УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСАДКИ ПАКЕРА

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для установки пакерующих устройств в скважинах при проведении в них ремонтных работ, таких как испытание обсадных колонн на герметичность, изоляционные работы и другое.
Известно устройство для установки пакера в скважине (патент RU №2170805, МПК 7 Е 21 В 23/06, 33/12 опубл. 20.07.2001 г.), содержащее пакер с уплотнительным элементом, посадочный инструмент с цилиндрическим корпусом, имеющим радиальные каналы, герметичную крышку и перегородку, разделяющую корпус на две части, верхняя из которых образует камеру под атмосферным давлением, а в нижней камере, заполненной жидкостью, установлен поршень со штоком, подпоршневая полость которого сообщена со скважинным пространством через радиальные каналы корпуса и перепускной клапан, при этом устройство снабжено дорном, соединенным со штоком поршня срезаемым элементом, а перепускной клапан установлен в перегородке с возможностью срабатывания от избыточного давления в скважине, при этом пакер содержит гильзу, расширяемую дорном при перемещении поршня, а уплотнительный элемент покрывает гильзу.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для посадки пакера (патент RU №2186195, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №21 от 27.07.2002 г.), включающее корпус с герметичной крышкой, поперечную перегородку с продольным каналом, перекрытым клапаном, разделяющую корпус на две полости, одна из которых - низкого давления, другая - высокого давления и заполнена жидкостью, расположенный в корпусе поршень со штоком и радиальные каналы ниже поршня, при этом оно снабжено втулкой с цилиндрической внутренней выборкой, зафиксированной на наружной поверхности с возможностью продольного перемещения относительно него и пружинным центратором, расположенным в верхней части корпуса, клапан выполнен дифференциальным, установлен в поперечной перегородке и зафиксирован в исходном положении упомянутой втулкой, которая при запакеровке взаимодействует с пружинным центратором, а шток поршня выполнен с присоединенным к нему через срезное кольцо дорном, частично входящим в уплотнительный элемент пакера и расширяющим его при
перемещении штока вверх.
Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки, связанные с тем что:
- возможно несанкционированное срабатывание устройства до достижения им заданного интервала установки пакера;
- невозможно расхаживание устройства в процессе спуска в случае его прихвата, поскольку это ведет к посадке пакера:
- пакер разбуриваемый, а на его разбуривание в скважине необходимы время и спецтехника, а значит создаются дополнительные материальные и финансовые затраты на ремонт скважины в целом.
Задачей полезной модели является исключение несанкционированного срабатывания устройства и применение его в комплексе с пакером многоразового действия.
Указанная задача решается устройством для посадки пакера, включающим корпус с герметичной крышкой, поперечную перегородку с продольным каналом, перекрытым дифференциальным клапаном, разделяющую корпус на две полости, одна из которых - низкого давления, другая - высокого давления и заполнена жидкостью, расположенный в корпусе поршень со штоком и радиальные каналы ниже поршня, при этом корпус снабжен втулкой с цилиндрической внутренней выборкой, зафиксированной на наружной поверхности с возможностью продольного перемещения относительно него и подпирающей в исходном положении дифференциальный клапан, и, расположенным выше втулки, пружинным центратором, с которой он взаимодействует в рабочем положении, причем шток через срезной элемент соединен с расширяющим механизмом уплотнительного элемента пакера при перемещении штока вверх.
Новым является то, что пружинный центратор оснащен пальцем, а на наружной поверхности корпуса выполнены технологические проточки, взаимодействующие с пальцем пружинного центратора, которые выполнены в виде нескольких продольных пазов, последний из которых для рабочего положения длиннее других, соединенных так, что при продольном перемещении пружинного центратора относительно корпуса палец перемещается в направлении длинной продольной проточки, при этом расширяющий механизм оснащен съемным узлом и выполнен в виде полого ствола с радиальными отверстиями внизу внутренним цилиндрическим выступом вверху, причем на наружной
поверхности полого ствола выполнены кольцевые проточки и продольные упоры, которые размещены по периметру на одном уровне, и размещены снизу вверх с возможностью продольного перемещения герметичная заглушка с нижним конусом и внутренней цилиндрической проточкой, упорное кольцо с окнами для продольных упоров, верхний конус, взаимодействующий в рабочем положении с продольными упорами, уплотнительный элемент и упор с фиксатором положения, выполненным в виде пружинного кольца, взаимодействующего с кольцевыми проточками полого ствола, при этом между нижним конусом и упорным кольцом, а также между упорным кольцом и верхним конусом в промежуток между окнами установлены соответственно нижние и верхние шлипсы, выполненные с возможностью радиального перемещения наружу только при сближении соответственно нижнего и верхнего конусов с упорным кольцом, в исходном положении верхний конус зафиксирован срезным винтом, а нижний конус - шариками, установленными в радиальные отверстия полого ствола и взаимодействующими снаружи с внутренней цилиндрической проточкой герметичной заглушки, а изнутри со съемным узлом, выполненным в виде гильзы с кольцевой выборкой по наружной поверхности, которая взаимодействует с цилиндрическим выступом полого ствола с возможностью ограниченного продольного перемещения, причем в исходном положении гильза зафиксирована относительно полого ствола разрушаемым элементом, при этом корпус взаимодействует с упором, а шток - через срезной элемент с полым стволом.
