ПАКЕР РАЗБУРИВАЕМЫЙ (ВАРИАНТЫ)
DRILLABLE PACKER (VERSIONS)

Изобретение относится к области строительства, эксплуатации и ремонта нефтяных, газовых и других скважин, а именно к пакерам разбуриваемым.
Критериями эффективности разбуриваемого пакера является способность пакера герметично разобщать интервалы скважины без перемещений и сокращение времени разбуривания.
Известно, что пакер, установленный в скважине, подвергается внешним воздействиям, таким как гидравлическое давление при опрессовке пакера, вес колонны НКТ при механической разгрузке на пакер, давление скважинной жидкости. Указанные воздействия по своим значениям могут превышать первоначальное усилие, с которым был установлен пакер, что приводит к неизбежному дополнительному перемещению деталей пакера, достаточному, чтобы вызвать релаксацию упругого уплотнительного элемента и ослабление надежности и герметичности пакера в посадочном состоянии. Кроме того, для улучшения разбуриваемости пакера требуется отсутствие вращения деталей пакера под буровым инструментом.
Известен разбуриваемый пакер (а.с.№1832148, E21B 33/12), содержащий полый цилиндрический ствол с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на стволе уплотнительный элемент, верхний и нижний конусы, верхние и нижние захваты, которые связаны с конусами, разрезную гайку, имеющую резьбовую нарезку, соответствующую резьбовой нарезке на внешней поверхности ствола.
Недостатком известного пакера является ненадежность его работы.
Известен пакер разбуриваемый (Патент РФ №2296853, МПК E21B 33/12). Пакер содержит ствол с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на стволе уплотнительный элемент, заключенный между верхним и нижним конусом, верхние и нижние захваты, примыкающие к конусам по коническим поверхностям, и разрезную гайку, имеющую наружную и внутреннюю резьбы, по которым гайка установлена одновременно на стволе и в верхнем конусе соответственно. В нижней части ствола неподвижно установлен упор, представляющий глухую пробку или пробку с технологическими отверстиями. Установка пакера в скважине производится посредством осевого усилия, сжимающего уплотнительный элемент, и создаваемого гидравлическим установочным устройством.
Недостатком указанного выше пакера является низкая надежность в рабочем (посадочном) состоянии при действии внешних воздействий, обусловленная тем, что отсутствует плотное прилегание конуса и захвата в распакерованном состоянии. Конусные поверхности захватов и конусов, образованные одинаковыми окружностями, обеспечивают плотное прилегание друг к другу лишь в транспортном положении пакера, в то время как в рабочем положении имеет место линейный контакт конуса и захвата по его наружным кромкам. Данная особенность обуславливает возможность дополнительного перемещения захвата относительно конуса при внешних воздействиях вследствие деформации конуса и захватов по линиям контакта, что также может привести к нарушению прочности конуса. Кроме того, в данном пакере отсутствует жесткая связь в окружном направлении между захватом и конусом, что вызывает вращение конусов при разбуривании и, как следствие, увеличение продолжительности бурения.
Задачей изобретения является создание пакера, имеющего жесткую, плотную компоновку в рабочем состоянии, с более равномерным распределением усилий между элементами пакера.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности, герметичности, прочности и сокращение времени разбуривания пакера.
Указанный технический результат достигается в пакере разбуриваемом, содержащем ствол с неподвижным упором в нижней части, установленные на стволе уплотнительный элемент, заключенный между верхним и нижним конусом, верхние и нижние захваты, и разрезную гайку, в котором, согласно изобретению верхний якорь дополнительно снабжен толкателем, на конусах, неподвижном упоре и толкателе выполнены Т-образные или в виде ласточкина хвоста пазы, а захваты с обоих концов снабжены выступами ответной формы, образуя скользящую кинематическую пару ползун - направляющая с сопрягаемыми деталями.
Согласно второму варианту верхний и нижний якоря снабжены толкателями, на конусах и толкателях выполнены Т-образные или в виде ласточкина хвоста пазы, а захваты с обоих концов снабжены выступами ответной формы, образуя скользящую кинематическую пару ползун - направляющая с сопрягаемыми деталями.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид пакера разбуриваемого, на фиг. 2 - второй вариант исполнения решения, на фиг.3. - общий вид отдельных деталей пакера - упора, захвата, конуса.
Пакер разбуриваемый содержит ствол 1, на который надеты нижний якорь, уплотнительный элемент 2, верхний якорь. На нижнюю часть ствола 1 жестко установлен упор 3.
Нижний якорь состоит из захвата 4 и конуса 5. На конусе 5 выполнен наклонный Т-образный паз 6, по которому может перемещаться захват 4, имеющий в передней части выступы 7 ответной формы. Захват 4 и конус 5 образуют скользящую кинематическую пару типа ползун (захват) - направляющая (конус), допускающую относительное перемещение захвата 4 лишь по оси паза.
Упор 3 также имеет наклонные пазы Т-образной формы 8, по которым может перемещаться захват 4, имеющий в задней части выступы 9 ответной формы.
