ПАКЕР ДВУХСТУПЕНЧАТОГО И МАНЖЕТНОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к пакерующим устройствам с резинотканевыми или резинотросовыми уплотнительными элементами, предназначенным для разобщения пространства и изоляции пластов при строительстве, эксплуатации и ремонте нефтяных и газовых скважин.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является пакер двухступенчатого и манжетного цементирования, разработанный ОАО НПО «Буровая техника» - ВНИИБТ («Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование», ред. A.M.Гусмана и К.П.Порожского. Научное издание. Екатеринбург; УГГГА, 2002, рис.18.6, стр.254), содержащий уплотнительный узел, включающий корпус уплотнительного узла с пазами для подачи рабочей жидкости, переходник с резьбой, размещенный на корпусе уплотнительного узла и выполненный с возможностью фиксации обжимных стаканов относительно корпуса уплотнительного узла, резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель, надетый на корпус уплотнительного узла и герметично соединенный с ним с помощью обжимных стаканов, а также клапанный узел, включающий корпус клапанного узла с каналами и отверстиями, втулку с уплотнительными кольцами и впускными отверстиями, установленную в корпусе клапанного узла на срезных винтах, упор, нижнюю втулку с уплотнительными кольцами и отверстиями, установленную внутри втулки на срезных винтах, верхнюю втулку с седлом, фиксатором и уплотнительными кольцами, установленную в корпусе клапанного узла на срезных штифтах. Для соединения с обсадными колоннами пакер имеет верхний и нижний переводники.
Недостатком данного пакера является то, что конструкция уплотнительного узла предусматривает только наружный обжим рукавного уплотнителя путем деформации обжимных стаканов, что не обеспечивает его надежную фиксацию относительно корпуса уплотнительного узла и герметичное соединение. При подаче максимального давления во время пакеровки существует большая вероятность разгерметизации уплотнительного узла.
Кроме того, при деформации обжимных стаканов не удается точно рассчитать, насколько их требуется сдавливать, и в некоторых случаях резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель лопается пополам.
Недостатком данной конструкции является то, что сборка уплотнительного узла представляет собой очень трудоемкий процесс, не приемлемый для крупногабаритного пакера, в котором имеются длинные тяжелые детали. При сборке уплотнительного узла очень трудно надеть резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель на корпус уплотнительного узла, приходится использовать различные дополнительные инструменты, так как внутренний диаметр резинотканевого или резинотросового рукавного уплотнителя, выполненного по ГОСТу, меньше наружного диаметра корпуса уплотнительного узла. Другая проблема заключается в соединении резинотканевого или резинотросового рукавного уплотнителя с корпусом уплотнительного узла посредством переходника. На переходнике имеется две резьбы, при помощи одной из них он навинчивается на корпус уплотнительного узла, а при помощи второй - ввинчивается одновременно внутрь обжимного стакана. В сборке очень сложно осуществить и совпадение по шагу, и соосность двух резьб. Этот процесс сборки еще более усложяется за счет того, что резьба на стакане деформируется после обжима.
Недостатком является и то, что втулка пакера ничем не фиксируется относительно корпуса клапанного узла при завершении процесса пакеровки, что не исключает обратный ее ход и распакеровку колонны, что снижает надежность работы пакера.
Техническая задача полезной модели заключается в повышении надежности работы пакера двухступенчатого и манжетного цементирования и упрощении его сборки.
