ПАКЕР ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
HYDRAULIC PACKER

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для разобщения интервалов обсадной колонны при освоении и эксплуатации нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин.
Известен пакер, выбранный в качестве аналога, включающий корпус с радиальными каналами, герметизирующий элемент, верхний конус со шлипсами, жестко связанный с корпусом, нижний конус со шлипсами, гидроцилиндр, выполненный с двумя концентрично расположенными поршнями, из которых внутренний взаимодействует с нижним конусом, а наружный - со шлипсами, расположенными на этом конусе (авторское свидетельство №307177, МПК Е21В 33/12, опубл. 21.06.1971 г.).
Недостатком известного пакера является низкая надежность, так как наличие свободного хода корпуса, жестко связанного с верхним конусом, при сокращении колонны насосно-компрессорных труб во время работы или в процессе проведения технологических операций в скважине может привести к срыву пакера и потере герметичности. Также недостатком пакера является невозможность его повторного использования за одну спускоподъемную операцию из-за неполного возврата шлипсов в транспортное положение.
Известен гидравлический пакер многоразового действия, выбранный в качестве прототипа, включающий полый ствол с радиальными каналами, установленную на стволе уплотнительную манжету, размещенные на стволе с возможностью перемещения верхний конус с плашками и плашкодержателем, установленный под уплотнительной манжетой нижний конус с плашками и нижним плашкодержателем, гидроцилиндр, образующий со стволом кольцевую полость, связанную с полостью ствола через радиальные каналы, размещенный в кольцевой полости поршень, взаимодействующий с нижним конусом, и связанный с нижним плашкодержателем патрубок, установленный в кольцевой полости с возможностью фиксации относительно ствола (патент РФ №2018628, МПК Е21В 33/12, опубликован 30.08.1994 г.).
Недостатком известного пакера является невозможность его повторного использования за одну спускоподъемную операцию из-за неполного возврата нижних плашек в транспортное положение. Также к недостаткам следует отнести и то, что величина усилия срыва пакера и перевода его в транспортное положение задается упругим кольцом и шаровыми фиксаторами, а получить стабильную расчетную величину этого усилия в предложенной конструкции при существующих технологиях изготовления практически невозможно, несмотря на то, что этот параметр является ключевым для изделий подобного назначения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы пакера за счет более полного срабатывания плашек нижнего якорного узла при срыве пакера, обеспечение возможности его многократной установки в скважине за одну спускоподъемную операцию, исключение самопроизвольного освобождения пакера.
Указанный технический результат достигается в пакере гидравлическом, содержащем ствол с радиальными каналами и муфтой в верхней части, установленные на стволе верхний и нижний якорные узлы, уплотнительные элементы, расположенные между якорными узлами, гидропривод, состоящий из связанного со стволом цилиндра, образующего со стволом кольцевую полость, связанную с внутренней полостью ствола через радиальные каналы, размещенного в кольцевой полости внутреннего поршня, взаимосвязанного с конусом нижнего якорного узла, и соединенного с плашкодержателем нижнего якорного узла наружного поршня, установленного с возможностью фиксации относительно ствола, при этом под внутренним поршнем установлена возвратная пружина, опирающаяся снизу на кольцевой выступ, выполненный на внутренней поверхности наружного поршня, а над уплотнительными элементами размещена с возможностью перемещения на стволе цанга, упирающаяся своим внутренним выступом в буртик, выполненный на наружной поверхности ствола.
Кроме того, муфта и корпус верхнего якорного узла связаны срезными винтами.
Установка под внутренним поршнем возвратной пружины, опирающейся снизу на кольцевой выступ, выполненный на внутренней поверхности наружного поршня, позволяет вернуть плашки нижнего якорного узла в исходное положение при срыве пакера, что позволяет повысить надежность работы пакера и обеспечить возможность его многократной установки в скважине за одну спускоподъемную операцию.
Размещение над уплотнительными элементами с возможностью перемещения на стволе цанги, упирающейся своим внутренним выступом в буртик, выполненный на наружной поверхности ствола, позволяет исключить самопроизвольное освобождение пакера после его установки.
Для увеличения допустимого усилия натяжения колонны труб до потери герметичности пакера муфта и корпус верхнего якорного узла могут быть связаны срезными винтами.
На чертеже представлена схема пакера гидравлического в транспортном положении.
Пакер гидравлический состоит из ствола 1, муфты 2 в верхней части, соединяющей пакер с колонной труб (не показана), установленных на стволе уплотнительных элементов 3, верхнего и нижнего якорных узлов. Верхний якорный узел состоит из корпуса 4, плашек 5 и конуса 6, поджатых к стволу 1 соответственно пружинами 7 и 8. Нижний якорный узел состоит из конуса 9, плашек 10 и плашкодержателя 11.
