Пакер оболочковый (варианты)
SHELL PACKER (EMBODIMENTS)

Группа изобретений относится к горному делу, в частности к уплотнению или изоляции буровых скважин посредством пакеров.
Известен торсион, содержащий несколько упругих элементов, на концах которых имеются головки со средствами крепления одним концом одной части объекта, а другим -другой части объекта. Упругие элементы выполнены из спиральных тросовых отрезков, одна половина из которых имеет встречное другой направление навивки, расположенных вплотную по кругу в один и более рядов и образующих тело в виде полого или сплошного цилиндров, средства крепления в головках выполнены или фланцевыми, или шлицевыми, или многогранными с внутренними или наружными шлицами или гранями, или одна головка с внутренними шлицами, а другая - наружными, или одна головка с фланцем, а другая - с внутренними или наружными шлицами или гранями, а диаметры выполнены или одинаковыми, или разными. (Патент RU 29570 U1. Торсион. МПК: F16F 1/14. - Опубл. 20.05.2003).
Известна пластина для использования в надувном пакере, содержащая корпусной элемент, имеющий длину, ширину и толщину и содержащий, по меньшей мере, одну канавку, выполненную в нем, и, по меньшей мере, один выступ, проходящий от него, приспособленные для взаимодействия с корпусными элементами смежных пластин надувного пакера, и множество усиливающих элементов, расположенных в корпусном элементе и сформированных в плетеной структуре или витой структуре, при этом надувной пакер содержит эластичный баллон и множество пластин, расположенных вдоль эластичного баллона и имеющих усиливающие пластину элементы, по меньшей мере, частично открытые для облегчения закрепления надувного пакера относительно окружающей стенки ствола скважины. (Патент RU 2441973 С2. Усовершенствованные надувные пакеры. МПК: Е21В 33/12, Е21В 33/127. - Опубл. 10.02.2012).
Известен уплотнительный элемент к гидравлическому надувному пакеру, включающий надувную часть, выполненную в форме полого цилиндра, с присоединительной металлической концевой арматурой, состоящей из ниппеля и насаженной снаружи муфты, а ниппель устанавливается вовнутрь. Надувная часть включает внутренний герметизирующий слой из маслоабразивостойкой резины, по меньшей мере, один парный силовой слой из взаимоперекрещивающихся навитых под углом 24-26 градусов к оси латунированных пружинных проволок. Между слоями проволоки наложены промежуточные резиновые слои. На проволочные слои под углом 24-26 градусов наложен один парный слой из кордной капроновой ткани, на которую нанесен наружный защитный герметизирующий резиновый слой. Муфта выполнена из конструкционной легированной стали с последующей термической обработкой методом закалки. На внутренней поверхности муфты и наружной поверхности ниппеля имеются кольцевые проточки и выступы, образующие при сборке соединение типа «шип-паз». (Патент RU 26865562 С1. Уплотнительный элемент к гидравлическому надувному пакеру и способ его изготовления. МПК: Е21В 33/127. - Опубл. 29.04.2019).
Известен надувной гидравлический пакер, содержащий полый ствол, на котором концентрично установлен уплотнительный элемент, образующий со стволом основную гидравлическую полость, и состоящий 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 С1. Надувной гидравлический пакер. МПК: Е21В 33/12. - Опубл. 27.02.1999). Данное изобретение принято за прототип.
Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является недостаточная надежность разобщения обсадной трубы скважины уплотнитель-ным элементом, а также не обеспечивается надежный возврат его в транспортное положение после нахождения его в рабочем положении длительный период.
