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 Е 21 В 33/12, 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 РФ №2170808, МПК 7 Е 21 В 33/12, 2001 г.), включающий ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, конус со шлипсами, корпус и шток посадочного инструмента, установочный фиксатор и съемный узел с зубчатой насечкой, при этом ствол в верхней части выполнен с кольцевой выборкой по наружной поверхности с кольцевым выступом наверху, вертикальными сквозными пазами и радиальными отверстиями, в которой установлена втулка с возможностью продольного перемещения с наружным кольцевым выступом в нижней части и снабжена сферической кольцевой выборкой, обращенной к оси устройства, в которой установлены фиксирующие шарики, взаимодействующие через посредство радиальных отверстий в стволе со съемным узлом, а также снабжена вертикальными сквозными пазами в верхней части, причем съемный узел через палец и пазы в столе взаимодействует с втулкой и соединен со стволом через срезаемый элемент, а фиксатор положения уплотнительного элемента выполнен в виде пружинной шайбы, взаимодействующей с кольцевой насечкой на втулке, выполненной под пружинную шайбу.
Недостатками пакера являются:
- во-первых, ограниченные функциональные возможности, так как пакер держит давление только в одну сторону, сверху вниз, а при давлении, направленном снизу вверх, плашки могут сдвинуться с места;
- во-вторых, для срыва пакера нужен специальный ловильный инструмент;
- в-третьих, большая площадь соприкосновения сопряженных деталей (ствола и съемного узла), что приводит к их «закипанию» а, следовательно, возникают большие нагрузки при снятии пакера, что чревато «прихватом» и может создать проблему при извлечении пакера.
Задачей полезной модели является создание конструкции пакера, обладающей более широкими функциональными возможностями и позволяющего использовать серийно выпускаемый ловильный инструмент для извлечения его из скважины, с одновременным снижением нагрузок при срыве пакера.
Указанная задача решается предлагаемым пакером, включающим колонну труб, ствол с кольцевой выборкой наверху, сквозными пазами и радиальными отверстиями, верхний и нижний упоры, уплотнительный элемент, конус со шлипсами, установочный фиксатор, съемный узел, втулку с наружным кольцевым выступом в нижней части, установленную на стволе с возможностью продольного перемещения, палец, взаимодействующий с втулкой.
Новым является то, что втулка сверху соединена с конусом, выше которого расположен уплотнительный элемент, зафиксированный на втулке верхним упором, а нижний кольцевой выступ втулки выполнен в виде дополнительного конуса, ниже которого расположен дополнительный уплотнительный элемент, зафиксированный на втулке нижним упором, заглушенным снизу и снабженным внутренней цилиндрической проточкой и сквозными отверстиями напротив радиальных отверстий ствола, при этом снизу ствол подпружинен посредством шибера, установленного во внутренней цилиндрической проточке нижнего упора с возможностью герметичного осевого перемещения относительно заглушенного снизу нижнего упора, кроме того на наружной поверхности нижнего упора установлены центраторы, причем уплотнительный элемент и дополнительный уплотнительный элемент выполнены в виде разнонаправленных самоуплотняющихся манжет, при этом между конусами установлен стакан, соединенный жестко с пальцем, с возможностью продольного и вращательного движения, а на стакане сверху и снизу установлены шлипсы, оснащенные подпружиненными от стакана центраторами и выполненными с возможностью взаимодействия соответственно с
конусом и дополнительным конусом, причем на наружной поверхности втулки для взаимодействия с пальцем выполнены два коротких и между ними один длинный продольные пазы, последовательно соединенные между собой фигурными пазами, один из которых соединяет низ первого из коротких продольных пазов, являющегося транспортным, с серединой длинного продольного паза, являющегося рабочим, а другой - низ длинного продольного паза с серединой другого короткого продольного паза, расположенного в районе середины длинного продольного паза и являющегося съемным узлом, причем сквозные пазы выполнены в кольцевом выступе ствола и расположены выше втулки, радиальные отверстия - ниже втулки, при этом ствол сверху кольцевого выступа соединен с колонной труб.
На фиг.1 изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.
На фиг.2 - развертка пазов.
Пакер состоит из ствола 1 (см. фиг.1), имеющего кольцевой выборкой 2 наверху, в которой выполнены сквозные пазы 3, втулки 4 с наружным кольцевым выступом 5 в нижней части.
