Пакер извлекаемый
RETRIEVABLE PACKER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к пакерам, разобщающим внурискважинное пространство.
Известен «Пакер-пробка» (патент RU №2440484, МПК Е21В 33/12, опубл. 20.01.2012 Бюл. №2), включающий полый ствол с внутренней цилиндрической выборкой и верхним упором, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента в виде фиксирующего кольца верхнего упора, взаимодействующего с кольцевыми насечками на стволе, основной взаимодействующий снизу с уплотнительным элементом и дополнительный конусы, с которыми связаны соответственно основные и дополнительные шлипсы соединением «ласточкин хвост», съемный узел с цилиндрической выборкой в верхней части по наружной поверхности и с ловильной головкой вверху, расположенной внутри штока посадочного инструмента, который выполнен полым и соединен со стволом разрывным элементом, причем корпус посадочного инструмента выполнен опирающимся на верхний упор, фиксирующие шарики, установленные в отверстиях ствола и взаимодействующие изнутри со съемным узлом, а снаружи - с полой втулкой, соединенной снизу с дополнительным конусом, упорное кольцо, верхний и нижний торцы которого связаны Т-образным соединением соответственно с основными и дополнительными шлипсами, при этом ствол снабжен упором, установленным с возможностью взаимодействия с основным конусом при перемещении ствола вверх, отличающийся тем, что съемный узел вверху между ловильной головкой и цилиндрической выборкой снабжен цилиндрическим выступом, сообщенным через полость ствола, в которую съемный узел вставлен герметично, с подпакерным пространством, цилиндрическая проточка ствола выполнена с кольцевой выборкой вверху под цилиндрический выступ съемного узла, расположенного между разрывным элементом и фиксирующим кольцом, причем в стволе напротив кольцевого расширения выполнены радиальные каналы, перекрытые снаружи штоком посадочного инструмента в транспортном положении, а дополнительный конус выполнен в виде нескольких плашек под дополнительные шлипсы, при этом плашки снизу связаны Т-образным соединением с обоймой, размещенной в полой втулке, причем плашки имеют возможность радиального перемещения внутрь относительно обоймы, при этом в основном конусе изнутри выполнена цилиндрическая выборка с дросселирующим отверстием вверху, а упор выполнен в виде утолщения ствола с цилиндрическим расширением вверху для герметичного ограниченного перемещения вверх по цилиндрической выборке с возможностью взаимодействия с плашками дополнительного конуса в транспортном положении и расположения выше дополнительного конуса при извлечении пакер-пробки после ограниченного перемещения съемного узла вверх относительно ствола для освобождения шариков и сообщения цилиндрической выборки съемного узла с радиальными каналами ствола, причем ствол снизу снабжен предохранительным кольцом со срезным кольцом.
Недостатками данного пакера являются сложность конструкции из-за наличия большого количества точно подгоняемых друг под друга в подвижных соединениях и по длине, что приводит к сложности изготовления, сборки, обслуживания и ремонта, а также к большой металлоемкости и, как следствие к высокой стоимости.
Известен также «Пакер гидромеханический» (патент RU №2748373, МПК Е21В 33/12, опубл. 24.05.2021 Бюл. №15), содержащий ствол, корпус, уплотнительный элемент, якорный узел, состоящий из конуса, плашек и подпружиненных планок, отличающийся тем, что содержит шток, надетый на ствол с образованием кольцевого канала, якорный узел, установленный на штоке и содержащий в нижней части цангу с внутренней упорной резьбой, входящей в зацепление с ответной упорной резьбой на наружной поверхности штока, выполненный с возможностью установки при создании осевой сжимающей нагрузки, и уплотнительный элемент, установленный ниже якорного узла в нижней части пакера между опорой и воронкой, при этом над якорным узлом имеется верхняя камера с жидкостью, выполненная с возможностью гидравлической передачи осевой сжимающей нагрузки через кольцевой канал в нижнюю камеру, расположенную над опорой, с перемещением опоры и сжатием уплотнительного элемента при герметизации кольцевого пространства.
Недостатками данного пакера являются узкая область применения, так как на малой глубине установки пакера (менее 500-700 м) или в горизонтальном стволе веса веса колонны труб может не хватить для герметизации внутрискважинного пространства уплотнительным элементом, низкая надежность герметизации при высоком давлении под пакером, которое может привести к самопроизвольному складыванию якорного узла из-за наличия только однонаправленной плашки и одного конуса, и, как следствие, складыванию (переходу в транспортное положение) и всего пакера.
