ПАКЕР С КАБЕЛЬНЫМ ВВОДОМ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, и может быть использована, в частности, для герметичного разобщения интервалов эксплуатационной колонны при механизированной добыче с прокладкой силового кабеля через пакер.
Заявляемый пакер используют при эксплуатации скважин, обусловленных осложняющими факторами, связанными с техническим состоянием эксплуатационной колонны, когда требуется "мягкое" разобщение пластов, без воздействия на стенки обсадной колонны -негерметичности эксплуатационной колонны; отключение водоносных пластов; плохое состояние эксплуатационной колонны, изношенный фонд скважин; некачественное распределение цементного камня за эксплуатационной колонной или его отсутствие; в наклонно-направленных, а также в горизонтальных участках скважины, где затруднена установка пакерных систем.
Известен пакер опорно-механический, включающий ствол, оснащенный уплотнительными кольцами и манжетами, механическим заякоривающим или центрующим устройством или без него. Пакер выполнен с кабельным вводом в виде герметизирующейся продольной глухой прорези на его стволе внутри уплотнительных манжет (Патент RU №2365739, МПК: Е21В 33/12, опуб. 27.08.2009). Недостатком известного пакера является недостаточная надежность эксплуатации из-за механического воздействия якорных механизмов на стенки обсадной (эксплуатационной) колонны при его установке, которые приводят к повреждению обсадной колонны, залипанию металлических деталей пакера (плашек, сухарей) и к дальнейшему осложненному срыву пакера для извлечения на поверхность. Также для герметизации пакера резиновыми элементами требуется нагрузка НКТ, расположенных выше или ниже пакера, что ограничивает область применения данного пакера, на глубину не менее 800-1000 м, состоянием обсадной колонны-изношенный фонд и плохое состояние заколонного цементного камня.
Известен пакер с кабельным вводом (патент RU №2540369, МПК Е21В 33/12, опуб. 10.02.2015), включающий ствол с продольным глухим каналом для проводки кабеля, смонтированный на нем кольцевые манжеты с возможностью радиального расширения до герметичного разобщения полости скважины. Кабель размещен герметично посредством компаунда. Недостатком известного решения является механическое воздействие якорных механизмов на стенки эксплуатационной колонны при его установке, которые приводят к повреждению колонны, залипанию металлических деталей пакера и к дальнейшему осложненному срыву пакера при извлечении на поверхность. Также для герметизации пакера резиновыми элементами требуется нагрузка НКТ, расположенных выше или ниже пакера, что ограничивает область применения данного пакера, на глубину не менее 800-1000 м, состоянием обсадной колонны-изношенный фонд и плохое состояние заколонного цементного камня, ограничивает возможность применения в наклонно-направленных и горизонтальных участках скважины, где необходимо передать осевую нагрузку для запакеровывания, а также в пакерах с гидравлическим приводом действия, необходимо создать в трубах НКТ гидравлическое давление при помощи насосного агрегата с устья скважины, что также значительно увеличивает стоимость посадки пакера.
Наиболее близким к заявляемому (прототипом) является пакер с кабельным вводом (патент RU №2536533, МПК Е21В 33/12, опуб. 27.12.2014), включающий ствол с продольным пазом, оснащенный кольцевым уплотнением с промежуточными кольцами, манжетами, вводом силового кабеля через продольный паз на стволе с герметиком под кольцевым уплотнением. Недостатком известного решения также является механическое воздействие якорных механизмов на стенки обсадной колонны при его установке, приводящее к повреждению колонны, залипанию металлических деталей пакера и к дальнейшему осложненному срыву пакера при извлечении на поверхность. Также для герметизации пакера резиновыми элементами требуется нагрузка НКТ, расположенных выше или ниже пакера, что ограничивает область применения данного пакера, на глубину не менее 800-1000 м, состоянием обсадной колонны-изношенный фонд и плохое состояние заколонного цементного камня. Ограничена возможность применения в наклонно-направленных и горизонтальных участках скважины, где необходимо передать осевую нагрузку для запакеровывания, а также в пакерах с гидравлическим приводом действия, необходимо создать в трубах НКТ гидравлическое давление при помощи насосного агрегата с устья скважины, что также значительно увеличивает стоимость посадки пакера.
