ПАКЕР

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах для поинтервальной опрессовки обсадных колонн.
Известен "Пакер", (св. на полезную модель RU №29090 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом он снабжен самоуплотняющейся манжетой, установленной на стволе выше опоры и жестко соединенным с ним наконечником, через который пропущен шток, выполненный с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отверстий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном; в качестве средства для подъема и спуска используют канат.
Недостатками данного пакера являются:
- возможность спуска только на канате, что снижает область применения (например: на небольших глубинах выигрыш во времени незначителен, причем требуется специальное оборудование для спуска на канате);
- самоуплотняющаяся манжета для качественной работы при спуске контактирует с эксплуатационной колонной, что при спуске на большие (более 900 м) глубины вызывает ее истирание.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является "Опрессовочный пакер" (патент RU №2153570 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №21 от 27.07.2000 г.), включающий корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом. нижней втулкой и камерой уплотнения, перепускное устройство и обратный клапан, при этом пакер имеет клапанный узел со срезными элементами, шаровым клапаном и седлом под этот клапан в виде цилиндрической втулки, а корпус имеет кольцевой бурт
ограничения перемещения нижней втулки, кольцевую проточку, ступенчатую кольцевую выточку и радиальные отверстия для установки срезных винтов, при этом перепускное устройство выполнено в виде золотника с внутренней ступенчатой выточкой, соответствующей ступенчатой кольцевой выточке корпуса, пружиной и регулировочной гайкой, устанавливающей усилие пружины и длину хода золотника.
Недостатками данного пакера являются:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей, и как следствие, сложность сборки;
- возможность не герметичной посадки клапана в узле обратного клапана в процессе опрессовки, особенно в случае сильного загрязнения клапана скважинной жидкостью, что снижает эффективность работы пакера в целом;
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции пакера и повышение эффективности его работы.
Указанная техническая задача решается предлагаемым пакером, включающим корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, закрепленным между нижней и верхней втулками, клапанный узел, перепускное устройство, состоящее из золотника и пружины.
Новым является то, что корпус снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий, при этом клапанный узел выполнен в виде верхнего ряда радиальных отверстий корпуса снаружи перекрытого полым цилиндром, имеющим возможность ограниченного осевого перемещения относительно корпуса и снабженным пружинными центраторами на наружной поверхности, причем нижняя и верхняя втулки закреплены на корпусе жестко, а уплотнительный элемент узла герметизации выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты, при этом золотник, размещенный внутри корпуса выполнен в виде стержня, а корпус между нижним и средним рядами радиальных отверстий снабжен сквозными продольными пазами, напротив которых на наружной поверхности корпуса установлена втулка, при этом золотник и втулка соединены между собой жестко посредством пальца, размещенного в сквозных продольных пазах корпуса, причем втулка подпружинена вверх относительно упора, выполненного в виде внутренней кольцевой выборки на наружной поверхности корпуса выше нижнего ряда радиальных отверстий, при этом в транспортном положении втулка перекрывает средний ряд радиальных отверстий корпуса, а нижний ряд радиальных отверстий корпуса сообщается с внутренней полостью корпуса под золотником, причем в рабочем положении золотник и втулка, соединенные между собой посредством пальца имеют возможность осевого
перемещения вниз, ограниченного сквозными продольными пазами корпуса с герметичным перекрытием золотником нижнего ряда радиальных отверстий корпуса.
На фигуре изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.
Пакер состоит из корпуса 1 со сквозными продольными пазами 2 и тремя рядами радиальных отверстий: верхним 3, средним 4 и нижним 5, узла герметизации 6 с уплотнительным элементом, выполненным в виде самоуплотняющейся манжеты 7, закрепленной между нижней 8 и верхней 9 втулками, которые жестко зафиксированы на наружной поверхности корпуса 1.
Клапанный узел 10 выполнен в виде верхнего ряда радиальных отверстий 3 корпуса 1 снаружи перекрытого полым цилиндром 11, имеющим возможность осевого перемещения, ограниченного снизу верхним торцом кольцевой выборки 12, выполненной на наружной поверхности корпуса 1. Полый цилиндр 11 снабжен пружинными центраторами 13 на наружной поверхности. Золотник 14 перепускного устройства, размещен внутри корпуса 1 и выполнен в виде стержня, а напротив сквозных продольных пазов 2 на наружной поверхности корпуса 1 установлена втулка 15. Золотник 14 и втулка 15 соединены между собой жестко посредством пальца 16, размещенного в сквозных продольных пазах 2 корпуса 1. Втулка 15 подпружинена вверх посредством пружины 17 относительно упора 18, выполненного в виде внутренней кольцевой выборки на наружной поверхности корпуса 1 выше нижнего ряда радиальных отверстий 5.
В транспортном положении втулка 15 перекрывает средний ряд радиальных отверстий 4 корпуса 1, а нижний ряд радиальных отверстий 5 корпуса 1 сообщается с внутренней полостью 19 корпуса 1 под золотником 14.
В рабочем положении золотник 14 и втулка 15, соединенные между собой посредством пальца 16 имеют возможность осевого перемещения вниз, ограниченного сквозными продольными пазами 2 корпуса 1 с герметичным перекрытием золотником 14 нижнего ряда радиальных отверстий 5 корпуса 1.
Несанкционированные перетоки жидкости на сопряженных поверхностях исключаются уплотнительными элементами 20 и 21.
Пакер работает следующим образом.
