ПАКЕР РАЗБУРИВАЕМЫЙ С ПОСАДОЧНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к области строительства, эксплуатации и ремонта нефтяных, газовых и других скважин, а именно к пакерам разбуриваемым.
Известен «Пакер разбуриваемый» (патент RU №2296853, МПК E21B 33/12, опубл. Бюл. №10 опубл. 10.04.2007), включающий ствол с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на стволе уплотнительный элемент, заключенный между верхним и нижним конусом, верхние и нижние захваты, примыкающие к конусам по коническим поверхностям, и разрезную гайку, имеющую наружную и внутреннюю резьбы, по которым гайка установлена одновременно на стволе и в верхнем конусе соответственно. В нижней части ствола неподвижно установлен упор, представляющий глухую пробку или пробку с технологическими отверстиями. Установка пакера в скважине производится посредством осевого усилия, сжимающего уплотнительный элемент, и создаваемого гидравлическим установочным устройством.
Недостатком указанного выше пакера является низкая надежность в рабочем (посадочном) состоянии при действии внешних воздействий, обусловленная тем, что отсутствует плотное прилегание конуса и захвата в распакерованном состоянии. Конусные поверхности захватов и конусов, образованные одинаковыми окружностями, обеспечивают плотное прилегание друг к другу лишь в транспортном положении пакера, в то время как в рабочем положении имеет место линейный контакт конуса и захвата по его наружным кромкам. Данная особенность обуславливает возможность дополнительного перемещения захвата относительно конуса при внешних воздействиях вследствие деформации конуса и захватов по линиям контакта, что также может привести к нарушению прочности конуса. Кроме того, в данном пакере отсутствует жесткая связь в окружном направлении между захватом и конусом, что вызывает вращение конусов при разбуривании и, как следствие, увеличение продолжительности бурения.
Известен также «Пакер разбуриваемый» (патент RU №2533405, МПК E21B 33/12, опубл. Бюл. №32 опубл. 20.11.2014), содержащий ствол с неподвижным упором в нижней части, установленные на стволе уплотнительный элемент, заключенный между верхним и нижним конусом, верхние и нижние захваты, и разрезную гайку, при этом верхний и нижний якоря дополнительно снабжены толкателями, на конусах и толкателях выполнены Т-образные или в виде ласточкина хвоста пазы, а захваты с обоих концов снабжены выступами ответной формы, образуя скользящую кинематическую пару ползун - направляющая с сопрягаемыми деталями.
Недостатками данного пакера являются необходимость наличия посадочного гидравлического инструмента с большим усилием посадки, при выходе которого из строя необходимы дополнительные спуско-подъемные операции, невозможность промывки при спуске и заполнения колонны труб скважинной жидкостью из-за отсутствия переточных отверстий, одновременная посадка верхнего и нижнего якоря с передачей усилия посадки их через уплотнительный элемент, который при этом скользит по обсадной колонне труб скважины, истирая наружную поверхность уплотнения и, как следствие, ухудшая разобщение ствола скважины, сложная форма толкателей и конусов якоря, что делает конструкцию пакра очень дорогой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является Разбуриваемый пакер (патент RU №2507375, МПК E21B 33/12, опубл. Бюл. №04 опубл. 20.02.2014), состоящий из ствола с полым штоком в осевом канале и башмака, с подпружиненным обратным клапаном, нижних и верхних разрывных плашек, с разжимными конусами, уплотнительным элементом, подвижной опорой с пакетом стопорных разрезных колец, при этом ствол снабжен внутренней расточкой на нижнем конце, полый шток снабжен удлинителем с продольными пазами и цангой, лепестки которой снабжены головками, установленными с возможностью взаимодействия с внутренней расточкой ствола и через продольные пазы удлинителя, с опорой на корпус обратного клапана в его осевом канале, удлинитель снабжен дроссельной шайбой и радиальными отверстиями над ней и установлен с возможностью торцового контакта с обратным клапаном башмака, а полый шток снабжен переходной муфтой с регулировочной гайкой и связан со стволом срезным элементом.
Недостатками данного разбуриваемого пакера являются необходимость наличия посадочного гидравлического инструмента с большим усилием посадки, при выходе которого из строя необходимы дополнительные спуско-подъемные операции, невозможность прямой промывки при спуске из-за наличия обратного клапана спускаемого вместе с пакером, одновременная посадка верхнего и нижнего якоря с передачей усилия посадки их через пакер, который при этом скользит по обсадной колонне труб скважины, истирая наружную поверхность уплотнения и, как следствие, ухудшая разобщение ствола скважины, наличие после установки пакера ненадежного гидравлически открываемого и подпружиненного клапана, который при гидравлических ударах, высоком уровне жидкости в скважине, засорении и выходе из строя пружины не будет исключать перетоки жидкости между надпакерной и подпакерной зонами скважины.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание пакера разбуриваемого, устанавливаемого без мощных гидравлических посадочных инструментов, с поочередной посадкой верхнего и нижнего якорей и клапана, открываемого и закрываемого при помощи механического воздействия с устья скважины.
