УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ МЕЖТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА ПАКЕР БИК-700

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к пакерующим устройствам для герметизации межтрубного пространства нефтяных и газовых скважин при проведении технологических операций по воздействию на пласт.
Известно устройство пакер (патент РФ №47045, МПК 7 E21B 33/12), включающий ствол и расположенный на нем в нижней части посадочный узел, установленный с возможностью осевого перемещения относительно ствола, уплотнительный узел, содержащий гидравлический блок для дополнительной фиксации пакера в скважине, циркуляционный блок для создания циркуляции жидкости выше или ниже пакера без его срыва, при этом блоки и узлы устройства расположены с зазором относительно внешней поверхности ствола, образуя циркуляционный канал циркуляционного блока [1]
Недостатком известного устройства является то, что герметизация гидравлического блока (между уплотнительным кольцом и корпусом клапана балансировочного) ненадежная.
Наиболее близким к заявляемому по конструктивным признакам и достигаемому результату является гидромеханический пакер (патент РФ №78515, МПК 7 E21B 33/12), содержащий ствол на котором размещен байпас с кольцевой проточкой в его корпусе, клапан разобщения полостей, ниже клапана расположен гидроякорь, который включает пружины, гидроплашки и планки, пакерующий узел устройства с уплотнительными элементами - манжетами, посадочный узел связан с пакерующим узлом системой тяг, а механический якорь, состоящий из плашек, рессор, фрикционных планок соединен с посадочным узлом при помощи трубы [2].
Недостатком данного устройства является то, что надежность герметизации между ступенчатой втулкой и байпасом низкая, т.к. уплотнение между деталями - торцевое и требует более высоких сжимающих нагрузок, чем уплотнения радиального типа.
Техническим результатом изобретения является устранение вышеприведенных недостатков и совершенствование конструкции устройства, а именно:
1) герметизация байпасного узла (между корпусом клапана разобщения и стволом пакера) выполнено по радиальному типу уплотнения. Для этого кольцевой резиновый уплотнитель разместили в кольцевой канавке ствола пакера и дополнительно поджали фторопластовым кольцом, что в совокупности позволяет выдерживать болеет высокие перепады давления;
2) резьбовые соединения деталей и узлов устройства с нестандартным профилем, заменены на стандартные с метрическим профелем, которые являются более технологичными и широко распространены на территории РФ. Устройство для герметизации межтрубного пространства скважины пакер БИК-700 включающий функционально раздельные узлы: байпасный узел состоящий из установочного переводника закрепленного на полом штоке, перепускного плунжера размещенного внутри корпуса разобщающего клапана, кольцевого резинового уплотнителя расположенного в кольцевой проточке корпуса байпаса, перепускной ступенчатой втулки расположенной в корпусе разобщающего клапана; гидроякорный узел состоящий из корпуса внутри которого размещены цилиндрические пружины, гидроплашеки, и гидропоршни; узел герметизации состоящий из герметизирующих элементов с проставочными кольцами; посадочный узел с механическим якорем состоящий из корпуса посадочного узла внутри которого размещена цанга удерживающая полый шток (в транспортном положении), а в нижней части корпуса закреплен конус, ниже размещен механический якорь снабженный плашками и фрикционными планками равномерно распределенными по окружности, байонет посредством стопора соединен с переводником, детали и узлы устройства соединены резьбами отличающееся тем, что байпасный узел устройства содержит фторопластовое кольцо и кольцевой резиновый уплотнитель размещенные в кольцевой канавке полого штока, закрытых сверху цилиндрической поверхностью корпуса разобщающего клапана, резьбовые соединения деталей и узлов устройства исполнены в соответствии со стандартом по ГОСТ 633-80, которые являются более технологичными и исключают необходимость применения (при изготовлении) резьбовых калибров. Пакер БИК-700 состоит из четырех функционально раздельных узлов:
1) байпасный узел (на фиг.1 - узел I) состоящий из установочного переводника закрепленного на полом штоке, перепускного плунжера установленного в корпусе разобщающего клапана;
2) гидроякорный узел (на фиг.1 - узел II) состоящий из корпуса, цилиндрических пружин, гидроплашек, и гидропоршней;
3) узел герметизации (на фиг.1 - узел III) состоящий из герметизирующих элементов с проставочными кольцами;
4) посадочный узел с механическим якорем (на фиг.1 - узел IV) состоящий из корпуса посадочного узла внутри которого размещена цанга удерживающая полый шток (в транспортном положении), а в нижней части корпуса закреплен конус, ниже размещен механический якорь снабженный плашками и фрикционными планками равномерно распределенными по окружности, байонетный механизм посредством стопора соединен с переводником.
Название разработанного устройства пакер БИК-700 является условным и не имеет сходства с названием аналогичных устройств. В настоящее время на устройство составлена конструкторская документация и в дальнейшем (при изготовлении, испытании и серийном выпуске) эта разработка будет носить название пакер БИК-700.
