ПАКЕР ИНЕРЦИОННЫЙ МЕХАНИЧЕСКИЙ С КАБЕЛЬНЫМ ВВОДОМ (ВАРИАНТЫ)
INERTIAL MECHANICAL PACKER WITH CABLE LEAD-IN (VERSIONS)

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтедобывающей промышленности, и может быть использовано для разобщения полостей скважин пакерами с радиальным расширением под действием осевого давления при эксплуатации скважин с применением электропогружных насосов.
Известен двуствольный пакер с кабельным вводом, состоящий из двух пакерных стволов, пакерного узла с гидравлическим или механическим приводом и герметизатором кабельного ввода и линиями закачки химреагентов. Стволы, пакерный и внутренний, вставлены один в другой и крепятся между собой с ориентированием по кабельному вводу, входящему в кольцевое пространство стволов через боковое окно пакера. Герметизатор кабельного ввода с линиями закачки химреагентов, состоящий из уплотнительного элемента с опорными шайбами по торцам, размещен в кольцевом пространстве между стволами под прессовой втулкой. Герметизатор выполнен шарнирно разъемным, а уплотнительный элемент герметизатора разделен перегородкой с гидроканалами, сообщающимися с каналом контрольной опрессовки (Патент RU №2380518 С1. Двуствольный пакер с кабельным вводом. - МПК: Е21В 33/12. - 27.01.2010). Недостатком известного технического решения является сложность конструкции устройства, снижающей эффективность эксплуатации скважины.
Известен механический двуствольный пакер с кабельным вводом, содержащий пакерный и внутренний стволы, вставленные один в другой и крепящиеся между собой с ориентированием по кабельному вводу, пакерный узел, механический привод, герметизатор кабельного ввода с линиями отвода газа или закачки химреагентов. Привод пакера является механическим нажимного действия. Внутренний ствол пакера выполнен составным из верхней, средней и нижней частей. Нижний конец средней части внутреннего ствола пакера имеет выступ для взаимодействия с цилиндром привода. В сквозных отверстиях нижнего конца средней части и верхнего конца нижней части внутреннего ствола пакера установлены срезные элементы (Патент RU №2468185 С1. Механический двухствольный пакер с кабельным вводом. - МПК: Е21В 33/128. - 27.11.2012). Недостатком известного технического решения является сложность конструкции устройства, снижающей эффективность эксплуатации скважины.
Известен пакер с кабельным вводом, включающий вал, переводники, соединенные с валом, механический якорь с подпружиненными сухарями и управляющими пальцами, размещенными в фигурных пазах, упоры и уплотнительный элемент, установленный между упорами. Пакер содержит два кронштейна, размещенных на концах вала, сопряженных с переводниками и имеющих продольные отверстия и боковые отверстия с уплотнителями, трубу, закрепленную в кронштейнах и установленную эксцентрично относительно вала, расположенного внутри последней, на которой размещен механический якорь, упоры, уплотнительный элемент и выполнены фигурные пазы для управляющих пальцев, и кабельный канал, размещенный между валом и трубой, кабельные вводы которого расположены в продольных отверстиях кронштейнов, снабженных боковыми отверстиями с уплотнителями, при этом эксцентричность вала и трубы определяет поперечное сечение кабельного канала (Патент RU №77634 U1. Пакер с кабельным вводом. - МПК: Е21В 33/12. - 27.10.2008). Недостатком известного технического решения является сложность конструкции устройства, снижающей эффективность эксплуатации скважины.
