ПАКЕР РАЗБУРИВАЕМЫЙ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметичного разобщения интервалов ствола обсадной колонны в процессе проведения различных технологических операций и эксплуатации нагнетательных и добывающих скважин.
Известен пакер разбуриваемый (аналог) (1) (патент РФ 2405912, Е21В 33/12, опубликовано в бюллетене 34 от 10.12.2010 г., содержащий посадочный инструмент, состоящий из цилиндра и поршня с полым штоком, полый цилиндрический корпус с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на корпусе уплотнительный элемент с верхним и нижним упорами и конусными опорами, верхние и нижние шлипсы в виде кольцевых секторов, выполненных с возможностью продольного перемещения по конусным поверхностям опор, верхний и нижний толкатели, верхний из которых, взаимодействующий с цилиндром посадочного инструмента, снабжен фиксатором, имеющим резьбовую нарезку под нарезку корпуса, и хвостовик, причем нижний толкатель жестко соединен со срезным кольцом для соединения со штоком поршня посадочного инструмента, причем кольцевые сектора верхних и нижних шлипсов жестко соединены между собой разрушаемыми перемычками, а нижний толкатель жестко соединен с корпусом и снабжен пружинным фиксатором, причем хвостовик жестко соединен с полым штоком, фиксируя срезное кольцо изнутри, и снабжен ниже нижнего толкателя радиальными каналами и снизу пробкой с кольцевой выборкой, соединенной с хвостовиком срезными винтами и выполненной с возможностью герметичного входа в нижний толкатель с взаимодействием кольцевой выборки с пружинным фиксатором, при этом снизу цилиндр посадочного инструмента оснащен камерой с разделительной перегородкой, а полый шток оснащен снаружи подвижной втулкой с кольцевой внутренней проточкой, зафиксированной разрушаемым элементом и расположенной внутри камеры, и радиальными отверстиями, в которые вставлены шарики, причем полость полого штока герметично перекрыта заглушкой с проточкой на поверхности для фиксации под шарики, поджимаемые снаружи полого штока втулкой, кольцевая проточка которой выполнена с возможностью совмещения с шариками после взаимодействия втулки с разделительной перегородкой камеры и перемещения ее вниз относительно полого штока, освобождая заглушку, которая выполнена с возможностью перемещения вниз ниже радиальных отверстий хвостовика. Недостатками вышеуказанного пакера являются невозможность его использования для закачки тампонирующих и отверждаемых составов из-за задавливания этих составов в подпоршневые пространства посадочных инструментов и их схватывание при подъеме его из скважины, что приводит к выходу из строя посадочного инструмента, и невозможность его использования для установки других пакеров без предварительной очистки его от тампонирующего состава в специальных мастерских.
Известен пакер разбуриваемый (аналог) (2) (патент РФ № 2128278, Е21В 33/12, дата подачи заявки 30.05.1997, опубликовано 27.03.1999), для проведения изоляционных работ закачкой тампонирующего материала, содержащий корпус, уплотнительные манжеты, якорный узел, отсекающий клапан и механизм запакеровки, выполненный в виде полого штока с поршнем и седлом для отсекающего клапана и цилиндра с кольцевым выступом, образующим со штоком и поршнем камеру, сообщающуюся с внутритрубным пространством посредством радиального канала, отличающийся тем, что якорный узел размещен между уплотнительными манжетами, седло снабжено фиксатором предельного давления, корпус выполнен с посадочным местом, а полый шток снабжен съемным клапаном, выполненным с возможностью взаимодействия с указанным посадочным местом. Недостатками являются невозможность повторной стыковки с пакером после извлечения и проведения технологических операций без разбуривания пакера и установки другого пакера после промывки надпакерного пространства или опрессовки обсадной колонны.