На фиг.1 изображен предлагаемый пакер-пробка в продольном разрезе.
На фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.
На фиг.3 - вид I крупным планом.
На фиг.4 - развертка технологической проточки, выполненной на наружной поверхности корпуса.
Устройство для посадки пакера (см. фиг.1) состоит из корпуса 1 с герметичной крышкой 2, поперечной перегородки 3 с продольным каналом 4, перекрытым дифференциальным клапаном 5, разделяющую корпус 1 на две полости, одна из которых полость низкого давления 6, а другая полость высокого давления 7 - заполнена жидкостью 8.
В камере высокого давления 7 корпуса 1 расположен поршень 9 со штоком 10. Корпус 1 снабжен радиальными каналами 11 ниже поршня 9. Корпус 1 снаружи оснащен втулкой 12 с цилиндрической внутренней выборкой 13. Втулка 12 зафиксирована на наружной поверхности корпуса 1 с возможностью продольного перемещения относительно него. В исходном положении втулка 12 подпирает дифференциальный клапан 5. На наружной поверхности корпуса 1 выше втулки 12, установлен пружинный центратор 14.
Пружинный центратор 14 оснащен пальцем 15, а на наружной поверхности корпуса 1 выполнены технологические проточки 16 (см. фиг.4), взаимодействующие с пальцем 15 пружинного центратора 14, которые выполнены в виде нескольких коротких продольных пазов 17, и одной - длинной продольной проточки 18 для рабочего положения. Продольные короткие проточки 17 и длинная продольная проточка 18, соединены так, что при продольном перемещении пружинного центратора 14 относительно корпуса 1 палец 15 перемещается по продольным коротким проточкам 17 в направлении длинной продольной проточки 18.
Расширяющий механизм 19 оснащен съемным узлом 20 и выполнен в виде полого ствола 21 с радиальными отверстиями 22 внизу и внутренним цилиндрическим выступом 23 вверху.
На наружной поверхности полого ствола 21 выполнены кольцевые проточки 24 (см. фиг.3) и продольные упоры 25 (см. фиг.2), которые размещены по периметру на одном уровне. Снизу на полом стволе 21 (см. фиг.1) размещены: нижний конус 26, снабженный внутренней цилиндрической проточкой 27 и жестко соединенный с герметичной заглушкой 28, упорное кольцо 29 с окнами 30 для продольных упоров 25 (см. фиг.2), верхний конус 31, взаимодействующий в рабочем положении с продольными упорами 25, уплотнительный элемент 32 и упор 33 с фиксатором положения 34 (см. фиг.3) поджатый сверху гайкой 35. Фиксатор положения 34 выполнен в виде пружинного кольца, взаимодействующего с кольцевыми проточками 24 полого ствола 21.
Между нижним конусом 26 и упорным кольцом 29, а также между упорным кольцом 29 и верхним конусом 31 в промежуток между окнами 30 установлены соответственно нижние 36 и верхние 37 шлипсы, выполненные с возможностью
радиального перемещения наружу при сближении соответственно нижнего 26 и верхнего 31 конусов с упорным кольцом 29.
Нижние 36 и верхние 37 шлипсы связаны соответственно, с нижним 26 и верхним 31 конусами соединением «ласточкин хвост», а с верхним и нижним торцами упорного кольца 29 - Т-образным соединением.
В исходном положении верхний конус 31 зафиксирован срезным винтом 38 с полым стволом 21, а нижний конус 26 - шариками 39, установленными в радиальные отверстия 22 полого ствола 21 и взаимодействующими снаружи с внутренней цилиндрической проточкой 27 нижнего конуса 26, а изнутри со съемным узлом 20, выполненным в виде гильзы 40 с кольцевой выборкой 41 на наружной поверхности, взаимодействующей с внутренним цилиндрическим выступом 23 полого ствола 21 с возможностью ограниченного продольного перемещения длиной 1 (см. фиг.1), а в исходном положении гильза 40 зафиксирована относительно полого ствола 21 разрушаемым элементом 42, при этом корпус 1 взаимодействует с упором 33. Шток 10 (см. фиг.1) через срезной элемент 43 соединен с полым стволом 21 расширяющего механизма 19.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 44.