Известен пакер механический, включающий ствол с наружным буртом и фигурным пазом, установленные на стволе снизу вверх центратор в виде корпуса с наружными подпружиненными элементами сопротивления и внутренним стопором, плашкодержатель и плашки, конус, манжету, регулировочную гайку и муфту. Ствол выполнен с наружным продольным глухим покрытым или непокрытым каналом для ввода или размещения и уплотнения в нем силового кабеля с наружной защитой и/или покрытием. Стопор выполнен в виде свободного осевого вращающегося шара с возможностью полного или ограниченного кольцевого перемещения в корпусе центратора и фигурном пазе ствола. Плашкодержатель, плашки и конус взаимосвязаны между собой и в сборе они установлены на стволе под манжетой. Конус выполнен с наружными пазами в виде ласточкина хвоста и в них установлены соответствующие плашки с ограниченными осевым и радиальным перемещениями относительно ствола. Плашкодержатель, в свою очередь, выполнен или с пазами в виде ласточкина хвоста и в них соответственно размещены нижние торцы плашек, или же с окнами, в которых изнутри размещены плашки. Для исключения преждевременного срабатывания пакера и перемещения плашек относительно конуса при спуске пакера в скважину плашкодержатель или плашки и конус оснащены фиксаторами (Патент RU №2290489. С2. Пакер механический для скважины с одним или несколькими пластами (варианты). - МПК: Е21В 33/12. - 27.12.2006). Недостатком известного технического решения является сложность конструкции устройства, снижающей эффективность эксплуатации скважины.
Известен пакер опорно-механический, включающий ствол, состоящий из двух телескопических взаимосвязанных верхней и нижней частей с возможностью их осевого перемещения между собой, и оснащенный уплотнительными кольцами и манжетами, переходником, регулировочной гайкой и фиксатором. Ствол дополнительно оснащен фиксированным на нем механическим заякоривающим или центрующим устройством, состоящим из взаимосвязанных между собой конуса, плоских плашек и плашкодержателя, установленным ниже или выше уплотнительных манжет, и/или пакер выполнен с кабельным вводом в виде герметизирующей продольной глухой прорези на его стволе внутри уплотнительных манжет (Патент RU №2365739. С2. Пакер опорно-механический Шарифова (варианты). - МПК: Е21В 33/12. - 27.08.2009). Недостатком известного технического решения является сложность конструкции устройства, снижающей эффективность эксплуатации скважины.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является пакер механический для скважины с одним или несколькими пластами, включающий ствол с выполненным на его поверхности фигурным пазом и установленные на нем снизу вверх подвижный центратор с внутренним стопором, механический якорь, состоящий из плашкодержателя, плашек и конуса, манжеты и регулировочную гайку. Стопор в подвижном центраторе выполнен в виде свободного шара, ограниченного либо расположенными над и/или под ним подпружиненными элементами, либо действием магнитного поля. Шар имеет возможность осевого вращения и кольцевого перемещения по фигурному пазу, состоящему из замкнутой или незамкнутой и прямолинейной, соединенных между собой глухих лабиринтных прорезей. На поверхности ствола выполнен продольный глухой канал, в котором размещен и уплотнен под манжетами силовой кабель. Плашки снизу взаимосвязаны с плашкодержателем, а сверху - с конусом. На поверхности ствола имеется фиксирующая канавка для плашкодержателя, на теле которого выполнены два, продольный и радиальный, сквозных канала, соединенных между собой. В радиальном канале размещен фиксатор в виде шара, а в продольном канале установлен подпружиненный стержень переменного диаметра с возможностью перемещения и освобождения шара из фиксирующей канавки ствола при упоре плашкодержателя в подвижный центратор для срабатывания пакера (Патент RU №2295625. С2. Пакер механический для скважины с одним или несколькими пластами. - МПК: Е21В 33/128. - 20.03.2007). Данное изобретение принято за прототип.
Недостатком известной установки является низкая эффективность эксплуатации скважины из-за сложности конструкции пакера.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции пакера и повышение эффективности эксплуатации скважин.
