ПАКЕРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к средствам восстановления работоспособности скважин и может найти применение при спуске дополнительных обсадных колонн в скважины, обсадные колонны которых пришли в негодность.
Известно пакерующее устройство (свидетельство на полезную модель РФ №26075, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №31 от 10.11.2002 г.), содержащее основной пакер, включающий корпус с размещенной на его наружной поверхности эластичной манжетой, подвижный клиновой цилиндр, связанный с приводом, срезные и уплотнительные элементы и упоры, при этом устройство снабжено дополнительным пакером, состоящим из корпуса, соединенного через переводник с корпусом основного пакера, с надетой на него эластичной манжетой, подвижным клиновым цилиндром, образующим с корпусом и уступом на его наружной поверхности гидрокамеру, соединенную через радиальные каналы в корпусе с внутритрубным пространством.
Недостатком данного устройства являются:
во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей, а также большое количество срезных элементов, нарушение последовательности разрушения которых может привести к нарушению процесса запакеровки;
во-вторых, при необходимости извлечения устройства из скважины (в случае негерметичной посадки, либо появления негерметичности колонны в процессе эксплуатации) возникают трудности, связанные с тем, что необходимо создавать очень большие осевые усилия, направленные вверх для разрушения срезных элементов, установленных ниже основного и дополнительного пакеров, а при продолжительной эксплуатации срезные элементы «закипают», и для их разрушения требуются усилия значительно больше расчетных, поэтому не всякий грузоподъемный агрегат может справиться с этой задачей.
Наиболее близким по технической сущности является пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны (патент РФ на полезную модель. №41331, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №29 от 20.10.2004 г.), содержащее пакер, состоящий из корпуса с размещенной на его наружной поверхности манжетой, сверху которой размещен подвижный упор, связанный с приводом, а снизу - упор, зафиксированный на корпусе, при этом корпус сверху связан с дополнительной обсадной колонной и снабжен технологическими окнами, а подвижный упор выполнен в виде цилиндра, зафиксированного в транспортном
положении срезными винтами и жестко связанного через технологические окна с приводом, который выполнен в виде стакана, герметично установленного в корпусе с возможностью осевого перемещения и снабженного обратным клапаном, пропускающим снизу вверх, при этом манжета выполнена сборной в виде чередующихся эластичных и жестких колец, причем подвижный упор выполнен с возможностью фиксации от смещения вверх относительно корпуса в любом рабочем положении, срезные и уплотнительные элементы.
Существенным недостатком данного устройства, выявленным из опыта практического применения является то, что в процессе эксплуатации скважины оборудованной этим устройством в колонне появляется не герметичность. В этом случае с целью ревизии необходимо извлечь пакерующее устройство из скважины, при этом возникают трудности, связанные с необходимостью создания больших осевых усилий направленные вверх для разрушения срезных элементов. На практике получается так, что при приложении к дополнительной обсадной колонне (ДОК) осевого усилия вверх с целью распакеровки пакерующего устройства, приложенное усилие превосходит усилие запакеровки пакера в радиальном направлении относительно изношенной обсадной колонны. Не достигнув усилия разрушения вышеупомянутых срезных элементов ДОК, а значит, и находящееся на его конце пакерующее устройство начинают двигаться вверх, находясь в постоянном контакте со стенками изношенной обсадной колонны, создавая большие усилия на грузоподъемый агрегат на протяжении всего подъема. Кроме того, ввиду тесного контакта со стенками изношенной обсадной колонны повреждаются многие детали пакерующего устройства.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности распакеровки устройства и снижение нагрузки на грузоподъемный агрегат в процессе извлечения его из скважины.
Техническая задача решается предлагаемым пакерующим устройством дополнительной обсадной колонны, содержащим пакер, состоящий из корпуса с размещенной на его наружной поверхности манжетой, выполненной сборной в виде чередующихся эластичных и жестких колец, сверху которой размещен подвижный упор, связанный с приводом, а снизу - упор, зафиксированный на корпусе, при этом корпус сверху связан с дополнительной обсадной колонной и снабжен технологическими окнами, а подвижный упор выполнен в виде цилиндра, зафиксированного в транспортном положении срезными винтами и жестко связанного через технологические окна с приводом, который выполнен в виде стакана, герметично установленного в корпусе с возможностью осевого перемещения и снабженного обратным клапаном, пропускающим снизу вверх, причем подвижный
упор выполнен с возможностью фиксации от смещения вверх относительно корпуса, срезные и уплотнительные элементы.
