ПАКЕР ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметичного разобщения интервалов ствола обсадной колонны в процессе проведения различных технологических операций и эксплуатации нагнетательных и добывающих скважин. Позволяет расширить функциональные возможности пакера геофизического многоканального за счет возможности осуществлять привязку по глубине без дополнительного спуска прибора гамма-каротажа ввиду наличия локатора муфт, обеспечения контроля положения штока в пределах рабочего хода, контроля давления в надпакерной области с целью получения информации о герметичности колонны.
Известен пакер отцепляющийся двухстороннего действия на канате (аналог) (1), патент РФ №2352763, дата подачи заявки 2007.08.07 г., опубликовано 20.04.2009 г. Пакер отцепляющийся двухстороннего действия на канате включает посадочный инструмент на канате, неподвижную втулку с основным седлом и подвижным центральным штоком, который оснащен основными упорной гайкой и клапаном, взаимодействующим с основным седлом, подвижную втулку, два конуса, противоположно направленных друг другу, плашки, соединенные между собой в осевом направлении и выполненные с возможностью взаимодействия с соответствующими конусами, пакерную манжету, бобышку, выполненную с возможностью взаимодействия с узлом извлечения. Неподвижная втулка оснащена в средней части продольной проточкой, а по концам - основным и дополнительным седлами и верхним и нижним упорами с перепускными каналами. При этом пакерная манжета выполнена в виде верхней самоуплотняющейся манжеты, допускающей перемещение снизу вверх и расположенной между верхним конусом и верхним упором. Между нижним конусом и нижним упором расположена нижняя самоуплотняющаяся манжета, допускающая перемещение сверху вниз, подвижная втулка размещена на неподвижной втулке, оснащена штырем, вставленным в продольную проточку неподвижной втулки. Причем плашки установлены на подвижной втулке, поджаты внутрь пружинными кольцами и оснащены каждая центраторами, подпружиненными наружу. Центральный шток оснащен верхней и нижней кольцевыми проточками, дополнительными упорной гайкой и клапаном. Основной и дополнительный клапаны расположены в соответствующих верхней и нижней проточках с возможностью ограниченного перемещения между соответствующими упорами и внутренними кромками соответствующих кольцевых проточек и поджаты от упоров к соответствующим основному и дополнительному седлам. Основная и дополнительная упорные гайки размещены на одинаковом расстоянии от штыря подвижной втулки с возможностью взаимодействия с ним, при этом бобышка жестко соединена с верхом центрального штока, выполнена в виде заостренного сверху цилиндра, на наружной поверхности которого выполнен замкнутый фигурный паз с проточкой, соединяющей его с верхней кромкой бобышки. Посадочный инструмент выполнен в виде патрубка с штифтом, установленным в фигурный паз, который выполнен так, что при возвратно-поступательном перемещении посадочного инструмента относительно бобышки на длину, превосходящую высоту фигурного паза, штифт будет расположен в пределах фигурного паза, а если меньше - то штифт при перемещении вверх попадает в проточку фигурного паза.
Недостатками устройства являются сложность конструкции, недостаточная герметичность посадочного инструмента и надежность рабочих частей, невозможность осуществлять привязку по глубине, контроль давления в надпакерной области.
Известен пакер электромеханический на кабель-канате, аналог (2), патент США №3542126, Е21В 43/00, 1970 г., состоящий из полого корпуса с радиальными каналами, установленного на корпусе уплотнительного элемента с верхним и нижним фланцами и толкателем, конуса с размещенными на нем шлипсами, установленного в полости корпуса ствола, образующего с корпусом циркуляционный канал, сообщающий через радиальные каналы корпуса пространства за ним, над и под уплотнительным элементом и установленного с возможностью перекрытия циркуляционного канала после герметизации скважины и электропривода, установленного над уплотнительным элементом и связанного с корпусом и стволом. Данный пакер не обеспечивает надежность при многократной посадке и срыве, а также герметичность ствола скважины. Невозможно осуществлять привязку по глубине, контроль давления в надпакерной области.