Стоит задача повышения надежности герметичного разобщения интервалов эксплуатационной колоны при эксплуатации скважин механизированными способами добычи с прокладкой силового кабеля через пакер.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого технического решения, заключается в обеспечении автоматической герметизации пакера за счет прижатия армированных манжет пакера к стенкам обсадной колонны при наличии перепада давления с одновременной герметизацией силового кабеля любого типоразмера в пакере в броне без разделки.
Поставленная задача решается тем, что в пакере с кабельным вводом, содержащем шток с продольным пазом на наружной поверхности, и узел герметизации кабельного ввода в виде кольцевых уплотнений, разделенных шайбами, с герметиком под уплотнением, согласно полезной модели шток выполнен эксцентричным и снабжен центратором и цилиндром, уплотнения размещены в полости между штоком и цилиндром, на цилиндр сверху навернута гайка, прижим которой обеспечивает герметизацию ввода силового кабеля без его разделки, на цилиндре размещены армированные манжеты с возможностью радиального расширения с рабочей частью, имеющей форму усеченного конуса, переходящей в конец цилиндрической формы, удерживаемые втулкой и упором, причем манжеты направлены рабочей частью в сторону ожидаемого большего перепада давления.
Отличительной особенностью заявляемого пакера является:
- безъякорное отключение интервалов эксплуатационной колонны, не требующее дополнительных механических и гидравлических манипуляций для разобщения надпакерного и подпакерного пространства;
- герметизация силового кабеля любого типоразмера в пакере в броне без его разделки;
- узел герметизации силового кабеля конструктивно выполнен без применения шпилек, осложняющих процесс сборки и обеспечения герметичности, герметизация происходит за счет поджатия гайки стандартными инструментами;
- предусмотрена дополнительная герметизация силового кабеля в пакере, путем нагнетания герметика в кабельную камеру.
- отсутствует механическое воздействие на стенки обсадной колонны заякоривающих элементов, свойственным другим подобным конструкциям пакеров с кабельным вводом;
- применение пакера в наклонно-направленных, а особенно в горизонтальных участках скважины, где затруднена установка известных пакеров, механическим и гидромеханическим способами посадки;
- возможность проводки через пакер дополнительно трубки для подачи химического реагента в подпакерную зону, либо прокладка геофизического кабеля;
- динамические нагрузки при работающем погружном оборудовании, которые могут создавать осевые перемещения пакера относительно эксплуатационной колонны, не влияют на герметичность пакера, и не приводят к его разгерметизации;
- не требуется ориентация штока 2 и цилиндра 1;
- возможна установка пакера в любом интервале эксплуатационной колонны, без подгонки и применения подгоночных патрубков и дополнительного инструмента;
- конструкция пакера выполнена с рациональным минимализмом количества деталей и максимальной его функцией по обеспечению герметизации над и под пакерного пространства, универсальностью основных деталей для применения в разных типоразмерах обсадных колонн;
- облегченный срыв пакера.
На фиг. 1 представлена схема пакера.
На фиг. 2 показано расположение планок центратора.
На фиг. 3. показан разрез Б-Б, расположение и герметизация кабеля.
На фиг. 4 показан разрез В-В, крепление цилиндра винтами на штоке.
На фиг. 5. показано крепление ограничителя винтами (вид А).
Пакер с кабельным вводом состоит (фиг. 1) из штока 2, цилиндра 1, манжет 5, упоров 4, втулок 3 расположенных на цилиндре 1, узла герметизации кабеля без его разделки, состоящего из эластичных уплотнений 7, и шайб 6, 12, 13 которые предотвращают затекание уплотнений 7, а также центратора с планками 18 с пружинами 19. Шток 2 выполнен эксцентричным, на наружной поверхности штока имеется паз 24 для прокладки силового кабеля 15. На концах штока 2 выполнена присоединительная резьба 23.
Крепление и фиксация цилиндра 1 на штоке 2 происходит при помощи винтов 8. Для обеспечения герметичности под винты 8 устанавливаются уплотнительные кольца 17 (фиг. 4)
Узел герметизации кабельного ввода с возможностью прокладки линии для закачки химреагентов с уплотнениями 7 и с промежуточными шайбами расположен на штоке 2 во внутренней полости цилиндра 1 (фиг. 3).
В цилиндре 1 предусмотрено гнездо для дополнительной закачки компаунда или герметика, куда устанавливается в дальнейшем винт опрессовочный 14. Для обеспечения герметичности под винт опрессовочный 14 устанавливается кольцо уплотнительное 16 (фиг. 1).
