Пакер механический

Полезная модель относится к оборудованию для нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для длительного герметичного разобщения интервалов ствола обсадной колонны при освоении и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин.
Известен механический пакер двухстороннего действия с возможностью установки на малых глубинах, включающий в себя составной уплотнительный элемент, установленный на штоке совместно с кольцами или без них. Сверху и снизу от уплотнительного элемента размещены, соответственно, верхний и нижний кожухи. В пазах верхнего и нижнего кожухов установлены соответственно верхние и нижние радиальные раздвижные опоры, прижатые к штоку пружинами, соответственно, через верхний и нижний упоры и шайбы. Верхние и нижние опоры выполнены с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним конусами. Угол уклона верхнего и нижнего конусов составляет 60 градусов. Верхний кожух соединен через переходник с кожухом, внутри которого расположена нижняя часть разрезного конуса, подпружиненного через конический упор пружиной, состоящей из комплекта тарированных колец и шайбы. В верхней части пакера расположен верхний механический якорь, выполненный с возможностью взаимодействия со стволом посредством шлицевого соединения. В нижней части штока расположен нижний механический якорь (патент №148471, МПК Е21В 33/12, опубликован 10.12.2014).
Недостатком известного механического пакера является необходимость создания повышенных нагрузок для достижения герметичности установки пакера, также в процессе эксплуатации над пакером в затрубном пространстве могут оседать механические примеси, что осложняет срыв пакера и извлечение его из скважины после окончания работ.
Задачей полезной модели является повышение надежности и эффективности работы пакера механического в процессе его установки, эксплуатации и извлечения из скважины.
Поставленная задача реализуется в конструкции пакера механического, который содержит переводник, шток с пазом на наружной поверхности, уплотнительные элементы, верхний и нижний кожухи, установленные соответственно над и под уплотнительными элементами, верхние радиальные раздвижные опоры, подпружиненные через верхний упор, размещенный в верхнем кожухе, подпружиненный разрезной конус, верхний механический якорь, состоящий из верхнего корпуса с подпружиненными верхними плашками, нижний механический якорь, состоящий из нижнего корпуса с подпружиненными нижними плашками и планками, конуса, соединенного с нижним кожухом, фиксатор, при этом, согласно полезной модели, уплотнительные элементы надеты на втулку, установленную на шток с возможностью осевого перемещения относительно штока, причем втулка в верхней части выполнена с коническим выступом, взаимодействующим с верхними радиальными раздвижными опорами, снизу от уплотнительных элементов на втулку установлен упор, взаимодействующий с нижним кожухом, кроме того, между переводником и верхним корпусом верхнего механического якоря установлена опорная втулка с уплотнительной манжетой.
Установка втулки снижает массу уплотнительных элементов, снижает требуемую нагрузку посадки пакера, а также облегчает срыв пакера за счет исключения «прилипания» уплотнительных элементов к штоку, таким образом повышает надежность и эффективность работы пакера механического в процессе его установки, эксплуатации и извлечения из скважины после окончания работ. При посадке пакера-прототипа происходит обжатие штока резиной и прижатие уплотнительного элемента к эксплуатационной колонне. Шток же еще должен иметь ход вниз для посадки верхнего якоря, а он обжат и возникает дополнительная сила трения об резину (уплотнительный элемент). То же самое при срыве. В заявленной полезной модели шток изолирован от резины за счет установки втулки, соответственно посадка и срыв, т.е. передвижение штока относительно уплотнительных элементов, происходит без преодоления силы трения об резину.
Установка опорной втулки с уплотнительной манжетой обеспечивает защиту пакера от присыпания механическими примесями, что повышает надежность и эффективность работы пакера механического и обеспечивает беспрепятственное извлечение его из скважины после окончания работ.
На фиг. приведена схема пакера механического в транспортном положении.