Наиболее близким является «Пакер механический» (патент RU №2539468, МПК Е21В 33/12, опубл. 20.01.2015 Бюл. №2), содержащий соединенные резьбой верхний ствол и нижний ствол, имеющий фигурный паз на его наружной поверхности с продольными короткими и длинными участками, на котором располагается нижний якорный узел, включающий корпус, к которому посредством резьбы присоединен нижний кожух с вставленными в него и подпружиненными радиально нижними плашками, причем в средней части корпуса выполнены прямоугольные окна, в которых установлены центраторы, подпружиненные радиально и удерживаемые верхней и нижней крышками, зафиксированными на корпусе посредством винтов, а в его нижней части выполнена кольцевая наружная канавка, посредством которой к нижней части корпуса присоединено кольцо разрезное, имеющее кольцевую внутреннюю канавку и наружный цилиндрический выступ, в которое посредством резьбы установлен фиксатор, а на верхнем стволе расположен с возможностью осевого перемещения по нему и опирающийся на цилиндрический выступ нижнего ствола конус опорный, над которым расположен нижний антиэкструзионный узел, в состав которого входят две металлические шайбы с наружными конусными поверхностями, посредством которых они взаимодействуют с установленным между ними полиуретановым кольцом, причем над нижним антиэкструзионным узлом расположены три резиновые уплотнительные манжеты, взаимодействующие между собой конусными поверхностями, над которыми расположен верхний антиэкструзионный узел, содержащий металлическую шайбу и полиуретановое кольцо, аналогичные расположенным в нижнем антиэкструзионном узле, а над ним расположен верхний якорный узел, включающий конусную муфту, закрепленную посредством резьбового соединения на верхнем конце верхнего ствола, к которой прикреплен посредством гайки верхний кожух с вставленными в него верхними плашками, стянутыми верхним пружинным кольцом, причем под плашками в верхнем кожухе расположен конус разрезной, сегменты которого стянуты двумя стопорными кольцами, и который опирается на упор, который, в свою очередь, опирается на пружинящий пакет, состоящий из двух крайних и одного среднего упорных колец, между которыми расположены два разрезных кольца, и которые все вместе расположены в стакане, имеющем наружную нижнюю конусную поверхность, являющуюся частью верхнего антиэкструзионного узла.
Недостатками данного пакера являются сложность конструкции из-за наличия большого количества точно подгоняемых друг под друга в подвижных соединениях и по длине, что приводит к сложности изготовления, сборки, обслуживания и ремонта, а также к большой металлоемкости и, как следствие к высокой стоимости, а также же узкая область применения, так как на малой глубине установки пакера (менее 500-700 м) или в горизонтальном стволе веса колонны труб может не хватить для герметизации внутрискважинного пространства уплотнительным элементом.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание простой и надежной конструкции пакера извлекаемого, позволяющего устанавливать пакер на любой глубине скважины с любым наклоном ствола, благодаря гидравлическому посадочному инструменту и небольшому количеству простых в изготовлении деталей.
Техническая задача решается пакером извлекаемым, включающим соединенные верхний и нижний стволы, верхний якорный узел и расположенную ниже между верхним и нижним упорами как минимум одну уплотнительную манжету, причем нижний упор жестко соединен с нижним стволом, а якорный узел изготовлен из поджатых внутрь парных плашек, расположенных равномерно по периметру верхнего ствола в окнах полого цилиндрического кожуха между верхним и нижним сужающимися к друг другу конусами, выполненными с возможностью при установке пакера перемещаться навстречу друг другу.
Новым является то, что верхний ствол телескопически надет на нижний ствол с возможностью ограниченного стопором перемещения вверх после разъединения соединения стволов при заранее определенной эмпирическим путем нагрузке, причем верхний ствол оснащен снизу кольцевыми или резьбовыми наружными проточками, нижний конус выполнен цельным по периметру и жестко соединен с верхним упором уплотнительной манжеты с возможностью скольжения по стволам, а верхний конус установлен с возможностью перемещения относительно верхнего ствола навстречу нижнему конусу с раздвижением парных плашек благодаря установленного в соответствующей внутренней выборке как минимум одного пружинного кольца, взаимодействующего с кольцевыми или резьбовыми наружными проточками этого ствола с фиксацией в нижнем - рабочем положении, при этом кожух расположен снаружи обоих конусов, вставленных с возможностью ограниченного выступами продольного перемещения относительно кожуха навстречу друг друга и зафиксированных относительно кожуха срезными винтами в разжатом - транспортном состоянии, нижний упор жестко соединен с низом нижнего ствола, оснащен снизу внутренней проточкой под срезное кольцо, поджимаемого к проточке по наружной части кольца резьбовой пробкой и соединенного через переходник по внутренней части кольца с тягой, соединяемой со штоком поршня посадочного инструмента, а верхний конус выполнен с возможностью взаимодействия сверху с цилиндром посадочного инструмента.
