Шлипсовый пакер

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к пакерующим устройствам, и может быть использована при ремонте скважин и проведения различных технологических операций.
Известен пакер (авторское свидетельство № 1832148), содержащий цилиндрический ствол с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на стволе уплотнительный элемент, верхний и нижний конусы со связанными с ними верхним и нижним шлипсовыми захватами, храповый механизм, содержащий разрезные гайки с резьбовой внутренней нарезкой, соответствующей резьбовой нарезке на цилиндрическом стволе.
Недостатком данного пакера является сложность конструкции и недостаточная надежность храпового механизма.
Известен пакер (патент RU № 2533405). Устройство содержит ствол с наружной упорной резьбой и с неподвижным упором, уплотнительным элементом, нижним и верхним конусами, захватами и храповый механизм, включающий разрезную гайку с внутренней резьбой, соответствующей упорной резьбе на стволе пакера.
Недостатком данного пакера является сложность конструкции и недостаточная надежность храпового механизма.
Известен пакер (патент RU № 167387). Устройство содержит ствол с резьбовой нарезкой, уплотнительным элементом, установленным на стволе, верхний и нижний конусы, верхние и нижние шлипсовые захваты, разрезную гайку с резьбовой нарезкой на внутренней поверхности, соответствующей резьбовой нарезке ствола, размещенную в упорной гайке на верхней части ствола, упор в нижней части ствола. Разрезная гайка, резьбовая нарезка на стволе и упорная гайка составляют элементы храпового механизма.
Недостаток данного пакера заключается в недостаточной надежности храпового механизма.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является пакер разбуриваемый (патент RU № 130624), применяемый для установки в нефтяных и газовых скважинах для разобщения участков ствола скважин.
Данное устройство содержит цилиндрический ствол с установленным на нем уплотнительным элементом, верхней и нижней конусными втулками, шлипсовыми захватами, контактирующими с конусными втулками. В нижней части цилиндрического ствола расположен башмак, выполняющий роль упора, ограничивающий перемещение элементов конструкции вдоль цилиндрического ствола. На внутренней поверхности верхней конусной втулки выполнены кольцевые проточки, в которые установлены разрезные стопорные кольца. На наружной поверхности цилиндрического ствола выполнены канавки под разрезные стопорные кольца. Разрезные стопорные кольца вместе с канавками на цилиндрическом стволе и верхней конусной втулкой являются элементами храпового механизма, фиксирующего пакер в сжатом состоянии после его установки в скважине.
Шлипсовые пакеры закрепляются в заданном интервале скважины с помощью заклинивания шлипсовых захватов между конусными втулками и стенками ствола скважины. При этом, особенно, если не выполняются условия самозаклинивания, шлипсовые захваты, чтобы удерживаться на месте, должны испытывать упругое воздействие со стороны сжатого при установке пакера уплотнительного элемента.
В пакере данной конструкции это условие для верхнего шлипсового захвата не выполняется - упругое воздействие сжатого уплотнительного элемента на него не передается, так как это упругое воздействие принимает на себя верхний конус, зафиксированный на месте разрезными стопорными кольцами в канавках цилиндрического ствола.
Таким образом, верхний шлипсовый захват в пакере рассматриваемой конструкции не выполняет своих функций.
Для обеспечения прочности и надежности зацепления храпового механизма в пакере данной конструкции канавки на цилиндрическом стволе и разрезные стопорные кольца должны иметь достаточно большой размер. Увеличение размера канавок ведет к увеличению расстояния между ними и, как следствие, к увеличению свободного хода (люфта) храпового механизма. Большой свободный ход храпового механизма может привести к ослаблению прочности закрепления пакера в стволе скважины и нарушению герметичности его посадки.
Задачей заявляемой полезной модели является упрощение конструкции, повышение прочности и надежности работы устройства, удешевление изготовления устройства.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в шлипсовом пакере, содержащем цилиндрический шток с установленными на нем с возможностью перемещения вдоль цилиндрического штока втулками, верхней и конусной нижней, расположенными в верхней втулке разрезными стопорными кольцами, размещенным между втулками уплотнительным элементом, шлипсовым захватом, контактирующим с нижней конусной втулкой по ее конусной поверхности, упор в нижней части цилиндрического штока, ограничивающий перемещение деталей шлипсового пакера вдоль цилиндрического штока, с периодически расположенными кольцевыми канавками на наружной поверхности цилиндрического штока, контактирующими с разрезными стопорными кольцами, разрезные стопорные кольца расположены периодически с шагом S=Т+T/N друг от друга, где Т - это величина шага между кольцевыми канавками на цилиндрическом штоке, а N - количество разрезных стопорных колец.
Кроме того заявляется полезная модель с вышеописанными признаками, в которой разрезные стопорные кольца выполнены с возможностью перемещения вдоль цилиндрического штока через кольцевые канавки только в одном направлении.
Технический результат полезной модели заключается в упрощении конструкции, повышении прочности и надежности работы устройства, удешевлении изготовления устройства.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью фиг. 1, на которой изображен общий вид устройства и его верхняя часть. На фиг. 1 позициями 1-9 обозначены:
1 - цилиндрический шток;
2 - разрезные стопорные кольца;
3 - верхняя втулка;
4 - нижняя конусная втулка;
5 - уплотнительный элемент;
6 - шлипсовый захват;
7 - кольцевые канавки;
8 - упор;
9 - разрывная шпилька.