Известен пакер разбуриваемый (аналог) (3) (патент RU 2374427, Е21В 33/12, дата подачи заявки 09.06.2008, опубликовано 27.11.2009), содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с нижним упором, поршнем, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с насадкой, соединенный в верхней части с установочной втулкой, телескопически установленной в упор, а в нижней части при помощи насадки через срезное кольцо - с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками с увеличивающимися наружными диаметрами сверху вниз, отсекающий клапан и заглушку, фиксируемую в насадке стопорным кольцом. Установочная втулка и нижний упор в транспортном положении зафиксированы между собой срезным винтом, отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождения дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, цилиндрические наружные участки которого соединены плавным переходом. Недостатками являются невозможность повторной стыковки с пакером после извлечения и проведения технологических операций без разбуривания пакера и установки другого пакера после промывки надпакерного пространства или опрессовки обсадной колонны.
Известен пакер разбуриваемый (прототип) (4) (патент РФ № 154295, Е21В 33/134, Е21В 33/16), включающий ствол с полым штоком с нижним удлинителем в осевом канале и башмаком с 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 с пакетом стопорных разрезных колец, фиксирующих верхнюю опору при перемещении ее вниз относительно наружных насечек ствола, цангу, включающую лепестки с головками. Ствол снабжен внутренней расточкой на нижнем конце под головки цанги, седло обратного клапана, зафиксированного внутри штока срезным элементом выше радиальных каналов штока. Подвижная опора выполнена с возможностью взаимодействия с толкателем посадочного инструмента, а шток с возможностью соединения с тяговым механизмом посадочного инструмента. Шток 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 ограниченного перемещения вверх в нижнем кольцевом сужении штока. На удлинителе штока и сверху штока выполнены соответственно верхняя и нижняя технологические выборки под верхнее и нижнее пружинные кольца. Верхнее стопорное кольцо выполнено с возможностью фиксации штока от перемещения штока относительно ствола вниз при опоре на торец ствола и освобождения от этой фиксации при перемещении подвижной верхней опоры вниз и при попадании этого кольца в кольцевое расширение подвижной опоры. Нижнее стопорное 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 относительно башмака и при попадании этого кольца в кольцевое сужение удлинителя, расположенного выше нижней технологической выборки. Седло обратного клапана изготовлено под бросовый шар и выполнено с возможностью перемещения вниз после разрушения срезных элементов с открытием радиальных каналов штока. Тяговый механизм посадочного инструмента выполнен в виде полого патрубка, соединенного снизу со штоком, а сверху - с колонной труб. На наружной поверхности патрубка расположен цилиндр, сообщенный с полостью патрубка, внутри цилиндра размещен кольцевой поршень с толкателем внизу, опирающимся на верхнюю подвижную опору. Недостатками являются возможность несанкционированного срезания срезных элементов седла под бросовый шар до окончательной посадки пакера или несрезания в случае попадания мусора под шар, а также наличие нижнего пружинного разжимного кольца, которое испытывает основные нагрузки, что приводит к его поломке и к проблемам при извлечении посадочного инструмента.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является повышение надежности и эффективности работы пакера разбуриваемого и упрощение конструкции. Цель изобретения достигается тем, что пакер разбуриваемый включает посадочный инструмент, который содержит два и более цилиндров и поршней соответственно, что облегчает посадку пакера, нижний из которых соединен с толкателем, а плунжер снабжен наконечником, выполняющим роль обратного клапана, с посадочным местом для бросового шара и радиальными каналами для заливки жидкости. Цанга-шибер служит клапаном, перекрывающим радиальные каналы корпуса при перемещении вверх, а также передает осевые усилие от посадочного инструмента на пакер. Пакер разбуриваемый не содержит нижнее пружинное разжимное кольцо, испытывающее большие нагрузки, что приводит к его поломке и к проблемам при извлечении посадочного инструмента, а также не содержит отдельное седло под бросовый шар со срезными элементами, которые снижают надежность посадки пакера.