Техническим результатом является упрощение конструкции пакера и повышение эффективности эксплуатации скважин.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном пакере инерционном механическом с кабельным вводом, содержащем смонтированные на трубе кольцевое уплотнение для разобщения полости скважины, включающее сжимающие тарельчатые упоры, телескопический замок и механический якорь, последний содержит подпружиненные фрикционные плашки, размещенные в пазах обоймы, разжимные рифленые кулачки с возвратными пружинами, выполненные с внутренней конической поверхностью, взаимодействующей с конусом, установленным на трубе с возможностью осевого перемещения, а телескопический замок включает выполненный на поверхности трубы многоходовой замкнутый лабиринтовый паз, взаимодействующий с плавающим пальцем с возможностью продольных и круговых перемещений в пределах лабиринтного паза, на поверхности трубы также выполнены продольный глухой канал, в котором размещен силовой кабель, последний под кольцевым уплотнением помещен с герметикой, и продольный глухой паз, в котором расположены стопорные пальцы, установленные в обойме и в конусе, для предотвращения возможных поворотов, вызывающих повреждение силового кабеля, согласно предложенному техническому решению, плавающий палец закреплен в ползуне, последний подвижно установлен в Т-образном круговом пазу, выполненном в кольце, присоединенном к торцу обоймы посредством штифтов и накидной гайки, с возможностью кругового скольжения ползуна по внутренней поверхности накидной гайки, а разжимные кулачки установлены со стороны торца обоймы, возвратные пружины которых прижимают кулачки к трубе относительно втулки, установленной на обойме с охватом оснований кулачков, при этом между конусом и кольцевым уплотнением введена подвижная втулка, последняя соединена с конусом, а на противоположном торце втулки выполнен тарельчатый упор, со стороны которого во втулке выполнен буртик, упирающийся в полукольцевые сухарики, установленные в кольцевом пазу, выполненном на трубе, и охватывающие торцами силовой кабель, обеспечивая свободное размещение на трубе кольцевого уплотнения между тарельчатыми упорами до посадки пакера в скважину и возможность перемещения во втулке полукольцевых сухариков в направлении конуса на расстояние, по меньшей мере, равное длине смещения втулки на величину сжатия кольцевого уплотнения с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины, для чего нажимной упор соединен с фланцем, блокирующие вторые полукольцевые сухарики установлены в кольцевом пазу, выполненном на трубе с противоположной стороны кольцевого уплотнения, и охватывающие торцами силовой кабель, при этом в конусе, обойме и кольце выполнены продольные пазы с возможностью свободного перемещения через них выступающей из продольного глухого канала части силового кабеля.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном пакере инерционном механическом с кабельным вводом, содержащем смонтированные на трубе кольцевое уплотнение для разобщения полости скважины, включающее сжимающие тарельчатые упоры, телескопический замок и механический якорь, последний содержит подпружиненные фрикционные плашки, размещенные в пазах обоймы, разжимные рифленые кулачки с возвратными пружинами, выполненные с внутренней конической поверхностью, взаимодействующей с конусом, установленным на трубе с возможностью осевого перемещения, а телескопический замок включает выполненный на поверхности трубы многоходовой замкнутый лабиринтовый паз, взаимодействующий с плавающим пальцем с возможностью продольных и круговых перемещений в пределах лабиринтного паза, на поверхности трубы выполнены продольный глухой канал, в котором размещен силовой кабель, последний под кольцевым уплотнением помещен с герметикой, и продольный глухой паз, в котором расположены стопорные пальцы для предотвращения возможных поворотов, вызывающих повреждение силового кабеля, один из которых закреплен в конусе, согласно предложенному техническому решению, плавающий палец закреплен в ползуне, последний подвижно установлен в Т-образном круговом пазу, выполненном в кольце, присоединенном к торцу обоймы посредством штифтов и накидной гайки, с возможностью кругового скольжения по внутренней поверхности накидной гайки, а стопорный палец для исключения вращения обоймы на трубе установлен в вышеупомянутом кольце, при этом разжимные кулачки установлены со стороны торца обоймы, возвратные пружины которых прижимают кулачки к трубе относительно втулки, установленной на обойме с охватом оснований кулачков, а между конусом и кольцевым уплотнением введена подвижная втулка, последняя соединена с конусом, а на противоположном торце втулки выполнен тарельчатый упор, со стороны которого во втулке выполнен буртик, упирающийся в полукольцевые сухарики, установленные в кольцевом пазу, выполненном на трубе, с охватом силового кабеля, обеспечивающие свободное размещение на трубе кольцевого уплотнения между тарельчатыми упорами до посадки пакера в скважину и возможность перемещения во втулке полукольцевых сухариков в направлении конуса на расстояние, по меньшей мере, равное длине смещения втулки на величину сжатия кольцевого уплотнения с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины, для чего нажимной упор соединен с фланцем, блокирующие вторые полукольцевые сухарики установлены в кольцевом пазу, выполненном на трубе с противоположной стороны кольцевого уплотнения, с охватом силового кабеля, при этом в конусе, обойме и кольце выполнены продольные пазы с возможностью свободного перемещения через них выступающей из продольного глухого канала части силового кабеля.
Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных вариантов пакера инерционного механического с кабельным вводом, отсутствуют. Следовательно, заявляемые варианты технических решений соответствуют условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемых вариантов технических решений, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемых технических решений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемые технические решения соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Предложенные варианты пакера инерционного механического с кабельным вводом изготовлены и опробованы на нефтяных скважинах с положительным эффектом, что соответствует критерию «промышленная применимость».
В настоящей заявке соблюдено требование единства изобретений, поскольку заявленные варианты пакера инерционного механического с кабельным вводом решают одну и ту же задачу - разобщение полости скважины.
На фиг.1 представлен первый вариант пакера инерционного механического с кабельным вводом; на фиг.2 - то же, второй вариант.
Пакер инерционный механический с кабельным вводом по первому варианту включает в себя смонтированные на трубе 1 кольцевое уплотнение 2, включающее тарельчатые упоры 3 и 4, охватывающие торцы кольцевого уплотнения 2 с возможностью разобщения полости скважины, механический якорь и телескопический замок. Якорь содержит подпружиненные фрикционные плашки 5, размещенные в пазах обоймы 6, разжимные рифленые кулачки 7 с возвратными пружинами 8, выполненные с внутренней конической поверхностью, взаимодействующей с ответным конусом 9, установленным на трубе 1 с возможностью осевого перемещения (Фиг.1). Разжимные кулачки 7 установлены со стороны торца обоймы 6, возвратные пружины 8 которых прижимают кулачки 7 к трубе 1 относительно втулки 10, установленной на обойме 6 с охватом оснований кулачков 7. На поверхности трубы 1 выполнен продольный глухой канал 11, в котором размещен силовой кабель 12, последний под кольцевым уплотнением 2 помещен с герметикой. Между конусом 9 и кольцевым уплотнением 2 введена подвижная втулка 13, последняя соединена с конусом 9, а на противоположном торце втулки 13 выполнен тарельчатый упор 4 и буртик 14, упирающийся в полукольцевые сухарики 15, установленные в кольцевом пазу, выполненном на трубе 1, обеспечивающие свободное размещение на трубе 1 между тарельчатыми упорами 3 и 4 кольцевого уплотнения 2 до посадки пакера в скважину и возможность перемещения во втулке 13 полукольцевых сухариков 15 в направлении конуса 9 на расстояние, по меньшей мере, равное длине смещения втулки 13 на величину сжатия кольцевого уплотнения 2 тарельчатыми упорами 3 и 4 с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины. Нажимной упор 3 соединен с фланцем 16, блокирующие вторые полукольцевые сухарики 17 установлены в кольцевом пазу, выполненном на трубе 1 с противоположной стороны кольцевого уплотнения 2. Телескопический замок включает выполненный на поверхности трубы 1 многоходовой замкнутый лабиринтовый паз 18, взаимодействующий с плавающим пальцем 19 с возможностью продольных и круговых перемещений в пределах лабиринтного паза 18. Плавающий палец 19 закреплен в ползуне 20, последний подвижно установлен в Т-образном круговом пазу, выполненном в кольце 21, присоединенном к торцу обоймы 6 посредством штифтов 22 и накидной гайки 23, с возможностью кругового скольжения по внутренней поверхности накидной гайки 23 (Фиг.2). В конусе 9, обойме 6 и кольце 21 выполнены продольные пазы с возможностью свободного перемещения через них выступающей из продольного глухого канала 11 части силового кабеля 12. На поверхности трубы 1 также выполнен продольный глухой паз 24, в котором расположены стопорный палец 25, закрепленный в обойме 6, и стопорный палец 26, закрепленный в конусе 9, для исключения повреждения силового кабеля 12 из-за возможных поворотов обоймы 6 с кольцом 21 и/или конуса 9 на трубе 1.