Известен пакер отцепляющийся двухстороннего действия с электромеханическим приводом, (прототип) (3), патент РФ 2250351 Е21В 33/12, дата подачи заявки 18.12.2002, опубликовано 20.04.2005. Пакер содержит корпус, в котором расположены электродвигатель, редуктор с выходным валом, соединенным с винтовой парой, которая соединена с тягой, имеющей на нижней части захватные штыри с пружиной для передачи осевой силы на центральный шток, имеющий в верхней части выступ, проточку и насечки, а в нижней части - уплотнительные кольца, упорную гайку. При этом пакер содержит гильзу, имеющую на внутренней части коническую поверхность, бобышку с выступами, расположенное в пазах бобышки и захватных сегментов срезное кольцо, соединенную неподвижно с бобышкой неподвижную втулку. Пакер имеет пакерную резину, седло, жестко соединенное с бобышкой, подвижный фланец и два конуса, противоположно расположенных друг к другу, плашки, подвижно посаженные на конусах, тягу, шарнирно соединенную с плашками, патрубок, неподвижно посаженный на конус, подвижную втулку, шарики, поджатые пружиной и винтом для соединения бобышки с гильзой, кабель каната, являющийся несущим тросом и питающий через жилу электротоком электродвигатель, срезную шайбу, поджатую гайкой. При извлечении пакера используется узел зацепления, в который входят толкатель, вворачивающийся на нижнюю часть винта винтовой пары, разрезная цанга и кожух. На бобышке и подвижном фланце выполнены сквозные отверстия для сообщения над- и подпакерных полостей скважины. Недостатками являются невозможность осуществлять привязку по глубине без дополнительного спуска прибора гамма-каротажа, невозможность обеспечения контроля положения штока в пределах рабочего хода, контроля давления в надпакерной области с целью получения информации о герметичности колонны.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение функциональных возможностей пакера геофизического многоканального за счет осуществления привязки по глубине без дополнительного спуска прибора гамма-каротажа, обеспечения контроля положения штока в пределах рабочего хода, контроля давления в надпакерной области с целью получения информации о герметичности колонны.
Цель предлагаемой полезной модели достигается тем, что пакер геофизический многоканальный содержит датчик локатора муфт, который позволяет выполнить привязку по глубине без дополнительного спуска прибора гамма-каротажа, датчик положения штока, который обеспечивает контроль положения штока в пределах рабочего хода, надпакерный манометр, который позволяет определить давление в надпакерной области с целью получения информации о герметичности колонны.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, решается пакером геофизическим многоканальным, который содержит электродвигатель, планетарный редуктор, соединенный с гайкой, образующей винтовую пару с винтом, уплотнительную манжету и плашки, а в нижней части срезную шайбу, зафиксированную гайкой. Согласно изобретению пакер геофизический многоканальный состоит из двух частей - электропривода и пакера. Электропривод содержит головку, в которой кроме электродвигателя, планетарного редуктора с винтовой парой, установлен датчик локатора муфт, который позволяет выполнить привязку по глубине без дополнительного спуска прибора гамма-каротажа. Электропривод также содержит корпус, в котором установлен надпакерный манометр, позволяющий определить давление в надпакерной области с целью получения информации о герметичности колонны, пробка и поршень. На винте винтовой пары, который также служит штоком, расположен подпакерный манометр, сообщенный через пазы ствола и зазоры с подпакерной полостью, и датчик положения штока, который обеспечивает контроль положения штока в пределах рабочего хода и дает информацию о выполнении пакеровки/распакеровки. Датчик представляет собой переменный резистор, сопротивление которого напрямую связанно с расположением штока. Электронная часть электропривода состоит из платы измерения давлений, положения штока и локатора муфт, платы реверса. Электропривод размещен в защитном кожухе. Пакер в свою очередь состоит из двух узлов - заякоривающего и уплотняющего и содержит головку и ствол, соединяющий эти узлы, на котором установлено седло с уплотнительными элементами, поджимаемое верхним торцом гильзы, патрубок, находящийся в зацеплении с гильзой и катушка, между катушкой и головкой расположена уплотнительная манжета. На стволе также расположен клапан, имеющий вид утолщения, с уплотнительными элементами. На резьбовой конец патрубка навернут заякоривающий узел, состоящий из конуса, трех плашек и плашкодержателя. Электропривод и пакер соединены при помощи фланцевого соединения. Пакер содержит головку для присоединения геофизического кабеля при спуске пакера геофизического многоканального в скважину.
