НАДУВНОЙ ПАКЕР МНОГОРАЗОВОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и представляет собой устройство для оперативного герметичного разобщения участков ствола скважины путем закачки жидкости под давлением в герметичную полость между корпусом и уплотнительным элементом.
Известен Надувной пакер с набухающим слоем, который содержит ствол, уплотнительный элемент и набухающий материал. Уплотнительный элемент установлен поверх ствола пакера с образованием с ним кольцевого промежутка. Материал размещен в кольцевом промежутке с возможностью захвата, по меньшей мере, части среды, подаваемой между набухающим материалом и уплотнительным элементом в кольцевой промежуток. Позволяет сохранить герметичность после расширения, несмотря на повреждение или изменение условий в скважине (Патент RU №2362006, E21B 33/127 (2006.01), опубл. 20.07.2009.
Недостатками данного устройства являются: невозможность многократного применения данного пакера, в силу того, что кольцевой промежуток между уплотнительным элементом и корпусом заполнен набухающим материалом, не способным к возвращению в первоначальный объем; температурный режим скважины может повлиять на уплотнительный элемент пакера и привести к его разгерметизации.
Наиболее близким по технологическому результату к предлагаемому техническому решению является Надувной гидравлический пакер, который содержит полый ствол. Концентрично установлен на нем и образует с ним основную гидравлическую полость уплотнительный элемент. Он состоит из наружного и внутреннего эластичных слоев с расположенным между ними силовым кордом и концевых опор, подвижный внутренний поршень и гидравлическую полость. На полом стволе концентрично размещен корпус. Корпус и уплотнительный элемент закреплены на стволе посредством опоры и гайки. В опоре выполнены продольные каналы. Подвижный внутренний поршень и наружный поршень установлены между полым стволом и корпусом и образуют с ними и внутренней гильзой гидравлические полости, верхнюю, среднюю и нижнюю. На стволе в верхней и нижней гидравлических полостях выполнены радиальные каналы (Патент RU №2128279, E21B 33/12, опубл. 27.03.1999).
Недостатками данного Надувного гидравлического пакера является необходимость спуска специальной пробки для деактивации пакера, что существенно увеличивает время перевода пакера из рабочего положения в транспортное, а также требует извлечение пробки при последующей активации в ходе внутрискважинной работы. Армирование уплотнительного элемента вкладышами осуществляется в один слой, что может привести к выдавливанию резины между вкладышами при больших давлениях.
Задачи, на решение которых направлено заявляемое техническое решение, заключаются в создании надежной и простой конструкции надувного пакера, которая позволяет многократную оперативную установку и снятие пакера в ходе одной или ряда внутрискважинных операций; создании уплотняющего узла, выдерживающего высокие давления и создающего герметичное разобщение полостей обсаженной скважины при широком диапазоне температур и давлений.
Данные задачи решаются тем, что надувной пакер многоразового применения содержит ствол; по меньшей мере один рукав манжетный с уплотнительным элементом, установленный на стволе и закрепленный с двух концов крышками с возможностью фиксации рукава манжетного разрезным кольцом от движения вверх; нижнюю крышку, неподвижно закрепленную на стволе и фиксирующую рукав манжетный от осевых перемещений; верхнюю крышку, закрепленную на стволе путем соединения с рукавом манжетным и имеющую возможность перемещения вдоль оси по стволу; уплотнительный элемент, закрепленный на рукаве манжетном с обоих концов и армированный двумя слоями стальных пластинок, расположенных в шахматном порядке, закрепленных на обоих концах рукава манжетного в выточках стальными кольцами и перекрывающих весь периметр слоя армирования; рабочую кольцевую полость, расположенную между стволом и уплотнительным элементом рукава манжетного; канал, позволяющий осуществлять подачу рабочей жидкости под давлением в рабочую полость; уплотнения, герметизирующие рабочую полость.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является надувной пакер высокого давления, создающий герметичное разобщение полостей обсаженной скважины при широком диапазоне температур и давлений, с возможностью многократной оперативной установки и снятия в ходе одной или ряда внутрискважинных операций.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 изображен набухающий пакер многоразового применения в виде продольного разреза.
На фиг. 2 изображен рукав манжетный в виде поперечного разреза.
Ствол 1 представляет собой патрубок с резьбовыми соединениями с обоих концов, а также выточками и бортиком по телу патрубка для крепления остальных элементов на стволе и обеспечения канала для подачи рабочей жидкости в рабочую полость уплотнительного элемента рукава манжетного 4 пакера.