Новым является также то, что между уплотнительными манжетами установлены разделительные диски из более плотного, чем манжеты материала.
Новым является также то, что соединение верхнего и нижнего ствола выполнено в виде резьбы, срезного элемента, посадки с натягом или как минимум одного пружинного кольца, расположенного соответствующих в наружной и внутренней кольцевых проточках нижнего и верхнего стволов.
На чертеже изображен пакер извлекаемый в продольном разрезе.
Пакер извлекаемый включает соединенные верхний 1 и нижний 2 стволы, верхний якорный узел 3 и расположенную ниже между верхним 4 и нижним 5 упорами как минимум одну уплотнительную манжету 6. Нижний упор 5 жестко соединен с нижним стволом 2. Якорный узел 3 изготовлен из поджатых пружинами 7 внутрь парных плашек 8, расположенных равномерно по периметру верхнего ствола 1 в окнах 9 полого цилиндрического кожуха 10 между верхним 11 и нижним 12 сужающимися к друг другу конусами, выполненными с возможностью при установке пакера перемещаться навстречу друг другу. Верхний ствол 1 телескопически надет на нижний ствол 2 с возможностью ограниченного стопором 13 перемещения вверх после разъединения соединения 14 стволов 1 и 2 при заранее определенной эмпирическим путем нагрузке (определяется на стендах в лабораторных условиях или условиях мастерских). Верхний ствол 1 оснащен снизу кольцевыми или резьбовыми наружными проточками 15. Нижний конус 12 выполнен цельным по периметру и жестко соединен с верхним упором 4 уплотнительной манжеты 6 с возможностью скольжения по стволам 1 и 2, а верхний конус 11 установлен с возможностью перемещения относительно верхнего ствола 1 навстречу нижнему конусу 12 с раздвижением парных плашек 8 благодаря установленного в соответствующей внутренней выборке 16 как минимум одного пружинного кольца 17, взаимодействующего с кольцевыми или резьбовыми наружными проточками 15 этого ствола 1 с фиксацией в нижнем - рабочем положении. Кожух 10 расположен снаружи обоих конусов 11 и 12, вставленных с возможностью ограниченного соответствующими выступами 18 и 19 продольного перемещения относительно кожуха 10 навстречу друг друга и зафиксированных относительно кожуха соответствующими срезными винтами 20 и 21 в разжатом - транспортном состоянии. Нижний упор 5 жестко соединен с низом нижнего ствола 2, оснащен снизу внутренней проточкой 22 под срезное кольцо 23, поджимаемого к проточке по наружной части кольца 23 резьбовой пробкой 24 и соединенного через переходник 25 по внутренней части кольца 23 с тягой 26, соединяемой со штоком поршня (не показаны) посадочного инструмента (не показан). Верхний конус 11 выполнен с возможностью взаимодействия сверху с цилиндром 27 (показан условно) посадочного инструмента.
Если пакер снабжен несколькими уплотнительными манжетами 6, то между ними могут быть установлены разделительные диски (не показаны) из более плотного, чем манжеты материала. Соединение 14 верхнего 1 и нижнего 2 ствола может быть выполнено в виде мелкозубой срезаемой резьбы, срезного элемента (не показано), посадки с натягом (не показано) или как минимум одного пружинного кольца (не показано), расположенного соответствующих в наружной и внутренней кольцевых проточках (не показаны) верхнего 1 и нижнего 2 стволов. Такие манжеты и соединения известны из открытых источников, на их конструкцию авторы не претендуют.
На верхнем конце верхнего ствола 1 могут быть выполнены конструктивные элементы под ловильный инструмент (не показан), спускаемый с устья скважины (не показаны), например, левая резьба 28, наружные проточки (не показаны), внутренний выступ 29 и/или т.п.Авторы на это не претендуют.
Также для исключения аварийных ситуаций, связанных с нарушением целостности обсадной колонны (не показана) скважины, коррозией после длительной эксплуатации пакера, осаждения большого количества асфальто-смолистых парафиновых отложений (АСПО) и т.п., делающих невозможным извлечение пакера ловильным инструментом, все жесткие детали могут быть изготовлены из легкоразбуриваемых материалов (литой аллюминий, чугун, твердый пластик и/или т.п.) для разбуривания пакера при необходимости.
Конструктивные элементы, уплотнения и технологические соединения, не влияющие на работоспособность пакера извлекаемого, на чертеже не показаны или показаны условно.