Основным силовоспринимающим элементом конструкции пакера является цилиндрический шток 1. Цилиндрический шток 1 имеет в верхней части периодически расположенные кольцевые канавки 7, выполненные с шагом Т. Кольцевые канавки 7 выполнены под разрезные стопорные кольца 2, которые периодически размещены в верхней втулке 3 с шагом S=Т+T/N друг от друга, где Т - это величина шага между кольцевыми канавками на цилиндрическом штоке, а N - количество разрезных стопорных колец.
Профиль кольцевых канавок 7 выполнен по типу профиля упорной резьбы для обеспечения возможности перемещения разрезных стопорных колец 2 вдоль цилиндрического штока только в одну сторону, в сторону упора 8.
В верхней части цилиндрического штока 1 выполнено посадочное место под разрушаемый элемент, например разрывную шпильку 9, который предназначен для соединения шлипсового пакера с оборудованием (не показано), которое устанавливает и закрепляет пакер в скважине.
Остальные элементы конструкции: шлипсовый захват 6, нижняя конусная втулка 4, уплотнительный элемент 5, - надеты на внешнюю цилиндрическую поверхность корпуса с возможностью перемещения, которое ограничивает снизу упор 8.
Шлипсовый захват 6 и нижняя конусная втулка 4 сопрягаются между собой выполненными на них конусными поверхностями.
Уплотнительный элемент 5 расположен между верхней втулкой 3 и нижней конусной втулкой 4.
Уплотнительный элемент 5 представляет собой эластичное уплотнение, выполненное, например, из резины или других эластомерных материалов, выдерживающих скважинную среду и температуру.
Цилиндрический шток 1, верхняя 3 и нижняя 4 конусная втулки, упор 8 могут быть изготовлены из известных в технике металлических или полимерных материалов, достаточной прочности. Упор 8 может быть выполнен как отдельная деталь, установленная на цилиндрическом штоке 1, например, на резьбе, или сформирован на штоке 1 при его изготовлении, как единое целое.
Шлипсовый захват 6 должен быть изготовлен из материалов высокой твердости, например закаленных сплавов или чугуна. Шлипсовый захват 6 может иметь монолитную конструкцию, либо представлять собой узел, собранный из отдельных деталей. Зубья шлипсового захвата 6 могут быть сформированы на самих деталях, например нарезкой, либо вставлены в тело захвата, либо выполнены по другой технологии, известной из уровня техники.
Разрезные стопорные кольца 2 должны быть изготовлены из упругих материалов, например закаленных стальных сплавов, способных деформироваться (разжиматься), а затем возвращаться в исходное состояние.
Шлипсовый пакер работает следующим образом.
Для спуска и установки пакера в скважине на заданной глубине применяется специализированное серийное скважинное оборудование: установочные гидравлические, электромеханические или взрывные камеры. Пакер соединяется с установочной камерой с помощью разрушаемого элемента, например, разрывной шпильки 9, а верхняя втулка 3 прижимается к корпусу установочной камеры.
По сигналу с дневной поверхности установочная камера начинает работать, при этом цилиндрический шток 1 пакера втягивается внутрь установочной камеры, а верхняя втулка 3 остается на месте. Происходит сжатие шлипсового пакера. Элементы конструкции шлипсового пакера перемещаются вдоль цилиндрического штока 1 в сторону упора 8. Уплотнительный элемент 5, деформируясь, герметично перекрывает зазор между цилиндрическим штоком 1 и стенками скважины и упруго воздействует на нижнюю конусную втулку. Шлипсовый захват 6 перемещается по конусной поверхности нижней конусной втулки 4 и прочно расклинивается между данной втулкой и стенками скважины, фиксируя пакер в скважине.
При перемещении цилиндрического штока 1 внутри верхней втулки 3 происходит деформация разрезных стопорных колец 2. Разрезные стопорные кольца 2 последовательно выдавливаются из одних кольцевых канавок 7 и защелкиваются по мере перемещения вдоль цилиндрического штока 1 в следующие за ними кольцевые канавки 7.
Благодаря тому, что разрезные стопорные кольца 2 расположены периодически с шагом S=Т+T/N, большим, чем шаг размещения кольцевых канавок 7, равным Т, защелкивание разрезных стопорных колец в кольцевые канавки происходит не одновременно, а последовательно. При этом свободный ход (люфт) храпового механизма пакера уменьшается в N раз. Такое техническое решение позволяет увеличить размер кольцевых канавок и разрезных стопорных колец с сохранением небольшой величины свободного хода храпового механизма, повышая при этом прочность конструкции и силу зацепления элементов храпового механизма.
После плотного прижатия шлипсового захвата 6 и уплотнительного элемента к стенкам скважины сила воздействия со стороны установочной камеры начинает возрастать и при достижении заданной величины происходит разрушение разрывной шпильки 9. Установочная камера отцепляется от пакера и поднимается на дневную поверхность. Пакер остается в скважине прочно закрепленным за ее стенки.
Применяемое в заявляемом устройстве техническое решение позволяет упростить и удешевить конструкцию, повысить прочность и надежность в работе.
Заявляемое устройство успешно прошло заводские испытания на одном из предприятий г. Саратова, подтвердило свою работоспособность и надежность.