Требуемый технический результат достигается тем, что в пакере двухступенчатого и манжетного цементирования, содержащем уплотнительный узел, включающий корпус уплотнительного узла с пазами для подачи рабочей жидкости, переходник с резьбой, размещенный на корпусе уплотнительного узла и выполненный с возможностью фиксации обжимных стаканов относительно корпуса уплотнительного узла, резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель, надетый на корпус уплотнительного узла и герметично соединенный с ним с помощью обжимных стаканов, а также клапанный узел, включающий корпус клапанного узла с каналами и отверстиями, втулку с уплотнительными кольцами и впускными отверстиями, установленную в корпусе клапанного узла на срезных винтах, упор, нижнюю втулку с уплотнительными кольцами и отверстиями, установленную внутри втулки на срезных винтах, верхнюю втулку с седлом, фиксатором и уплотнительными кольцами, установленную в корпусе клапанного узла на срезных винтах, согласно полезной модели, на корпусе уплотнительного узла размещены разжимные втулки, резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель герметично прижат к обжимным стаканам при помощи разжимных втулок
Кроме того, втулка снабжена фиксатором.
Кроме того, переходник выполнен с одной резьбой, на корпусе уплотнительного узла и переходнике выполнены упорные выступы.
В предлагаемой полезной модели на корпусе уплотнительного узла размещены разжимные втулки, с помощью которых резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель герметично прижат к обжимным стаканам, чем обеспечивается внутренний обжим резинотканевого или резинотросового рукавного уплотнителя. В отличие от прототипа, где обжимными стаканами резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель прижимают к наружной стороне корпуса уплотнительного узла, в полезной модели резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель прижимают разжимными втулками к обжимным стаканам от наружной стороны корпуса. Разжимные втулки, раздвигаясь и увеличиваясь в диаметре, прижимают изнутри резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель к обжимным стаканам, причем наружный диаметр разжимных втулок после увеличения становится больше наружного диаметра корпуса уплотнительного узла приблизительно на 6 мм, что облегчает сборку уплотнительного узла. Резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель вместе с разжимными втулками и обжимными стаканами свободно надевается на корпус уплотнительного узла и не деформируется. Предлагаемая конструкция полезной модели подразумевает независимую сборку уплотнительного узла и его испытание на способность к пакеровке и герметичность отдельно от клапанного узла.
Таким образом, предлагаемая конструкция полезной модели, в отличие от прототипа, за счет того, что на корпусе уплотнительного узла размещены разжимные втулки, резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель герметично прижат к обжимным стаканам при помощи разжимных втулок, надежно фиксирующих его положение относительно корпуса уплотнительного узла, и в совокупности с известными признаками упрощает сборку пакера, а также предотвращает разгерметизацию уплотнительного узла при большом давлении, подаваемом во время пакеровки, что повышает надежность работы пакера.
Кроме того, переходник, фиксирующий обжимные стаканы и резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель относительно корпуса уплотнительного узла, выполнен с одной резьбой, соединяющей его с обжимными стаканами, что также упрощает сборку уплотнительного узла. Возможность исключения второй резьбы, соединяющей переходник с корпусом уплотнительного узла, появилась благодаря введению упорных выступов на корпусе уплотнительного узла и на переходнике, с помощью которых эти детали фиксируются друг относительно друга, и исключается возможность перемещения переходника с обжимными стаканами относительно корпуса уплотнительного узла во время пакеровки.
В отличие от прототипа, имеющего фиксатор только на верхней втулке для предотвращения обратного ее хода после завершения процесса цементирования, в предлагаемой полезной модели помимо фиксатора на верхней втулке имеется фиксатор на втулке, который предотвращает обратный ее ход после завершения процесса пакеровки, исключая распакеровку колонны, что повышает надежность работы пакера.
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
На Фиг.1 показан клапанный узел пакера двухступенчатого и манжетного цементирования, продольный разрез.
На Фиг.2 показан уплотнительный узел пакера двухступенчатого и манжетного цементирования, продольный разрез.
Пакер двухступенчатого и манжетного цементирования состоит из двух узлов: клапанного узла 1 (фиг.1) и уплотнительного узла 2 (фиг.2), соединенных между собой посредством резьбы.
