ПАКЕР

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинным устройством для многократной поинтервальной опрессовки колонны труб в скважине.
Известен пакер (свидетельство на полезную модель №29090 МПК 7 Е21В 33/12, опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом пакер снабжен самоуплотняющейся манжетой, установленной на стволе выше опоры и жестко соединенным с ним наконечником, через который пропущен шток, выполненный с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отверстий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном, в качестве средства для подъема и спуска используют канат.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому является пакер (патент на полезную модель №37763 МПК 7 Е21В 33/12, опубл. Бюл. - №13 от 10.05.2004 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенную под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, самоуплотняющаяся манжета, установленная на стволе выше опоры, жестко соединенный со стволом наконечник, через который пропущен шток с радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, при этом шток выполнен с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном, причем груз дополнительно снизу оборудован жестко соединенной с ним втулкой, имеющей радиальные каналы, соответствующие
радиальным каналам штока, и внизу конусную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью самоуплотняющейся манжеты, при этом наружный диаметр втулки больше диаметра самоуплотняющейся манжеты в транспортном положении, причем фигурный паз выполнен замкнутым с одной стороны наружной поверхности ствола.
Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки конструкции:
- во-первых, металлоемкость и большое количество технологически сложных деталей ведущих к высокой стоимости изготовления и как следствие удорожание конструкции пакера в целом;
- во-вторых, ограниченные функциональные возможности, поскольку не возможна работа пакера в колоннах малого диметра;
- в-третьих, груз жестко соединен со стволом пакера и не имеет возможности отклонения от оси ствола, что в процессе спуско-подъемных операций в скважине ведет к заклиниванию пакера в колонне труб, в следствии контакта нижнего конца пакера с внутренними стенками спрессовываемой колонны, особенно при большой длине груза.
Технической задачей полезной модели является снижение себестоимости изготовления пакера, а также расширение его функциональных возможностей, а именно проведение опрессовки в колоннах малого диаметра с возможностью отклонения груза относительно ствола скважины в процессе спуско-подъемных операций пакера в скважине.
Техническая задача решается предлагаемым пакером, включающим ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с коротким и длинным продольными участками, жестко связанную со стволом опору, последовательно расположенные под ней уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, установленные в обойме по ее окружности центраторы и шлипсы, подпружиненные соответственно наружу и внутрь в радиальном направлении, самоуплотняющаяся манжета, установленная на стволе выше опоры, жестко соединенный со стволом наконечник, расположенный сверху ствола и груз, при этом продольные короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола, направляющий штифт будет расположен то в коротком осевом участке - транспортное положение, то - в длинном осевом участке фигурного паза - рабочее положение.
Новым является то, что уплотнительный элемент выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты, не пропускающей сверху вниз, а наконечник сверху оснащен радиальными отверстиями, выше которых выполнена заглушка, оснащенная радиальным штифтом,
при этом между грузом и наконечником установлен стакан, который сверху снабжен сферической поверхностью, установленной в верхний фиксатор, выполненный на нижнем конце груза, причем стакан надет на наконечник и герметично перекрывает его радиальные отверстия, выполненные с возможностью открытия при перемещении наконечника вниз относительно стакана, при этом на наружной поверхности стакана выполнены сквозные осевые проточки под радиальный штифт заглушки наконечника, причем выше сквозных осевых проточек стакана выполнены радиальные каналы, постоянно сообщающие внутреннее пространство стакана с наружным пространством, при этом ствол снизу оснащен нижним фиксатором, выше которого на стволе выполнены нижние радиальные каналы, причем в нижний фиксатор ствола сферической поверхностью установлен дополнительный груз, при этом верхний и нижний фиксаторы снабжены прорезями под сферическую поверхность, выполненными от периферии к центру, причем груз и дополнительный груз имеют возможность отклонения от оси пакера в процессе спуско-подъемных операций.
На фиг.1 - изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.
На фиг.2 - развертка фигурного паза, выполненного на наружной поверхности ствола.
