ПАКЕР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
TECHNOLOGICAL PACKER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для перекрытия межтрубного пространства скважины.
Известно устройство для герметизации межтрубного пространства [1] (см. пат. РФ 32101461. М. кл. 6 Е21В 33/12), содержащее шток с пазом, установленные на штоке уплотнительный элемент, верхний и нижний заякоривающие узлы в виде подпружиненных плашек, введенных в окна корпуса, конусы с внутренним выступом, размещенные над и под уплотнительным элементом, фиксатор в нижнем заякоривающем узле, переводник, центраторы, подпружиненные на наружной поверхности корпуса.
Посадка пакера осуществляется механически путем поворота вправо, с вводом кольца фиксатора в длинную часть паза и разгрузкой веса колонны труб. Шток перемещается вниз относительно заякоривающих узлов с вводом нижнего конуса под плашки якоря, которые перемещаются в радиальном направлении к стенке скважины.
Далее нижний выступ штока входит в контакт с дополнительным выступом верхнего конуса и сжимается к стенке скважины с герметизацией межтрубного пространства.
Недостатки конструкций:
- наличие двух якорящих узлов с посадочными конусами, между которыми располагается упругий уплотнительный элемент, делает конструкцию неизвлекаемой.
Съем пакера с места установки в этом случае является проблематичным и требует специальной технологической оснастки или бурового инструмента для его разрушения и удаления стружки на поверхность.
Известен также стационарный пакер фирмы Камко [2] (см. Басарыгин Ю.М., Макаренко П.П., Мавромати В.Д. Ремонт газовых скважин. - М.: ОАО Издательство «Недра», 1998 г. С.145-147).
Конструкция пакера включает в себя ствол с ниппелем на нижнем конусе. На наружной поверхности ствола установлены плашки нижнего якоря с разжимным конусом, связанным с кольцевым поршнем силового гидроцилиндра, комбинированный уплотнительный элемент, верхний разжимной конус, входящий во взаимодействие с плошками верхнего якоря.
Посадка пакера - гидравлическая.
Извлечение пакера из скважины возможно осуществить только путем его разбуривания, что является недостатком и требует значительных затрат рабочего времени.
Известна конструкция разбуриваемого технологического пакера [3] (см. «Разведочное бурение на суше и континентальном шельфе России» ОАО НПО «Бурение». Сб. научных трудов. Выпуск 14. Краснодар, 2005 г. С.377-383).
Разбуриваемый пакер состоит из ствола, на нижнем конце которого установлен корпус башмачного клапана, снабженный подпружиненным обратным клапаном, в виде стакана с эластичной манжетой, входящей в торцовый контакт с седлом.
На стволе последовательно установлены нижние разрывные плашки, разжимной конус, уплотнительный элемент, на который опирается верхний разжимной конус, охватываемый верхними разрывными плашками. На последние опирается подвижная опора, снабженная пакетом стопорных колец, разделенных опорными кольцами. На внешней поверхности ствола выполнен ряд насечек, с которыми взаимодействуют своими внутренними выступами стопорные кольца.
Подвижная опора связана с помощью тарированного срезного элемента со стволом.
Верхним концом ствол соединяется со стволом гидравлического посадочного устройства.
При взаимодействии элементов конструкции разбуриваемого пакера с посадочным устройством происходит ввод разжимного конуса внутрь разрывных плашек с перемещением последних к стенке трубы обсадной колонны и фиксацией. Дальнейшим осевым нагружением деформируют уплотнительный элемент с перекрытием кольцевого зазора. После этого происходит разрушение верхних разрывных плашек и их перемещение в радиальном направлении. При перемещении подвижной опоры по стволу стопорные кольца взаимодействуют с насечками и свободно деформируются внутри расточки с вводом в насечке на стволе.
После остановки подвижной опоры стопорные кольца фиксируются в насечках на стволе с сохранением герметичного контакта уплотнительного элемента с внутренней поверхностью обсадной колонны.
