ПАКЕРНО-ЯКОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТА
PACKER-ANCHOR EQUIPMENT FOR SELECTIVE TREATMENT OF FORMATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для освоения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, проведения ремонтно-изоляционных работ и других технологических операций, а также селективной обработки пласта под давлением, поинтервальной опрессовки эксплуатационной колонны и поиска негерметичности с использованием двух пакеров.
Известен пакер, содержащий переводник, шток с центральным каналом, уплотнительный элемент, корпус и установленный в нем запорный орган - тарелку клапана с уплотнительным кольцом, пружины, упор с проточными отверстиями и гайку, при помощи которой подвижно закреплена тарелка клапана (патент №1027365, МПК E21B 33/12, опубл. 07.07.1983 г.).
К недостаткам данного пакера относится попадание твердых частиц (песка, шлама) в посадочные поверхности между подпружиненной тарелкой и седлом клапана, что приводит к нарушению герметичности и размыву посадочных мест клапана. Кроме того, при создании избыточного внутритрубного давления над пакером тарелка перемещается вниз, сжимая пружину. В результате подпакерная зона сообщается с надпакерной и нарушается герметичность нижнего пакера двухпакерной компоновки. Также к недостаткам известного пакера относится то, что под воздействием агрессивной среды возможны разрушение и слом пружины. Впоследствии срыв пакера будет затруднен, что может привести к возникновению аварийной ситуации.
Известен пакер, выбранный за прототип, содержащий шток, уплотнительный элемент, переводник и корпус, установленные соответственно над и под уплотнительным элементом, а также поршень с уплотнительным кольцом, выполняющие функцию запорного клапана, установленные в корпусе пакера. Запорный клапан устанавливают к нижнему пакеру. Запорный клапан жестко связан с корпусом и наружный диаметр поршневого элемента не больше внутреннего диаметра штока (патент №2002033, МПК E21B 33/12, опубл. 30.10.1993 г.).
Недостатком известного пакера является отсутствие раздвижных опор, необходимых для предотвращения затекания уплотнительного элемента в кольцевой зазор между корпусом пакера и стенками скважины. Также к недостаткам данного пакера относится отсутствие возможности передачи крутящего момента на колонну труб или оборудование, установленные под пакером, а также отсутствие возможности удерживания пакера от перемещения вниз при создании высоких перепадов давления.
Техническим результатом, достигаемым при использовании данного изобретения, является повышение эффективности проводимых в скважине работ, в частности, работ, связанных с селективной обработкой пласта, поинтервальной опрессовкой эксплуатационной колонны, поиском негерметичности с использованием двух пакеров, обеспечение возможности передачи крутящего момента на колонну труб или оборудование, установленные под пакером, гарантирование надежного удерживания пакера от перемещения вниз при создании высоких перепадов давления, обеспечение герметичного перекрытия проходного канала пакера.
Для достижения поставленного технического результата в пакерно-якорном оборудовании для селективной обработки пласта, содержащем шток, уплотнительный элемент, корпус, переводник, клапан, согласно изобретению, на штоке пакера установлены составной уплотнительный элемент, верхний и нижний конуса, сверху и снизу от конусов размещены, соответственно, верхний и нижний кожухи, в пазах которых установлены соответственно верхние и нижние опоры, прижатые к штоку пружинами через верхний и нижний упоры и шайбы, причем верхний кожух соединен с корпусом, в пазу которого имеется шпонка, а к нижнему кожуху прикреплен переводник, соединенный с гидравлическим якорем, к нижней части которого прикреплен корпус клапана, внутри которого установлены защитные кольца с уплотнительной манжетой, поджатой снизу гайкой и контргайкой, а к нижней части клапана прикреплен механический якорь, при этом внутри оборудования содержится устройство герметизации клапана с возможностью взаимодействия с внутренней частью клапана, зафиксированное в верхнем переводнике через упор и включающее стержень, штангу, на которую установлен фиксатор и контргайку, прикрепленную к верхней части устройства герметизации клапана.
На чертеже представлено пакерно-якорное оборудование для селективной обработки пласта.
Пакерно-якорное оборудование для селективной обработки пласта состоит из пакера, гидравлического якоря, клапана, механического якоря и устройства герметизации клапана.
Пакер включает в себя составной уплотнительный элемент 1 (фиг.), установленный совместно с кольцами (на фиг. не показаны) или без них, верхним 2 и нижним 3 конусами на штоке 4. Сверху и снизу от верхнего 2 и нижнего 3 конусов размещены, соответственно, верхний 5 и нижний 6 кожухи. В пазах верхнего кожуха 5 установлены верхние опоры 7, 8. В пазах нижнего кожуха 6 установлены нижние опоры 9, 10. Верхние 7, 8 и нижние 9, 10 опоры предназначены для предотвращения затекания уплотнительного элемента 1 в кольцевой зазор между пакером и стенкой эксплуатационной колонны. Верхние 7,8 и нижние 9, 10 опоры прижаты к штоку 4 пружинами 11, соответственно, через верхний 12 и нижний 13 упоры и шайбы 14. Верхний 5 и нижний 6 кожухи соединены, соответственно, с корпусом 15 и нижним переводником 16. К корпусу 15, снабженному шпонкой 17, сверху присоединен верхний переводник 18. Шпонка 17 служит для передачи крутящего момента на колонну труб или оборудование, установленное под пакером.