Клапанный узел 1 (фиг.1) содержит корпус 3 клапанного узла 1 с каналами 4 и отверстиями 5 для цементирования, внутри которого на срезных винтах 6 размещена верхняя втулка 7 и седло 8 под цементировочную пробку (не показана). Отверстия 5 перекрыты втулкой 9, размещенной внутри корпуса 3 клапанного узла 1 на срезных винтах 10. Втулка 9 связана срезными винтами 11 с нижней втулкой 12, и штифтом 13 она связана с упором 14 под пробку (бомбу) (не показана). В корпусе 3 клапанного узла 1 имеются проточки для фиксации с ним втулки 9 и верхней втулки 7 при помощи фиксаторов 15 и 16, выполненных в виде стопорных колец. Для герметичности верхняя втулка 7, втулка 9, нижняя втулка 12, корпус 3 клапанного узла 1 снабжены уплотнительными кольцами 17. Через впускные отверстия 18 рабочая жидкость поступает в каналы 4 корпуса 3 клапанного узла 1.
Уплотнительный узел 2 (фиг.2) содержит корпус 19 уплотнительного узла 2 с пазами 20 для подачи рабочей жидкости под резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель 21, резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель 21, надетый на корпус 19 уплотнительного узла 2 и герметично соединенный с обжимными стаканами 22 при помощи разжимных втулок 23, переходник 24, соединенный при помощи резьбы с обжимными стаканами 22, уплотнительные кольца 25 для герметичности конструкции.
Для соединения с обсадными трубами пакер имеет верхний 26 и нижний 27 переводники. На корпусе 19 уплотнительного узла 2 и переходнике 24 выполнены упорные выступы 28 для фиксации этих деталей друг относительно друга.
Устройство работает следующим образом.
Цементирование скважины ниже пакера (первой ступени) производится через башмак обсадной колонны с использованием пробки, например, ПДМ.070 и патрубка с кольцом «стоп», например, ПДМ.080, установленного над обратным клапаном. В заданный момент процесса цементирования скважины в обсадную колонну пускается падающая пробка (бомба), например, 1ПДМ.60, которая садится на нижнюю втулку 12 и перекрывает проходной канал пакера. При избыточном давлении 2,5-3 МПа, создаваемым над пробкой, срезаются винты срезные 11, и нижняя втулка 12 вместе с пробкой, например, 1ПДМ.60 перемещается вниз до упора 14. При этом совмещаются впускные отверстия 18 на нижней втулке 12 и втулке 9 для проведения пакеровки. Под действием создаваемого в обсадной колонне избыточного давления производится закачивание рабочей жидкости через каналы 4 корпуса 3 клапанного узла 1 и пазы 20 корпуса 19 уплотнительного узла 2 под резинотканевый или резинотросовый рукавный уплотнитель 21, расширение его и перекрытие (пакеровка) затрубного пространства скважины. При дальнейшем повышении давления 7,5-8,5 МПа срезаются винты срезные 10, и втулка 9 вместе с нижней втулкой 12 и пробкой, например, 1ПДМ.60 перемещается вниз до упора в корпус 19 уплотнительного узла 2. Фиксатор 15 защелкивается в проточке корпуса 3 клапанного узла 1. При этом герметично перекрываются впускные отверстия 18 и открываются отверстия 5, через которые производится цементирование скважины выше пакера (вторая ступень). По окончании процесса цементирования пробка, например, ПДМ.050 пускается в обсадную колонну вслед за тампонажным раствором. В момент посадки пробки, например, ПДМ.050 на седло 8 над ней создают избыточное давление не менее 4 МПа. При этом срезаются винты срезные 6, удерживающие верхнюю втулку 7, и пробка, например, ПДМ.050 вместе с верхней втулкой 7 сдвигается до упора во втулку 9, тем самым перекрываются отверстия 5. Фиксатор 16 защелкивается в проточке корпуса 3 клапанного узла 1. Удаление из проходного канала пакера пробки, например, ПДМ.050, пробки, например, 1ПДМ.60, седла 8, нижней втулки 12, упора 14 и цементного стакана между пробками производится путем их разбуривания.