После посадки пакера осуществляют проведение необходимой технологической операции, связанной с закачкой, например изолирующего состава, в продуктивный пласт.
Извлечение пакера из ствола скважины производится после отсоединения от него гидравлического посадочного устройства, которое извлекается заранее из скважины.
Технология извлечения, или освобождение ствола скважины от пакера, осуществляется путем разбуривания последнего, что является недостатком.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в возможности надежной посадки пакера и перекрытии межтрубного пространства уплотнительным элементом; возможности извлечения пакера из скважины обычным технологическим инструментом или натяжением лифтовой колонны труб с сохранением ее целостности.
Известен пакер разбуриваемый (см. Абубакиров В.Ф., Буримов Ю.Г., Гноевых А.Л., Межлумов А.О., Близнюков В.Ю. Буровое оборудование: Справочник в 2 т. Т.2. «Буровой инструмент». - М.: ОАО Издательство «Недра», 2003 г. С.458). Пакер предназначен для применения совместно с гидравлической посадочной головкой.
Пакер состоит из ствола с присоединительной резьбой на его верхнем конце. На нижнем конце установлен башмак с заглушкой и стопорным кольцом. На стволе установлены верхняя и нижняя клиновые втулки, на которые наведены якорные плашки. Между клиновыми втулками ствола выполнена насечка, а на внутренней поверхности клиновой втулки выполнены кольцевые канавки, в которых установлены разрезные пружинные кольца, со скосами, аналогичным по наклону насечек на стволе пакера.
Недостаток - для освобождения осевого канала ствола скважины необходимо осуществлять разбуривание конструкции пакера, что требует применение специального оборудования и значительных затрат времени.
Известен пакер, разбуриваемый элемент (см. Абубакиров В.Ф., Буримов Ю.Б., Гноевых А.Н. и др. Буровое оборудование: Справочник: в 2 томах. Т.2. «Буровой инструмент». - М.: ОАО Издательство «Недра», 2003 г. Рис.11.18, с.458).
Пакер состоит из ствола с присоединительной резьбой. На нижнем конце ствола установлен башмак со стопорным кольцом. На стволе с опорой на башмак установлены плашки якоря с внутренней конической расточкой, в которую опирается уплотнитель пакера. На наружной поверхности ствола пакера выполнен ряд насечек, в которые введены стопорные пружинные кольца, установленные в цилиндрических расточках корпуса, опирающегося на уплотнитель. Сверху на наружную коническую поверхность корпуса установлены плашки верхнего якоря.
Недостаток:
- пакер выполнен в неизвлекаемом варианте, чтобы извлечь, необходимо осуществить его разбуривание, что требует затрат рабочего времени.
При проведении патентных исследований по научно-технической и патентной литературе нами не обнаружено технических решений, в которых ствол пакера снабжен хвостовиком, связанным с ним по торцам последовательно чередующимися выступами и впадинами. Соединение ствола пакера с хвостовиком осуществляется посредством цанги, установленной на резьбе в осевом канале ствола, головки которой размещены в проточке, выполненной в осевом канале хвостовика, зафиксированы втулкой, связанной со стволом тарированным срезным элементом.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, сводится к следующему:
- возможность создания надежного герметичного контакта уплотнительного элемента со стенкой трубы обсадной колонны;
- возможность поддержания контактных напряжений на стенке трубы обсадной колонны в течение всего цикла работы пакера с сохранением удерживающей способности плашек якоря;
- возможность извлечения пакера из скважины путем ликвидации кинематической связи хвостовика со стволом, при устранении взаимодействия головок цанги с хвостовиком;
- возможность удаления ствола пакера с уплотнителем при выводе плашек якоря из взаимодействия со стенкой трубы обсадной колонны.