Технический результат, достигаемый изобретением, решается пакером разбуриваемым, содержащим посадочный инструмент с отверстиями для подачи жидкости, включающий корпус с радиальными каналами, плунжером, башмаком и цангой, нижние и верхние плашки с разжимными конусами, между которыми установлена манжета, верхнюю и нижнюю опоры плашек, верхняя из которых выполнена подвижной, и упор, который выполнен с возможностью взаимодействия с толкателем посадочного инструмента. На плунжере в технологической выборке установлено разжимное кольцо, которое фиксируется внутренней цилиндрической поверхностью верхнего упора и удерживает пакер в транспортном положении. В кольцевой канавке верхней опоры установлено разжимное кольцо, которое удерживает пакер в сжатом состоянии после установки пакера. Шток посадочного инструмента соединен снизу с плунжером, посадочный инструмент соединен с колонной насосно-компрессорных труб посредством переходной муфты. Согласно изобретения посадочный инструмент содержит два и более цилиндров и поршней соответственно, что облегчает посадку пакера, нижний из которых соединен с толкателем, а плунжер снабжен наконечником, выполняющим роль обратного клапана, с посадочным местом для бросового шара и радиальными каналами для заливки жидкости. Цанга-шибер фиксирует наконечник, воспринимает все осевые нагрузки при установке пакера и служит клапаном, перекрывающим радиальные каналы корпуса при перемещении вверх. Соединения загерметизированы уплотнительными элементами. Пакер разбуриваемый позволяет повысить надежность и эффективность работы и упростить конструкцию, снизить количество подвижных деталей и металлоемкость.
Новым является то, что пакер разбуриваемый включает посадочный инструмент, который содержит два и более цилиндров и поршней соответственно, что облегчает посадку пакера, нижний из которых соединен с толкателем, а плунжер снабжен наконечником, выполняющим роль обратного клапана, с посадочным местом для бросового шара и радиальными каналами для заливки жидкости. Цанга-шибер фиксирует наконечник, воспринимает все осевые нагрузки при установке пакера и служит клапаном, перекрывающим радиальные каналы корпуса при перемещении вверх. Пакер разбуриваемый не содержит нижнее пружинное разжимное кольцо, испытывающее большие нагрузки, что приводит к его поломке и к проблемам при извлечении посадочного инструмента, а также не содержит отдельное седло под бросовый шар со срезными элементами, которые снижают надежность посадки пакера. На чертеже изображен пакер разбуриваемый в продольном разрезе.
Пакер разбуриваемый содержит посадочный инструмент 28 с отверстиями 22 и 27 для подачи жидкости, включает корпус 1 с радиальными каналами 11, плунжером 16, башмаком 2 и цангой 3, нижние 4 и верхние 8 плашки с разжимными конусами 5 и 7, между которыми установлена манжета 6, верхнюю 9 и нижнюю 1 опору плашек, верхняя 9 из которых выполнена подвижной и упор 17, который выполнен с возможностью взаимодействия с толкателем 19 посадочного инструмента 28. На плунжере 16 в технологической выборке установлено разжимное кольцо 18, которое фиксируется внутренней цилиндрической поверхностью верхнего упора 17 и удерживает пакер в транспортном положении. В кольцевой канавке верхней опоры 9 установлено разжимное кольцо 10, которое удерживает пакер в сжатом состоянии после установки пакера. Шток 20 посадочного инструмента 28 соединен снизу с плунжером 16, посадочный инструмент 28 соединен с колонной насосно-компрессорных труб (на чертеже не показано) посредством переходной муфты 29. Согласно изобретения посадочный инструмент 28 содержит два и более цилиндров 26 и 23 и поршней 25 и 21 соответственно, нижний 21 из которых соединен с толкателем 20, а плунжер 16 снабжен наконечником 15, выполняющим роль обратного клапана 24, с посадочным местом 12 для бросового шара 13 и радиальными каналами 14 для заливки жидкости, а также передает осевые усилие от посадочного инструмента на пакер. Цанга-шибер 3 фиксирует наконечник 15 и служит клапаном, перекрывающим радиальные каналы 11 корпуса при перемещении вверх. Соединения загерметизированы уплотнительными элементами 30. Пакер разбуриваемый работает следующим образом.