Пакер состоит из ствола 1 (см. фиг.1) с фигурным пазом 2 на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким 3 (см. фиг.2) и длинным 4 участками. Сверху на стволе 1 установлена самоуплотняющаяся манжета 5, под которой расположена опора 6. (см. фиг.1). Под опорой 6 на стволе 1 последовательно расположены уплотнительный элемент 7, выполненный в виде самоуплотняющейся манжеты, не пропускающей сверху вниз и конус 8. На стволе 1 ниже конуса 8 с возможностью осевого перемещения расположена обойма 9 с направляющим штифтом 10. Направляющий штифт 10 размещен в вышеупомянутом фигурном пазе 2 ствола 1. Обойма 9 по окружности снабжена пружинными центраторами 11 и шлипсами 12, подпружиненными соответственно наружу и внутрь в радиальном направлении с помощью пружинных пластин 13. К верхнему концу ствола 1 жестко присоединен наконечник 14. Наконечник 14 сверху оснащен радиальными отверстиями 15, выше которых выполнена заглушка 16, оснащенная радиальным штифтом 17. Между грузом 18 и наконечником 14 установлен стакан 19. Стакан 19 сверху снабжен сферической поверхностью 20, установленной в верхний фиксатор 21, выполненный на нижнем конце груза 18.
Стакан 19 надет на наконечник 14 и герметично перекрывает его радиальные отверстия 15, выполненные с возможностью открытия при перемещении наконечника 14 вниз относительно стакана 19. На наружной поверхности стакана 19 выполнены сквозные
осевые проточки 22 под радиальный штифт 14 заглушки 16 наконечника 14, причем выше сквозных осевых проточек 22 стакана 19 выполнены радиальные каналы 23, постоянно сообщающие внутреннее пространство стакана 24 с наружным пространством.
Ствол 1 снизу оснащен нижним фиксатором 25, выше которого на стволе 1 выполнены нижние радиальные каналы 26. В нижний фиксатор 25 ствола 1 сферической поверхностью 27 установлен дополнительный груз 28. Верхний 21 и нижний фиксаторы 25 снабжены прорезями 29 и 30 соответственно под сферические поверхности 20 и 27, выполненными от периферии к центру. Груз 18 и дополнительный груз 28 имеют возможность отклонения относительно оси пакера в процессе спуска и подъема.
Осевые короткий 3 (см. фиг.2) и длинный 4 участки фигурного паза 2 соединены между собой замкнутым фигурным участком 31 так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы 9 относительно ствола 1, направляющий штифт 10 будет расположен, то в осевом коротком участке 3 - транспортное положение, то - в осевом длинном участке 4 фигурного паза 2 - рабочее положение.
Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях исключаются уплотнительными элементами 32, 33.
Пакер работает следующим образом.
На устье скважины направляющий штифт 10 обоймы 9 (см. фиг.2) устанавливают в осевой короткий участок 3 фигурного паза 2 - транспортное положение.
Затем производят сборку пакера (см. фиг.1). Для этого сверху через прорезь 29 верхнего фиксатора 21 и снизу через прорезь 30 нижнего фиксатора 25 устанавливают сферические поверхности 20 и 27 соответственно стакана 19 и груза 28.
Затем пакер на канате 34 (см. фиг.1) спускают в спрессовываемую колонну труб (на фиг.1, 2 не показано) в интервал, где необходимо провести опрессовку, при этом груз 18 и дополнительный груз 28, препятствуют выталкивающей силе, которая возникает после погружения пакера под уровень жидкости в колонне труб.
В процессе спуска пакера груз 18 и дополнительный груз 28 отклоняются от оси пакера благодаря сферическим поверхностям 20 и 27, в связи с чем исключается заклинивание пакера в процессе спуска, причем пружинные центраторы 11 обоймы 9, подпружиненные наружу находятся в постоянном контакте со стенками колонны труб. Жидкость, находящаяся в скважине в процессе спуска пакера свободно перетекает снизу вверх через нижние радиальные каналы 26 ствола 1 во внутренне пространство ствола 1 и далее через радиальные отверстия 15 наконечника 14 в наружное пространство выше пакера, поскольку стакан 19 не перекрывает радиальные отверстия 15 наконечника 14, при этом радиальный
штифт 17 заглушки 16 наконечника 14 уперт в нижние торцы сквозных осевых проточек 22 стакана 19.
Достигнув необходимого интервала опрессовки колонну труб заполняют технологической жидкостью. Далее пакер приподнимают примерно на 1 метр вверх и опускают, в результате проделанной операции направляющий штифт 10 (см. фиг.2) при подъеме перемещается из верхней части осевого короткого участка 3 в его нижнюю часть и далее через нижнюю часть замкнутого фигурного участка 31 в нижнюю часть осевого длинного участка 4 фигурного паза 2, а затем (при спуске) направляющий штифт 10 перемещается из нижней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 в его верхнюю часть.
При этом пакер за исключением деталей 9, 10, 11, 12 и 13 (см. фиг.1), которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 11 обоймы 9 со стенками колонны труб (на фиг.1 и 2 не показано), перемещается относительно деталей 9, 10, 11, 12 и 13 сначала вверх, а затем вниз.
