ПАКЕР

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для герметичного разобщения внутреннего пространства эксплуатационных колонн в процессе эксплуатации и ремонта скважины.
Известен «Пакер для нагнетательных скважин» (патент на ИМ №60605, E21В 33/12, опубл. Бюл. №03 от 27.01.2007 г.), включающий ствол, основной конус, упор, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, плашки, съемный узел, при этом на наружной поверхности ствола выполнен замкнутый фигурный паз, причем платки подпружинены внутрь и размещены в обойме с направляющим штифтом, размещенным в фигурном пазе, а обойма имеет возможность перемещения по траектории замкнутого фигурного паза, при этом фиксатор положения уплотнительного элемента выполнен в виде расположенных на патрубке разрезного конуса, сужающегося снизу вверх, и //-плашек, причем разрезной конус и плашки имеют возможность взаимодействия между собой при осевом перемещении патрубка вниз с радиальным перемещением плашек наружу в рабочем положении.
Известному пакеру присущи следующие недостатки:
- во-первых, для посадки пакера в скважине необходимо произвести манипуляции пакером вверх-вниз, а в загрязненных скважинах это осложняет посадку из-за проскальзывания плашек по внутренней стенке колонны;
- во-вторых, в процессе длительной эксплуатации скважины верхние плашки засыпаются песком и шламом, что осложняет дальнейшее извлечение пакера из скважины.
Указанных недостатков лишен пакер (патент №2397312 от 28.07.20), принятый в качестве прототипа, включающий гидравлический посадочный инструмент, основной конус, сужающийся вниз, разрезной конус, сужающийся вверх, вставленный в основной конус с возможностью продольного перемещения полый патрубок с переводником вверху, верхний упор с пружинным стопорным кольцом, расположенный между верхним упором и основным конусом уплотнительный элемент, обойму со шлипсами, выполненными с возможностью взаимодействия внутренней поверхностью для расширения с основным конусом, опорное кольцо, платки, выполненные с возможностью взаимодействия внутренней поверхностью для расширения с разрезным конусом, при этом основной конус оснащен сужением вверху и зафиксирован относительно патрубка срезным винтом, а опорное кольцо, в которое вставлен разрезной конус, оснащено внутри выборками и расположено ниже обоймы, зафиксированной на патрубке, на верхних и нижних торцах которой выполнены наклонные поверхности под соответственно шлипсы и плашки, выполненные с возможностью перемещения вдоль соответствующих наклонных поверхностей торцов, при этом посадочный инструмент выполнен гидравлическим, корпус которого выполнен с возможностью опоры на верхний упор, а шток поршня соединен срезным элементом с полым патрубком, оснащенным ниже опорного кольца наружным упором, а изнутри - кольцевым сужением, выше которого выполнены отверстия, соответствующие выборкам опорного кольца, под фиксирующие шарики, подпираемые изнутри втулкой, снабженной кольцевой проточкой, зафиксированной разрушаемым элементом внутри полого патрубка и выполненной с возможностью после разрушения элемента перемещения вниз до кольцевого сужения и совмещения кольцевой проточки с отверстиями полого патрубка, причем полый патрубок снаружи вверху оснащен кольцевыми последовательными проточками, выполненными с возможностью перемещения вверх с фиксацией относительно пружинного стопорного кольца верхнего упора, в средней части выше отверстий кольцевым утолщением под конусы и обойму, причем верхний торец кольцевого утолщения выполнен с возможностью взаимодействия с сужением основного конуса, при этом разрезной конус выполнен с возможностью перемещения ниже кольцевого утолщения для сужения до наружного упора полого патрубка после перемещения вниз втулки внутри полого патрубка.
Прототип имеет следующие недостатки:
- во-первых, наличие герметизирующего ниппеля и втулки, подпирающей изнутри фиксирующие шарики, в полом патрубке пакера при его эксплуатации уменьшает диаметр проходного канала пакера, в силу чего снижаются его технологические возможности (прохождение НКТ определенных диаметром, гибкой трубы, геофизических приборов и др);
- во-вторых, сложная система снятия пакера, включающая необходимость вводить и пакер специальный ловильный инструмент с толкателем па нижнем конце и создание необходимой осевой нагрузки для срезки втулки, подпирающей изнутри фиксирующие шарики;
Задачей полезной модели является расширение технологических возможностей и упрощение извлечения пакера.