Техническая задача решается пакером разбуриваемым с посадочным инструментом, включающим ствол с полым штоком с нижним удлинителем в осевом канале, башмаком и клапаном, перекрывающим радиальные каналы ствола при перемещении вверх, нижние и верхние разрывные плашки с разжимными конусами, между которыми установлен уплотнительный элемент, верхнюю и нижнюю опоры разрывных плашек, верхняя из которых выполнена подвижной, а верхний подвижный конус оснащен пакетом стопорных разрезных колец, фиксирующих верхний конус при перемещении его вниз относительно наружных насечек ствола, цангу, включающую лепестки с головками, при этом ствол снабжен внутренней расточкой на нижнем конце под головки цанги, седло обратного клапана, зафиксированного внутри штока срезным элементом выше радиальных каналов штока, причем подвижная опора выполнена с возможностью взаимодействия с толкателем посадочного инструмента, а шток с возможностью соединения с тяговым механизмом посадочного инструмента.
Новым является то, что шток снабжен сверху упором, опирающимся на торец ствола, а ниже внутренней расточки оснащен наружной кольцевой проточкой под головки цанги, которая жестко соединена с клапаном, подпираемым снизу упором, жестко соединенным через башмак с нижней опорой и выполненным с возможностью осевого перемещения в нижнем кольцевом сужении штока, причем на удлинителе штока снаружи с возможностью перемещения вниз до нижнего упора установлена гильза с нижнем внутренней и верхней наружной технологическими проточками соответственно под верхнее и нижнее пружинные кольца, причем выше внутренней проточки расположен кольцевой выступ, на наружной поверхности удлинителя выполнена кольцевая проточка под нижнее пружинное кольцо, сжимаемое при осевом перемещении шток вверх с перемещением выше кольцевого выступа и опорой на него при перемещении штока вниз вместе с гильзой, а верхнее пружинное кольцо выполнено с возможностью фиксации удлинителя относительно башмака при размещении в кольцевом пространстве между упором и башмаком и освобождения от этой фиксации при перемещении штока вниз с гильзой, подпирающей это пружинное кольцо при спуске, седло обратного клапана изготовлено под бросовый шар и выполнено с возможностью перемещения вниз после разрушения срезных элементов с открытием радиальных каналов штока, при этом тяговый механизм посадочного инструмента выполнен в виде переходника, соединенного снизу со штоком, а сверху - с колонной труб, а толкатель - в виде цилиндра, соединенного с верхней подвижной опорой и сообщенного с полостью штока, внутри цилиндра размещен кольцевой поршень, жестко соединенный со стволом.
На чертеже изображен разбуриваемый пакер в продольном разрезе.
Пакер разбуриваемый с посадочным инструментом 1 содержит ствол 2 с полым штоком 3 с нижним удлинителем 4 в осевом канале 5 и башмаком 6 с клапаном 7, перекрывающим радиальные каналы 8 ствола 2 при перемещении вверх, нижние 9 и верхние 10 разрывные плашки с соответствующими разжимными конусами 11 и 12, между которыми установлен уплотнительный элемент 13, верхнюю 14 и нижнюю 15 опоры разрывных плашек 10 и 9, верхняя 14 из которых выполнена подвижной, а верхний подвижный конус оснащен пакетом стопорных разрезных колец 16, фиксирующих верхний конус 11 при перемещении его вниз относительно наружных насечек 17 ствола 2, цангу 18, включающую лепестки 19 с головками 20. Ствол снабжен внутренней расточкой 21 на нижнем конце под головки цанги 20. Седло 22 обратного клапана, зафиксированного внутри штока 3 срезным элементом 23 выше радиальных каналов 24 штока 3. Подвижная опора 14 выполнена с возможностью взаимодействия с толкателем 26 посадочного инструмента 1, а шток 3 с возможностью соединения с тяговым механизмом 27 посадочного инструмента 1. Шток 3 снабжен сверху упором 28, опирающимся на торец 29 ствола 2. Ниже внутренней расточки 21 ствола 2 оснащен наружной кольцевой проточкой 30 под головки 20 цанги 18. Цанга 18 жестко соединена с клапаном 6, подпираемым снизу упором 31, жестко соединенным через башмак 6 с нижней опорой 15 и выполненным с возможностью осевого перемещения в нижнем кольцевом сужении 32 штока 3. На удлинителе 4 штока 3 снаружи с возможностью перемещения вниз до нижнего упора 33 удлинителя 4 установлена гильза 34 с нижнем внутренней 35 и верхней наружной 36 