Втулка 4 установлена на наружной поверхности ствола 1 и сверху соединена с конусом 6, выше которого расположен уплотнительный элемент 7, жестко зафиксированный на втулке 4 верхним упором 8, а наружный кольцевой выступ 5 в нижней части втулки 4 выполнен в виде дополнительного конуса 9, ниже которого расположен дополнительный уплотнительный элемент 10, жестко зафиксированный на втулке нижним упором 11.
Уплотнительный элемент 7 и дополнительный уплотнительный элемент 10 выполнены в виде разнонаправленных самоуплотняющихся манжет.
Сквозные пазы 3 ствола 1 расположены выше втулки 4, а радиальные отверстия 12, выполненные в стволе 1 - ниже втулки 4.
Нижний упор 11 заглушен снизу заглушкой 13 и снабжен внутренней цилиндрической проточкой 14, а также сквозными отверстиями 15 напротив радиальных отверстий 12 ствола 1. Снизу ствол 1 подпружинен пружиной 16 посредством шибера 17, установленного во внутренней цилиндрической проточке 14 нижнего упора 11 с возможностью герметичного осевого перемещения относительно заглушенного снизу заглушкой 13 нижнего упора 11. В транспортном положении пружина 16 находится в сжатом состоянии, как показано на фигуре 1.
Между конусом 6 и дополнительным конусом 9 установлен стакан 18, соединенный жестко с пальцем 19, с возможностью продольного и вращательного движения, при этом палец 19 имеет возможность взаимодействия с втулкой 4. На стакане
18 сверху и снизу установлены шлипсы 20 и 21 соответственно, оснащенные подпружиненными посредством пружин 22 от стакана 18 центраторами 23, и выполненными с возможностью взаимодействия соответственно с конусом 6 и дополнительным конусом 9.
На наружной поверхности втулки 4 выполнены продольные пазы (см. фиг.2) в виде двух коротких 24, 25 и между ними одного длинного 26, соединенных последовательно между собой фигурными пазами, один из которых 27 соединяет низ короткого продольного паза 24, являющегося транспортным, с серединой длинного продольного паза 26, являющегося рабочим, а другой 28 - низ длинного продольного паза 26 с серединой короткого продольного паза 25, расположенного в районе середины длинного продольного паза 26, являющегося съемным узлом 29.
Ствол 1 (см. фиг.1) выше кольцевой выборки 2 соединен с колонной труб 30.
Верхний упор 8 зафиксирован относительно ствола 1 посредством установочного фиксатора 31, выполненного в виде срезного элемента.
На наружной поверхности нижнего упора 11 установлены центраторы 32.
Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях нижнего ствола 1 и нижнего упора 11 предотвращаются уплотнительными кольцами 33.
Работает устройство следующим образом.
На устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано) палец 19 стакана 18 размещают в коротком продольном пазе 24 (см. фиг.2) - транспортное положение, затем пакер (см. фиг.1) на колонне труб 30 спускают в скважину. В процессе спуска пакер центрируется относительно оси скважины посредством центраторов 32, установленных на наружной поверхности нижнего упора 11, а находящаяся в скважине жидкость перепускается снизу вверх в кольцевое пространство (на фиг.1 и 2 не показано), образованное колонной труб 30 и стенками скважины, поступая через радиальные отверстия 12 во внутрь ствола 1, а от туда сквозь сквозные пазы 3 ствола 1 в выше упомянутое кольцевое пространство.
По достижении требуемого интервала установки пакера приподнимают на устье скважины колонну труб 30 на длину, большую длины короткого продольного паза 24 (см. фиг.2), а затем поворачивают по часовой стрелке колонну труб 30 на величину большую длины развертки фигурного паза 27, соединяющего низ короткого продольного паза 24 с серединой длинного продольного паза 26, при этом все детали пакера совершают осевое и вращательное перемещение за исключением деталей 18, 19, 20, 21, 22 и 23, остающихся на месте благодаря контакту подпружиненных посредством пружин 22 шлипсов 20 и 21 со стенками скважины (на фиг.1 и 2 не показано). В результате проделанных операции палец 19, жестко соединенный со стаканом 18 (см. фиг.1), находившийся в транспортном
положении в коротком продольном пазу 24 попадает в середину длинного продольного паза 26 (см. фиг.2), принимая рабочее положение, в котором стакан 18 получает возможность осевого перемещения относительно ствола 1 пакера по длинному продольному пазу 26, а шлипсы 20 и 21 (см. фиг.1), расположенные на стакане 18 - возможность взаимодействия с конусом 6 и дополнительным конусом 9 соответственно. Продолжают тянуть колонну труб 30 вверх, при этом все детали пакера, поднимаются вверх кроме деталей 18, 19, 20, 21, 22 и 23, остающихся на месте благодаря контакту подпружиненных посредством пружин 22 шлипсов 20 и 21 со стенками скважины. В результате палец 19 оказывается в нижней части длинного продольного паза 26 (см. фиг.2). В определенный момент, шлипсы 21 (см. фиг.1) своей внутренней конусной поверхностью наезжают на дополнительный конус 9, в следствии чего шлипсы 21 раздвигаются. В итоге, шлипсы 21 приходят в соприкосновение со стенками скважины центрируются посредством центраторов 23 и фиксируют пакер в скважине.