Предлагаемая полезная модель позволяет расширить функциональные возможности пакера геофизического многоканального за счет возможности осуществлять привязку по глубине без дополнительного спуска прибора гамма-каротажа ввиду наличия локатора муфт, обеспечения контроля положения штока в пределах рабочего хода, контроля давления в надпакерной области с целью получения информации о герметичности колонны.
Новым является то, что пакер геофизический многоканальный содержит датчик локатора муфт, который позволяет выполнить привязку по глубине без дополнительного спуска прибора гамма - каротажа, датчик положения штока, который обеспечивает контроль положения штока в пределах рабочего хода, надпакерный манометр, который позволяет определить давление в надпакерной области с целью получения информации о герметичности колонны. На фиг 1 в продольном разрезе изображен пакер геофизический многоканальный. На фиг. 2 показано сечение расположения подпакерного манометра и датчика положения штока. На фиг. 3 показано сечение расположения надпакерного манометра. На фиг. 4 показано сечение расположения датчика положения штока. Пакер геофизический многоканальный, спускаемый на кабеле состоит из двух частей -электропривода и пакера (фиг. 1). Электропривод содержит головку 27, в которой расположен электродвигатель 24, планетарный редуктор 22, гайка 21 и винт 17, образующие винтовую пару, и датчик локатора муфт 26. Электропривод также содержит корпус 28 (фиг. 1), в котором установлен надпакерный манометр 25 (фиг. 3), пробка 29 (фиг. 1) и поршень 30. На винте 17 (фиг. 1) винтовой пары, который также служит штоком, расположен подпакерный манометр 16 (фиг. 2) и датчик положения штока 20 (фиг. 4). Электронная часть электропривода состоит из платы измерения давлений, положения штока и локатора муфт 18 (фиг. 1), платы реверса 19. Электропривод размещен в защитном кожухе 23. Пакер в свою очередь состоит из двух узлов - заякоривающего и уплотняющего и содержит головку 13 (фиг. 1) и ствол 6, соединяющий эти узлы, на котором установлено седло 15 с уплотнительными элементами 14, поджимаемое верхним торцом гильзы 8, патрубок 9, находящийся в зацеплении с гильзой 8 и катушка 7, между катушкой 7 и головкой 13 расположена уплотнительная манжета 10. На стволе также расположен клапан 12, имеющий вид утолщения, с уплотнительными элементами 11. На резьбовой конец патрубка 9 навернут заякоривающий узел, состоящий из конуса 5, трех плашек 4 и плашкодержателя 3. В нижней части ствола 6 установлена срезная шайба 2, зафиксированная гайкой 1. Электропривод и пакер соединены при помощи фланцевого соединения 31. Спуск пакера геофизического многоканального в скважину осуществлен на геофизическом кабеле (на чертеже не показано), присоединяемом к головке 27 пакера.