технологическими проточками соответственно под нижнее 37 и верхнее 38 пружинные кольца. Выше внутренней проточки 35 гильзы 34 расположен кольцевой выступ 39. На наружной поверхности удлинителя 4 выполнена кольцевая проточка 40 под нижнее пружинное кольцо 37, сжимаемое при осевом перемещении штока 3 вверх с перемещением выше кольцевого выступа 39 гильзы 34 и опорой на него при перемещении штока 3 вниз вместе с гильзой 34. Верхнее пружинное кольцо 38 выполнено с возможностью фиксации удлинителя 4 относительно башмака 6 при размещении в кольцевом пространстве 41 между упором 31 и башмаком 6 и освобождения от этой фиксации при перемещении штока 3 вниз с гильзой 34, подпирающей это пружинное кольцо 38 при спуске. Седло 22 обратного клапана изготовлено под бросовый шар 42 и выполнено с возможностью перемещения вниз после разрушения срезных элементов 23 с открытием радиальных каналов 24 штока 3. Тяговый механизм 27 посадочного инструмента 1 выполнен в виде переходника, соединенного снизу со штоком 3, а сверху - с колонной труб (на чертеже не показана), а толкатель 26 - в виде цилиндра, соединенного с верхней подвижной опорой 14 и сообщенного через отверстие 43 штока 3, кольцевого канала 44 и отверстия 45 ствола 2 с полостью штока 3. Внутри цилиндра (толкателя) 26 размещен кольцевой поршень 46, жестко соединенный со стволом 2. Уплотнения, исключающие несанкционированные перетоки жидкости, на чертеже не пронумерованы. Технические элементы и соединения, не влияющие на работоспособность пакера, на чертеже не пронумерованы.
Пакер разбуриваемый работает следующим образом.
Пакер разбуриваемый в сборе с посадочным инструментом 1 перед спуском соединяют через переводник (тяговый механизм) 27 с колонной труб, на которых спускают в скважину (на чертеже не показана) в интервал установки (на чертеже не показан). При спуске скважинная жидкость заполняет колонну труб через радиальные каналы 8 и 24 соответственно ствола 2 и штока 3 и седло 22 обратного клапана. Также осуществляется обратная промывка скважины при помощи закачки в межтрубное пространство. Если необходимо спускать с прямой промывкой, то жидкость подают через колонну труб, муфту 27, шток 3 с седлом 22 и радиальные каналы 24 и 8. Перед установкой пакера в колонну труб бросают шар 42, до посадки его в седло 22. От перемещения вниз штока 3 относительно ствола 2 предохраняет верхний упор 28, взаимодействующий с торцом 29 ствола 2. При повышении давления в колонне труб жидкость из штока 3 через отверстия 43, кольцевой канал 44 и отверстия 45 подается в цилиндр 26, который перемещается вниз от поршня 46, перемещая верхнюю опору 14 с верхними плашками 10, надвигая их на разжимной конус 12, до их разрыва и фиксации относительно стенок скважины, а от перемещения вверх относительно ствола 2 конус 12 фиксируется пакетом стопорных разрезных колец 16 в наружных насечках 17 ствола 2. При росте давления разрушаются срезные элементы 23, а седло 22 с бросовым шаром 42 перемещения ниже радиальных каналов 24 штока 3, открывая их. Что фиксируется падением давления в колонне труб на устье скважины (индикатор давления не показан). Далее перестают нагнетать жидкость в колонну труб, которую после этого приподнимают устьевым подъемным механизмом (на чертеже не показан). При этом нижнее пружинное кольцо 37 сжимается в кольцевой проточке 40, перемещаясь из нижней кольцевой проточки 35 выше кольцевого выступа 39 гильзы 34, нижний упор 33 упирается в гильзу 34 и верхнее кольцо 38, установленное в кольцевом пространстве 41 между упором 31 и башмаком 6, увлекает вверх башмак 6 с нижней опорой 15. Нижняя опора 15, перемещаясь вверх вместе с нижними разрывными плашками 9 и разжимным конусом 11 со штоком 3 и стволом 1 вверх относительно верхней опоры 14 и разжимного конуса 12 с зафиксированными относительно стенок скважины плашками 10, сжимает уплотнительный элемент 13 до герметичного прижатия к стенкам скважины и разобщения межскважинного пространства (на чертеже не показано). После этого разрываются нижние плашки 9 и по разжимному конусу 11 прижимаются к стенкам скважины, фиксируя нижнюю опору 15. В таком состоянии пакер дополнительно фиксируется также при помощи пакета стопорных разрезных колец 16 верхнего разжимного конуса 12 в наружных насечках 17 ствола 2. Усилие установки (не превышающее 5 