Новым является то, что корпус снизу снабжен внутренней цилиндрической выборкой и технологическими отверстиями, а упор - внутренней кольцевой проточкой, при этом осевое перемещение упора относительно корпуса ограничивает фиксатор, выполненный из стопоров и подвижной втулки, причем подвижная втулка установлена во внутренней цилиндрической выборке корпуса и соединена с ней посредством срезного винта, при этом стопоры вставлены в технологические отверстия корпуса и взаимодействуют с одной стороны с внутренней кольцевой проточкой упора, а с другой стороны с подвижной втулкой, причем в случае распакеровки устройства подвижная втулка имеет возможность взаимодействия своим нижним торцом с подпружиненными захватными элементами цанги, которая установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения в верхней наружной цилиндрической проточке, которой снабжен ниппель, спускаемый в скважину на канате при извлечении устройства, причем ниппель оснащен средней и нижней наружными цилиндрическими проточками, при этом в транспортном положении в средней наружной цилиндрической проточке ниппеля расположены подпружиненные захватные элементы цанги, а в нижней наружной цилиндрической проточке ниппеля установлено кольцо, имеющее возможность осевого перемещения вниз в рабочем положении, и соединенное с ним разрушаемым элементом в транспортном положении.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе перед запакеровкой.
На фиг.2 изображено предлагаемого устройство в продольном разрезе в запакерованном состоянии перед извлечением его из скважины.
Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны состоит из пакера, состоящего из корпуса 1 (см. фиг.1), снабженного внутренней цилиндрической выборкой 2 и технологическими отверстиями 3, с размещенной на его наружной поверхности манжетой 4, выполненной сборной в виде чередующихся эластичных 5 и жестких колец 6.
Над манжетой 4 размещен подвижный упор 7, связанный с приводом 8. Корпус 1, сверху связан с ДОК 9 посредством муфты 10 и снабжен технологическими окнами 11. Подвижный упор 7 выполнен в виде цилиндра, зафиксированного в транспортном положении срезными винтами 12 к муфте 10. Подвижный упор 7 жестко связан через технологические окна 11 посредством установленных в них срезных элементов 13 с приводом 8, который выполнен в виде стакана, установленного в корпусе 1 с возможностью осевого перемещения и снабженного обратным клапаном 14, пропускающим снизу вверх. Подвижный упор 7 выполнен с возможностью фиксации от смещения вверх относительно
корпуса 1 в рабочем положении, благодаря взаимодействию в рабочем положении фиксирующего кольца 15, расположенного во внутренней проточке подвижного упора 7 и зубчатых насечек 16, выполненных на наружной поверхности корпуса 1.
Под манжетой 4 установлен упор 17, снабженный внутренней кольцевой проточкой 18. Осевое перемещение упора 17 относительно корпуса 1 ограничивает фиксатор 19, выполненный из стопоров 20, выполненных в виде шариков диаметром 12-15 мм и подвижной втулки 21.
Подвижная втулка 21 установлена во внутренней цилиндрической выборке 2 корпуса 1 и соединена с ней посредством срезного винта 22. Стопоры 20, вставлены в технологические отверстия 3 корпуса 1 и взаимодействуют с одной стороны с внутренней кольцевой проточкой 18 упора 17, а с другой стороны подвижной втулкой 21.
В случае распакеровки устройства подвижная втулка 21 (см фиг.2) имеет возможность взаимодействия своим нижним торцом 23 с подпружиненными, посредством пружинных пластин 24 захватными элементами 25 цанги 26, которая установлена с возможностью ограниченного осевого перемещения в верхней наружной цилиндрической проточке 27 ниппеля 28, спускаемого в скважину на канате 29 при извлечении устройства.
Ниппель 28 дополнительно оснащен средней 30 и нижней 31 наружными цилиндрическими проточками, при этом в транспортном положении в средней наружной цилиндрической проточке 30 ниппеля 28 расположены подпружиненные захватные элементы 25 цанги 26, а в нижней наружной цилиндрической проточке 31 ниппеля 28 установлено кольцо 32, имеющее возможность осевого перемещения вниз в рабочем положении, и соединенное с ним разрушаемым элементом 33 в транспортном положении. Высота захватных элементов 25 больше длины стыков в муфтах ДОК 9.
На нижний конец корпуса 1 навернута накидная гайка 34. Несанкционированные перетоки рабочей жидкости предотвращаются уплотнительными кольцами 35, 36.
Устройство работает следующим образом.
Устройство соединенное с ДОК 9 посредством муфты 10 (см. фиг.1) спускают в обсадную колонну, которая является непригодной для дальнейшей эксплуатации (на фиг.1 и 2 не показано), с таким расчетом, чтобы устройство находилось на расстоянии 5-10 метров выше продуктивного пласта. В процессе спуска устройства обратный клапан 14 пропускает жидкость, находящуюся в скважине, снизу вверх в ДОК 9.
