцевой карман ступенчатой втулки 9. При повторном повышении давления в обсадной колонне ступенчатая втулка 9 с фиксатором 14, сжимая пружину 23, перемещается вниз, при этом нижняя торцевая поверхность фиксатора 14 (его хвостовик) взаимодействует с верхним торцом кольцевого толкателя 11, срезая штифт 26, перемещает дифференциальную втулку 10 до упора в перепускную втулку 30. После перемещения вниз дифференциальной втулки 10 упорные лепестки фиксатора 19 из верхнего кармана кольцевых канавок 17, 18 перемещаются в нижний карман кольцевых канавок 20, 21, а жидкость из обсадной колонны через радиальные отверстия 4 корпуса 1, эластичную манжету 11, кольцевую проточку 27 и сообщенные с ней продольные пазы 29 поступает в уплотнительный элемент пакера 31, приводя его в рабочее положение. После сброса давления в обсадной колонне - корпусе 1 дифференциальная втулка 10 под действием избыточного давления в уплотнительном элементе пакера возвращается в исходное положение, а упорные лепестки фиксатора 19 из верхнего кольцевого кармана дифференциальной втулки 10, который образован наружной кольцевой канавкой 17 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 18 дифференциальной втулки 10, перемещаются в нижний кольцевой карман дифференциальной втулки 10, который образован наружной кольцевой канавкой 20 корпуса 1 и совмещенной с ней внутренней кольцевой канавкой 21 дифференциальной втулки 10. При таком положении фиксатора 19 исключается повторное перемещение дифференциальной втулки 10.After the casing string with the device is lowered into the well and the calculated volume of grouting fluid is injected into it, a separation plug is inserted into the casing (not shown in Fig.), Which cuts the hollow pin 3 and moves down the casing until it fits onto the “stop” ring ( not shown). Through the destroyed hollow pin 3, fluid from the cavity of the casing under the action of excessive pressure enters the annular chamber 8, while moving the stepped sleeve 9 with its latch 14 equipped with thrust lugs to the stop 22 of the housing 1. At the same time, the spring 23 is compressed and the thrust lobes of the latch 14 from the upper pocket formed by the annular grooves 12, 13 into the lower pocket formed by the annular grooves 15, 16. After the cementing process and pressure relief in the casing are completed — the cavity of the housing 1, s the stub sleeve 9, under the action of the spring 23 and the pressure of the column of cement slurry in the annulus of the casing, transmitted through the radial hole 7 of the casing 6, returns to its original position, and the stop lobes of the latch 14 are moved to the lower annular pocket of the step sleeve 9. When the pressure is increased again in the casing, a stepped sleeve 9 with a latch 14, compressing the spring 23, moves downward, while the lower end surface of the latch 14 (its shank) interacts with the upper end of the annular pusher 11, cutting pin 26, moves the differential sleeve 10 all the way into the bypass sleeve 30. After moving down the differential sleeve 10, the stop lobes of the latch 19 from the upper pocket of the annular grooves 17, 18 move into the lower pocket of the annular grooves 20, 21, and the fluid from the casing the columns through the radial holes 4 of the housing 1, the elastic cuff 11, the annular groove 27 and the longitudinal grooves 29 connected with it enters the sealing element of the packer 31, bringing it into working position. After depressurization in the casing - housing 1, the differential sleeve 10 under the action of excessive pressure in the sealing element of the packer returns to its original position, and the stop lobes of the latch 19 from the upper annular pocket of the differential sleeve 10, which is formed by the outer annular groove 17 of the housing 1 and combined with it the inner annular groove 18 of the differential sleeve 10, are moved into the lower annular pocket of the differential sleeve 10, which is formed by the outer annular groove 20 of the housing 1 and align associated with it, the inner annular groove 21 of the differential sleeve 10. With this position of the latch 19 eliminates the repeated movement of the differential sleeve 10.

Claims

A device for isolating a formation in a well, comprising a housing with an upper radial hole, at least one, blocked by a hollow shear pin, a lower radial hole, at least one, blocked by a check valve, a casing with a radial hole, at least one placed outside the body and forming with the latter an annular chamber, in the upper part of which a spring-loaded step sleeve is placed against the radial opening of the casing, in the lower part of the said chamber against the lower radial opening of the housing a differential sleeve is placed, on the upper end of which an annular pusher is freely placed, a packer with a sealing element located in the lower part of the housing, while the outer surface of the housing forms two ring pockets, upper and lower, with the inner surfaces of the stepped sleeve and differential sleeve, in the first of which are placed clamps with persistent locking petals, each of which has the ability to recharge - moving into the lower ring pocket during operation of the device, and the clamp for -stage bushing configured to engage its lower end with the upper end of the annular pusher to provide an axial mechanical movement differential sleeve, the lower opening of the last radial holes housing posts and the inner cavity of the housing with the cavity of the packer.