Пакер извлекаемый работает следующим образом.
Перед спуском в скважину пакер в сборе без нижней пробки 24 соединяют с посадочным инструментом. Для этого тягу 26 вставляют внутрь стволов 1 и 2, надевают снизу на тягу 26 срезное кольцо 23, которое зажимают переходником 25. После чего срезное кольцо 23 фиксируют во внутренней проточке 22 нижнего упора 5 нижней резьбовой пробкой 24. Тягу соединяют со шоком поршня посадочного инструмента, цилиндр 27 которого нижним торцом (напрямую или через переводник - не показан) упирают сверху в верхний конус 11.
После чего пакер в транспортном состоянии с посадочным инструментом спускают в скважину на колонне труб (не показаны) до интервала установки. В колонне труб закачкой жидкости создают избыточное давление, которое передается в цилиндр посадочного инструмента. В результате поршень вместе со штоком и тягой 26 перемещается вверх относительно цилиндра, увлекая за собой через срезное кольцо нижний упор 5 и стволы 1 и 2, а цилиндр удерживает верхний конус 11 на месте. Уплотнительная манжета 6 за счет взаимодействия с верхним упором 4 и поджатая нижним упором 5 сжимается в продольном направлении, увеличивается в диаметре до герметичного перекрытия внутреннего пространства скважины. После чего срезные винты 20 и 21 кожуха 10 разрушаются, освобождая конусы 11 и 12, которые сходятся навстречу друг другу, сжимая пружины 7 и выталкивая парные плашки 8 из окон 9 кожуха 10 наружу до взаимодействия со стенками обсадной колонны (не показана) с фиксацией якоря 3 и всего пакера от продольного перемещения в скважине. При этом выступы 18 и 19 перемещаются к противоположным концам от конусной части соответствующих конусов 11 и 12, а пружинное кольцо 17, расположенное в соответствующей проточке 16 верхнего конуса 11, перемещается вниз по кольцевым или резьбовым наружным проточкам 15 верхнего ствола 1, но не позволяя перемещаться верхнему конусу 11 вверх по стволу 1 и фиксируя верхний конус 11 в нижнем - рабочем положении всего пакера с сжатой уплотнительной манжетой 6. Затем давление колонне труб повышают до разрушения срезного кольца 23, освобождая тягу 26 от соединения с нижним упором 5, посадочный инструмент извлекают из скважины а пакер со сжатой уплотнительной манжетой 6 и зафиксированным в скважине якорным узлом 3 оставляют в скважине для разобщения ее внутреннего пространства.
Для извлечения пакера в скважину спускают ловильный инструмент (колону труб с муфтой на конце, имеющей снизу левую резьбу под резьбу 28; внутреннюю труболовку на канате для взаимодействия с внутренним выступом 29; наружную труболовку на канате или колонне труб для захват снаружи верхнего ствола 1 и/или т.п.), который соединяется снаружи или изнутри с верхним стволом 1. Ловильный инструмент на трубах или канате тянут вверх вместе с верхним стволом 1 создавая усилие достаточное для разъединения соединения 14 (разрушение резьбы, срезных винтов, сжатия пружинного кольца, преодоления усилия посадки с натягом или т.п.) стволов 1 и 2. При дальнейшем подъеме ловильного инструмента верхний ствол 1 за счет пружинного кольца 17 выдергивает верхний конус 11 из парных плашек 8, выступ 18 перемещается в нижнее положение по верхнему конусу 11, после чего кожух 10 также начинает перемещаться вместе с верхним конусом 11 и верхним стволом 1, срывая с нижнего конуса 12, находящиеся в окнах 9, парные плашки 8, которые сжимаются внутрь при помощи пружины 7. При этом выступ 19 перемещается в верхнее положение относительно нижнего конуса 12, который далее перемещается вместе с верхним упором 4, разжимая уплотнительную манжету 6. В результате верхний ствол 1 поднимается до стопора 13, не позволяющего нижнему стволу 2 с манжетой 6 и упорами 4 и 5 упасть на забой скважины, отсоединяя верхний якорь 3 и уплотнительную манжету 6 от взаимодействия со стенками обсадной колонны скважины и, как следствие переводя пакет в транспортное положение, в котором пакер на ловильном инструменте и извлекают из скважины.
Предлагаемый пакера извлекаемый прост и надежен, позволяет устанавливать пакер на любой глубине скважины с любым наклоном ствола, благодаря гидравлическому посадочному инструменту и небольшому количеству простых в изготовлении деталей (не требуется изготовления соединений типа «ласточкин хвост», Т-образных соединений, сложных переточных каналов, герметичных подвижных соединений и т.п.).