К нижнему переводнику 16 снизу присоединен гидравлический якорь, имеющий сообщение с надпакерным пространством. Гидравлический якорь служит для более надежного удержания пакера от перемещения вниз при создании высокого давления над пакером. Гидравлический якорь состоит из корпуса 19, в отверстия которого вставлены плашки 20. Плашки 20 уплотнены резиновыми кольцами с защитными шайбами 21 и прижаты к корпусу пружинами 22. Пружины 22 удерживаются планками 23, которые крепятся к корпусу 19 винтами 24.
Гидравлический якорь прикреплен к клапану. Клапан состоит из корпуса 25, внутри которого установлены уплотнительная манжета 26, поджатая снизу гайкой 27 и контргайкой 28. Уплотнительная манжета 26 поджата с обеих сторон защитными кольцами (на фиг. не показаны).
Внутри пакерно-якорного оборудования имеется устройство герметизации клапана, зафиксированное в верхнем переводнике 18 пакера через упор 29. Клапан и устройство герметизации клапана образуют вместе клапанный узел, служащий для изоляции нижней полости пакера от верхней. Устройство герметизации клапана состоит из соединенных между собой штанги 30 и стержня 31, фиксатора 32, установленного на штангу 30, и контргайки 33, накрученной на верхнюю часть устройства герметизации клапана. Контргайка 33 служит для регулирования положения устройства герметизации клапана. Цель регулирования - обеспечение вхождения стержня 31 в уплотнительную манжету 26 клапана на необходимую глубину, гарантирующую герметичность клапанного узла. Регулирование требуется, например, после соединения между собой составных частей пакерно-якорного оборудования, т.к. на практике возможно отклонение общей длины оборудования от заданной длины, возникающее вследствие погрешностей при сборке резьбовых соединений. Возможность регулирования, при необходимости, места установки контргайки по всей длине резьбы в зависимости от конкретных условий, позволяет произвести надежную герметизацию проходного канала пакера.
К корпусу 25 клапана снизу присоединен механический якорь. Механический якорь предназначен для удерживания пакера от перемещения вниз. Механический якорь состоит из корпуса 34 и ствола 35, на верхний конец которого навинчен конус 36. Плашки 37 размещены в пазах корпуса 34 и прижаты к стволу 35 пружинами 38. В пазах корпуса 34 установлены подпружиненные планки 39, удерживаемые на корпусе 34 покрышками 40 при помощи винтов 41. На стволе 35 установлена, с возможностью свободного вращения, втулка 42. Внутри втулки 42 размещен фиксатор 43, концевая часть которого постоянно находится внутри фигурного паза ствола 34. Втулка 42 размещена внутри колпака 44, накрученного на нижнюю часть корпуса 34.
Пакерно-якорное оборудование для селективной обработки пласта работает следующим образом.
Пакерно-якорное оборудование для селективной обработки пласта, состоящее из пакера, гидравлического якоря, клапана, механического якоря и устройства герметизации клапана, спускают в скважину на колонне труб на требуемую глубину.
Перевод пакера в рабочее положение производят осевыми манипуляциями колонны труб известным способом. Колонну труб приподнимают на определенную высоту, затем разгружают, при этом штанга 30 с навинченным на нее стержнем 31 перемещается вниз, вместе с верхней подвижной частью пакера. При этом стержень 31 входит в уплотнительную манжету 26 клапана и изолирует верхнюю внутреннюю полость пакера от нижней. Одновременно с этим ствол 35 с конусом 36 перемещаются вниз относительно корпусных деталей якоря. Конус 36, соприкасаясь с плашками 37 и сжимая пружины 38, перемещает плашки 37 в радиальном направлении до зацепления со стенками эксплуатационной колонны. Также под действием сжимающей нагрузки составной уплотнительный элемент 1 увеличивается до внутреннего диаметра эксплуатационной колонны и герметизируют межтрубное пространство. Одновременно верхние 7, 8 и нижние 9, 10 опоры перемещаются в радиальном направлении и перекрывают кольцевое пространство между наружным диаметром верхнего 5 и нижнего 6 кожухов и внутренним диаметром эксплуатационной колонны.
Якорь гидравлический приводят в действие путем подачи давления в колонну труб. Под действием давления плашки 20 гидравлического якоря выдвигаются наружу в радиальном направлении и внедряются в стенки эксплуатационной колонны.
Для перевода гидравлического якоря в транспортное положение прекращают подачу жидкости в трубы. При этом плашки 20 возвращаются в исходное положение под действием пружин 22, в результате происходит освобождение гидравлического якоря.
Для перевода пакера в транспортное положение производят подъем колонны труб. Стержень 31 выходит из уплотнительной манжеты 26 клапана, происходит выравнивание давления в надпакерном и подпакерном пространствах через внутреннюю полость пакера. При этом верхние 7, 8 и нижние 9, 10 опоры под действием усилия пружин 11 перемещаются в транспортное положение. Составной уплотнительный элемент 1 принимает первоначальное положение.
Производят дальнейший подъем колонны труб, при котором конус 36 и ствол 35 механического якоря перемещаются вверх относительно корпусных деталей механического якоря, освобождая плашки 37. Плашки 37 под действием усилия пружины 38 устанавливаются в прежнее положение. Механический якорь принимает транспортное положение.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность проводимых в скважине работ, в частности, работ, связанных с селективной обработкой пласта, поинтервальной опрессовкой эксплуатационной колонны, поиском негерметичности с использованием двух пакеров, обеспечить возможность передачи крутящего момента на колонну труб или оборудование, установленные под пакером, гарантировать надежное удерживание пакера от перемещения вниз при создании высоких перепадов давления, обеспечить герметичное перекрытие проходного канала пакера.