Отличие второго варианта пакера с кабельным вводом от первого состоит в том, что стопорный палец 25, расположенный в продольном глухом пазу 24, предотвращающий поворот обоймы 6 на трубе 1, исключающий тем самым повреждение силового кабеля 12 возможным поворотом обоймы 6, закреплен в кольце 21, присоединенном к торцу обоймы 6 посредством штифтов 22 и накидной гайки 23 (Фиг.3 и 4).
Пакер инерционный механический с кабельным вводом работает следующим образом.
Пакер вместе с электроцентробежным насосом (ЭЦН на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) спускают в скважину до заданной глубины. Силовой кабель 12 для ЭЦН, установленного ниже пакера, размещен в продольном глухом канале 11 и продольных пазах в конусе 9, обойме 6 и кольце 21 с возможностью свободного перемещения через них выступающей из продольного глухого канала части силового кабеля, причем с герметикой под кольцевым уплотнением 2, последнее свободно размещено на трубе 1 между тарельчатыми упорами 3 и 4. При спуске пакера в скважину подпружиненные фрикционные плашки 5, размещенные в пазах обоймы 6 якоря, поджимаются под диаметр ствола скважины и скользят по стволу с определенной силой трения, при этом разжимные рифленые кулачки 7 прижаты к трубе 1 возвратными пружинами 8 относительно втулки 10. В месте установки пакера подпружиненные фрикционные плашки 5 оказывают на ствол скважины определенное местное давление и удерживают обойму 6 в заданном месте, где трубу 1 с силовым кабелем 12 приподнимают, а обойма 6 с кулачками 7, кольцом 21 и накидной гайкой 23 остаются на месте установки под действием сил трения скольжения. В результате подъема трубы 1 на определенную высоту происходит переключение телескопического замка из транспортного положения пакера в рабочее за счет продольных и круговых перемещений плавающего пальца 19 в замкнутом лабиринтовом пазе 18 на трубе 1 и ползуна 20 в Т-образном круговом пазу, выполненном в кольце 21, присоединенном к торцу обоймы 6 посредством штифтов 22 и накидной гайки 23, скользящего по внутренней поверхности накидной гайки 23. При этом стопорный палец 25, установленный в обойме 6 или в кольце 21 (по второму варианту), и стопорный палец 26, установленный в конусе 9, перемещаются в продольном глухом пазу 24, выполненном на трубе 1, и предотвращают возможные повороты обоймы 6 и конуса 9 на трубе 1, тем самым исключают повреждение силового кабеля 12. В результате возвратно-поступательных перемещений трубы 1 в обойме 6 якоря, конус 9 приобретает возможность войти в контакт с разжимными рифлеными кулачками 7 якоря, который при дальнейшем спуске трубы 1 расклинивает кулачки 7, подпружиненные пружинами 8 относительно втулки 10 и происходит закрепление якоря в стволе скважины. С дополнительным усилием трубу 1 по инерции опускают в скважину, которая полукольцевыми сухариками 17 нажимает на тарельчатый упор 3, последний с помощью тарельчатого упора 4 сжимает кольцевое уплотнение 2 с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины и уплотнения силового кабеля 12 в продольном глухом канале 11. При этом полукольцевые сухарики 15 перемещаются в подвижной втулке 13 в направлении конуса 9 на величину сжатия кольцевого уплотнения 2. После установки пакера в скважину включают ЭЦН и добывают скважинный продукт. Для съема пакера из скважины трубу 1 поднимают вверх и пакер автоматически принимает транспортное положение, при котором кольцевое 2 принимает свободное положение между тарельчатыми упорами 3 и 4, конус 9 освобождает кулачки 7, последние с помощью пружин 8 прижимаются к трубе 1.
Предложенная конструкция пакера инерционного механического с кабельным вводом позволяет использовать ЭЦН ниже пакера, не нарушая герметичности разобщения скважины.