ПАКЕР

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного перекрытия ствола скважины при проведении изоляционных работ при капитальном ремонте скважин, исследовании пластов, эксплуатации или закачке в них жидкости.
Известен пакер (патент РФ №2137901, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. в бюл. №26 от 20.09.1999 г.), содержащий полый ствол с заглушкой и упором, установочный фиксатор, приводной корпус и шток установочного гидроцилиндра, размещенные на стволе конус со шлипсами, уплотнительный элемент и фиксатор положения уплотнительного элемента с удерживающими губками
Недостатком пакера является сложность конструкции, обусловленная наличием сложных деталей, таких как конус, фиксатор положения уплотнительного элемента с удерживающими губками, конические вкладыши, которые требуют высокой точности при изготовлении и значительно усложняют сборку, что возможно выполнить только в специализированных мастерских. Невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы пакера.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пакер (патент RU №2170808, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. в бюл. №20 от 20.07.2001 г.), включающий ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, основной конус, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», съемный узел, фиксирующие шарики, установленные в отверстиях ствола и взаимодействующие со съемным узлом, корпус и шток посадочного инструмента и срезные элементы.
Недостатками пакера являются:
- во-первых, в процессе посадки пакера сначала фиксируются шлипсы на внутренних стенках скважины, а лишь после этого происходит сжатие уплотнительного элемента, то есть герметизация пакера в скважине, при этом возможна негерметичная посадка пакера, связанная с тем, что когда втулка своим кольцевым выступом упрется в
нижний торец конуса, сжатие уплотнительного элемента, то есть его радиальное расширение наружу, прекратится. В результате уплотнительный элемент не достаточно герметично прижмется к внутренним стенкам скважины, особенно это касается старых скважин с изношенной толщиной стенки, что приводит к негерметичной посадке пакера.
- во-вторых, для срыва пакера нужен специальный ловильный инструмент;
- в-третьих, фиксатор уплотнительного элемента выполнен в виде пружинной шайбы, которая может соскочить с кольцевой насечки втулки при больших нагрузках, поскольку конструкция фиксатора положения уплотнительного элемента, а именно пружинное кольцо, не имеет возможности принудительного радиального прижатия внутрь в кольцевых насечках, что снижает надежность работы пакера.
Задачей полезной модели является создание надежной конструкции пакера гарантирующей герметичную посадку и фиксацию пакера в скважине вне зависимости от воспринимаемых им нагрузок, а также позволяющей использовать серийно выпускаемый ловильный инструмент.
Указанная задача решается предлагаемым пакером, включающим ствол с заглушкой, верхний и нижний упоры, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента с кольцевой насечкой, конус, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», съемный узел, фиксирующие шарики, установленные в отверстиях ствола и взаимодействующие со съемным узлом, корпус и шток посадочного инструмента и срезные элементы.
Новым является то, что уплотнительный элемент расположен выше шлипсов, а фиксатор положения уплотнительного элемента выполнен в виде упорной втулки и фиксирующего кольца с насечками, причем упорная втулка жестко закреплена на верхнем конце верхнего упора, а фиксирующее кольцо установлено между верхним упором и упорной втулкой, при этом взаимодействующие между собой торцевые поверхности фиксирующего кольца и верхнего упора снабжены взаимообращенными конусными поверхностями, причем кольцевая насечка фиксатора положения уплотнительного элемента выполнена на стволе противоположного направления насечкам фиксирующего кольца, при этом съемный узел выполнен в виде полого патрубка и оснащен наружной цилиндрической выборкой в верхней части и наружным кольцевым выступом в средней части, при этом ствол снабжен ступенчатой внутренней цилиндрической выборкой, в
нижней ступени которой наружным кольцевым выступом размещен съемный узел, подпружиненный сверху от ствола и имеющий возможность ограниченного осевого перемещения относительно ствола при извлечении пакера, при этом ствол с конусом соединен срезными элементами, а шток посадочного инструмента установлен внутри съемного узла и соединен с заглушкой разрывным элементом.
На фиг.1 изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.
На фиг.2 - вид I крупным планом.
Пакер состоит из ствола 1 (фиг.1) со ступенчатой внутренней цилиндрической выборкой 2, при этом на наружной поверхности ствола 1 установлен уплотнительный элемент 3 с верхним упором 4. Выше последнего находится фиксатор положения уплотнительного элемента 3, выполненный в виде упорной втулки 5 и фиксирующего кольца 6 с насечками (фиг.2), при этом упорная втулка 5 жестко закреплена на верхнем конце верхнего упора 4, а фиксирующее кольцо 6 установлено между верхним упором 4 и упорной втулкой 5. Взаимодействующие между собой торцевые поверхности фиксирующего кольца 6 и верхнего упора 4 снабжены взаимообращенными конусными поверхностями 7 и 8, соответственно. На стволе 1 напротив упора 4 выполнены кольцевые насечки 9 фиксатора положения уплотнительного элемента 3 противоположного направления насечкам фиксирующего кольца 6. Ниже уплотнительного элемента 3 (см. фиг.1) на стволе 1 расположен конус 10 со шлипсами 11 и нижним упором 12. Шлипсы 11 с конусом 10 связаны соединением «ласточкин хвост», а с торцами нижнего упора 12 - Т-образным соединением.