Пакер разбуриваемый в сборе соединяют с посадочным инструментом 28, для этого к плунжеру 16 присоединяют шток 20 с поршнями 21 и 25, толкателем 19, цилиндрами 23 и 26 и верхней переходной муфтой 29. Перед спуском пакер с посадочным инструментом 28 посредством переходной муфты 29 соединяют с колонной труб (на чертеже не показано) и спускают в скважину в интервал установки. При спуске скважинная жидкость заполняет колонну труб через радиальные каналы 11 и 14 корпуса 1 и наконечника 15. Так же осуществляется обратная промывка скважины при помощи закачки в межтрубное пространство. Если необходимо спускать с прямой промывкой, то жидкость подают через колонну труб, шток 20 и радиальные каналы 14 и 11. Перед установкой пакера в колонну труб бросают шар 13 обратного клапана 24 до посадки в посадочное место 12. При повышении давления в колонне насосно-компрессорных труб до 10-14 МПа жидкость через отверстия 22 и 27 подается в цилиндры 26 и 23, в результате чего поршни 21 и 25 вместе с толкателем 19 перемещаются вниз, перемещая упор 17 и верхнюю опору 9 с верхними плашками 8, надвигая их на разжимной конус 7, сжимая манжету 6 и толкая нижний разжимной конус 5 под нижние плашки 4. В результате манжета 6 сжимается и раздвигаются верхние 8 и нижние 4 плашки до фиксации в обсадной колонне. Затем, не сбрасывая давления, производят натяжение насосно-компрессорных труб на 5-9 тонн. Осевая нагрузка от посадочного инструмента 28 и наконечника 15 передается через цангу шибер 3 на пакер. Происходит окончательная посадка пакера. В кольцевой канавке верхней опоры 9 установлено разжимное кольцо 10, которое удерживает пакер в сжатом состоянии после установки пакера. Сбрасываем давление и спускаем колонну насосно-компрессорных труб до полной разгрузки на пакер. Цанга-шибер 3 опускается в нижнее положение, оставляя радиальные каналы 11 и 14 открытыми. Через колонну насосно-компрессорных труб (на чертеже не показано), посадочный инструмент 28, радиальные каналы 14 и 11 наконечника 15 посадочного инструмента 28 и корпуса 1 закачиваем цементный раствор или другую технологическую жидкость. Закачав необходимое количество раствора, поднимаем колонну насосно-компрессорных труб с посадочным инструментом 28. Посредством наконечника 15 цанга-шибер 3 перемещается в среднее положение, перекрывая радиальные каналы 11 корпуса 1. При необходимости операцию заливки можно повторить. Для этого опускаем колонну насосно-компрессорных труб с посадочным инструментом 28 до разгрузки на пакер. Наконечник 15 сдвигает цангу-шибер и открывает радиальные каналы 11 и 14. По окончании всех операций поднимаем колонну насосно-компрессорных труб с посадочным инструментом 28. В случае прихвата посадочного инструмента 28 в пакере, производим вращение колонны насосно-компрессорных труб по часовой стрелке и посредством левой резьбы на плунжере 16 и наконечнике 15 отворачиваем посадочный инструмент 28 и извлекаем колонну насосно-компрессорных труб с посадочным инструментом 28 на поверхность. При необходимости в дальнейшем пакер разбуривается. Предлагаемая конструкция пакера разбуриваемого является простой и надежной, так как пакер разбуриваемый не содержит нижнее пружинное разжимное кольцо, испытывающее большие нагрузки, что приводит к его поломке и к проблемам при извлечении посадочного инструмента, а также не содержит отдельное седло под бросовый шар со срезными элементами, которые снижают надежность посадки пакера. Все осевые нагрузки воспринимает цанга-шибер. Снижено количество подвижных деталей и металлоемкость.
Технологический и технический результаты при использовании пакера разбуриваемого достигаются повышением надежности и эффективности работы пакера разбуриваемого и упрощением конструкции, снижением количества подвижных деталей и металлоемкости. Экономический эффект от использования изобретения может достигаться за счет увеличения наработки на отказ, сокращения времени установки пакера разбуриваемого, снижения металлоемкости.