ПАКЕР ОТЦЕПЛЯЮЩИЙСЯ ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ НА КАНАТЕ
RELEASED BIDIRECTIONAL PACKER ON CABLE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для разобщения зон обсадных колонн при проведении ремонтных, изоляционных и исследовательских работ.
Известен «Универсальный пакер для опрессовки и исследования колонн» (патент RU 2268988, Е21В 33/12, 47/00, опубл. Бюл. № 3 от 27.01.2006 г.), состоящий из связанного с кабель-канатом корпуса, в котором расположены двигатель, редуктор, винтовая пара, центральный шток, соединенный с винтом и толкателем, резиновой манжеты, расположенной между неподвижным и подвижным фланцами, седла, расположенного на внутренней поверхности корпуса с возможностью образования вместе с уплотнительными кольцами клапана, соединенной подвижно с внутренней поверхностью корпуса подвижной втулки, на которой расположен конус с подвижно посаженными на него плашками, при этом пакер снабжен расположенными в верхней части пакера расходомером жидкости и гамма-каротажным датчиком с локатором муфт, расположенным на конце центрального штока под пакером датчиком давления, расположенными на линии закачки жидкости в скважину расходомером жидкости и датчиком давления и размещенным на устье скважины блоком приема и записи технических параметров, который посредством кабель-каната электрически связан с датчиком давления, расходомерами жидкости и гамма-каротажным датчиком с локатором муфт.
Недостатки данного универсального пакера являются:
- во-первых, высокая стоимость оборудования, обусловленная наличием в конструкции электродвигателя и кабеля;
- во-вторых, наличие электродвигателя требует специального оборудования для установки;
- в-третьих, сложность конструкции пакера, обусловленная наличием механической и электрической составляющих, причем отказ одной из этих составляющих приводит к аварийной ситуации в скважине.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Пакер отцепляющийся двухстороннего действия с электромеханическим приводом» (патент RU 2250351, Е21В 33/12, опубл. Бюл. № 11 от 20.04.2005 г.), характеризующийся тем, что он содержит корпус, в котором расположены электродвигатель с выходным валом, соединенным с винтовой парой, которая соединена с тягой, имеющей на нижней части захватные штыри с пружиной для передачи осевой силы на центральный шток, имеющий в верхней части выступ, проточку и насечки, а в нижней уплотнительные кольца, опорную гайку, при этом пакер содержит гильзу, имеющую на внутренней поверхности коническую поверхность, бобышку с выступами, расположенное в пазах бобышки и захватных сегментов срезное кольцо, соединенное неподвижно с бобышкой, неподвижную втулку, пакерную резину, седло, жестко соединенное с бобышкой, подвижный фланец и два конуса, противоположно направленных друг другу, плашки, подвижно посаженные на конусах, тягу, шарнирно соединенную с плашками, патрубок, неподвижно посаженный на конус, подвижную втулку, шарики, поджатые пружиной и винтом для соединения бобышки с гильзой, кабель каната, являющийся несущим тросом и питающий через жилу электротоком электродвигатель, срезную шайбу, поджатую гайкой, и используемый при извлечении пакера узел зацепления, в который входят толкатель, вворачивающийся на нижнюю часть винта винтовой паты, разрезная цанга и кожух, причем на бобышке и подвижном фланце выполнены сквозные отверстия для сообщения над- и подпакерных полостей скважины.
Недостатки данного универсального пакера являются:
- во-первых, высокая стоимость оборудования, обусловленная наличием в конструкции электродвигателя и кабеля;
- во-вторых, наличие электродвигателя требует специального оборудования для установки;
- в-третьих, сложность конструкции пакера, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- в-четвертых, сложность конструкции и высокая цена специальных устройств посадки и съема пакера.
Задачей изобретения является упрощение конструкции пакера без использования электродвигателя с кабелем с возможностью посадки и срыва пакера в заданном интервале скважины без специальных устройств.
