УСТРОЙСТВО С НАБУХАЮЩЕЙ ВТУЛКОЙ ДЛЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПАКЕРА

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при эксплуатации скважинного нефтепромыслового оборудования, содержащего в своем составе гидромеханический пакер.
Предпосылки для создания полезной модели.
Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее.
Пакеры, применяемые для герметизации межтрубного пространства в нефтяных и газовых скважинах, имеют два основных конструктивных узла - устройство для фиксации в обсадной колонне и уплотнительное устройство, герметизирующее зазор между колоннами труб. После спуска пакера в скважину и установки на необходимой глубине оба указанных устройства должны приводиться в рабочее положение механизмами управления. В пакерах гидромеханического типа для срабатывания механизма необходимо создание перепада давления внутри гидромеханического пакера путем нагнетания жидкости в скважину с поверхности. Для этого центральный канал в стволе гидромеханического пакера должен быть закрыт, так как в скважину гидромеханический пакер спускается при открытом канале. С целью перекрытия центрального канала применяются различные технические решения.
Пакер ПВ-ЯГМ («Пакер ПВ-ЯГМ для защиты обсадной колонны от высокого давления». Паспорт. - Бугульма: ТатНИПИнефть, 1989, лист 8 (копия прилагается)) снабжен шарнирным затвором 16, который в процессе спуска приоткрыт, а после установки пакера на место, давлением жидкости закрывает центральный канал.
Недостатки: механизм управления затвором данного пакера включает много деталей, то есть имеет сложную и ненадежную конструкцию.
В пакере ПГМ-195 («Пакер гидромеханический ПГМ-195-16-01». Паспорт. - Воткинск: ФГУП «Воткинский завод», 2007, лист 13 (копия прилагается)) сужение центрального канала обеспечивают четыре сектора 20, которые при спуске пакера в скважину находятся в сжатом состоянии, оставляя в центре отверстие небольшого диаметра (≈5 мм), а после фиксации пакера разжимаются и открывают канал полностью.
Недостатки: конструкция узла с секторами и механизма управления ими достаточно сложна и не позволяет при необходимости создавать большой перепад давления из-за наличия отверстия между секторами.
Наиболее распространены пакеры с шариковыми клапанами. В пакере ПН-ЯГМ («Нефтегазопромысловое оборудование» под общей редакцией В.Н. Ивановского. - М.: «ЦентрЛитНефтеГаз», 2006, с. 56 (копия прилагается)), в его нижней части смонтировано седло 12, в которое после спуска пакера на место установки садится сбрасываемый в скважину шарик 11, перекрывая канал в стволе пакера. После завершения фиксации пакера повышением давления срезаются штифты 13, крепящие седло в корпусе пакера, и седло вместе с шариком падает в скважину, открывая центральный канал.
Недостатком подобных пакеров является необходимость при повторных применениях пакера в реставрации клапанного узла (восстановление седла, штифтов и др.), а основной недостаток - в невозможности их использования в горизонтальных скважинах, объем бурения которых все возрастает.
Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей гидромеханического пакера за счет использования как в вертикальных, так и в горизонтальных скважинах и упрощение конструкции узла, обеспечивающего временное перекрытие центрального канала и упрощение использования данного устройства.
Поставленная задача решается заявляемым универсальным и простым устройством с набухающей втулкой для создания перепада давления в пакере гидромеханического типа.
Устройство с набухающей втулкой для гидромеханического пакера состоит из хвостовика в виде цилиндрического патрубка, присоединенного разъемным соединением к полому стволу гидромеханического пакера, с установленной (запрессованной) в хвостовике втулкой из набухающего эластомера.
Новым является то, что после спуска в скважину и установки гидромеханического пакера на место втулка из набухающего эластомера под воздействием скважинной жидкости набухает, превращается в набухшую пробку и перекрывает центральный канал, создавая условия для перепада давления рабочей жидкости для приведения в действие механизмов фиксации и уплотнения с целью фиксации гидромеханического пакера и герметизации им межтрубного пространства, создается повышенное давление, которым набухшая пробка выталкивается в скважину, открывая центральный канал гидромеханического пакера и обеспечивая нормальное функционирование гидромеханического пакера.
Заявленная полезная модель поясняется чертежом.
Устройство с набухающей втулкой для гидромеханического пакера содержит гидромеханический пакер 1 с полым стволом 2 и центральным каналом А, к гидромеханическому пакеру 1 крепится резьбой хвостовик 3 с установленной в нем с натягом (запрессованной) втулкой 4 из набухающего эластомера со сквозным отверстием Б. Стрелкой на чертеже показано движение рабочей жидкости в центральном канале А гидромеханического пакера 1 после набухания втулки 4 и закрытия сквозного отверстия Б.
Предлагаемое устройство с набухающей втулкой для гидромеханического пакера работает следующим образом.
При спуске гидромеханического пакера 1 в скважину центральный канал А полого ствола 2 гидромеханического пакера 1 и сквозное отверстие Б во втулке 4 из набухающего эластомера, установленной в хвостовике 3 остаются открытыми. После установки гидромеханического пакера 1 на место, спустя некоторое время, в результате контакта материала втулки 4 из набухающего эластомера с жидкой средой (скважинной жидкостью, пластовой, дистиллированной водой или нефтью) втулка 4 набухает, сквозное отверстие Б в ней закрывается, превращая втулку 4 из набухающего эластомера в набухшую пробку, которая перекрывает центральный канал А гидромеханического пакера 1. После этого в скважину под давлением подается рабочая жидкость, которая создает в полости гидромеханического пакера 1 перепад давления и приводит в действие механизмы фиксации и уплотнения гидромеханического пакера 1 для герметизации межтрубного пространства. После фиксации гидромеханического пакера 1 в скважине, повышенное давление рабочей жидкости выталкивает превратившуюся в набухшую пробку набухающую втулку 4 в скважину, открывая центральный канал А в полом стволе 2 гидромеханического пакера 1 для его дальнейшего эксплуатационного функционирования.
Достоинствами предлагаемой полезной модели являются:
- универсальность применения в любых пакерах гидромеханического типа;
- возможность применения в скважинах с любой геометрической формой оси, вплоть до горизонтальной;
- исключительная простота, не требующая сложного управляющего механизма для создания перепада давления в полости гидромеханического пакера, и, соответственно, незначительная стоимость устройства;
- возможность многократного использования гидромеханического пакера с предлагаемым устройством, требующим только замены набухающей втулки;
- отсутствие дополнительных работ по монтажу и обслуживанию гидромеханического пакера.
Полезная модель может быть легко внедрена в практику, основанием чего служат многочисленные исследования набухающих эластомеров и их внедрение в качестве уплотнителей в так называемых набухающих пакерах (Торопынин В.В., Ванифатьев В.Н., Власов А.В., и др. Совершенствование технических средств для разобщения пластов и изоляции межпластовых перетоков // Бурение и нефть. - 2009, №11, с. 3-12).
Материалом набухающей втулки предлагаемого устройства может быть каучук, резина, полиэтилен, полихлоропрен и др. Для указанных материалов исследованы закономерности набухания (степень расширения объема, время набухания, коэффициенты трения и т.п.), что позволяет использовать их применительно к предлагаемому устройству с набухающей втулкой для гидромеханического пакера.