Съемный узел 13 выполнен в виде полого патрубка и оснащен наружной цилиндрической выборкой 14 в верхней части и наружным кольцевым выступом 15 в средней части. В нижней ступени 16 ступенчатой внутренней цилиндрической выборки 2 ствола 1 наружным кольцевым выступом 15 размещен съемный узел 13, подпружиненный сверху от ствола посредством пружины 17 и имеющий возможность ограниченного осевого перемещения на длину - L при извлечении пакера.
В нижней части ствола 1 расположены радиальные отверстия 18, в которых установлены фиксирующие шарики 19, взаимодействующие с одной стороны со съемным узлом 13, а с другой стороны - с боковой стенкой 20 заглушки 21, жестко соединенной с нижним упором 12. Срезным элементом 22 ствол 1 соединен с конусом 10. Сопрягаемые
детали снабжены уплотнительными кольцами 23. На верхний упор 4 сверху опирается корпус 24 посадочного инструмента, а шток 25 посадочного инструмента установлен внутри съемного узла 13 и соединен с заглушкой 21 разрывным элементом 26.
Работает устройство следующим образом.
Пакер в транспортном положении (фиг.1) опускают в требуемый интервал скважины, после чего приводят в действие посадочный инструмент. При этом корпус 24 посадочного инструмента оказывает давление на верхний упор 4, а шток 25 посадочного инструмента тянет вверх ствол 1 вместе с размещенными на нем конусом 10, шлипсами 11 и нижним упором 12, при этом происходит сжатие уплотнительного элемента 3 и прижатие его к внутренним стенкам скважины (на фиг.1 и 2 не показано).
При расчетной нагрузке происходит разрушение срезных элементов 22, после чего конус 10 наезжает на шлипсы 11 и раздвигает их, последние приходят в соприкосновение с внутренними стенками скважины, происходит фиксация пакера в скважине. При дальнейшей натяжке штока 25 посадочного инструмента осуществляется досжатие уплотнительного элемента 3. Фиксирующее кольцо 6 своими насечками фиксирует в кольцевых насечках 7 ствола 1 положение уплотнительного элемента 3 в окончательном запакерованном состоянии, при этом взаимодействующие между собой торцевые поверхности фиксирующего кольца 6 и верхнего упора 4, снабженные взаимообращенными конусными поверхностями 7 и 8, соответственно прижимают насечки фиксирующего кольца 6 радиально в кольцевые насечки 9 ствола 1, гарантируя надежную фиксацию уплотнительного элемента 3.
По достижении расчетной нагрузки посадки пакера разрывной элемент 26 разрушается, освобождая тем самым посадочный инструмент, который после этого извлекается из скважины, а пакер остается в изолированном интервале скважины, после чего в скважине проводят запланированный объем работ.
Для снятия пакера в скважину спускают ловильный инструмент (на фиг. не показан), например, стандартную наружную труболовку под диаметр 73 мм и производят захват съемного узла 13 под его наружную цилиндрическую выборку 14.
Далее делают натяжку ловильного инструмента, при этом пружина 17, находящаяся в ступенчатой внутренней цилиндрической выборке 2 ствола 1, сжимается, а съемный узел 13 своим наружным кольцевым выступом 15 приподнимается на величину
«L» относительно ствола 1 в пределах нижней ступени 16 ступенчатой внутренней цилиндрической выборки 2 (фиг.1). При этом фиксирующие шарики 19 из радиальных отверстий 18 выпадают во внутрь пакера на заглушку 21, а ствол 1 освобождается от смежных деталей. При дальнейшем подъеме съемного узла 13 вместе со стволом 1 и фиксатором положения уплотнительного элемента сначала снимается нагрузка с уплотнительного элемента 3, и он приходит в исходное положение, после чего конус 10 приподнимается вверх и снимает нагрузку со шлипсов 11. В результате последние сдвигаются к центру, отходя от внутренних стенок скважины, освобождая пакер от фиксации в скважине. После этого съемный узел 13 за счет возвратной силы пружины 17 возвращается в исходное положение Пакер распакерован и его можно поднимать на поверхность.
Предлагаемый пакер обладает надежной конструкцией, гарантирующей герметичную посадку пакера, поскольку сначала происходит герметизация уплотнительного элемента в скважине, после чего происходит фиксация пакера на внутренних стенках скважины и досжатие уплотнительного элемента, кроме того, снабжение деталей фиксатора положения уплотнительного элемента взаимообращенными коническими поверхностями позволяет гарантированно фиксировать уплотнительный элемент в сжатом состоянии, что позволяет выдерживать значительные нагрузки, воспринимаемые пакером, при этом, при извлечении пакера используется серийно выпускаемый ловильный инструмент, что позволяет избежать дополнительных затрат на его извлечение.