ДОК 9 закрепляют на устье, а на ее верхний конец наворачивают колонную головку и создают внутри ДОК 9 повышенное давление (до 20,0 МПа), которое воздействуя на привод 8, соединенный посредством срезных элементов 13, установленных в технологических окнах 11 корпуса 1, приводит в действие подвижный упор 7. В результате подвижный
упор 7, разрушив срезные винты 12, начинает перемещаться вниз, воздействуя на манжету 4, выполненную сборной в виде чередующихся эластичных 5 и жестких колец 6. При этом эластичные кольца 5 сжимаются и прижимаются к стенкам обсадной колонны. Процесс запакеровки продолжают до тех пор, пока под действием повышенного давления в ДОК 9, воздействующего на привод 8, срезные элементы 13 разрушатся о нижнюю кромку технологических окон 11 корпуса 1, при этом привод 8 падает на забой скважины, а фиксирующее кольцо 15 подвижного упора 7 цепляется за зубчатые насечки 16 корпуса 1, фиксируя перемещение подвижного упора 7 вверх относительно корпуса 1. Процесс запакеровки окончен. Привод 8 изготовлен из чугуна и при необходимости может быть разбурен.
После этого систему проверяют на герметичность.
После запакеровки колонную головку отворачивают, в ДОК 9 спускают необходимое оборудование и продолжают дальнейшую эксплуатацию скважины.
В случае не герметичной посадки или при появлении не герметичности в пакерующем устройстве, либо в самой ДОК 9 в процессе эксплуатации скважины возникает необходимость извлечения устройства для ревизии с целью дальнейшего восстановления работоспособности скважины.
Для этого в скважину на канате 29 спускают ниппель 28, (см. фиг.2) в верхней наружной цилиндрической проточке 27 которого с возможностью ограниченного осевого перемещения установлена цанга 26 с подпружиненными посредством пружинных пластин 24 захватными элементами 25.
Спуск ниппеля 28 в ДОК 9 продолжают до тех пор, пока цанга 26 своими захватными элементами 25 не выйдет из средней наружной цилиндрической проточки 30 ниппеля 28 и благодаря пружинным пластинам 24 не окажется во внутренней цилиндрической проточке 2 корпуса 1 ниже подвижной втулки 21, причем нижние торцы захватных элементов 25 упрутся в верхний торец кольца 32, установленного посредством разрушаемого элемента 33 в транспортном положении в верхней части нижней наружной цилиндрической проточке 31 ниппеля 28, об этом свидетельствует провисание каната 29 на устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано).
Затем с помощью геофизического подъемника (на фиг.1 и 2 не показано) делают натяжку каната 29 вверх, при этом захватные элементы 25, подпружиненные наружу пружинными пластинами 24 своими верхними торцами начинают взаимодействовать с нижним торцом 23 подвижной втулки 21. Канат 29 продолжают натягивать вверх и при достижении расчетного усилия разрушается срезной винт 22, в результате чего подвижная втулка 21 поднимается вверх до упора по внутренней цилиндрической проточке 2 корпуса
1. Фиксатор 19 освобождается и стопоры 20, находящиеся в технологических отверстиях 3, смещаются внутрь корпуса 1, выходя из взаимодействия с кольцевой выборкой 18 упора 17. Стопоры 20 падают на забой скважины, а упор 17, под действием сил упругости эластичных колец 5, манжеты 4 и собственным весом, спускается вниз по корпусу, а эластичные кольца 5, возвращаясь в исходное положение отходят от стенок обсадной колонны (на фиг.1 и 2 не показано). Процесс распакеровки устройства окончен.
Для извлечения ниппеля 28 вновь тянут канат 29 вверх и при достижении расчетного усилия натяжения каната 29 срезается разрушаемый элемент 33, что происходит благодаря тому, что нижние торцы захватных элементов 25 воздействуют на верхний торец кольца 32, поскольку верхние торцы захватных элементов 25 продолжают находиться во взаимодействии с нижним торцом подвижной втулки 21.
В результате срезания разрушаемого элемента 33 кольцо 32 спускается вниз по нижней наружной цилиндрической проточке 31 ниппеля 28, при этом одновременно продолжают тянуть канат 29 вверх, в связи с чем захватные элементы 25 цанги 26 попадают в нижнюю наружную цилиндрическую проточку 31 ниппеля 28, освобождаясь от взаимодействия с нижним торцом подвижной втулки 21, в этот момент цанга 26, также перемещается вниз по верхней цилиндрической проточке 27 ниппеля 28. При дальнейшем натяжении каната 29 вверх захватные элементы 25, находящиеся в нижней наружной цилиндрической проточке 31 ниппеля 28 беспрепятственно минуют подвижную втулку 21, после чего ниппель 28 свободно по ДОК 9 извлекается из скважины.
В предлагаемом устройстве, при его распакеровке не применяются повышенные усилия, направленные вверх, которые могут «сорвать» манжету, благодаря чему повышается надежность распакеровки устройства, в связи с чем при извлечении устройства снижаются нагрузки на грузоподъемный агрегат, что позволяет предупредить возможные осложнения, сократить время на извлечение устройства и, как следствие, снизить затраты на ремонт скважины.