Поставленная задача решается пакером, включающий гидравлический посадочный инструмент, полый ствол, размещенные на нем с возможностью продольного перемещения верхний сужающийся вниз и нижний продольно разрезной сужающийся вверх конусы, верхний упор с пружинным стопорным кольцом, расположенный между верхним упором и верхним конусом уплотнительный элемент, обойма с верхними и нижними плашками, выполненными с возможностью расхождения в радиальном направлении при взаимодействии внутренними поверхностями соответственно с верхним и разрезным нижним конусами, конусодержатсль, удерживающий сектора нижнего разрезного конуса с возможностью их радиального перемещения,
Новым является то, что верхний конус и обойма оснащены внутренними цилиндрическими выборками, в которых располагаются соответствующие цилиндрические внешние высадки полого ствола с возможностью осевого перемещения и взаимодействия при этом своими торцевыми уступами с торцевыми уступами соответствующих цилиндрических выборок, верхний упор снабжен концентрично расположенным и зафиксированным и нем срезными элементами упорным кольцом с возможностью взаимодействия с разрезным стопорным кольцом и возможностью после разрушения срезных элементов осевого перемещения в верхнем упоре, при этом верхний упор в верхней части оснащен герметизирующим патрубком с внутренним диаметром, большим внутреннего диаметра полого ствола на величину, обеспечивающую герметичное размещение в верхнем упоре уплотнительного узла (ниппеля или малогабаритного упорного пакера) вышерасполагаемого скважинного инструмента с диаметром внутреннего проходного канала не менее внутреннего диаметра полого ствола пакера, кроме того конусодержатель нижнего разрезного конуса связан со стволом разрушаемыми элементами с возможностью осевого перемещения относительно ствола после их разрушения, при этом па стволе напротив нижнего разрезного конуса выполнена внешняя цилиндрическая выборка, а на нижнем конусе выполнен внутренний цилиндрический выступ под выборку.
Пакер состоит (фиг.1) из полого ствола 1 (может быть выполнен сборным) с наружной стороны которого установлен уплотнительный элемент 2 с верхним упором 3, на котором сверху закреплена герметизирующая втулка 4. В кольцевом зазоре между упором 3 и стволом 1 расположены упорное кольцо 5, зафиксириванное от осевого перемещения относительно упора срезными штифтами 6, и фиксирующее разрезное кольцо 7 с резьбовыми насечками наклонного профиля на внутренней стороне (фиг.2). На внешней стороне ствола 1 (фиг.1 и 2) напротив упора 3 выполнены кольцевые насечки с наклоном, противоположным насечкам кольца 7. Ниже уплотнительного элемента 2 (см. фиг.1) расположены верхний и нижний якорные узлы. Верхний якорный узел, фиксирующий пакер от смещения вниз, включает конус 8 с плашками 9. Конус 8 выполняет также функцию нижнего упора уплотнительного элемента 2. Нижний якорный узел, фиксирующий пакер от смещения вверх, включает продольно разрезной конус 10, состоящий из нескольких (например трех или четырех) секторных элементов, установленных в конусодержателе 11 (фиг.3) с возможностью радиального складывания внутрь, и платки 12 (фиг.3). Верхние и нижние платки установлены соответственно в верхней и нижней частях двухсторонней сборной обоймы 13 и подпружинены внутрь и с возможностью радиального расхождения наружу. На нижнем конце ствола 1 жестко установлена гильза 14, при этом верхняя часть гильзы телескопически размещена в нижней части конусодержателя 11 и зафиксирована с ним срезными штифтами 15. В нижней части гильза 14 может быть снабжена присоединительной резьбой (фиг.1) для установления снизу пакера компоновки с нижерасположенным оборудованием. Верхний конус 8 и обойма 13 имеют внутренние цилиндрические выборки соответственно 16 и 17, в которых располагаются внешние цилиндрические высадки соответственно 18 и 19 сборного ствола 1 с возможностью осевого перемещения на определенную величину хода. На стволе 1 напротив нижнего разрезного конуса 10 выполнена внешняя цилиндрическая выборка 20, а на нижнем конусе выполнен внутренний цилиндрический выступ 21 под выборку 20 (фиг.4). Посадочный инструмент выполнен гидравлическим, корпус 22 которого выполнен с возможностью опоры на герметизирующий патрубок 4 верхнего упора 3, а шток 23 посадочного инструмента посредством срезной втулки 24 соединен срезными элементами 25 со стволом 1 пакера.
