Рукавный пакер

Полезная модель относится к буровой технике, точнее к оборудованию для уплотнения или изоляции буровых скважин, а именно к пакерам, устанавливаемым над насосами или другим оборудованием, требующим подвода электропитания.
В настоящем описании некоторые термины используются в следующих толкованиях:
- внутритрубное пространство – пространство внутри полости насосно-компрессорных труб (далее – НКТ);
- затрубное пространство – кольцевое пространство между наружной поверхностью НКТ и обсадной колонной.
Терминология, относящаяся к электрическим соединителям, соответствует ГОСТ 21962-76, где, в частности электрическим соединителем называется «…Электротехническое устройство, предназначенное для механического соединения и разъединения электрических цепей, состоящее из двух или более частей (вилки, розетки), образующих разъёмное контактное соединение».
Известны пакеры с кабельным вводом, содержащие полый ствол с размещёнными на его поверхности уплотнительными элементами (манжетами), имеющий наружный паз, в котором проложен электрический кабель для питания установки электроприводного центробежного насоса (УЭЦН) или иных потребителей, герметизированный в пазу посредством компаунда (герметизирующего материала) [RU № 56939], который может быть дополнительно обжат защитной накладкой, установленной над пазом под манжетами [RU № 2540369].
Производительность труда при монтаже известных пакеров в скважине и их надёжность по показателю герметичности невелики из-за необходимости протаскивания через него кабеля и заливки последнего компаундом прямо на буровой площадке, где трудно соблюсти условия получения надёжной герметизации, особенно в условиях низких температур или повышенной влажности.
Известны также двухствольные пакеры, включающие внутренний ствол для перетока скважинного флюида и внешний ствол, или трубу, отгораживающую проложенный между стволами кабель от потока флюида, причём кабель уплотнён в пакере проводкой через многослойный уплотнительный элемент с опорными шайбами [RU №№ 2380518, 2468185]. Эти пакеры технически сложны, а их монтаж, требующий проводки кабеля через уплотнительный элемент трудоёмок и требует большого внимания.
Наиболее близким к предложенному является двухствольный пакер с кабельным вводом, содержащий внешний ствол (называемый в патентном описании аналога трубой) с уступами по концам и установленным на нём упругим герметизирующим элементом, внутри которого эксцентрично расположен внутренний ствол (называемый в патентном описании аналога валом) для перетока флюида, с резьбой по концам, кабельный канал, образованный зазором между стволами, концевые элементы (названные в патентном описании кронштейнами), выполненные в виде стаканов, в которые входят до упора в уступы концы внешнего ствола, причём стаканы имеют по два канала в дне, через один из которых проходит внутренний ствол, а второй, соединяющий полость внешнего ствола с затрубным пространством, содержит средства для уплотнения, проходящего через него кабеля, включающие набор прокладок и нажимной элемент для поджатия прокладок, установленный на внешней стороне концевого элемента. Вся конструкция стянута нестандартными переводниками, навинчиваемыми на концы внутреннего ствола, причём один из концов указанных переводников имеет сразу наружную и внутреннюю резьбу [RU № 77634]. Кабель проходит внутри внешнего ствола в серповидном пространстве между ним и внутренним стволом. При монтаже кабель целиком протаскивают через первый нажимной элемент, первые уплотнительные прокладки и канал первого резьбового элемента, пространство между стволами, выводят конец кабеля в канал второго резьбового элемента, что бывает непросто из-за свободного расположения кабеля в зазоре между стволами, далее через вторые уплотнительные прокладки и второй нажимной элемент. Это требует значительного времени и высокой квалификации монтажников, от умения которых зависит герметичность проводки кабеля через средства для уплотнения.
Недостаток известного пакера состоит в повышенной трудоёмкости его монтажа в скважину, обусловленной необходимостью протаскивания кабеля через вышеперечисленные элементы.
Целью настоящей полезной модели является снижение трудоёмкости изготовления пакера и его монтажа в скважину.
Техническим результатом от использования предложенной полезной модели является снижение трудоёмкости монтажа пакера в скважину за счёт упрощения работ, связанных с подведением электропитания к объекту, расположенному ниже пакера, например, к насосу.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном пакере, содержащем эксцентричные ствол для перетока флюида, имеющий резьбу по концам, и ствол для проводки кабеля, соединённые с концевыми элементами, имеющими канал для перетока флюида и канал со средствами для герметизации кабеля, соединяющий полость ствола для проводки кабеля с затрубным пространством, ствол для проводки кабеля установлен внутри ствола для перетока флюида, его концы вставлены в каналы концевых элементов, концы ствола для перетока флюида соединены с концевыми элементами резьбами, имеющими одинаковый шаг и противоположные направления витков, а в качестве указанных средств для герметизации кабеля использованы части герметичных электрических соединителей, причём пакер содержит соединённый с ними отрезок кабеля, проложенный в стволе для проводки кабеля.