Устройство для посадки пакера работает следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину полость высокого давления 7 корпуса 1 заполняют жидкостью 8 (например, минеральным маслом), после этого дифференциальный клапан 14 устанавливают в исходное положение (см. фиг.1), в котором его подпирают снаружи втулкой 12, зафиксированной на наружной поверхности корпуса 1 замковым элементом 45 (например, разрезным пружинным кольцом круглого сечения). При этом в транспортном положении палец 15 устанавливают в самой первой короткой технологической проточке 17, то есть в самой дальней от длинной технологической проточки 18 технологических проточек 16, изготовленных на наружной поверхности корпуса 1.
Затем устройство в сборе с пакером на канате 46 спускают в скважину в требуемый интервал. Достигнув заданного интервала устройство несколько раз посредством каната 44 приподнимают примерно на 1 метр и опускают, количество этих спуско подъемных
операций (СПО) соответствует числу продольных коротких проточек 17 плюс 2-3 дополнительных СПО для гарантированного срабатывания пружинного центратора 14. В результате проделанной операции палец 15 двигаясь по технологическим проточкам 16 из коротких продольны проточек 17 попадает в самую последнюю длинную продольную проточку 18, при этом все устройство за исключением пружинного центратора, который находится в неподвижном положении благодаря контакту его пружин с внутренней стенкой обсадной колонны, двигается вверх относительно пальца 15, находящегося в длинной продольной проточке 18. В определенный момент происходит контакт пружинного центратора 14 с втулкой 12, при этом пружинный центратор 14, преодолевая сопротивление замкового механизма 45 втулки 12 сдвигает ее вниз до упора в торец 47 корпуса 1. Втулка 12 своей цилиндрической внутренней выборкой 13 устанавливается напротив дифференциального клапана 5. Дифференциальный клапан 5, освободившись от фиксации смещается наружу и открывает продольный канал 4, благодаря технологическому каналу 48, позволяющему исключить «эффект поршневания» при перемещении дифференциального клапана 5 наружу.
1
2
1
2
Под действием разницы давлений ΔР=P-P в камере высокого давления 7 (P) и в камере низкого давления жидкость 8 (Р), находящаяся в камере высокого давления 7 жидкость 8 устремляется сквозь продольный канал 4 поперечной перегородки 3 в камеру низкого давления 6.
При этом корпус 1 оказывает давление на упор 33, а шток 10 тянет вверх полый ствол 21, с находящимися на нем деталями 26, 28, 29, 31, 36 и 37. При этом нижний конус 26 наезжают на нижние шлипсы 36 и, раздвигает их, последние приходят в соприкосновение с внутренней стенкой обсадной колонной. При движении штока 10 вверх радиальные каналы 11, выполненное под поршнем 9 исключает «эффект поршневания» При дальнейшем движении штока и достижении расчетной нагрузки происходит разрушение срезных элементов 38, после чего верхний конус 32 наезжает на верхние шлипсы 37 и, раздвигает их, при этом последние приходят в соприкосновение с обсадной колонной, в результате чего происходит фиксация устройства в скважине.
При дальнейшей натяжке штока 10 осуществляется сжатие уплотнительного элемента 32. Фиксатор положения 34 фиксируется на кольцевых проточках 24 полого ствола 21, фиксируя уплотнительный элемент 32 в запакерованном состоянии.
По достижении расчетной нагрузки посадки пакера срезной элемент 43 разрушается, освобождая устройство, которое после этого извлекается из скважины, а пакер остается в запланированном интервале скважины.
Для снятия пакера-пробки в скважину спускают ловильный инструмент (на фиг. не показан) и соединяют его со съемным узлом 20 за кольцевую выборку 41 на наружной поверхности гильзы 40. Делают натяжку инструмента вверх, при этом срезной элемент 43 разрушается, после чего съемный узел 20 приподнимают на величину «l» (фиг.1). При этом шары 39 выходят из контакта с внутренней цилиндрической проточкой 27 нижнего конуса 26 и выпадают на герметичную заглушку 28. Начинают подъем съемного узла 20 вместе с полым стволом 21, при этом снимается нагрузка с уплотнительного элемента 32, и он приходит в исходное положение. Продольные упоры 25, выполненные на наружной поверхности полого ствола 21 воздействуют на верхний конус 31, в результате чего он поднимается и снимает нагрузку с верхних шлипсов 37, в результате этого последние сдвигаются к центру, отходя от внутренней стенки обсадной колонны. Затем подъем прекращается, инструмент подают вниз и съемным узлом 20 ударяют о герметичную заглушку 20, благодаря чему она вместе с нижним конусом 26 опускается вниз и освобождает нижние шлипсы 36 от зацепления с внутренней стенкой обсадной колонной. Пакер распакерован и его можно поднимать на поверхность.
Предлагаемое устройство для посадки пакера гарантированно от преждевременного срабатывания устройства, а также имеет возможность расхаживания в случае прихватов, что позволяет исключить аварийную ситуацию в скважине, кроме того, его применение в комплексе с пакером многоразового действия, исключает дополнительные затраты времени на разбуривание пакера, а значит позволяет сэкономить материальные и финансовые средства.