Работает устройство следующим образом. Пакер в транспортном положении (фиг.1) в сборе с посадочным инструментом спускают на колонне НKT в требуемый интервал скважины, после чего приводят в действие посадочный инструмент. При создании избыточного давления в посадочном инструменте корпус 22 посадочного инструмента оказывает давление на герметизирующую фтулку 4 верхнего упора 3, а его шток 23, соединенный разрывными элементами 25 со стволом 1, тянет вверх ствол 1 и закрепленные на нем гильзу 14 и конусодержатель 11 с разрезным конусом 10. Под действием возникшего усилия происходит сжатие уплотнительного элемента 2 и прижатие его к внутренней стенке эксплуатационной колонны, верхний конус 8 и нижний разрезной конус 10 внедряются соответственно под верхние плашки 9 и нижние плашки 12, раздвигают их и прижимаю г к внутренней стенке эксплуатационной колонны, в результате чего происходит фиксация пакера в скважине. При дальнейшем натяжении штока 23 посадочного инструмента осуществляется досжатие уплотнительного элемента 2. Фиксирующее кольцо 7 фиксирует в кольцевых насечках ствола 1 положение уплотнительного элемента 2, а также верхних и нижних плашек в окончательно запакерованном состоянии. По достижении расчетной нагрузки (например 10 тонн) посадки пакера разрывные элементы 25 разрушаются, освобождая посадочный инструмент, который после этого извлекается из скважины, а пакер остается в скважине. Далее в скважину может быть спущена компоновка верхнего оборудования с ниппелем на нижнем конце, который герметично вставляют внутрь герметизирующего патрубка 4 и производят запланированные работы.
Для снятия пакера в скважину на колонне НКТ спускают внутреннюю труболовку (на фиг. не показан), которая захватывает пакер изнутри за патрубок 4. При натяжении колонны НКТ происходит разрушение срезных штифтов 6 упорного кольца 5, при этом упорное кольцо остается неподвижным относительно пружинного стопорного кольца 7 и ствола 1, а верхний упор 3 перемещается вверх относительно ствола 1, освобождая уплотнительные манжеты 2 от осевого сжатия, до упора нижней торцевой поверхностью своей внутренней цилиндрической выборки в нижнюю торцевую поверхность упорного кольца 5. При дальнейшем натяжении колонны НКТ осевое усилие передается через упорное кольцо и пружинное кольцо на полый ствол 1, в результате чего, при достижении осевого усилия определенной расчетной величины штифты 15 конусодержателя 11 срезаются, ствол 1 с гильзой 14 перемещается вверх относительно плашкодержателя 11, разрезного конуса 10 и нижних плашек 12, при этом внутренний цилиндрический выступ 21 разрезного конуса 10 совмещается с цилиндрической выборкой 20 на внешней стороне ствола 1 и сектора разрезного конуса 10 складываются вовнутрь на величину глубины выборки на стволе, в результате чего нижние платки 12 освобождаются от сжимающего усилия в зазоре между секторами конуса 10 и внутренней стенкой эксплуатационной трубы. При дальнейшем перемещении ствола вверх высадка 18 ствола 1 взаимодействует с верхним торцом внутренней цилиндрической выборки 16 верхнего конуса 8, в результате чего последний приподнимается совместно со стволом 1 и снимает нагрузку с верхних плашек 9, которые сдвигаются к центру и отходят от внутренней стенки эксплуатационной колонны. При дальнейшем перемещении ствола вверх высадка 19 ствола 1 взаимодействует с верхним торцом внутренней цилиндрической выборки 17 обоймы 13, в результате чего последняя приподнимается совместно со стволом 1 и выводит нижние плашки 12 из зазора между секторами нижнего конуса 10 и внутренней стенкой эксплуатационной колонны. Па этом процесс распакеровки пакера заканчивается и его можно поднимать на поверхность.
Предлагаемый пакер позволяет сохранить свободным проходной канал пакера при его эксплуатации и извлекать пакер из скважины с помощью стандартного ловильного инструмента.
Предлагаемый пакер, оборудованный герметизирующим патрубком сверху и, при необходимости, присоединительной резьбой снизу, может использоваться как автономно, так и в составе различных компоновок, в том числе многопакерных, в качестве верхнего, среднего (промежуточного) и (или) нижнего пакера.