ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПАКЕР
HYDROMECHANICAL PACKER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для перекрытия осевого канала обсадных труб и исследования скважин при бурении.
Известен «Термостойкий пакер» (а.с. №1731937, МПК Е21В 33/12, опубл. Бюл. №17 от 07.05.92 г.), содержащий полый ствол, на котором установлен цилиндр с тонкостенной металлической оболочкой, при этом в цилиндре установлен разжимной конус с образованием зазора между ним и металлической оболочкой, в котором размещена разрезная цанга в виде клиновидных кулачков с фигурным кольцевым пазом, в котором установлено фигурное кольцо, выходящее за пределы металлической оболочки, причем в осевом канале ствола установлено седло под шаровой клапан, а на его нижнем конце - выступ для взаимодействия с конусом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Гидромеханический пакер» (патент RU №2235850, МПК Е21В 33/12, опубл. Бюл. №25 от 10.09.2004 г.), включающий ствол, соединенный через переходник с лифтовой колонной, гидроцилиндр с разжимным конусом и металлической уплотнительной оболочкой, якорь, разрезную цангу, отличающийся тем, что металлическая уплотнительная оболочка выполнена конической и снабжена уплотнительным кольцом на внешней стороне, ствол снабжен ступенчатой подпружиненной втулкой в осевом канале с седлом под шаровой клапан в верхней части и обратным клапаном, установленной с возможностью осевого перемещения и образования гидравлической связи осевого канала ствола с подпакерной полостью в крайнем нижнем положении и связанной со стволом тарированным срезным элементом, причем разрезная цанга жестко связана со стволом, якорь выполнен в виде кольцевого выступа с зубцами по периметру и установлен ниже места расположения металлической уплотнительной оболочки.
Недостатками данных устройств являются сложность в изготовлении, возможность использования только раз, так как для снятия пакера необходимо его разбуривать, и, как следствие, высокие материальные затраты.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Гидромеханический пакер» (патент RU №52607, МПК Е21В 33/12, опубл. Бюл. №10 от 10.04.2006 г.), включающий ствол с радиальными каналами, соединенный через переходник с колонной труб, гидроцилиндр с поршнем, соединенным с разжимным конусом, разрезную цангу с якорем, уплотнительное кольцо, шаровой клапан с седлом, соединенным со стволом тарированным срезным элементом, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо присоединено снизу к разрезной цанге, которая неразрезанным концом жестко присоединена снизу к гидроцилиндру, а якорь выполнен в виде поверхности с насечками, выступающей снаружи над нижним концом разрезной цанги, а изнутри под якорем на разрезной цанге выполнена конусная поверхность, при этом гидроцилиндр выполнен с возможностью перемещения вниз относительно ствола, который дополнительно оснащен снизу на наружной поверхности упором, выполненным с возможностью взаимодействия с разжимным конусом, который соединен жестко с поршнем кольцевой вставкой, выполненной с возможностью взаимодействия с уплотнительным кольцом, при этом поршень выполнен с возможность взаимодействия с конусной поверхностью разрезной цанги.
Недостатками данного устройства являются:
- высокие нагрузки при извлечении, так как при прижатии уплотнительного кольца к стенкам скважины аналогичное усилие действует и между уплотнительным кольцом и кольцевой вставкой, что создает силу трения, препятствующую извлечению пакера, которая может привести к аварийным ситуациям при извлечении пакера, связанным с обрывом колонны труб и разрушением уплотнительного кольца;
- неравномерное прижатие уплотнительного кольца из-за наличия внутри установленных неэластичных шпилек, что значительно снижает качество разобщения скважины пакером и, как следствие, перепад давлений, при котором пакер качественно изолирует пространство скважины, не превышает 7 МПа.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание гидромеханического пакера, работающего при высоких перепадах давления в скважине и легко извлекающегося из скважины.
Техническая задача решается гидромеханическим пакером, включающим ствол с радиальными каналами, соединенный через переходник с колонной труб и оснащенный снизу на наружной поверхности упором, гидроцилиндр с поршнем, присоединенную неразрезанным концом снизу к гидроцилиндру разрезную цангу с якорем, размещенным на нижнем конце поверхности разрезной цанги, уплотнительное кольцо, седло, размещенное в нижней части ствола, причем изнутри под якорем на разрезная цанга оснащена конусной поверхностью, выполненной с возможностью взаимодействия с поршнем, а гидроцилиндр выполнен с возможностью продольного перемещения относительно ствола.
Новым является то, что уплотнительное кольцо размещено на стволе выше гидроцилиндра под переводником, играющим роль верхнего упора, и над нижним упором, вставленным телескопически и герметично в гидроцилиндр, оснащенным внутренней выборкой снизу и наружной - сверху, причем разрезная цанга снизу оборудована внутренними зацепами, охватывающими снизу упор ствола с возможностью отсоединения при взаимодействии конусной поверхности цанги с поршнем, а цилиндр сверху - внутренним сужением, выполненным с возможностью продольного перемещения вверх относительно наружной выборки нижнего упора, при этом радиальные каналы выполнены с возможностью сообщения с внутренней выборкой нижнего упора.
Новым является также то, что уплотнительное кольцо выполнено сборным, включающим не менее одной эластичной втулки, расположенной между жесткими втулками.
На Фиг.1 изображена конструкция гидромеханического пакера с осевым разрезом в транспортном положении.
