ПАКЕР РАЗБУРИВАЕМЫЙ
DRILLABLE PACKER

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного перекрытия ствола скважины при проведении изоляционных работ при капитальном ремонте скважин, исследовании пластов или закачке в них жидкостей.
Известен «Пакер разбуриваемый» (патент на полезную модель RU №20342, МПК 7 E21B 33/12, опубл. в бюл. №30 от 27.10.2001 г.), содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с поршнем, верхним и нижним штоками, причем последний имеет радиальные каналы и жестко соединен с переходником и перфорирован ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу, дорн, соединенный в верхней части с установочной втулкой, а в нижней части через срезное кольцо - с насадкой с внутренней цилиндрической выборкой, заглушку со стопорным кольцом и срезным винтом и отсекающий элемент, установленный в центральном канале в зоне переходника, при этом отсекающий элемент выполнен в виде пробки, а установочная втулка - с кольцевой выборкой, переходник снабжен фиксатором, который до запакеровки одним концом взаимодействует с отсекающим элементом, а другим - с дорном, а после запакеровки - с кольцевой выборкой установочной втулки.
Недостатки данного пакера:
во-первых, нет защиты от ударов, возникающих в посадочном инструменте при спуске, что может привести к несанкционированной посадке пакера;
во-вторых, возможны пропуски жидкости сверху вниз через перфорированный ниппель из-за негерметичной посадки заглушки в процессе проведения ремонтно-изоляционных работ в скважине выше пакера;
в-третьих, низкая надежность посадки, так как при повышении давления внутри колонны труб, на которых спускается устройство в скважину, они вытягиваются и оказывают сдвигающее воздействие на установленный пакер.
Наиболее близким по технической сущности является «Разбуриваемый пакер» (авторское свидетельство SU №1832148, МПК 7 E21B 33/12, опубл. в бюл. №29 от 07.08.1993 г.), содержащий полый цилиндрический корпус с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на корпусе уплотнительный элемент с верхним и нижним антизатекателями и опорами, верхние и нижние шлипсы в виде кольцевых секторов, связанных срезными винтами с опорами, верхний и нижний толкатели с фиксаторами, имеющими резьбовую нарезку под нарезку корпуса и связанный с нижним толкателем патрубок с хвостовиком, между которыми размещено срезное кольцо, при этом пакер снабжен планками, верхние концы которых жестко связаны с верхним толкателем, а нижние - выполнены с зацепами, при этом верхние шлипсы выполнены с радиальными пазами, в которых размещены нижние концы планок, и имеют зацепы для взаимодействия с зацепами планок, а на торцах опор, обращенных к антизатекателям, выполнены радиальные пазы.
Недостатки данного пакера:
во-первых, сложность конструкции и изготовления, обусловленная большим количеством технологически сложных в изготовлении деталей (фиксаторов, зацепов, планок и т.д.), что увеличивает стоимость готового пакера;
во-вторых, конструкция не позволяет герметично отсекать ствол эксплуатационной колонны и, как следствие, невозможно произвести работы в скважине выше пакера, например произвести наращивание цементного кольца за эксплуатационной колонной;
в-третьих, низкая надежность фиксаций уплотнительного элемента в запакерованном состоянии и шлипсов на внутренней стенке колонны.
Технической задачей изобретения является создание простой и технологичной конструкции пакера разбуриваемого, позволяющего герметично отсекать ствол эксплуатационной колонны и производить работы в скважине выше пакера с надежной фиксацией уплотнительного элемента в запакерованном состоянии и шлипсов на внутренней стенке колонны.
Поставленная техническая задача решается пакером разбуриваемым, содержащим посадочный инструмент, состоящий из цилиндра и поршня с полым штоком и герметизирующей технологической втулкой вверху, полый цилиндрический корпус с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на полом цилиндрическом корпусе уплотнительный элемент с верхним и нижним упорами и конусными опорами, верхние и нижние шлипсы в виде кольцевых секторов, выполненных с возможностью продольного перемещения по конусным поверхностям опор, верхний и нижний толкатели, верхний из которых, взаимодействующий с цилиндром посадочного инструмента, снабжен фиксатором в проточке с технологической фаской внизу под фиксатор, имеющий резьбовую нарезку под нарезку полого цилиндрического корпуса, причем нижний толкатель снабжен срезным кольцом для соединения со штоком поршня посадочного инструмента.