Кроме того, с одного конца пакера установлена герметичная розеточная часть электрического соединителя, а с другого – герметичная вилочная часть.
Благодаря расположению ствола для проводки кабеля внутри ствола для перетока флюида, снижается трудоёмкость сборки и установки пакера, поскольку кабель, направляемый сравнительно узким стволом, легко протолкнуть через пакер, вывести его наружу через канал, соединяющий полость ствола с затрубным пространством. Кроме того, это снижает гидравлическое сопротивление пакера, поскольку площадь сечения серповидного зазора между стволами, через который идёт поток флюида, существенно больше, чем площадь сечения внутреннего ствола у известного аналога.
Благодаря использованию в предложенном пакере частей герметичных электрических соединителей, и введению в состав пакера соединённого с ними отрезка кабеля, проложенного в трубе, существенно снижается трудоёмкость монтажа пакера и его подготовки к установке в скважину.
Кроме того, упрощается конструкция пакера и повышается его безотказность за счёт применения стандартных, хорошо освоенных промышленностью герметичных электрических соединителей, рассчитанных на работу в условиях высоких температур и давлений, взамен набора уплотнительных и нажимных элементов.
Благодаря тому, что с одного конца пакера установлена герметичная розеточная часть электрического соединителя, а с другой – герметичная вилочная часть обеспечивается безошибочность и безопасность сборки колонны НКТ с пакером и УЭЦН.
При использовании вышеперечисленных признаков конструкция пакера оказывается проще, чем у известных аналогов.
Существо изобретения поясняется чертежами, где в качестве примера показан пакер с рукавным уплотняющим элементом.
На фиг. 1 показан разрез пакера плоскостью, проходящей через оси его ствола и трубы для кабеля.
На фиг. 2 показано в увеличенном масштабе место установки части электрического соединителя.
На фиг. 3 показан в увеличенном масштабе вырыв участка пакера, содержащий часть электрического соединителя.
Общая длина пакера в сборе с обычными для пакеров элементами, такими как переводники и центраторы, многократно превышает его ширину. Это не позволяет уместить его полное изображение на листе стандартного формата и потому часть элементов, общих для предложенного и известных пакеров на чертеже фиг. 1 не показаны. Также сделан вырыв на изображении ствола, а один из резьбовых элементов показан в усечённом виде. Для того чтобы дать представление о пропорциях изделия, на фиг. 1 указаны ориентировочные продольный и поперечный размеры пакера, сопрягаемого с насосно-компрессорными трубами условного диаметра 73 мм.
Предложенный пакер включает ствол 1, предназначенный для перетока флюида, выполненный в виде цилиндра с резьбой на концах. Витки обеих резьб имеют одинаковый шаг, но противоположное направление, например, резьба 2 – правая, а резьба 3 – левая. Предпочтительно, чтобы резьбы были внутренними.
Пакер также включает охватывающий ствол 1 рукав 4 из упруго-эластичного материала. По концам рукав 4 герметично скреплён со стволом 1 посредством, например, обжимных гильз 5. В боковой стенке ствол 1 имеет отверстие 6, сообщающее канал ствола с зазором между стволом и рукавом. По краям ствол 1 может иметь лыски, или, как показано в качестве примера на фиг. 1, отверстия 7 для захвата его инструментом.
В резьбовые концы ствола 1 ввинчены резьбовые элементы 8 и 9. Они могут быть идентичны во всём, но резьбы 2 и 3 у них всегда противоположного направления, например, у элемента 8 резьба 2 правая, а у элемента 9 резьба 3 – левая. С противоположного конца резьбовые элементы снабжены стандартной конической трубной резьбой 10 для присоединения, например к переводнику 11, которая может быть как наружной, так и внутренней, либо у одного из них наружной, а у другого – внутренней. Обычно для пакера диаметром 122 мм это резьба НКТ 73. В состав пакера как промышленного изделия также обычно входят центраторы 12, один из которых показан на фиг. 1. Зазор между резьбовыми элементами 8, 9 и корпусом 1 герметизирован, например, упругими уплотнительными кольцами 13.