В нижней части пакера расположен гидропривод, состоящий из цилиндра 12, внутреннего 13 и наружного 14 поршней. Цилиндр 12 образует со стволом 1 кольцевую полость 15, гидравлически связанную с внутренней полостью ствола 1 через радиальные каналы 16. Размещенный в кольцевой полости 15 внутренний поршень 13 взаимосвязан с конусом 9 нижнего якорного узла. Наружный поршень 14 соединен с плашкодержателем 11 нижнего якорного узла. Переводник 17 соединяет пакер с колонной труб и удерживает гидропривод на стволе 1. Для активации гидропривода и освобождения поршней 13 и 14 в кольцевой полости 15 установлена втулка 18, ограниченная от перемещения на стволе 1 пружинным кольцом 19, а с другой стороны поджатая нижней пружиной 20 через шайбу 21. Втулка 18 фиксирует защелку 22, установленную на наружном поршне 14 с возможностью взаимодействия с внутренним буртиком 23 цилиндра 12. Защелка 22 служит для фиксации наружного поршня 14 относительно ствола 1 и цилиндра 12. Для предотвращения преждевременной активации гидропривода в цилиндре 12 установлены срезные элементы 24, фиксирующие от перемещения поршень 25, надетый на втулку 18. Под внутренним поршнем 13 установлена возвратная пружина 26, опирающаяся снизу на кольцевой выступ 27, выполненный на внутренней поверхности наружного поршня 14.
Между верхним якорным узлом и уплотнительными элементами 3 установлен механизм фиксации пакера в рабочем положении, состоящий из цанги 28, размещенной внутри переходника 29, соединяющего кожух 30 верхнего якорного узла с упором 31. Цанга 28 своим внутренним выступом 32 упирается в буртик 33, выполненный на наружной поверхности ствола 1.
При необходимости жесткого соединения ствола 1 с верхним якорным узлом для увеличения допустимого усилия натяжения колонны до потери герметичности пакера муфта 2 и корпус 4 верхнего якорного узла могут быть связаны срезными винтами 34. При этом усилие разъединения для срыва пакера регулируется количеством срезных винтов 34.
Пакер гидравлический работает следующим образом.
Пакер спускают в скважину на колонне труб на требуемую глубину. Установку пакера осуществляют перекрытием нижнего прохода ствола 1 и созданием перепада давления между колонной труб и затрубным пространством. В качестве перекрывающего устройства могут быть использованы: переводник со срезным седлом под шар; опрессовочный клапан с уравнительной камерой (глухая пробка) с посадкой в посадочный ниппель, установленный ниже пакера, с установкой пробки на инструментах канатной техники; клапан с соответствующим давлением открытия и другие устройства (не показаны). Под действием давления происходит передвижение втулки 18 с поршнем 25 и срез срезных элементов 24. Защелка 22 выходит из зацепления с внутренним буртиком 23 цилиндра 12 и освобождает наружный 14 и внутренний 13 поршни. Под действием давления происходит взаимосвязанное движение внутреннего поршня 13 и конуса 9 нижнего якорного узла вверх, при этом сжимаются уплотнительные элементы 3. Далее усилие последовательно передается на упор 31, переходник 29, кожух 30 и конус 6 верхнего якорного узла. При превышении заданной нагрузки срабатывает цанга 28, внутренний выступ 32 которой срывается с буртика 33 ствола 1, в результате чего происходит перемещение в радиальном направлении конуса 6 верхнего якорного узла до соприкосновения с плашками 5. При дальнейшем движении внутреннего поршня 13 плашки 5 верхнего якорного узла, взаимодействуя с конусом 6, раздвигаются радиально и зацепляются со стенкой эксплуатационной колонны (не показана). Одновременно с внутренним поршнем 13 происходит перемещение вверх наружного поршня 14 с плашкодержателем 11 нижнего якорного узла. При этом плашки 10 нижнего якорного узла раздвигаются радиально и зацепляются со стенкой эксплуатационной колонны. Ствол 1 пакера остается неподвижным при посадке. Благодаря наличию механизма фиксации пакера в рабочем положении исключается перемещение ствола 1 вверх и освобождение пакера. Увеличение трубного давления или механическая нагрузка при удлинении колонны труб преобразуется в дополнительное пакерующее усилие. Снижение давления не приводит к уменьшению первоначального посадочного усилия.
Перевод пакера в транспортное положение производится натяжением колонны труб. При перемещении муфты 2 со стволом 1 вверх срезаются срезные винты 34 (в случае их установки), затем срабатывает цанга 28. Конус 6 верхнего якорного узла под действием пружины 8 переходит в транспортное положение, затем плашки 5 верхнего якорного узла под действием пружины 7 возвращаются в первоначальное положение. Далее переходят в исходное состояние уплотнительные элементы 3. Конус 9 нижнего якорного узла освобождается из-под плашек 10, которые под действием возвратной пружины 26 возвращаются в транспортное положение. Наружный поршень 14 переходит в исходное положение, отжимая втулку 18, поджатую нижней пружиной 20. После возврата защелки 22 в первоначальное положение нижняя пружина 20 отжимает втулку 18, которая в свою очередь фиксирует защелкой 22 наружный поршень 14 относительно цилиндра 12, связанного со стволом 1. При многократной установке пакера за одну спускоподъемную операцию необходимо использовать совместно с клапаном многократного действия (например, применение растворимых шаров).
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение надежности работы пакера за счет более полного срабатывания плашек нижнего якорного узла при срыве пакера, обеспечивается возможность его многократной установки в скважине за одну спускоподъемную операцию. Также исключается самопроизвольное освобождение пакера.