Поставленная техническая задача решается с помощью предлагаемого пакера отцепляющегося двухстороннего действия на канате, включающего посадочный инструмент на канате, неподвижную втулку с основным седлом и подвижным центральным штоком, который оснащен основными упорной гайкой и клапаном, взаимодействующим с основным седлом, подвижную втулку, два конуса, противоположно направленных друг другу, плашки, соединенные между собой в осевом направлении и выполненные с возможностью взаимодействия с соответствующими конусами, пакерную манжету, бобышку, выполненную с возможностью взаимодействия с узлом извлечения.
Новым является то, что неподвижная втулка оснащена в средней части продольной проточкой, а по концам - основным и дополнительным седлами и верхним и нижним упорами с перепускными каналами, при этом пакерная манжета выполнена в виде верхней самоуплотняющейся манжеты, допускающей перемещение снизу вверх и расположенной между верхним конусом и верхним упором, между нижним конусом и нижним упором расположена нижняя самоуплотняющаяся манжета, допускающей перемещение сверху вниз, подвижная втулка размещена на неподвижной втулке, оснащена штырем, вставленным в продольную проточку неподвижной втулки, причем плашки установлены на подвижной втулке, поджаты внутрь и оснащены каждая центраторами, подпружиненными наружу, при этом центральный шток оснащен верхними и нижними кольцевыми проточками, дополнительными упорной гайкой и клапаном, причем основной и дополнительный клапаны расположены в соответствующих верхней и нижней проточках с возможностью герметичного ограниченного перемещения между соответствующими упорами и внутренними кромками соответствующих кольцевых проточек и поджаты от упоров к соответствующим основным и дополнительным седлам, а основная и дополнительная упорные гайки размещены на одинаковом расстоянии от штыря подвижной втулки с возможностью взаимодействия с ним, при этом нижний упор оснащен подпружиненными наружу пластинами, расположенными снаружи равномерно по периметру нижнего упора и с возможностью ограниченного радиального перемещения, а бобышка жестко соединена с верхом центрального штока, выполнена в виде заостренного сверху цилиндра, на наружной поверхности которого выполнен замкнутый фигурный паз с проточкой, соединяющей его с верхней кромкой бобышки, а посадочный инструмент выполнен в виде патрубка с штифтом, установленным в фигурный паз, который выполнен так, что при возвратно-поступательном перемещении посадочного инструмента относительно бобышки на длину, превосходящую высоту фигурного паза, штифт будет расположен в пределах фигурного паза, а если меньше - то штифт при перемещении вверх попадает в проточку фигурного паза, причем расстояние от штыря до любой из упорных гаек равно ограниченному перемещению основного и дополнительного клапанов между соответствующими упорами и внутренними кромками соответствующих кольцевых проточек, а взаимное расположение клапанов, упорных гаек и плашек определено следующей формулой:
а+b≥L,
где L - расстояние от плашек до соответствующего конуса, достаточное для фиксации плашек на внутренних стенках скважины, в которую данный пакер спускают, мм;
а - расстояние от штыря до любой из упорных гаек, мм;
b - расстояние от клапана до внутренней кромки кольцевой проточки, мм.
На фиг.1 представлен предлагаемый пакер отцепляющийся двухстороннего действия на канате в продольном разрезе.
На фиг.2 представлена развертка фигурного паза, выполненного на наружной поверхности бобышки пакера отцепляющегося двухстороннего действия на канате.
Пакер отцепляющийся двухстороннего действия на канате (см. фиг.1) включает посадочный инструмент 1 на канате (на фиг.1 и 2 не показано), неподвижную втулку 2 с основным седлом 3 и подвижным центральным штоком 4, который оснащен основными упорной гайкой 5 и клапаном 6, взаимодействующим с основным седлом 3.
Пакер также содержит подвижную втулку 7, два конуса верхний 8 и нижний 9, противоположно направленных друг другу, плашки верхние 10 и нижние 11, соединенные между собой в осевом направлении и выполненные с возможностью взаимодействия с соответствующими верхним 8 и нижним 9 конусами и пакерную манжету 12, бобышку 13, выполненная с возможностью взаимодействия с узлом извлечения (не показано).