Каждый из резьбовых элементов содержит два продольных отверстия, или канала, 14 и 15 выходящих одним концом в канал ствола 1. Другой конец канала 14 открыт во внутритрубное пространство колонны НКТ, а другой конец канала 15 открыт в затрубное пространство. Канал 14 предназначен для пропускания потока скважинного флюида, а канал 15 – для проводки через пакер электрического кабеля. По технологическим соображениям каналы могут быть образованы сверлением с двух сторон, причём оси встречных сверлений могут не совпадать, как у канала 14 или быть направлены под углом друг к другу, как у канала 15. Но при этом ось участка канала 15, выходящего в канал ствола 1, параллельна оси ствола 1, и в него вставлен выполненный в виде трубы ствол 16, соединяющий каналы 15 обоих резьбовых элементов. Зазор между стволом 16 и каналами 15 герметизирован, например, упругими уплотнительными кольцами 17. Таким образом, ствол 16 является расположенным внутри ствола 1.
Каждый из резьбовых элементов на стороне расположения канала 15 имеет вырез 18 с площадкой 19, в которую выходит канал 15 и на которой установлена одна из частей 20 герметичного электрического соединителя (штепсельного разъёма) для электрического кабеля 21. Предпочтительно, чтобы с одного конца пакера на площадке 19 была установлена розеточная часть 20р электрического соединителя, а с другого – вилочная часть 20в, причём розеточная часть 20р должна быть установлена на нижнем, ближайшем к УЭЦН, конце. Между частями соединителя и наружными концами канала 15 установлена уплотнительная прокладка 22.
Для проводки и закрепления отходящих от пакера концов кабеля центратор 12, может быть снабжён, например, пазом 23 и элементом крепления 24.
Сборка предложенного пакера осуществляется следующим образом.
Резьбовые элементы 8 и 9 устанавливают в сборочном приспособлении с возможностью их осевого перемещения так, чтобы оси резьб 2 и 3 и оси каналов 15 попарно совпадали.
Резьбовой конец ствола 1 со смонтированным на нём рукавом 4 и установленными уплотнительными кольцами 13 совмещают до соприкосновения с концевым элементом 8. В канал 15 резьбового элемента 8 вставляют конец ствола 16 с установленными на нём уплотнительными кольцами 17. Другой конец ствола 16 с уплотнительными кольцами 17 вставляют в канал 15 концевого элемента 9 и совмещают до соприкосновения резьбовые концы ствола 1 и концевого элемента 9. Поворотом от руки ствола 1 наживляют первые витки резьб 2 и 3, после чего вводят выступы инструмента в отверстия 7 ствола 1 и, вращая ствол, затягивают резьбы до заданного момента. Концы ствола 16 с уплотнительными кольцами 13 при этом скользят в каналах 15, углубляясь в них.
Через каналы 15 и ствол 16 проводят электрический кабель 21, заранее подключённый к одной из частей, например, 20р, первого электрического соединителя и укрепляют эту часть на площадке 19 первого концевого элемента. Место подключения кабеля может быть загерметизировано заливкой компаундом 25. Вышедший из канала 15 свободный конец кабеля 21 подключают к другой части, например 20в, электрического соединителя, герметизируют место подключения и закрепляют эту часть на площадке второго концевого элемента. Все вышеописанные операции сборки пакера осуществляются опытным персоналом в цеховых условиях, которые обеспечивают не только высокую производительность труда, но и благоприятны для качества сборки и надёжности герметизации. На буровую площадку пакер доставляют в собранном виде, где остаётся лишь присоединить к нему ответные части электрических соединителей от УЭЦН и от кабеля питания.
Основное назначение предложенного пакера в исполнении с рукавным уплотнителем – предотвращение доступа воды из вышерасположенного водоносного пласта в нефтеносный пласт в случае потери герметичности обсадной трубой. Для этого предложенный пакер соединяется с УЭЦН, электропитание к которой подводится кабелем по схеме: ведущий наверх кабель с розеточной частью на нижнем конце – вилочная часть 20в на верхнем конце пакера – отрезок кабеля 21 в стволе 15 пакера – розеточная часть 20р на нижнем конце пакера – вилочная часть на кабеле питания УЭЦН.
В верхней части колонны НКТ на устье скважины устанавливают регулируемый штуцер, служащий для дросселирования потока и поддержания требуемого гидростатического давления на уровне пакера.
Опыт практической эксплуатации предложенного пакера показал, что время на его включение в цепь питания УЭЦН сократилось во много раз, до практически незначимой величины в несколько минут. При этом его отказы по причине некачественного выполнения электрических соединений или уплотнений кабеля прекратились полностью.