Устройство для герметизации межтрубного пространства скважины пакер БИК-700 поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез (транспортное положение), на фиг.2 - показано поперечное сечение (А-А) устройства, на фиг.3 - байонетный механизм посадочного узла (транспортное положение).
Устройство содержит:
1 - установочный переводник; 2 - полый шток; 3 - гидроканал (20 шт.); 4 - корпус разобщающего клапана; 5 - перепускной плунжер; 6 - отверстие; 7, 16 - выступ; 8 - корпус гидравлического якоря; 9, 12 - цилиндрическая пружина; 10 - гидроплашка (3 шт.); 11 - гидропоршень (3 шт.); 13 - герметизирующий элемент; 14 - проставочное кольцо; 15 - цанга; 17 - корпус посадочного узла; 18 - технологическое отверстие; 19 - конус; 20 - плашка; 21 - кольцевая пружина; 22 - пластинчатая пружина; 23 - фрикционная планка (3 шт.); 24 - байонетный механизм; 25 - стопор; 26 - переводник; 27 - фигурный паз; 28 - фторопластовое кольцо; 29 - кольцевой резиновый уплотнитель.
Устройство работает следующим образом:
Перед спуском пакера в скважину его приводят в транспортное положение, для этого, стопор 25 заводят в короткий участок фигурного паза 27 байонетного механизма 24, при этом полый шток 2 находится в крайнем верхнем своем положении. В этом положении пакер на колонне труб НКТ спускают в скважину на необходимый интервал установки. При спуске байпасный узел устройства открыт и с помощью технологического отверстия 18 и гидроканала 3 позволяет жидкости свободно циркулировать во внутренней полости устройства. В намеченном интервале эксплуатационной колонны, пакер переводят в рабочее положение. Для этого приподнимают колонну труб НКТ вверх (2 м) и за счет сил трения фрикционной планки 23 о стенку эксплуатационной колонны, стопор 25 приводится в верхнее свое положение. Проворачивают колонну НКТ вправо (1…2 оборота) и начинают ее медленно спускать, при этом стопор 25 выходит из зацепления с фигурным пазом 27 байонетного механизма 24 и дает возможность полому штоку 2 свободно перемещаться (относительно плашек 20, фрикционных планок 23 и байонетного механизма 24) по вертикали. Фиксация механического якоря начинается в момент "наезда" конуса 19 на ответную конусную часть плашек 20. Сразу же после срабатывания механического якоря происходит деформация герметизирующего элемента 13, который перекрывает межтрубное кольцевое пространство скважины. При дальнейшем создании нагрузки (посредством разгрузки колонны труб НКТ) происходит срабатывание цанги 15, которая освобождается от выступа 16 и доводит полый шток 2 в крайне нижнее положение, перекрывая тем самым гидроканал 3 на корпусе разобщающего клапана 4. В этот момент времени внутренняя и наружная полости пакера разобщены и устройство готово к проведению плановых работ.
Посредством создания рабочего давления во внутренней полости колонны труб производят закачку рабочей жидкости в пласт. При этом давлением, через технологическое отверстие 18 создается усилие достаточное для радиального перемещения гидроплаек 10 до границ стенок эксплуатационной колонны и как следствие дополнительного крепления устройства от перемещения. Перепускной плунжер 5 размещенный в корпусе разобщающего клапана 4 под действием созданного давления перемещается вниз и упираясь торцевой частью в выступ 7, полого штока 2 создает дополнительное прижимное усилие, что приводит к надежной герметизации сопряженного участка (между корпусом разобщающего клапана 4 и полым штоком 2) байпасного узла.
Распакеровка скважины производится путем прекращения закачки рабочей жидкости в колонну труб НКТ и сброса давления во внутренней полости устройства. За счет сил сжатия пружин 9, 12, гидроплашки 10 отходят от стенок эксплуатационной колонны и приводятся в транспортное положение. Натяжением колонны труб вверх, полый шток 2 перемещается и открывает гидроканал 3, на корпусе разобщающего клапана 4, при этом происходит выравнивание давления между нижней и верхней зонами узла герметизации. При дальнейшем подъем колонны труб НКТ, посадочный узел с механическим якорем переводится в транспортное положение (конус 19 выходит из конусной части плашек 20 и под действием силы сжатия кольцевой пружины 21 плашка отходит от стенки эксплуатационной колонны). Пакер извлекают из скважины.
По сравнению с известными устройствами аналогичного назначения предлагаемое техническое решение обладает повышенной надежностью и долговечностью, а также увеличивает герметичность в работе пакера при одновременном упрощении его конструкции удобной в сборке и эксплуатации.
Источники информации
1. Евстафьев Ю.В., Гаврилов В.Н. «Пакер» / Патент РФ №47045. // Опубл. 2005.08.10
2. Общество с ограниченной ответственностью «ЭРДИ Тулз» «Гидромеханический пакер» / Патент РФ №78515. // Опубл. 2008.11.27