Основной задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности герметизации разобщения обсадной трубы скважины и исключение разрушения уплотнительного элемента при возврате в транспортное положение при спуске и подъеме пакера в обсадной трубе скважины.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым техническим решением, является повышение надежности герметизации при разобщении обсадной трубы скважины и возврата пакера в транспортное положение без разрушения эластичного слоя уплотнительной оболочки при спуске и подъеме пакера в обсадной трубе скважины.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном пакере оболочковом, в первом варианте исполнения, содержащем полый ствол, концентрично установленные на нем уплотнительную оболочку для разобщения обсадной трубы скважины, состоящую из наружного и внутреннего эластичных слоев с расположенным между ними силовым кордом, выполненным из взаимоперекрещивающихся навитых под углом к оси пружинных проволок с капроновой тканью, на которые нанесен наружный защитный герметизирующий резиновый слой, и концевые опорные ступицы, согласно предложенному техническому решению, на полом стволе между концевыми опорными ступицами закреплена оправка с трапециевидным профилем, верхняя опорная ступица выполнена поворотной вокруг полого ствола с помощью кольцевого реверсивного электропривода, размещенные в кожухе, а нижняя - неподвижно с упором в буртик на стволе пакера и ограничена от разворота штифтом, при этом уплотнительная оболочка закреплена одним торцом на кожухе и другим - на нижней ступице, а между оправкой и уплотнительной оболочкой размещены торсионные распорки, закрепленные в концевых ступицах с возможностью прижима их к трапециевидной оправке путем скручивания на оправке поворотом верхней ступицы, формируя тем самым исходную трапециевидную кривизну распорок с прямолинейным участком с прилеганием к ним самосжимающейся уплотнительной оболочки с возможностью последующего распора уплотнительной кордовой оболочки до внутренней стенки обсадной трубы скважины на длине, равной длине прямолинейного участка на распорках, за счет дополнительного изгиба распорок продольным сжатием их концевыми опорными ступицами при возврате их в положение вдоль оправки до полного разобщения обсадной трубы скважины поворотом верхней ступицы в обратном направлении на угол, не более угла скручивания распорок на оправке, с помощью кольцевого электропривода, оснащенного датчиком крутящего момента, ограничивающим поворот ступицы в обоих направлениях при крайних положениях, соединенных электрическим кабелем с пунктом управления;
торсионные распорки выполнены из спиральных тросовых отрезков.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном пакере оболочковом, во втором варианте исполнения, содержащем полый ствол, концентрично установленные на нем уплотнительную оболочку для разобщения обсадной трубы скважины, состоящую из наружного и внутреннего эластичных слоев с расположенным между ними силовым кордом, выполненным из взаимоперекрещивающихся навитых под углом к оси пружинных проволок с капроновой тканью, на которые нанесен наружный защитный герметизирующий резиновый слой и концевые опоры, согласно предложенному техническому решению, на полом стволе между концевыми опорами закреплена оправка с трапециевидным профилем, верхняя концевая опора выполнена подвижной с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль полого ствола с помощью кольцевого реверсивного электропривода, размещенные в кожухе, а нижняя - с упором в буртик на стволе пакера, при этом уплотнительная оболочка закреплена одним торцом на кожухе и другим - на нижней опоре, а между оправкой и уплотнительной оболочкой размещены пружинистые пластинчатые распорки, закрепленные своими концами в опорах, прижимаемые к цилиндрической поверхности оправки с прилеганием к ним самосжимающейся уплотнительной оболочки путем растягивания их сдвигом верхней опоры, формируя тем самым исходную трапециевидную кривизну пластинчатых распорок с прямолинейным участком, равной длине меньшего основания трапеции оправки для последующего распора уплотнительной кордовой оболочки до внутренней стенки обсадной трубы скважины дополнительным изгибом пружинистых пластин путем продольного сжатия их концевыми опорами до прилегания уплотнительной оболочки к внутренней стенке ствола скважины на длине, равной длине прямолинейных участков на пластинчатых распорках, при разобщении полости скважины распором уплотнительной оболочки в стенки обсадной трубы скважины путем дополнительного изгиба пружинистых пластин продольным их сжатием за счет нажатия на их концы верхней опорой с помощью толкателей от кольцевого электропривода, оснащенного датчиком усилия нажима, ограничивающим сдвиг верхней опоры в обоих направлениях, соединенных электрическим кабелем с пунктом управления;
пружинистые пластинчатые распорки уплотнительной кордовой оболочки предварительно формируют с продольной кривизной и прямолинейным участком, соответствующих трапециевидному профилю оправки.
Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных вариантов пакера оболочкового, отсутствуют. Следовательно, заявляемые технические решения соответствуют условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявляемый пакер торсионный может эффективно использоваться при ремонте и обслуживании нефтедобывающих скважин. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
На фиг. 1 схематично показана компоновка предлагаемого первого варианта пакера оболочкового в продольном разрезе; на фиг. 2 - то же, в поперечном разрезе А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же во втором варианте исполнения; на фиг. 4 - то же, в поперечном разрезе Б - Б на фиг. 3.