Пакер геофизический многоканальный работает следующим образом. Прибор в собранном виде (электропривод и пакер) спускается в скважину на геофизическом кабеле (на чертеже не показано). Жидкость через пазы ствола 6 и зазоры перетекает при спуске из подпакерного в надпакерное пространство, а при подъеме наоборот, тем самым, уменьшая действие поршневого эффекта прибора. После достижения заданной глубины, по кабелю подается электрическое напряжение на двигатель 24 электропривода. Под действием крутящего момента через планетарный редуктор 22 и винтовую пару (винт 17, гайка 21) ствол 6 перемещается вверх. Выбрав зазор между гайкой 1 и плашкодержателем 3, ствол 6 перемещает плашки 4 по поверхности конуса 5. Плашки 4 выдвигаются и заякориваются на внутренней поверхности обсадной колонны (на чертеже не показано). Далее перемещение ствола 6 относительно колонны прекращается, но перемещается весь прибор, деформируя манжету уплотнительную 10 и перекрывая ствол скважины. При этом седло 15, перемещаясь вместе с головкой 13, надвигается на клапан 12 и перекрывает сообщение надпакерного пространства с подпакерным. Электропривод отключается оператором при достижении тока электродвигателя 0,5А (ток холостого хода 0,30…0,35А). С устья скважины подается испытательное давление в надпакерное пространство, равное 8…10 МПа, и выдерживается в течение 15...20 мин. Если падение давления в надпакерном пространстве скважины не наблюдается, значит, обсадная колонна в данном интервале герметична. Далее производится сброс давления с последующей перестановкой прибора на следующий интервал исследований. Для этого путем подачи отрицательного напряжения питания на электродвигатель 24 включается реверс. Винтовая пара (винт 17, гайка 21) работает в обратном направлении. Ствол 6 перемещается вниз. При этом выбирается свободный ход между плашкодержателем 3 и упорным буртиком ствола 6. Надпакерное пространство сообщается с подпакерным, давления выравниваются. После упора ствола 6 в плашкодержатель 3, происходит перемена направления осевого усилия и начинает перемещаться сам электропривод, перемещая за собой головку 13 и гильзу 8. Уплотнительная манжета 10 принимает исходную форму и размеры. При дальнейшей работе электропривода вновь меняется направление осевого усилия. Ствол 6 перемещается вниз, воздействуя на плашкодержатель 3, срывает плашки 4 с конуса 5 и обсадной колонны, тем самым, освобождая пакер. Такая конструкция пакера геофизического многоканального обеспечивает легкий съем прибора за счет разновременной посадки заякоривающего и уплотнительного узлов. В случае отказа электропривода, предусмотрен аварийный срыв прибора. Для чего натяжением кабеля создается усилие в 6 тонн, при этом срезается шайба 2, ствол 6 перемещается вверх, конус 5 освобождает плашки 4, которые выходят из зацепления с обсадной колонной. При обрыве кабеля, на буровом инструменте спускается ловитель для захвата прибора за приборную головку 30. Предлагаемое устройство реализовано при разработке и выпуске комплексной скважинной аппаратуры модели ПГЛК и опробовано в геофизических производственных предприятиях Татарстана, что позволяет сделать вывод о «Промышленной применимости». Прибор совместно с наземным компьютеризованным каротажным комплексом «Гектор» представляет собой многоканальную телеизмерительную систему с кодоимпульсной модуляцией и временным разделением каналов. Данное устройство позволяет повысить эффективность и надежность работы устройства, в результате чего достигается технический эффект, заключающийся в повышении качества и достоверности получаемой информации, что в конечном итоге ведет к улучшению эксплуатационных характеристик комплексного скважинного прибора и расширению сферы его применения. Технологический и технический результаты при использовании предлагаемой полезной модели достигаются повышением надежности и эффективности работы пакера геофизического многоканального за счет возможности осуществлять привязку по глубине без дополнительного спуска прибора гамма-каротажа ввиду наличия локатора муфт, обеспечения контроля положения штока в пределах рабочего хода, контроля давления в надпакерной области с целью получения информации о герметичности колонны.
Экономический эффект от использования изобретения может достигаться за счет увеличения наработки на отказ, ускорения работ, так как не требуется дополнительного спуска прибора гамма-каротажа ввиду наличия локатора муфт, что позволяет значительно экономить материальные и трудовые ресурсы.
Использованная литература.
1. Патент РФ №2352763, дата подачи заявки 2007.08.07 г., опубликовано 20.04.2009 г.
2. Патент США №3542126, Е21В 43/00,1970 г
3. Патент РФ 2250351 Е21В 33/12, дата подачи заявки 18.12.2002, опубликовано 20.04.2005.