Технический результат достигается тем, что пакер технологический содержит хвостовик с насечками на внешней поверхности, башмак с плашками якоря, разжимной конус, подвижную опору с стопорными пружинными кольцами, уплотнительный элемент. Пакер снабжен хвостовиком с внутренней присоединительной резьбой и кольцевой проточкой в осевом канале, соединенным со стволом в месте торцового контакта рядом чередующихся выступов и впадин. В осевом канале ствола выполнена резьба и установлена цанга, головки которой введены в кольцевую проточку хвостовика. Внутрь головок цанги введена втулка с посадочным седлом в верхней части и наружной расточкой, установленная с образованием герметичного контакта с хвостовиком и связанная со стволом тарированным срезным элементом, на ствол наведена тяга с головкой на верхнем конце и коническим переходником на нижнем, внутри которого выполнена кольцевая канавка. Головка введена в расточку разжимного конуса, подвижная опора снабжена удлинителем с выступом и установлена с возможностью образования подвижного герметичного соединения с тягой. На наружной поверхности ствола выполнена кольцевая проточка, снабженная разрезным пружинным кольцом, установленным с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой ствола, а кольцевой зазор между тягой и стволом герметизирован уплотнительными кольцами в головке и коническом переводнике.
Конструкция пакера технологического показана на рисунках, где:
- на фиг.1 изображена конструкция устройства в разрезе в транспортном положении деталей, в момент спуска в скважину;
- на фиг.2 - взаимное положение деталей устройства при посадке в осевом канале ствола скважины и перекрытии межтрубного пространства уплотнительным элементом, с его перекрытием;
- на фиг.3 - взаимное положение деталей устройства при разделении ствола пакера и снятии осевой сжимающей нагрузки на уплотнительном элементе и освобождении плашек якоря;
- на фиг.4 - взаимное положение деталей устройства при извлечении из скважины, при захвате и взаимодействии хвостовика и ствола.
Пакер технологический состоит из ствола 1 и хвостовика 2, связанных друг с другом в месте их торцового контакта за счет наличия ряда выступов 3 и впадин 4 на их торцовых поверхностях. Хвостовик 2 снабжен внутренне присоединительной резьбой 5 и кольцевым карманом 6 в осевом канале в верхней части.
В нижней части в хвостовике 2 выполнена проточка 7, ствол 1 снабжен внутренней резьбой 8, на которой установлена цанга 9, лепестки 10 которой снабжены головками 11, располагающимися внутри проточки 7. Внутрь лепестков 10 цанги 9 введена втулка 12 с наружной расточкой 13, связанная с хвостовиком 2 тарированным срезным элементом 14. На верхнем конце втулки 12 установлено уплотнительное кольцо 15 и оно образует подвижное соединение с хвостовиком 2. В осевом канале втулки 12 выполнено посадочное седло 16 под шаровой клапан 17 (см. орт.). На внешней стороне ствола 1 последовательно установлен башмак 18 с окнами 19, разнесенными по периметру, в которые введены плашки 20 якоря, опирающиеся на пружину 21 и снабженные зубцами 22. Плашки 20 выполнены с внутренней конической поверхностью 23, на которую опирается конический переходник 24, связанный тягой 25, пропущенной выше места расположения торцового соединения хвостовика 2 и ствола 1. На верхнем конце тяга 25 установлена головкой 26 с внутренней канавкой 27 под уплотнительное кольцо 28. На внутренней поверхности конического переходника 25 выполнена кольцевая канавка 29 и проточка 320 под уплотнительное кольцо 31.
На наружную поверхность конического переходника 24 тяги 25 наведен разжимной конус 32, снабженный технологической расточкой и конусом 33, на которые наведен нижний уплотнитель 34, поджимаемый сверху промежуточной шайбой 35. На последнюю сверху установлен верхний уплотнитель 36, поджимаемый сверху гильзой 37 с ответным направляющим конусом 38, введенным внутрь уплотнителя 36.