Пакер оболочковый, в первом варианте исполнения, содержит полый ствол 1, концентрично установленные на нем уплотнительную оболочку 2 для разобщения обсадной трубы 3 скважины, состоящую из наружного и внутреннего эластичных слоев с расположенным между ними силовым кордом, выполненным из взаимоперекрещивающихся навитых под углом 24-26 градусов к оси пружинных проволок с капроновой тканью, на которые нанесен наружный защитный герметизирующий резиновый слой, и концевые опорные ступицы 4 и 5. На полом стволе 1 между концевыми опорными ступицами 4 и 5 закреплена оправка 6 с трапециевидным профилем. Верхняя опорная ступица 4 выполнена поворотной вокруг полого ствола 1 от кольцевого реверсивного электропривода (условно не показан), размещенные в кожухе 7, а нижняя 5 - неподвижно с упором в буртик 8 на стволе 1 и ограничена от разворота штифтом 9. Уплотнительная оболочка 2 закреплена одним торцом на кожухе 7 и другим - на нижней ступице 5. (Фиг. 1). Между оправкой 6 и уплотнительной оболочкой 2 размещены торсионные распорки 10, выполненные из спиральных тросовых отрезков, закрепленные своими концами в концевых ступицах 4 и 5, и прижимаемые к трапециевидной поверхности оправки 6 путем скручивания их на оправке 6 поворотом верхней ступицы 4 кольцевым электроприводом, формируя тем самым исходную трапециевидную кривизну распорок 10 с прямолинейным участком 11 с прилеганием к ним самосжимающейся уплотнительной оболочки 2 для спуска и подъема пакера в обсадной трубе 3 скважины. Затем осуществляют распор уплотнительной кордовой оболочки 2 до внутренней стенки обсадной трубы 3 скважины на длине, равной длине прямолинейного участка 11 на распорках 10. (Фиг. 2). Распор осуществляют за счет дополнительного изгиба распорок 10 продольным сжатием их концевыми опорными ступицами 4 и 5 при возврате их в положение вдоль оправки 6 до полного разобщения обсадной трубы 3 скважины поворотом верхней ступицы 4 в обратном направлении на угол а, не более угла скручивания распорок 10 на оправке 6, с помощью кольцевого электропривода, оснащенного датчиком крутящего момента 12, ограничивающим поворот ступицы 4 в обоих направлениях при крайних положениях, соединенных электрическим кабелем 13 с пунктом управления (условно не показан).
Пакер оболочковый, во втором варианте исполнения, содержит полый ствол 1, концентрично установленные на нем уплотнительную оболочку 2 для разобщения обсадной трубы 3 скважины, состоящую из наружного и внутреннего эластичных слоев с расположенным между ними силовым кордом, выполненным из взаимоперекрещивающихся навитых под углом 24-26 градусов к оси пружинных проволок с капроновой тканью, на которые нанесен наружный защитный герметизирующий резиновый слой, и концевые опоры 14 и 15. На полом стволе между концевыми опорами 14 и 15 закреплена оправка 6 с трапециевидным профилем. Верхняя концевая опора 14 выполнена подвижной с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль полого ствола 1 с помощью кольцевого реверсивного электропривода (условно не показан), размещенные в кожухе 7, а нижняя - с упором в буртик 8 на стволе 1. Уплотнительная оболочка 2 закреплена одним торцом на кожухе 7 и другим - на нижней опоре 15. (Фиг. 3). Между оправкой 6 и уплотнительной оболочкой 2 размещены пружинистые пластинчатые распорки 16, закрепленные своими концами в опорах 14 и 15, прижимаемые к цилиндрической поверхности оправки 6 путем растягивания их сдвигом верхней опоры 14, с прилеганием к ним самосжимающейся уплотнительной оболочки 2. Пружинистые пластинчатые распорки 16 уплотнительной кордовой оболочки 2 предварительно формируют с продольной кривизной и прямолинейным участком 11, соответствующих трапециевидному профилю оправки 6 с длиной, равной длине меньшего основания трапеции оправки 6. Затем распирается уплотнительная кордовая оболочка 2 до внутренней стенки обсадной трубы 3 скважины дополнительным изгибом пружинистых пластинчатых распорок 16. (Фиг. 4). Изгиб пружинистых пластинчатых распорок 16 для распора уплотнительной кордовой оболочки 2 до упора во внутреннюю стенку обсадной трубы 3 скважины при ее разобщении осуществляется путем продольного сжатия пружинистых пластинчатых распорок 16 концевыми опорами 14 и 15 до прилегания уплотнительной оболочки 2 к внутренней стенке обсадной трубы 3 скважины на длине прямолинейных участков 11 на пластинчатых распорках 16, за счет нажатия на их концы верхней опорой 14 с помощью толкателей 17 от кольцевого электропривода, оснащенного датчиком 18 усилия нажима, ограничивающим сдвиг верхней опоры 14 в обоих направлениях, соединенных электрическим кабелем 13 с пунктом управления.