Движение вверх направляющего штифта 10 из нижней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 в его верхнюю часть продолжается до тех пор, пока шлипсы 12 обоймы 9 подпружиненные внутрь в радиальном направлении посредством пружинных пластин 13 не войдут в контакт с конусом 8 жестко соединенным со стволом 1. После взаимодействия с конусом 8 шлипсы 12 обоймы 9 под действием веса пакера расходятся в радиальном направлении и прижимаются к стенкам опрессововаемой колонны труб (на фиг.1, 2 не показано), фиксируя неподвижно ствол 1. При дальнейшей разгрузке пакера сначала стакан 19 с грузом 18 опускаются вниз относительно находящихся неподвижно заглушки 16 с наконечником 14 жестко связанных со стволом 1, при этом груз 18 посредством уплотнительных элементов 32 и 33 герметично перекрывает радиальные отверстия 15 наконечника 14, при этом радиальный штифт 17 упирается в верхний торец сквозных осевых проточек 22 стакана 19.
Затем заполняют скважину технологической жидкостью и герметизируют устье скважины. С помощью насосного агрегата (на фигурах 1, 2 не показано) внутри опрессововаемой колонны труб поднимают давление до необходимого, которое действует на самоуплотняющуюся манжету 5 сверху, причем чем выше давление опрессовки колонны труб, тем больше давление оказывается на самоуплотняющуюся манжету 5, тем сильнее прижимается самоуплотняющуюся манжету 5 к стенкам опрессоваемой колонны труб. Самоуплотняющаяся манжета 7 выполняет страховочную роль и исключает пропуски жидкости сверху вниз в случае появления не герметичности в самоуплотняющейся манжете 5. Установив степень герметичности колонны труб, давление сбрасывают и пакер посредством каната 34 приподнимают на высоту примерно 1 м и опускают.
При этом в начале подъема поднимаются только груз 18 со стаканом 19, а все остальные детали пакера остаются на месте. В процессе подъема груза 18 со стаканом 19 открываются радиальные отверстия 15 наконечника 14, и находящаяся над пакером технологическая жидкость сквозь вышеупомянутые радиальные отверстия 15 наконечника 14 устремляется внутрь ствола 1 и далее сквозь нижние радиальные отверстия 26 ствола 1 выходит в наружное пространство под пакером. Подъем груза 18 со стаканом 19 продолжается до тех пор, пока радиальный штифт 17 заглушки 16 наконечника 14 не упрется в верхние торцы сквозных осевых проточек 22 стакана 19, при этом радиальные каналы 23, постоянно сообщающие внутреннее пространство 24 стакана 19 с наружным пространством пакера исключают «поршневание» груза 18 со стаканом 19 при их осевом перемещении относительно заглушки 16 с наконечником 14.
При дальнейшем подъеме пакера вверх груз 18 со стаканом 19 посредством радиального штифта 17 утягивают за собой заглушку 16 с наконечником 14, который в свою очередь, жестко соединен со стволом 1 и вызывает перемещение последнего.
Пакер посредством каната 34 продолжают поднимать вверх, при этом уже направляющий штифт 10, перемещается относительно движущегося вверх ствола 1, из верхней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 (см. фиг.2) в верхнюю часть замкнутого фигурного участка 31, а затем при спуске перемещается из верхней части замкнутого фигурного участка 31 в верхнюю часть осевого короткого участка 3 фигурного паза 2, переводя пакер из рабочего положения в транспортное.
При этом пакер за исключением деталей 9, 10, 11, 12 и 13 (см. фиг.1), которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 11 обоймы 9 со стенками колонны труб, перемещается относительно деталей 9, 10, 11, 12 и 13 вниз, а затем вверх. В процессе подъема пакера, находящаяся над пакером жидкость свободно переливается сверху вниз через открытые радиальные отверстия 15 наконечника 14 сквозь внутреннее пространство ствола 1 и далее через нижние радиальные каналы 23 ствола 1.
Далее пакер может быть перемещен в другой интервал скважины для опрессовки колонны труб или извлечен на поверхность, при этом груз 18 и дополнительный груз 28 благодаря сферическим поверхностям 20 и 28 соответственно отклоняются от оси пакера.
Предлагаемый пакер имеет небольшие габариты и вес, кроме того, он дешев в изготовлении, в связи с чем снижается стоимость пакера, а расширение его функциональных возможностей позволяет производить опрессовки труб в колоннах малого диаметра, при этом благодаря фиксаторам, в которых размещены сферические поверхности груз и дополнительного груз имеют возможность отклонения от оси с пакера, что позволяет избежать заклинивание пакера в колонне труб во время спуско-подъемных операций.