Новым является то, что кольцевые сектора верхних и нижних шлипсов жестко соединены между собой разрушаемыми перемычками, а нижний толкатель заглушен и жестко соединен с полым цилиндрическим корпусом, причем конусные опоры снабжены обратными конусными поверхностями, взаимодействующими с соответствующими упорами, которые выполнены разрезными с возможностью разрушения при превышении нагрузкой предела прочности, а на наружной поверхности технологической втулки поршня выполнена наружная проточка для разгерметизации цилиндра в конце рабочего хода поршня, при этом фиксатор, выполненный в виде сегментов, поджат к технологической фаске проточки верхнего толкателя пружинным элементом, например резиновой манжетой.
На фиг.1 изображен пакер разбуриваемый в сборе в продольном разрезе.
На фиг.2 изображен разрез А-А нижних шлипсов с разрушаемыми перемычками.
На фиг.3 изображен увеличенный вид фиксатора в продольном разрезе.
Пакер разбуриваемый содержит посадочный инструмент 1 (см. фиг.1), состоящий из цилиндра 2 и поршня 3 с полым штоком 4, а также полый цилиндрический корпус 5 с резьбовой нарезкой 6 на наружной поверхности. На полом цилиндрическом корпусе 5 установлены уплотнительный элемент 7 с верхним 8 и нижним 9 упорами и конусными опорами 10 и 11 соответственно, а также верхние 12 и нижние 13 шлипсы, выполненные в виде кольцевых секторов (см. фиг.2), имеющие возможность продольного перемещения по конусным поверхностям 14 и 15 (см. фиг.1) соответствующих конусных опор 10 и 11. Конусные опоры 10 и 11 снабжены соответственно обратными конусными поверхностями 16 и 17, взаимодействующими с соответствующими верхним 8 и нижним 9 упорами, которые выполнены разрезными с возможностью разрушения при превышении нагрузкой предела прочности (8 МПа), например, из чугуна.
Кольцевые сектора верхних 12 и нижних 13 шлипсов могут быть выполнены из различных материалов: снаружи более твердый материал, например сталь 40 X (поз.12'; 13') (см. фиг.1), а внутри - более хрупкий материал, например чугун (поз.12; 13).
Кольцевые сектора верхних 12 и нижних 13 шлипсов жестко соединены между собой разрушаемыми перемычками 18 и 19 соответственно (см. фиг.1 и 2).
Кроме того, пакер разбуриваемый содержит верхний 20 и нижний 21 толкатели, верхний из которых взаимодействует с цилиндром 2 посадочного инструмента 1 и снабжен фиксатором 22, имеющим резьбовую нарезку 23 под нарезку 6 корпуса 5.
Фиксатор 22 (см. фиг.1 и 3) выполнен в виде нескольких сегментов, например трех, размещенных радиально по периметру резьбовой нарезки 6 полого цилиндрического корпуса 5 и поджат к технологической фаске проточки 24 верхнего толкателя пружинным элементом 25, например резиновой манжетой. Нижний толкатель 21 (см. фиг.1) заглушен снизу и жестко соединен с полым корпусом 5. Кроме того, нижний толкатель 21 снабжен срезным кольцом 26 для соединения с полым штоком 4 поршня 3 посадочного инструмента 1.
В верхней части посадочного инструмента 1 к поршню 3 жестко присоединена технологическая втулка 27, на наружной поверхности которой выполнена наружная проточка 28 для разгерметизации цилиндра 2 в конце рабочего хода поршня 3. Несанкционированные перетоки жидкости исключены установкой уплотнительных колец 29, 30.
Пакер разбуриваемый работает следующим образом.
Пакер разбуриваемый в сборе, как показано на фиг.1 и 2, спускают в скважину на колонне труб, например колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) (на фиг.1 и 2 не показано), в заданный интервал посадки. Закачкой жидкости создают давление в колонне НКТ (см. фиг.1) и посадочном инструменте 1. Благодаря действию давления в посадочном инструменте 1 в пространстве под поршнем 3 полый шток 4, жестко соединенный с поршнем 3 через срезное кольцо 26, передает усилие, направленное вверх на нижний толкатель 21, который, в свою очередь, передает усилие вверх, через нижние шлипсы 13, конусную опору 11 и нижний упор 9 на уплотнительный элемент 7. Одновременно с этим верхний толкатель 20, упертый сверху в цилиндр 2 посадочного инструмента 1, передает усилие, направленное вниз, через верхние шлипсы 12, конусную опору 10 и верхний упор 8 на уплотнительный элемент 7, при этом фиксатор 22, выполненный в виде нескольких сегментов, например трех размещенных радиально по периметру резьбовой нарезки 6 полого цилиндрического корпуса 5 и поджатых к технологической фаске проточки 24 верхнего толкателя пружинным элементом 25 (см. фиг.1 и 3), например резиновой манжетой, своей резьбовой нарезкой 23 скользит по нарезке 6 полого цилиндрического корпуса 5.