На Фиг.2 изображена конструкция гидромеханического пакера с осевым разрезом в рабочем положении.
Гидромеханический пакер, включающий ствол 1 (Фиг.1) с радиальными каналами 2, соединенный через переходник 3 с колонной труб 4 и оснащенный снизу на наружной поверхности упором 5, гидроцилиндр 6 с поршнем 7, присоединенную неразрезанным концом снизу к гидроцилиндру 6 разрезную цангу 8 с якорем 9, размещенным на нижнем конце поверхности разрезной цанги 8, уплотнительное кольцо 10, седло 11, размещенное в нижней части ствола 1, причем изнутри под якорем 9 разрезная цанга 8 оснащена конусной поверхностью 12, выполненной с возможностью взаимодействия с поршнем 7, а гидроцилиндр 6 выполнен с возможностью продольного перемещения относительно ствола 1. Уплотнительное кольцо 10 размещено на стволе выше гидроцидиндра 6 под переводником 3, играющим роль верхнего упора, и над нижним упором 13, вставленным телескопически и герметично в гидроцилиндр 6, оснащенным наружной выборкой 14 снизу и внутренней 15 - сверху. Разрезная цанга 8 снизу оборудована внутренними зацепами 16, охватывающими снизу упор 5 ствола 1 с возможность отсоединения при взаимодействии конусной поверхности 12 цанги 8 с поршнем 7. Цилиндр сверху оборудован внутренним сужением 17, выполненным с возможностью продольного перемещения вверх относительно наружной выборки 14 нижнего упора 13. Радиальные каналы 2 выполнены с возможностью сообщения с внутренней выборкой 15 нижнего упора 13. Уплотнительное кольцо 10 для улучшения изоляции внутреннего пространства обсадных труб (на Фиг. не показаны) выполнено сборным, включающим не менее одной эластичной втулки 18, расположенной между жесткими втулками 19. Несанкционированные перетоки жидкости предотвращаются при помощи уплотнений 20 и 21.
Устройство работает следующим образом.
Гидромеханический пакер спускают на колонне труб 4 в скважину (на чертеже не показана), при необходимости промывку производят через внутреннее пространство колонны труб и ствола 1. По достижении интервала установки (на чертеже не показан) с устья (на чертеже не показано) скважины прокачивают жидкость с высоким расходом в колонне труб 4 и стволе 1, в результате создается перепад давлений благодаря наличию седла 11, сужающего внутреннее сечение ствола 1, внутри ствола 1 и снаружи гидроцилиндра 6. В результате жидкость поступает через радиальные каналы 2 в гидроцилиндр 6 под внутреннюю выборку 15 нижнего упора 13, который удерживается в статичном положении внутренним сужением 17 цилиндра 6, охватывающим его наружную выборку 14. При этом гидроцилиндр 6 удерживается в статичном состоянии благодаря внутренним зацепам 16, охватывающим снизу упор 5 ствола 1. Под воздействием перепада давления в гидроцилиндре 6 поршень 7 перемещается вниз, взаимодействуя с конусной поверхностью 12 (Фиг.2) разрезной цанги 8, расширяя ее. В результате якорь 9 прижимается к стенкам скважины, фиксируя пакер в интервале установки, а внутренние зацепы 16, расширяясь вместе с разрезной цангой 8, освобождаются от упора 5 ствола 1. Установка гидромеханического пакера определяется достижением выдержки времени (на практике: 3-10 минут) при определенном расходе жидкости (на практике 20-30 л/сек), вытекающая из скважины вода опять направляется в буферную емкость (на Фиг. не показана), из которой она отбирается для прокачки по колонне труб 4.
Затем разгружают колонну труб 4 (Фиг.2), которая через переходник 3, жесткие 19 и эластичные 18 втулки уплотнительного кольца 10 перемещает нижний упор 13 до взаимодействия с поршнем 7, дожимая его в разрезную цангу 8, а потом сжимает эластичные втулки 18 уплотнительного кольца 10 при помощи жестких втулок 19 до герметичного их прижатия к стенкам скважины, обеспечивая создание перепада давлений до 13-15 МПа.
Для использования для добычи продукции пласта (на Фиг. не показан), располагаемого ниже пакера, может быть сброшен шарик (на Фиг. не показан), который, взаимодействуя с седлом 11 ствола 1, образует клапанный узел.
Для извлечения пакера колонну труб 4 со стволом 1 тянут вверх, в результате эластичные втулки под действием упругих сил возвращаются в исходное состояние, выравнивая давления над и под пакером, а упор 5 взаимодействует с поршнем 7, перемещая его с нижним упором 13 вверх относительно разрезной цанги 8 с гидроцилиндром 6, зафиксированными якорем 9 относительно стенок скважины. При выходе поршня 7 (Фиг.1) из конусной поверхности 12, что не требует больших осевых усилий (не более 200-400 кг), якорь 9 под действием прижимной силы разрезной цанги 8 освобождается от сцепления со стенками скважины. После чего гидромеханический пакер извлекается на поверхность на колонне труб 4.
Конструкция предлагаемого гидромеханического пакера не требует больших усилий для извлечения из скважины, позволяет использовать пакер многократно, без извлечения его из скважины, при этом позволяет держать практически любые допустимые перепады давлений в разделенном пакером пространстве скважины.