Продолжают поднимать колонны труб 30 вверх и при достижении расчетной нагрузки разрушения (примерно 30-40 кН, фиксируемого на устье скважины по индикатору веса) установочного фиксатора 31, выполненного в виде срезного элемента, соединяющего верхний упор 8 со стволом 1 происходит разрушение вышеупомянутого установочного фиксатора 31, при этом шлипсы 21 посредством дополнительного конуса 9 дожимаются к стенкам скважины.
В результате ствол 1 перемещается вверх относительно втулки 4 и освобождается от пакера, а находящийся во внутренней цилиндрической проточке 14 нижнего упора 11 шибер 17, получив возможность перемещения вверх под действием возвратной силы пружины 16, упертой снизу в заглушку 13 нижнего упора 11 перемещается вверх до упора в верхний конец внутренней цилиндрической проточки 14 нижнего упора 11, герметично посредством уплотнительных колец 33, перекрывая сквозные отверстия 15 нижнего упора 11, предотвращая тем самым попадание скважинной жидкости во внутрь пакера. Далее ствол 1 на колонне труб 30 извлекается из скважины.
При наличии давления снизу дополнительный уплотнительный элемент 10, выполненный в виде самоуплотняющейся манжеты плотно прижимается к стенкам обсадной колонны, герметично отсекая ту часть скважины, которая находится ниже пакера. В случае, если давление сверху превышает давление снизу (например, при проведения 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 уплотнительным элементом 7, также выполненным в виде самоуплотняющейся манжеты, последний плотно прижимается к стенкам скважины,
при этом давление передается на нижний торец пакера, а именно на заглушку 13 нижнего упора 11. В результате этого все детали пакера, кроме деталей 18, 19, 20, 21, 22 и 23, остающихся на месте, перемещаются вниз относительно пальца 19 по длинному продольному пазу 26.
В результате палец 19 оказывается в верхней части длинного продольного паза 22. В определенный момент шлипсы 20 своей внутренней конусной поверхностью наезжают на конус 6 и раздвигаются. В итоге шлипсы 20 приходят в соприкосновение со стенками скважины, центрируются посредством центраторов 23 и фиксируют пакер в скважине, при этом уплотнительный элемент 7, воспринимающий давление сверху плотно прижимается к стенкам скважины и держит давление сверху вниз. Далее продолжают запланированные работы в скважине.
При необходимости извлечения пакера в скважину спускают серийно выпускаемый ловильный инструмент на колонне труб (например, внутреннюю труболовку, на фиг. не показана) с помощью которого захватывают пакер за внутреннюю поверхность 34 втулки 4.
После этого поднимают колонну труб с ловильным инструментом и пакером вверх на длину, большую длины длинного продольного паза 26 (см. фиг.2) и поворачивают колонну труб по часовой стрелке на величину большую длины развертки фигурного паза 28. Затем опускают колонну труб с ловильным инструментом и пакером вниз на длину, большую длины короткого продольного паза 25.
В результате проделанных операций палец 19 из длиной продольной проточки 26 попадает в середину короткого продольного паза 25, расположенного в районе середины длинного продольного паза 26 и являющегося съемным узлом 29, при этом все детали пакера, кроме деталей 18, 19, 20, 21, 22 и 23, остающихся на месте, совершают осевое и вращательное перемещение и пакер занимает транспортное положение, в котором исключатся возможность контакта шлипсов 20 и 21 (см. фиг.1) с конусом 6 и дополнительным конусом 9. Далее пакер извлекают из скважины.
В предлагаемом пакере используется сборный шлипсовый узел, установленный между уплотнительными элементами, что обеспечивает высокую надежность запакеровки и распакеровки пакера-пробки и расширяет его функциональные возможности, так как поддерживает пакер в рабочем состоянии как при давлениях, направленных вниз, так и вверх. Кроме того пакер позволяет использовать серийно выпускаемый ловильный инструмент при его извлечении, а также снизить нагрузки при срыве пакера за счет сокращения площади сопряженных деталей.