В результате уплотнительный элемент 7 (см. фиг.1) начинает сжиматься и радиально расширяться наружу, при этом давление в посадочном инструменте 1 продолжают повышать, причем сначала расширяются наружу верхний 8 и нижний 9 упоры и при превышении нагрузкой предела прочности материала (чугуна), например при достижении давления 8 МПа в посадочном инструменте 1, верхний 8 и нижний 9 упоры разрушаются и взаимодействуют с внутренней стенкой колонны, не позволяя уплотнительному элементу 7 обратно разжаться внутрь. Давление в посадочном инструменте продолжают повышать и в определенный момент срезаются разрушаемые перемычки 18 и 19 (см. фиг.2) нижних 13 и аналогичные им разрушаемые перемычки (на фиг.1, 2, 3 не показано) верхних 12 шлипсов, после чего кольцевые сектора верхних 12 и нижних 13 шлипсов, жестко соединенные между собой, расходятся наружу, продольно перемещаясь по конусным поверхностям 14 и 15 (см. фиг.1) соответствующих конусных опор 10 и 11. Давление в колонне НКТ и соответственно в пространстве под поршнем 3 посадочного инструмента 1 продолжают повышать, при этом полый шток 4 через срезное кольцо 26 продолжает воздействовать на нижний толкатель 21, при этом верхние 12 и нижние 13 шлипсы, скользящие по конусным поверхностям 14 и 15 соответствующих конусных опор 10 и 11 и перемещающиеся радиально наружу, вступают во взаимодействие с внутренней стенкой колонны (на фиг.1 и 2 не показано) и фиксируют пакер в заданном интервале. В определенный момент разрушается срезное кольцо 26 и полый шток 4 освобождается от нижнего толкателя 21, а фиксатор 22, размещенный в верхнем толкателе 21 и имеющий резьбовую нарезку 23, окончательно фиксируется в нарезке 6 корпуса 5, а пакер остается в окончательно запакерованном положении. Верхние 8 и нижние 9 упоры, выполненные разрезными, выводят пакер в концентричное положение относительно внутренней стенки колонны, что значительно повышает коэффициент однородности нагружения уплотнительного элемента 7. Благодаря разрушаемым перемычкам 18 и 19 обеспечивается одновременное начальное перемещение верхних 12 и нижних 13 шлипсов, выполненных в виде кольцевых секторов, по конусным поверхностям 14 и 15 соответствующих конусных опор 10 и 11. После чего колонну НКТ с посадочным инструментом 1 и полым штоком 4 извлекают из скважины. Разбуриваемый пакер остается в скважине в запакерованном состоянии в запланированном интервале. После чего производят намеченные работы, например наращивание цементного кольца за эксплуатационной колонной. По окончании работ пакер разбуриваемый удаляется из скважины разбуриванием, при этом все детали разбуриваемого пакера, оставляемые в скважине, выполнены из легкоразбуриваемых материалов (например, чугуна, алюминия и т.п.).
Пакер разбуриваемый имеет простую и технологичную конструкцию, в связи с чем снижается стоимость его изготовления, кроме того, фиксатор, выполненный в виде сегментов, поджат к технологической фаске проточки верхнего толкателя пружинным элементом, например резиновой манжетой, что гарантирует надежную фиксацию уплотнительного элемента пакера в скважине в запакерованном состоянии.
Конструкция якорного узла (верхние и нижние шлипсы), благодаря тому, что кольцевые сектора верхних и нижних шлипсов жестко соединены между собой разрушаемыми перемычками, а сами кольцевые сектора верхних и нижних шлипсов выполнены из материалов различной твердости, при этом конусные опоры снабжены обратными конусными поверхностями, взаимодействующими с упорами, выполнены разрезными с возможностью разрушения при превышении нагрузкой предела прочности, позволяет производить надежное разобщение ствола скважины в условиях разностенности эксплуатационных колонн, а выполнение нижнего толкателя заглушенным снизу позволяет герметично отсекать ствол эксплуатационной колонны скважины и производить работы в скважине выше пакера.