Верхний якорь состоит из верхнего конуса 10, захвата 11 и толкателя 12. На конусе 10 и на толкателе 12 выполнены аналогичные наклонные Т-образные пазы, по которым может перемещаться захват 11, имеющий в передней и задней части выступы ответной формы.
Возможно использование других по форме сечения кинематических пар, обеспечивающих движение захватов 4,11 лишь по оси паза, например «ласточкин хвост».
На стволе 1 в пределах хода верхнего якоря выполнена наружная упорная резьба, по которой на ствол 1 устанавливается упругая гайка 13. На толкателе 12 имеется внутренняя упорная резьба. Упругая гайка 13 представляет собой тонкостенную втулку с продольным разрезом. Упругая гайка 13 имеет внутреннюю резьбу ответного профиля, по которой она устанавливается на ствол 1, и наружную резьбу ответного профиля, по которой она устанавливается в толкатель 12. Резьба, по которой происходит соединение ствола 1 и упругой гайки 13, имеет профиль, позволяющий упругой гайке 13 благодаря продольному разрезу перескакивать вдоль оси ствола 1 под действием осевой силы, развиваемой установочным устройством (на чертеже не показано) и только в одном направлении: в сторону сжатия уплотнительного элемента 2. Продольное перемещение упругой гайки 13 в противоположную сторону невозможно.
Таким образом, ствол 1, упругая гайка 13 и толкатель 12 в сборе образуют однонаправленный (в сторону сжатия уплотнительного элемента 2) храповый механизм.
Для предотвращения преждевременного перемещения деталей пакера в процессе спуска в скважину захваты 4,11 зафиксированы относительно конусов срезными элементами 14.
Второй вариант исполнения пакера отличается выполнением дополнительного храпового механизма в нижнем якоре, который имеет нижний толкатель 15, установленный через упругую гайку 16 на стволе 1, имеющем в пределах хода нижнего якоря дополнительную упорную резьбу. Нижний толкатель 15 имеет возможность перемещения без вращения по оси ствола 1 в сторону сжатия уплотнительного элемента 2. Захваты нижнего якоря 4 составляют кинематическую пару с нижнем толкателем 15, аналогично пакеру в первом варианте.
Таким образом, во втором варианте пакер имеет два храповых механизма, расположенных по обеим сторонам уплотнительного элемента 2 и имеющих встречное направление движения.
В отличие от прототипа, предлагаемый пакер имеет контакт между захватами 4,11 и конусами 5,10 по плоскости, что способствует равномерному распределению нагрузок между ними и, как следствие, отсутствие дополнительных деформаций и перемещений захватов 4 и 11 в распакерованном состоянии под действием внешних нагрузок. Захваты 4,11 имеют постоянную механическую связь с сопрягаемыми деталями по обоим концам и боковым сторонам, которая препятствует взаимному повороту между ними при разбуривании, что способствует сокращению продолжительности бурения пакера.
Второй вариант пакера, имеющий два храповых механизма, отличается еще большей надежностью в посадочном положении. При воздействии на пакер усилием, превышающим установочное, происходит дополнительное сжатие уплотнительного элемента, и детали пакера, механически связанные между собой, получают дополнительное перемещение. Новое состояние пакера автоматически фиксируется двумя храповыми механизмами, расположенными по обеим сторонам уплотнителя, и остается неизменным при уменьшении внешнего воздействия.
Разбуриваемый пакер работает следующим образом.
Пакер функционально имеет два положения: транспортное и установочное (посадочное).
Пакер соединяют с установочным устройством, например гидравлического типа (на чертеже не показано), и спускают в скважину на колонне технологических труб до требуемого места установки (посадки) в транспортном положении, при котором захваты 4,1 не выходят за диаметральный габарит пакера и не взаимодействуют со стенками скважины, что и обеспечивает его беспрепятственное прохождение по скважине в обоих направлениях.
В транспортном положении захваты 4,11 пакера прижаты к стволу 1 и удерживаются срезными элементами 14.
При достижении места посадки пакера в установочном устройстве создают повышенное давление, вследствие чего его исполнительный орган оказывает силовое воздействие на толкатель 12 пакера, при этом ствол 1 пакера удерживается неподвижно другим органом установочного устройства. При перемещении толкателя 12 по неподвижному стволу 1 происходит разрушение срезных элементов 14, захваты 4,11 перемещаются по конусам 5,10 и входят в зацепление со стенками скважины. Уплотнительный элемент 2 сжимается в продольном и расширяется в радиальном направлении до образования контакта со стенками скважины, герметично разобщая интервалы над и под пакером. Установочное устройство отсоединяют от пакера и извлекают из скважины. Пакер остается в сжатом (распакерованном) состоянии в месте посадки благодаря захватам 4,11, зацепленным за стенки скважины и храповым механизмам, фиксирующим ствол 1 и связанные с ним детали относительно верхнего и нижнего якоря.