т) пакера отслеживается устьевым индикатором веса (на чертеже не показан) колонны труб. При необходимости в подпакерное пространство скважины через колонну труб, шток 3 и радиальные каналы 24 и 8 закачивают необходимое количество реагента. После чего колонну труб немного опускают (30-60 см), в результате шток 3 перемещается вниз. При этом шток 3 с удлинителем 4 благодаря кольцевому сужению 32 перемещается вниз относительно клапана 7, упора 31 и башмака 6 вместе с гильзой 34, толкаемой за кольцевой выступ 39 нижним пружинным кольцом 37, а верхнее пружинное кольцо 38 соскальзывает с технологической выборки 36 в образовавшееся пространство удлинителя 4 между штоком 3 и гильзой 34, выходя из зацепления с кольцевым пространством 41 между упором 31 и башмаком 6 и освобождая от фиксации шток 3 с удлинителем 4 от башмака 6, нижней опоры 15 и ствола 2. Затем колонну труб приподнимают. При помощи головок 20 цанги 18, размещенных в кольцевой проточке 30, клапан 7 перемещается вверх, герметично перекрывая радиальные каналы 8. Потом головки 20 цанги 18 совмещаются с внутренней расточкой 21 и под действием лепестков 19 цанги 18 выходят из взаимодействия с кольцевой проточкой 30, освобождая шток 3 от зацепления с цангой 18. Шток 3 приподнимают выше пакера и промываю его при необходимости прямой или обратной промывкой через каналы 24 от реагентов закаченных в подпакерное пространство. Далее колонну труб, переводник 27, шток 3 с удлинителем 4, седлом 22 и шаром 42 извлекают из скважины, а пакер остается в скважине.
Шток 3 и удлинителе 4 при спуске пакера в сложные по профилю или горизонтальные скважины могут быть соединены между собой при помощи левой резьбы (на чертеже показана условно) в случае несанкционированного заклинивания каких-либо элементов на удлинителе 4, то шток 3 откручивают по левой резьбе, клапан 8 закрывается и шток 3 без удлинителя извлекается из скважины, исключая аварийную ситуацию.
Так как для фиксации верхних плашек 10 относительно стенок скважины требуется небольшое усилие посадки, то в цилиндре 26 для смещения верхней опоры 14 необходимо небольшое давление (не выше 2 МПа), поэтому в случае выходе из строя одного или нескольких уплотнений цилиндра 26 или поршня 46, такое давление можно создать повышенным расходом жидкости, закачиваемым в колонну труб без извлечения пакера из скважины.
При необходимости проведения технологических операций в подпакерном пространстве в ствол 1 пакера на колонне труб спускают наконечник с аналогичными штоку 3 радиальными каналами 24, нижним кольцевым сужением 32 и кольцевой проточкой 30. Кольцевое сужение 32 входит в клапан 7, лепестки 19 цанги 18 сжимаются головки 20 выходят из внутренней расточки 21 в кольцевую проточку 30, и клапан 6 под действием осевого усилия кольцевого сужения 32, направленного вниз, перемещается вниз открывая радиальные каналы 8. После чего жидкость может через каналы 8 и 24 подаваться в подпакерное пространство так и откачиваться из него. Для закрытия отверстий 8 колонну труб приподнимают, при помощи головок 20 цанги 18, размещенных в кольцевой проточке 30, клапан 6 перемещается вверх, головки 20 цанги 18 совмещаются с внутренней расточкой 21 и под действием лепестков 19 цанги 18 выходят из взаимодействия с кольцевой проточкой 30, освобождая наконечник от зацепления с цангой 18. Колонну труб с наконечником извлекаю из скважины.
Для удаления пакера его разбуривают, так как все конструктивные элементы, остающиеся в скважине выполнены из легко разбуриваемых материалов, например: чугун, дюраль алюминий, полиуретан, твердая резина и т.п.
Предлагаемая конструкция разбуриваемого пакера являются простой и надежной, так как нет необходимости наличия посадочного гидравлического инструмента с большим усилием посадки и, как следствие, при выходе которого из строя не нужны дополнительные спуско-подъемные операции, есть возможность прямой промывки при спуске из-за открытого обратного клапана до сбрасывания шара, поочередная посадка верхнего якоря без передачей усилия посадки их через пакер и нижнего якоря, надежная герметизация внутрискважиного пространства уплотнительным элементом, наличие после установки пакера надежного механически открываемого и закрываемого клапана, который надежно и герметично изолирует надпакерное и подпакерное пространства скважины.