На рабочем стволе 1 закреплен рукав манжетный 4, который надевается на ствол 1 через его верхний конец и упирается в бортик 6 ствола 1. Снизу рукав манжетный 4 фиксируется крышкой 3, которая прикручивается к его нижней части и упирается в бортик 6 ствола 1 с другой стороны.
Сверху рукав манжетный 4 фиксируется от движения вверх по оси ствола 1 с помощью разрезного кольца 5, установленного в выточке ствола 1.
После этого наворачивается верхняя крышка 2, которая крепится к рукаву манжетному 4 с помощью резьбового соединения.
На верхней крышке 2 имеется канал для подачи рабочей жидкости в рабочую полость уплотнительного элемента пакера, которая формируется кольцевым зазором между уплотнительным элементом рукава манжетного 4 пакера и стволом 1.
Уплотнения 7, 8 верхней и нижней крышей позволяют герметизировать рабочую полость и изолировать ее от внутрискважинного пространства.
Рукав манжетный 4 состоит из резинового уплотнительного элемента, армированного посередине двумя рядами стальных пластинок 9, 10, расположенных в шахматном порядке и закрепленных с обоих концов рукава манжетного 4 в специальных выточках.
При подаче рабочей жидкости в рабочую полость уплотнительного элемента рукава манжетного 4 пакера происходит надувание уплотнительного элемента и увеличение его радиуса до тех пор, пока надувание не будет ограничено стенками обсадной колонны скважины. При этом стальные пластинки 9, 10, выполненные из пружинной стали, растянутся за счет упругих свойств стали, что приведет к увеличению зазора между соседними пластинками слоя. За счет шахматного расположения пластинок 9, 10 и их достаточной ширины, данные зазоры перекрыты соседним слоем как в транспортном, так и в надутом состоянии уплотнительного элемента. Таким образом, стальные пластинки 9, 10 перекрывают весь периметр слоя армирования при любом состоянии надувного пакера, что препятствует выдавливанию резины при высоких давлениях и позволяет значительно увеличить диапазон рабочих давлений пакера.
Надежное крепление уплотнительного элемента на концах рукава манжетного 4 и избежание механического износа резины уплотнительного элемента при спуске пакера в скважину достигается за счет конических выточек внутри крышек 2, 3, которые установлены с обоих концов манжетного рукава 4. Крышки 2, 3 препятствуют выходу стальных пластинок 9, 10 из специальных выточек, и воспринимают механические воздействия при спуске пакера, т.к. имеют больший диаметр, нежели уплотнительный элемент в транспортном положении.
Надувной пакер многоразового применения функционирует следующим образом. Производится спуск пакера на рабочей колонне труб. После спуска на необходимую глубину производится подача рабочей жидкости в рабочую полость уплотнительного элемента. Подача производится через канал в верхней крышке 2. Данный канал соединен с полостью рабочей колонны. Рабочая жидкость, подаваемая под давлением, надувает уплотнительный элемент рукава манжетного 4, за счет чего достигается герметичное разобщение полости скважины ниже уплотнительного элемента от полости скважины выше уплотнительного элемента. При этом прижимающие усилия тем выше, чем выше давление в рабочей колонне, что позволяет пакеру сохранять герметичность при широком диапазоне давлений. В силу того, что рабочая полость пакера в надутом состоянии не изолирована от полости рабочей колонны, изменение температурных условий в скважине не влияет на давление внутри рабочей полости при условии постоянного давления в рабочей колонне.
Для того, чтобы пакер находился в надутом состоянии и обеспечивал герметичное разобщение участков в скважине необходимо поддержание давления в рабочей колонне на протяжении всей внутрискважинной работы.
Таким образом, область применения данного пакера включает в себя работы по закачке различных технологических жидкостей в пласт, такие как ГРП, закачка различных композиций для водоизоляционных работ, кислотные обработки ПЗП и др. При установке в составе рабочей колонны нескольких надувных пакеров многоразового применения с перфорированной трубой, расположенной между ними, возможна селективная обработка отдельных интервалов в скважине.
После обработка интервала в ходе проведения внутрискважинной работы, производится остановка насосов, давление в рабочей колонне падает, пакер возвращается в транспортное положение за счет упругих свойств резины уплотнительного элемента и армирующих пластинок после короткого периода релаксации. Далее возможен переход к следующему интервалу обработки и повторная активация пакера давлением в рабочей колонне.
После подъема надувного пакера на поверхность производится ревизия оборудования и замена по необходимости комплектов уплотнений рукава манжетного, уплотнительного элемента, или крышек.