Пакер оболочковый, в первом варианте исполнения, работает следующим образом.
Перед спуском пакера в обсадную трубу 3 скважины торсионные распорки 10. закрепленные своими концами в опорных ступицах 4 и 5, прижимают к трапециевидной оправке 6 путем скручивания их на оправке 6 поворотом верхней ступицы 4 на угол а с помощью кольцевого электропривода, соединенного электрическим кабелем 13 с пунктом управления, и под контролем датчика крутящего момента 12, ограничивающего поворот верхней ступицы 4 в крайних положениях, с прилеганием к торсионным распоркам 10 самосжимающейся уплотнительной кордовой оболочки 2, образуя между уплотнительной оболочкой 2 и внутренней стенкой обсадной трубы 3 скважины зазор для свободного спуска пакера в обсадную трубу 3 скважины, и одновременно формируя меньшим основанием 11 трапеции на оправке 6 исходную трапециевидную кривизну распорок 10 с прямолинейным участком, равным длине прилегания уплотнительной оболочки 2 к внутренней стенке обсадной трубы 3 скважины для ее разобщения.
Пакер спускают в скважину на колонне труб на заданную глубину, на которой с помощью поворотной ступицы 4 от кольцевого реверсивного электропривода, соединенных электрическим кабелем 13 с пунктом управления, распирают уплотнительную кордовую оболочку 2 до плотного прилегания к внутренней стенке обсадной трубы 3 скважины на длине, равной длине прямолинейного участка на распорках 10, за счет дополнительного изгиба торсионных распорок 10 продольным сжатием их концевыми опорными ступицами 4 и 5 путем разворота торсионных распорок 10 в положение вдоль оправки 6 поворотом верхней ступицы 4 в обратном направлении на угол, не более угла а скручивания распорок на оправке 6, до полного разобщения обсадной трубы 3 скважины, под контролем датчика крутящего момента 12, ограничивающего поворот ступицы 4 в крайнем положении. При этом силовой корд уплотнительной оболочки 2, выполненный из взаимоперекрещивающихся навитых под углом 24-26 градусов к оси пружинных проволок с капроновой тканью, на которую нанесен наружный защитный герметизирующий резиновый слой, усиливает равномерность прилегания уплотнительной оболочки 2 к внутренней стенке обсадной трубы 3 скважины по всему периметру на всей длине, равной длине прямолинейного участка на торсионных распорках 10. После кратковременной выдержки в течение 5-10 с. пакер остается в зафиксированном рабочем (распертом) положении под давлением торсионных распорок 10. При этом за счет выполнения силового корда в виде пружинных проволок с капроновой тканью, расположенных вдоль образующей уплотнительной оболочки 2 под углом 24-26 градусов к оси, разрушение эластичных слоев на уплотнительной оболочке 2 не происходит.
Перевод пакера из рабочего положения в транспортное осуществляют с помощью кольцевого электропривода, соединенного электрическим кабелем 13 с пунктом управления, под контролем датчика крутящего момента 12, ограничивающего поворот ступицы 4 в крайнее положение, при котором торсионные распорки 10 прижимают к трапециевидной оправке 2 путем скручивания их на оправке 2 поворотом верхней ступицы 4 с прилеганием к торсионным распоркам 10 самосжимающейся уплотнительной кордовой оболочки 2, образуя между уплотнительной оболочкой 2 и внутренней стенкой обсадной трубы 3 скважины зазор для свободного подъема и спуска пакера в скважине, и одновременно формируя меньшим основанием трапеции на оправке 6 исходную трапециевидную кривизну распорок 10 с прямолинейным участком, равным длине прилегания уплотнительной оболочки 2 к внутренней стенке обсадной трубы 3 скважины для ее разобщения. Поэтому при прохождении муфтовых соединений на стыках обсадных труб 3 при подъеме или спуске пакера, не происходит разрушения наружного эластичного слоя уплотнительной оболочки 2.