Неподвижная втулка 2 оснащена по концам - основным 3 и дополнительным 14 седлами дополнительным седлом 14, а также продольной проточкой 15 в средней части и верхним 16 и нижним 17 упорами с перепускными каналами 18 и 19 соответственно.
Пакерная манжета 12 выполнена в виде верхней самоуплотняющейся манжеты 12, допускающей перемещение снизу вверх и расположенной между верхним конусом 8 и верхним упором 16. Между нижним конусом 9 и нижним упором 17 расположена нижняя самоуплотняющаяся манжета 20, допускающая перемещение сверху вниз.
Подвижная втулка 7 размещена на неподвижной втулке 2, оснащена штырем 21, вставленным в продольную проточку 15 неподвижной втулки 2.
Плашки 10 и 11 установлены на подвижной втулке 7, поджаты внутрь пружинными кольцами 22 и оснащены каждая центраторами 23 и 24, соответственно подпружиненными посредством пружин 25 наружу.
1
Центральный шток 4 оснащен верхними 26 и нижними 27 кольцевыми проточками, дополнительной упорной гайкой 28 и дополнительным клапаном 29, причем основной 6 и дополнительный клапаны 29 расположены в соответствующих верхней 26 и нижней 27 проточках с возможностью герметичного ограниченного перемещения между соответствующими верхним 16 или нижними 17 упорами и внутренними 30 или 31 кромками, соответствующих верхней 26 или нижней 27 кольцевых проточек, а также поджаты от основного 16 и дополнительного 17 упоров посредством пружин 32 и 33 соответственно к соответствующим основному 3 и дополнительному 14 седлам, а основная 5 и дополнительная 28 упорные гайки размещены на одинаковом расстоянии от штыря 21 подвижной втулки 7 с возможностью взаимодействия с ним, при этом бобышка 13 жестко соединена с верхом центрального штока 4, выполнена в виде заостренного сверху цилиндра, на наружной поверхности которого выполнен замкнутый фигурный паз 34 с проточкой 35, соединяющий его с верхней кромкой 36, а посадочный инструмент 1 выполнен в виде патрубка с штифтом 37, установленным в фигурный паз 34, который выполнен так, что при возвратно-поступательном перемещении посадочного инструмента относительно бобышки 13 на длину, превосходящую высоту L фигурного паза 34, штифт 37 будет расположен в пределах фигурного паза 34, а если меньше - то штифт 37 при перемещении вверх попадает в проточку 35 фигурного паза 34, причем взаимное расположение основного 6 и дополнительного 29 клапанов, а также основного 5 и дополнительного 28 упорных гаек относительно штыря 21 определено следующими формулами:
где а - расстояние от штыря 21 до любой из упорных гаек 5 или 28, мм;
b+c - ограниченное перемещение основного 6 и дополнительного 29 клапанов между соответствующими упорами 16, 28 и внутренними кромками 30, 31 соответствующих кольцевых проточек 26, 27, мм;
b - расстояние от клапана 6 или 29 соответственно до внутренней кромки 30 или 31 кольцевой проточки 26 или 27, мм;
с - расстояние от клапана 6 или 29 до взаимодействия с соответствующим упором 16 или 28, мм.
где L - расстояние от плашек 10 или 11 до соответствующего конуса 8 или 9, достаточное для фиксации плашек 10 или 11 на внутренних стенках скважины, в которую данный пакер спускают, мм.
Нижний упор 17 оснащен подпружиненными наружу пластинами 38, расположенными снаружи равномерно по периметру и с возможностью ограниченного радиального перемещения.
Пакер работает следующим образом.
На устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано) штифт 37 размещают в верхней части фигурного паза 32 бобышки 13 (см. фиг.2) - транспортное положение, затем пакер в сборе, как показано на фигуре 1, с посадочным инструментом 1 на канате спускают в скважину в заданный интервал установки.
