Гидравлический пакер

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована для разобщения интервалов обсадной колонны при освоении и эксплуатации нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин.
Из уровня техники известен гидравлический пакер многоразового действия, 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, 30.08.1994 г.).
Известен также пакер гидравлический, содержащий 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, отличающийся тем, что 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 (патент РФ №2656276, 04.06.2018 г.).
Известен также гидравлически устанавливаемый пакер, содержащий ствол с радиальными каналами и муфтой в верхней части, расположенные на стволе верхний и нижний якорные узлы, уплотнительные элементы, установленные на стволе с помощью штока, связанного с конусом верхнего якорного узла, гидропривод, включающий цилиндр, образующий со стволом кольцевую полость, связанную с внутренней полостью ствола через радиальные каналы, размещенный в кольцевой полости поршень, храповик, отличающийся тем, что шток связан с конусом верхнего якорного узла при помощи упора, выполненного в виде нескольких сегментов, установленных в сквозных отверстиях штока и внутренней проточке конуса верхнего якорного узла, на стволе напротив упора установлена опорная втулка, фиксирующая упор во внутренней проточке конуса верхнего якорного узла, а ниже опорной втулки на стволе выполнена цилиндрическая выборка, благодаря чему упор имеет возможность выхода из зацепления с конусом верхнего якорного узла при перемещении ствола вверх относительно штока при извлечении пакера (патент РФ №2676108, 26.12.2018 г.), являющийся наиболее близким аналогом.
Недостатком известного пакера является недостаточная надежность установки и фиксации пакера в скважине.
Техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение возможности предотвращения преждевременного срабатывания гидравлического пакера при спуске в скважину, повышение надежности установки и фиксации пакера в скважине, а также обеспечение возможности предотвращения преждевременного срыва пакера.
Указанный технический результат достигается в гидравлическом пакере, содержащем ствол с радиальными каналами и муфтой в верхней части, расположенные на стволе верхний и нижний якорные узлы, уплотнительные элементы, установленные на стволе с помощью штока, связанного с конусом верхнего якорного узла, гидропривод, нижнюю втулку, связанную с нижним якорным узлом и закрепленную на стволе срезными винтами, при этом, согласно полезной модели, опора верхнего якорного узла закреплена на муфте срезными элементами, а на наружной поверхности ствола выполнены фигурные пазы, в которых установлены шпонки, верхняя часть которых размещена в сквозных отверстиях нижней втулки, тем самым фиксируя ствол от осевого перемещения относительно нижней втулки, причем шпонки установлены с возможностью перемещения в продольную часть фигурных пазов при повороте ствола относительно нижней втулки и зафиксированы в исходном положении срезными штифтами, установленными в отверстиях ствола и нижней втулки.
Кроме того, срезные винты установлены в кольцевой проточке, выполненной на наружной поверхности ствола.
Гидравлический пакер (фиг.) состоит из ствола 1, муфты 2 в верхней части, соединяющей пакер с колонной труб (на фиг. не показана), уплотнительных элементов 3, установленных на стволе 1 с помощью штока 4, верхнего и нижнего якорных узлов. Верхний якорный узел состоит из опоры 5, плашек 6, конуса 7. Конус 7 связан со штоком 4 при помощи упора 8 и корпуса 9, причем упор 8 выполнен в виде нескольких сегментов, установленных в сквозных отверстиях штока 4 и корпуса 9 и внутренней проточке конуса 7, а корпус 9 соединен со штоком 4 срезными элементами 10. На стволе 1 напротив упора 8 установлено опорное кольцо 11, фиксирующее упор 8 во внутренней проточке конуса 7. Нижний якорный узел состоит из опоры 12, плашек 13 и конуса 14. Опора 12 соединена фиксирующими элементами 15 с нижней втулкой 16, закрепленной на стволе 1 срезными винтами 17, установленными в кольцевой проточке ствола 1, и срезными штифтами 18, установленными в отверстиях, выполненных на наружной поверхности ствола 1.