Пакер оболочковый, во втором варианте, работает следующим образом.
Перед спуском пакера в обсадную трубу 3 скважину, пружинистые пластинчатые распорки 16, закрепленные своими концами в опорах 14 и 15, прижимают к трапециевидной оправке 6 путем растягивания их вдоль оправки 6 сдвигом верхней опоры 14, с помощью кольцевого электропривода, соединенного электрическим кабелем 13 с пунктом управления, под контролем датчика датчиком усилия нажима 18, ограничивающим сдвиг верхней опоры 14 в обоих направлениях, соединенных электрическим кабелем 13 с пунктом управления, с прилеганием к пластинчатым распоркам 16 самосжимающейся уплотнительной оболочки 2, предварительно сформированных с трапециевидной кривизной и прямолинейным участком, равной длине меньшего основания трапеции оправки 6 для прилегания уплотнительной оболочки 2 к внутренней стенке обсадной трубы 3 скважины при ее разобщении, и зазор между уплотнительной оболочкой 2 и внутренней стенкой обсадной трубы 3 скважины для свободного спуска в нее пакера.
Пакер спускают в скважину на колонне труб на заданную глубину, на которой с помощью верхней подвижной опоры 14 и кольцевого реверсивного электропривода, соединенных электрическим кабелем 13 с пунктом управления, распирают уплотнительную кордовую оболочку 2 до плотного прилегания к внутренней стенке обсадной трубы 3 скважины на длине, равной длине прямолинейного участка на пластинчатых распорках 16, путем их изгиба продольным сжатием концевыми опорами 14 и 15 до прилегания уплотнительной оболочки 2 к внутренней стенке обсадной трубы 3 скважины на длине прямолинейных участков на пластинчатых распорках 16, за счет нажатия на их концы верхней опорой 14 с помощью толкателей 17 от кольцевого электропривода, до полного разобщения обсадной трубы 3 скважины, под контролем датчика усилия нажима 18, ограничивающего сдвиг верхней опоры 14 в крайних положениях, соединенных электрическим кабелем 13 с пунктом управления. При этом силовой корд уплотнительной оболочки 2, выполненный из взаимоперекрещивающихся навитых под углом 24-26 градусов к оси пружинных проволок с капроновой тканью, на которую нанесен наружный защитный герметизирующий резиновый слой, усиливает равномерность прилегания уплотнительной оболочки 2 к внутренней стенке обсадной трубы 3 скважины по всему периметру и на всей длине, равной длине прямолинейного участка на пластинчатых распорках 16. После кратковременной выдержки в течение 5-10 с. пакер остается в зафиксированном распертом положении под давлением пластинчатых распорок 16. При этом за счет выполнения силового корда в виде пружинных проволок с капроновой тканью, расположенных вдоль образующей уплотнительной оболочки 2 под углом 24-26 градусов к оси, разрушение эластичных слоев на уплотнительной оболочке 2 не происходит.
Перевод пакера из рабочего положения в транспортное осуществляют с помощью кольцевого электропривода, соединенного электрическим кабелем 13 с пунктом управления, под контролем датчика усилия нажима 18, ограничивающего сдвиг верхней опоры 14 в крайние положения, при котором пружинистые пластинчатые распорки 16, закрепленные своими концами в опорах 14 и 15, прижимаются к трапециевидной оправке 6 путем растягивания пластинчатых распорок 16 вдоль оправки 6 сдвигом верхней опоры 14 с помощью кольцевого электропривода, с прилеганием к пластинчатым распоркам 16 самосжимающейся уплотнительной оболочки 2, и зазором между уплотнительной оболочкой 2 и внутренней стенкой обсадной трубы 3 скважины для свободного подъема из нее пакера. Поэтому, при прохождении муфтовых соединений на стыках обсадных труб 3 при спуске и подъеме пакера не происходит разрушения наружного эластичного слоя уплотнительной оболочки 2.
Использование предлагаемых вариантов изобретения в сравнении с прототипом позволит повысить надежность герметизации при разобщении обсадной трубы 3 скважины и предотвратить разрушение эластичного слоя уплотнительной оболочки 2 при спуске и подъеме пакера в обсадной трубе 3 скважины.