В процессе спуска пакера в скважину (на фиг.1 и 2 не показано) штифт 37 (см. фиг.2) спускается в нижнюю часть фигурного паза 34, благодаря взаимодействию с внутренними стенками скважины (на фиг.1 и 2 не показано) центраторов 23 и 24, подпружиненных радиально наружу пружинами 25, при этом штифт 37, воздействуя на нижнюю кромку фигурного паза 34, толкает бобышку 13. В результате осевое усилие вниз через бобышку 13 передается на жестко связанный с ней центральный шток 4, который в свою очередь кромкой 31 воздействует на дополнительный клапан 29, отжимая его пружину 33 вниз, при этом дополнительный клапан 29 отходит от дополнительного седла 14, образуя кольцевой зазор, при этом суммарное перемещение центрального штока относительно пакера составляет не более:
а=b+с,
где а - расстояние от штыря 21 до упорной гайки 5 центрального штока 4;
b - расстояние от дополнительного клапана 29 до внутренней кромки кольцевой проточки 31 центрального штока 4, что не позволяет пакеру верхними плашкам 10, наехав на верхний конус 8, заклинится на внутренних стенках скважины;
с - расстояние от дополнительного клапана 29 до взаимодействия с упором 28, мм.
В процессе спуска пакера, расположенные снаружи равномерно по периметру нижнего упора 17 подпружиненные наружу пластины 38 под действием давления скважинной жидкости снизу радиально перемещаются наружу, центрируя пакер относительно оси скважины и притормаживая его перемещение, что позволяет снизить износ по наружной поверхности нижней самоуплотняющейся манжеты 20, при этом в процессе перемещения пакера вниз скважинная жидкость перепускается снизу вверх через перепускной канал 19 нижнего упора 17, а также образовавшийся кольцевой зазор между дополнительным клапаном 28 и дополнительным седлом 14 и далее через кольцевое пространство между центральным штоком 4 и неподвижной втулкой 2, перепускной канал 18 верхнего упора 17 в надпакерное пространство.
По достижении требуемого интервала установки пакера производят отцепление посадочного инструмента 1 от пакера.
1
Для этого с устья скважины посредством каната приподнимают посадочный инструмент 1 вверх на длину, большую длины L фигурного паза 34, при этом штифт 37 перемещается в верхнюю часть фигурного паза 34 (см. фиг.2), а дополнительный клапан 29 герметично садится на дополнительное седло 14, вернувшись в исходное положение, в котором оно находилось перед спуском в скважину (см. фиг.1), предотвращая перетоки скважинной жидкости снизу вверх через кольцевой зазор пакера между его центральным штоком 4 и неподвижной втулкой 2, при этом штырь 21 отходит от упорной гайки 5 центрального штока 4, размещаясь между опорными гайками 5 и 28, как показано на фиг.1.
1
Затем опускают посадочный инструмент 1 с помощью того же каната на длину меньшую длины L фигурного паза 34, и поднимают, при этом штифт 37 перемещается вниз с левой стороны фигурного паза 34 (см. фиг.2) и не попадает в нижнюю часть фигурного паза 34. После этого производят подъем посадочного инструмента 1 посредством каната, при этом штифт 37 из фигурного паза 34 попадает в проточку 35, и, достигнув верхней кромки 36, выходит из взаимодействия с фигурным пазом 34. Таким образом, посадочный инструмент отцепляется от пакера, который остается в скважине в установленном интервале, а посадочный инструмент 1 посредством каната извлекают на поверхность.