Пакер механический содержит шток 1, уплотнительные элементы 2, надетые на втулку 3, которая установлена на шток 1 при помощи уплотнительных колец 4 с возможностью осевого перемещения относительно штока 1. Причем втулка 3 в верхней части выполнена с коническим выступом 5, взаимодействующим с верхними радиальными раздвижными опорами 6, установленными в пазах верхнего кожуха 7 и прижатыми к штоку 1 пружиной 8 через верхний упор 9. Верхние радиальные раздвижные опоры 6 предназначены для предотвращения затекания уплотнительных элементов 2 в кольцевой зазор между пакером и стенкой эксплуатационной колонны (на фиг. не показана). Верхний кожух 7 соединен через переходник 10 с кожухом 11, внутри которого расположена нижняя часть разрезного конуса 12, подпружиненного через конический упор 13 пружиной, состоящей из комплекта тарированных колец 14, 15 и шайбы 16. В верхней части пакера расположен верхний механический якорь, состоящий из верхнего корпуса 17, верхних плашек 18, верхняя часть которых находится внутри верхнего корпуса 17 и поджата пружиной 19 через упор 20. Верхняя часть штока 1 через переводник 21 соединяется с колонной труб (на фиг. не показана). Снизу от уплотнительных элементов 2 на втулку 3 установлен упор 22, взаимодействующий с нижним кожухом 23. В нижней части штока 1 расположен нижний механический якорь, состоящий из нижнего корпуса 24, нижних плашек 25, прижатых к штоку 1 пружиной 26, конуса 27, соединенного с нижним кожухом 23, подпружиненных планок 28, удерживаемых на нижнем корпусе 24 покрышками 29 при помощи винтов 30. В нижней части размещен фиксатор 31, концевая часть которого находится в пазу 32 штока 1.
Между переводником 21 и верхним корпусом 17 верхнего механического якоря установлена опорная втулка 37 с уплотнительной манжетой 38 для защиты пакера от присыпания механическими примесями во время эксплуатации. При этом верхняя часть верхнего корпуса 17 расположена на опорной втулке 37 и упирается в уплотнительную манжету 38.
Пакер механический работает следующим образом.
Пакер спускают в скважину на колонне труб на требуемую глубину. При спуско-подъемных операциях планки 28 нижнего механического якоря постоянно прижаты к стенкам эксплуатационной колонны. Пакер механический устанавливается в скважине без упора на забой, известным способом, путем осевых перемещений колонны труб, на которых он спускается в скважину.
Вначале приводится в действие нижний механический якорь. Конус 27, соприкасаясь с нижними плашками 25, сжимая пружину 26, переместит нижние плашки 25 в радиальном направлении до зацепления со стенками эксплуатационной колонны. При дальнейшем перемещении штока 1 вниз относительно неподвижного конуса 27, усилие передается на втулку 3, которая перемещается вниз относительно штока 1 до упора в конус 27, при этом уплотнительные элементы 2 сжимаются до соприкосновения их со стенками эксплуатационной колонны, герметизируя подпакерную зону. Происходит перевод верхних радиальных раздвижных опор 6 в рабочее положение. При дальнейшем движении вниз штока 1 и определенном значении осевой сжимающей нагрузки, создаваемой весом колонны труб, произойдет срабатывание механизма регулятора нагрузки и установка верхнего механического якоря. Нижний радиальный выступ 39 штока 1 при движении штока 1 вниз переместит в радиальном направлении разрезной конус 12 до соприкосновения с верхними плашками 18. При дальнейшем движении штока 1 вниз и создании определенной сжимающей осевой нагрузки на пакер, верхние плашки 18, взаимодействуя с разрезным конусом 12, раздвигаются радиально и зацепляются за стенками эксплуатационной колонны. При этом верхние плашки 18 через верхний корпус 17 передают усилие на сжатие уплотнительной манжеты 38. Верхний корпус 17 упирается внутренним буртиком 40 в опорную втулку 37, и уплотнительная манжета 38 сжимается, перекрывая затрубное пространство выше верхнего механического якоря, тем самым обеспечивая защиту пакера от присыпания механическими примесями, содержащимися в скважинном флюиде, что повышает надежность и эффективность работы пакера механического в процессе его эксплуатации и обеспечивает беспрепятственное извлечение его из скважины после окончания работ.
Перевод пакера механического в транспортное положение осуществляют натяжением колонны труб. При этом шток 1 перемещается вверх относительно верхнего и нижнего механических якорей, уплотнительные элементы 2 и уплотнительная манжета 38 принимают исходную форму. Происходит переход верхних 18 и нижних 25 плашек, соответственно, верхнего и нижнего механических якорей в транспортное положение, возврат верхних радиальных раздвижных опор 6 в исходное положение.
Предложенное техническое решение позволяет повысить надежность и эффективность работы пакера механического в процессе его установки, эксплуатации и извлечения из скважины.