Пакер посредством муфты 22 соединяют с колонной труб 23 (например, колонной насосно-компрессорных труб) спускают в заданный интервал опрессовки обсадной колонны 24, при этом самоуплотняющаяся манжета 7 узла герметизации 6 находится во взаимодействии с внутренними стенками обсадной колонны 24, а пружинные центраторы 13, расположенные на наружной поверхности полого цилиндра 11 плотно контактируют с
внутренними стенками обсадной колонны 24, центрируя пакер относительно оси скважины.
В процессе спуска пакера, находящаяся в скважине жидкость перетекает снизу вверх выше пакера в межколонное пространство 23 между колонной труб 23 и обсадной колонной 24 посредством сообщенных между собой в транспортном положении внутренней полости 19 корпуса 1 ниже золотника 14 и нижнего ряда радиальных отверстий 5 корпуса 1. По достижению заданного интервала опрессовки заполняют технологической жидкостью колонну труб 23 и межколонное пространство 25 скважины.
Герметизируют устье скважины и с помощью насосного агрегата (на фигуре не показано) нагнетают технологическую жидкость в колонну труб 23, создавая в ней давление, под действием которого золотник 14, герметично расположенный внутри корпуса 1 совместно с втулкой 15, с которой он соединен с помощью пальца 16, установленного в сквозные продольные пазы 2 корпуса 1, начинает перемещаться вниз, при этом втулка 15, воздействуя своим нижним торцом на упертую снизу в упор 18 корпуса 1 пружину 17, сжимает последнюю.
Давление в колонне труб 23 продолжают поднимать, при этом золотник 14 совместно с пальцем 16 и втулкой 15 продолжает двигаться вниз, при этом сначала герметично посредством уплотнительного элемента 20 перекрывается нижний ряд радиальных отверстий 5, отсекая межколонное пространство 25 от внутренней полости 19 корпуса 1 ниже золотника 14. Затем по мере перемещения золотника 14 вниз открывается средний ряд радиальных отверстий 4 корпуса 1, при этом палец 16 упирается в нижний торец сквозных продольных пазов 2 корпуса 1 и сжатие пружины 23 прекращается. Создается гидравлическая связь между внутренним пространством колонны труб 23 и межколонным пространством 25 посредством среднего ряда радиальных отверстий 4 корпуса 1, в результате чего давление во внутреннем пространстве колонны труб 23 и межколонном пространстве 25 выравнивается.
Далее продолжают нагнетать технологическую жидкость в колонну труб 23 и поднимают давление до намеченного давления опрессовки (например 15,0 МПа), при этом создаваемое давление будет дожимать самоуплотняющуюся манжету 7 узла герметизации 6 к внутренней стенке обсадной колонны 24.
Выдерживают заданное время давление опрессовки, после чего с устья скважины путем открытия запорной арматуры (на фиг. не показано) сбрасывают давление в колонне труб 23 и в межколонном пространстве 24.
Втулка 15, жестко соединенная с заглушкой 14 посредством пальца 16, расположенного в сквозных продольных пазах 2 корпуса 1 под действием возвратной
силы пружины 17, которая больше усилия, создаваемого столбом технологической жидкости в колонне труб 23 сверху на золотник 14, возвращается в транспортное положение (см. фигуру).
При необходимости проведения опрессовки обсадной колонны 24 в другом интервале скважины колонну труб 27 вместе с пакером спускают или поднимают на необходимую глубину и операцию повторяют.
В случае спуска колонны труб 23 клапанный узел 10 остается закрытым (см. фигуру), поскольку сверху полый цилиндр 11 упирается в нижний торец муфты 22, в следствии контакта пружинных центраторов 13 полого цилиндра 11 с внутренними стенками обсадной колонны 24.
В случае подъема колонны труб 23 открывается клапанный узел 10, полый цилиндр 11 которого посредством пружинных центраторов 13, находящихся в плотном контакте с внутренней стенкой обсадной колонны 24, остается на месте, а все остальные детали пакера поднимаются вверх до тех пор, пока полый цилиндр 11 снизу не упрется в верхний торец кольцевой выборки 12 корпуса 1, при этом открываются верхние радиальные отверстия 3 корпуса 1 и происходит переток технологической жидкости из внутреннего пространства колонны труб 23 в межколонное пространство 25. Далее полый цилиндр 11 совместно с другими деталями пакера начинает перемещаться вверх. Достигнув верхнего интервала опрессовки необходимо опустить пакер вниз на 1 метр, при этом полый цилиндр 11 посредством пружинных центраторов 13, находящихся в плотном контакте с внутренней стенкой обсадной колонны 28, остается на месте, а все остальные детали пакера опускаются вниз до тех пор, пока полый цилиндр 11 верхним торцом не упрется в нижний торец муфты 22, при этом полый цилиндр 11 герметично перекрывает верхний ряд радиальных отверстий 3 корпуса 1. Далее производят опрессовку обсадной колонны 24 (см. описание выше).
По окончании опрессовочных работ колонну труб 23 с пакером извлекают из скважины, при этом клапанный узел 10 открывается, а технологическая жидкость перетекает из внутреннего пространства колонны труб 23 через верхний ряд радиальных отверстий 3 в межколонное пространство 25, что позволяет вести подъем колонны труб 23 без излива технологической жидкости на устье скважины.
Предлагаемый пакер имеет простую конструкцию и позволяет с достаточной эффективностью спрессовать обсадную колонну в требуемых интервалах скважины, что позволяет сократить время на процесс опрессовки в целом и сэкономить материальные и финансовые средства.