При наличии давления снизу подпружиненные наружу пластины 38 расположенные снаружи равномерно по периметру нижнего упора 17 радиально перемещаются наружу, центрируя пакер относительно оси скважины, при этом нижняя самоуплотняющаяся манжета 20 равномерно раскрывается по кольцевому сечению скважины и под действием давления жидкости прижимается к внутренним стенкам скважины, при этом все детали пакера за исключением подвижной втулки 7, которая своими центраторами 23 и 24 находится во взаимодействии с внутренними стенками скважины и размещенных на ней деталей 10, 11, 21, 22, 23, 24, 25, остающихся на месте, перемещаются вверх, в том числе и самоуплотняющаяся манжета 20, при этом их максимальное суммарное перемещение L - расстояние от плашек до соответствующего конуса, достаточное для фиксации плашек на внутренних стенках скважины составляет
а+b≥L,
то есть сначала центральный шток 4 и все детали пакера за исключением деталей 7, 10, 11, 21, 22, 23, 24, 25, остающихся на месте, перемещаются вверх до упора нижним торцом упорной гайки 28 в конец штыря 21, который остается неподвижным, проходя путь а, то есть расстояние от штыря 21 до упорной гайки 28, а затем все детали пакера, за исключением вышеупомянутых деталей, остающихся на месте, проходят путь b, то есть расстояние до упора торца внутренней кольцевой проточки 30 центрального штока 4 в торец клапана 6, при этом перемещение всех деталей пакера относительно подвижной втулки 7, остающейся на месте, и размещенных на ней деталей 10, 11, 22, 23, 24, 25 прекращается, поскольку нижний конус 9 наехав на нижние плашки 11 и радиально наружу отжав нижнее пружинное кольцо 22 (см. фиг.1), заклинивает их на внутренних стенках скважины. В результате нижняя самоуплотняющаяся манжета 20 под действием давления жидкости снизу плотно прижимается к внутренним стенкам скважины, отсекая надпакерное пространство скважины.
В случае, если давление сверху превышает давление снизу (например, при проведении выше пакера таких работ, как гидроразрыв пласта или кислотная обработка пласта под большим давлением), то по мере проведения таких работ и роста давления сверху, которое воспринимается уже верхняя самоуплотняющаяся манжета 12 последняя прижимается к стенкам скважины, при этом все детали пакера за исключением подвижной втулки 7, которая своими центраторами 23 и 24 находится во взаимодействии с внутренними стенками скважины и размещенных на ней деталей 10, 11, 21, 22, 23, 24, 25, остающихся на месте, перемещаются вверх, в том числе и верхняя самоуплотняющаяся манжета 12, при этом их максимальное суммарное перемещение L - расстояние от плашек до соответствующего конуса, достаточное для фиксации плашек на внутренних стенках скважины составляет
а+b≥L,
то есть сначала центральный шток 4 и все детали пакера за исключением деталей 7, 10, 11, 21, 22, 23, 24, 25, остающихся на месте, перемещается вверх до упора нижним торцом упорной гайки 5 в конец штыря 21, который остается неподвижным, проходя путь а, то есть расстояние от штыря 21 до упорной гайки 5, а затем все детали пакера, за исключением вышеупомянутых деталей, остающихся на месте, проходят путь b, то есть расстояние до упора торца внутренней кольцевой проточки 31 центрального штока 4 в торец дополнительного клапана 29, при этом перемещение всех деталей пакера относительно подвижной втулки 7, остающейся на месте, и размещенных на ней деталей 10, 11, 21, 22, 23, 24, 25 прекращается, поскольку верхний конус 8, наехав на верхние плашки 10 радиально наружу отжав нижнее пружинное кольцо 22 (см. фиг.1), заклинивает их на внутренних стенках скважины. В результате самоуплотняющаяся манжета 12 под действием давления жидкости сверху плотно прижимается к внутренним стенкам скважины, отсекая подпакерное пространство скважины.
По окончании работ пакер из скважины извлекается любым стандартным ловильным инструментом, например наружной труболовкой, которую спускают в скважину на трубах или канате (на фиг.1 и 2 не показано), после чего производят захват наружной труболовкой за нижний торец бобышки центрального штока 4.
Предлагаемый пакер отцепляющийся двухстороннего действия на канате имеет простую конструкции. Кроме того, для посадки и срыва пакера в заданном интервале скважины не требуется использования электродвигателя с кабелем и специальных устройств, что позволяет значительно снизить как материальные, так и финансовые затраты в процессе использования предлагаемого пакера.