При наворачивании гайки 9 силовой кабель 15 герметизируется уплотнениями 7. Шайба 13 выполняет роль подшипника скольжения при поджатии уплотнений за счет гайки 9. После поджатая гайкой 9 с усилием не менее 90 кгс/м и герметизации кабеля без его разделки, дополнительно проводят герметизацию силового кабеля закачкой герметика через отверстие для установки винта опрессовочного 14. Силовой кабель удерживается в пазе 24 штока 2 съемной частью ограничителя 10 при помощи болтов 11 (фиг. 5).
На штоке 2 размещен центратор для центрирования пакера относительно обсадной колонны. Центратор состоит из планок 18 пружины 19, колец 21 и 22. Кольца 21 и 22 фиксируются винтами 20 и удерживают планки 18 (фиг. 1 и фиг. 2).
Ограничитель 10 выполняет роль фиксации кабеля 15 и предотвращает его сдвиг в осевом направлении.
На цилиндр 1 установлены манжеты 5, которые удерживаются втулкой 3 и упором 4. Манжеты представляют собой армированный металлическими вставками эластичный элемент с рабочей частью, имеющей форму усеченного конуса, переходящего в конец цилиндрической формы. Армированные манжеты направлены рабочей частью в направлении ожидаемого большего перепада давления.
Над пакером устанавливают механический уравнительный клапан любого известного типа (на рисунке не показан), который предназначен для выравнивания межтрубного и трубного давления, и приводят в действие перед срывом пакера.
Пакер (фиг. 1) с установленным в него силовым кабелем 15 и установленным выше него уравнительным клапаном, спускают на НКТ с электропогружным насосом в скважину. При этом манжеты армированные соприкасаются со стенками обсадной колонны и благодаря своей конструкции создают минимальное сопротивление трению. По достижению заданного интервала установки пакера собирают устьевую арматуру. Затем в силовой кабель подают электроэнергию и включают электропогружнй насос. При этом создается депрессия на пласт, давление в подпакерном пространстве становится ниже давления в надпакерном пространстве. Манжеты армированные, направленные рабочей частью вверх в сторону большего давления, прижимаются к стенкам обсадной колонны за счет разницы давления, тем самым герметично разобщая над и под пакерное пространство, минимально воздействуя на стенки обсадной колонны.
При распакеровке, для извлечения пакера и насоса на поверхность, необходимо выровнять давление во внутренней полости НКТ и в затрубном пространстве с помощью механического уравнительного клапана, расположенного над пакером. Подъемом НКТ извлечь пакер и насос на поверхность. Конструкция армированных манжет позволяет им перемещаться с минимальным сопротивлением трению при подъеме НКТ.
Заявляемым пакером реализуется безъякорный способ отключения интервалов эксплуатационной колонны, не требующий дополнительных механических и гидравлических манипуляций для приведения пакера в рабочее положение, не требующий создания осевой нагрузки весом труб не менее 4-6 т для распакеровки резиновых манжет, не требующий гидравлических или механических якорей удерживающих пакер от перемещений вверх и вниз.
Возможна герметизация силового кабеля любого типоразмера в пакере в броне без разделки, путем поджима уплотнений цилиндрической гайкой 9 при ее наворачивании в корпус цилиндра 1. Предусмотрена дополнительная герметизация силового кабеля в пакере путем нагнетания герметика в кабельную камеру. Армированные манжеты при спуске, не превышающей скорости спуска 0,25 м/сек, постоянно соприкасаются со стенками эксплуатационной колонны, их конструкция позволяет с минимальным сопротивлением и износом проходить значительные расстояния. Рабочая часть манжеты направляется в сторону ожидаемого большего перепада давления.
Существенное отличие заявляемого пакера от известных типов пакеров в том, что известные пакера имеют якоря нижние, а в некоторых типах дополнительно верхние якоря, удерживающие от перемещений вверх, для приведения пакера в рабочее положение и создания осевой нагрузки весом труб не менее 4-6 т для распакеровки резиновых манжет (уплотнений). Пакер ПЭГМ (гидромеханический) для приведения в рабочее положение требует создания давления в НКТ.
В нашей конструкции герметизация пакера в скважине происходит автоматически армированными манжетами, за счет центрирования пакера в обсадной колонне, с одновременной герметизацией силового кабеля.
Использование заявляемого пакера дает повышение надежности герметичного разобщения интервалов эксплуатационной колоны при эксплуатации скважин механизированными способами добычи с прокладкой силового кабеля через пакер.