На гильзу 37 опирается удлинитель 39 с выступом 40, охватывающим тягу 25 и снабженным уплотнительным кольцом 41.
На внешней стороне хвостовика 2 выполнена винтовая насечка 42. Удлинитель 39 верхним концом связан с корпусом 43 подвижной опоры, внутри которого выполнена расточка 44, с размещенными в ней разрезными стопорными кольцами 45, с коническими скосами, обращенными кольцами 46.
Пакет разрезных стопорных колец 45 и опорных колец 46 поджат грундбуксой 47 с образованием между ними технологического зазора, достаточного для обеспечения посадки пакера. На наружной поверхности ствола 1 выполнена кольцевая проточка 49, снабженная разрезным пружинным кольцом 50, поджимаемым к внутренней поверхности тяги 24 в исходном положении.
Работа пакера технологического осуществляется следующим образом.
Внутренней присоединительной резьбой 5 хвостовика 2 пакер подсоединяется через гидравлическое посадочное устройство к нижнему концу трубы лифтовой колонны и опускается в скважину на заданную глубину.
Осуществляют подачу под давлением рабочей жидкости в гидравлическое посадочное устройство (на фигурах не показано) с воздействием осевой нагрузкой на корпус 43, который перемещается относительно хвостовика 2 с передачей осевой нагрузки через удлинитель 39, гильзу 37 на уплотнительные элементы 36, 34, с вводом разжимного конуса 32 под плашки 20. Плашки 20 перемещаются в радиальном направлении в окнах 19 башмака 18 с внедрением зубьев 22 в стенку трубы обсадной колонны и сжатием пружин 21.
После фиксации пакера дальнейшим перемещением вниз осуществляют сжатие уплотнительных элементов 34 и 36 с перекрытием межтрубного пространства. В процессе перемещения корпуса 43 происходит проскальзывание разрезных стопорных колец 45 относительно выступов винтовой насечки 42 до момента полного сжатия уплотнительных элементов 34 и 36. После сброса давления рабочей жидкости в гидравлическом посадочном устройстве стопорные кольца 45 входят в контакт с выступами винтовой насечки 42 на хвостовике 2, тем самым сохраняя в напряженно-деформированном состоянии нижний и верхний уплотнительные элементы 34 и 36. Пакер подготовлен к работе в режиме восприятия перепада давления как сверху, так и снизу.
При необходимости съема пакера с места установки в осевой канал лифтовой колонны труб сбрасывают шаровой клапан 17 с установкой на посадочное седло 16, с последующей подачей давления, которое воспринимается втулкой 12, которая после разрушения тарированного срезного элемента 14 перемещается в осевом канале хвостовика 2 до упора в цангу 9, и расположением расточки 13 на уровне расположения головок 11 лепестков 10, что приводит к появлению свободы для радиального перемещения лепестков 10 с оси устройства. Натяжением лифтовой колонны труб осуществляют перемещение хвостовика 2 вместе с опорной гайкой 48 до образования торцового контакта с грундбуксой 47, жестко связанной с корпусом 43, что приводит к их совместному перемещению вверх, с вводом выступа 40 удлинителя 39 в торцовый контакт с головкой 26, тяги 25. Это приводит к выводу разжимного конуса 32 и конического переходника 24 из взаимодействия с плашками 20 якоря.
При дальнейшем перемещении зубцы 22 плашек 20 якоря выходят из взаимодействия со стенкой трубы обсадной колонны и усилием предварительно сжатой пружины 21 они возвращаются в исходное положение.
При перемещении тяги 25 вверх относительно ствола 1, вместе с коническим переходником 24, кольцевая канавка 29 располагается на уровне установки разрезного пружинного кольца 50 в кольцевой проточке 49, что приводит к ее вводу внутрь кольцевой канавки 29, с превращением перемещения тяги 25 относительно ствола 1, с продолжением их совместного перемещения вверх на поверхность.