Между уплотнительными элементами 3 и нижним якорным узлом расположен гидропривод, состоящий из цилиндра 19 и поршня 20. Цилиндр 19 выполнен заодно целое с конусом 14 нижнего якорного узла и образует со стволом 1 кольцевую полость 21, гидравлически связанную с внутренней полостью ствола 1 через радиальные каналы 22. Размещенный в кольцевой полости 21 поршень 20 установлен с возможностью осевого перемещения вверх относительно цилиндра 19. Гидропривод снабжен храповиком 23. В исходном положении поршень 20 и цилиндр 19 зафиксированы срезными элементами 24. Поршень 20 соединен со штоком 4. Шток 4 связан со стволом 1 срезными элементами 25. Опора 5 верхнего якорного узла закреплена на муфте 2 срезными элементами 26.
Для надежной установки пакера и защиты его от преждевременного срыва при перепаде давления на пакер снизу – вверх, на наружной поверхности ствола 1 выполнены фигурные пазы 27, в которых установлены шпонки 28, верхняя часть которых установлена в сквозных отверстиях (на фиг. не показаны) нижней втулки 16, тем самым фиксируя ствол 1 от осевого перемещения относительно нижней втулки 16. В исходном положении шпонки 28 зафиксированы от перемещения в продольную часть фигурных пазов 27 срезными штифтами 18, установленными в отверстиях ствола 1 и нижней втулки 16.
Гидравлический пакер работает следующим образом.
Пакер спускают в скважину на колонне труб на требуемую глубину. Срезные элементы 26, связывающие муфту 2 и опору 5, обеспечивают транспортное состояние верхнего якорного узла в процессе спуска пакера в скважину, предотвращая преждевременное срабатывание. Установку пакера осуществляют путем временного перекрывания нижнего прохода ствола 1 и созданием перепада давления между колонной труб и затрубным пространством. При превышении определенного перепада давления происходит разрушение срезных элементов 24, в результате чего цилиндр 19 с конусом 14 перемещаются вниз относительно ствола 1 и нижней втулки 16 и воздействуют на плашки 13 нижнего якорного узла, которые раздвигаются радиально и зацепляются со стенкой эксплуатационной колонны (на фиг. не показана). Нижняя втулка 16  имеет жесткий упор в фигурные пазы 27  ствола 1 через шпонки 28, что обеспечивает надежную установку пакера и фиксацию пакера в скважине. Поршень 20 предназначен для сжатия уплотнительных элементов 3 и установки верхнего якорного узла. При перемещении вверх поршня 20 срезаются срезные элементы 25, усилие от штока 4 передается через срезные элементы 10 на корпус 9, от корпуса 9 через упор 8 − на конус 7. Происходит сжатие плашек 6 верхнего якорного узла, которые раздвигаются радиально и зацепляются со стенкой эксплуатационной колонны. Далее срезаются срезные элементы 10, и шток 4 сжимает уплотнительные элементы 3, при этом упор 8 перемещается по сквозному отверстию штока 4. Храповик 23 фиксирует усилие установки пакера.
Установка шпонок 28 предотвращает преждевременный срыв нижнего якорного узла (после установки пакера в скважине), так как при перепаде давления на пакер снизу – вверх шпонки 28 воспринимают на себя нагрузки, предотвращая осевое перемещение ствола 1 относительно нижней втулки 16.
Для перевода гидравлического пакера в транспортное положение осуществляют поворот муфты 2 со стволом 1 относительно нижней втулки 16 и шпонок 28, в результате чего срезаются срезные штифты 18, и шпонки 28 перемещаются в продольную часть фигурных пазов 27. Далее производят натяжение колонны труб, в результате которого срезаются срезные винты 17, и ствол 1 с муфтой 2 перемещаются вверх, шпонки 28 при этом перемещаются по продольной части фигурных пазов 27 . При этом срезаются также срезные элементы 26, и муфта 2 со стволом 1 перемещаются вверх относительно опоры 5. При перемещении вверх установленного на стволе 1 опорного кольца 11 упор 8 выходит из зацепления с конусом 7 и падает на ствол 1. В результате связь корпуса 9 с конусом 7 обрывается, и осевая нагрузка с уплотнительных элементов 3 снимается, и они переходят в транспортное положение. Выступ 29 муфты 2 упирается во внутренний выступ 30 опоры 5 и при перемещении вверх муфты 2 снимает верхний якорный узел. При дальнейшем перемещении ствола 1 вверх, наружный буртик 31 ствола 1 упирается в конус 14 и освобождает его из-под плашек 13. Далее пакер вместе с колонной труб извлекают из скважины.