НАБУХАЮЩИЙ УПЛОТНИТЕЛЬ В ПАКЕРЕ СО ШЛИПСОВЫМ МЕХАНИЗМОМ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при бурении, эксплуатации и ремонте скважин с использованием пакеров, снабженных средствами для механического закрепления в скважине.
Предпосылки для создания полезной модели.
Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее.
Наиболее применяемыми в нефтегазодобывающей отрасли являются пакеры механического и гидромеханического действия, в большинстве которых для фиксации в скважине используется шлипсовый механизм. Один из обязательных элементов шлипсового механизма - конус - служит опорой уплотняющего устройства, состоящего из комплекта резиновых манжет и служащего для герметизации кольцевого пространства между пакером и скважиной. Наиболее распространены пакеры гидромеханического типа с шариковыми клапанами, например, пакер ПН-ЯГМ («Нефтегазопромысловое оборудование» под общей редакцией В.Н. Ивановского. - М.: «ЦентрЛитНефтеГаз», 2006, с. 56) с типовой конструкцией уплотнительного узла.
Герметизация пакера осуществляется после закрепления пакера шлипсовым механизмом и достигается аксиальным сжатием манжет уплотнителя, в результате приспуска колонны труб, которые оказываются зажатыми между неподвижным конусом шлипсового механизма и упором, связанным с колонной труб.
Недостатком подобной уплотняющей системы является необходимость в комплекте резиновых манжет с целью обеспечения необходимой общей площади уплотняемой поверхности для герметизации кольцевого пространства. Этот недостаток вызван принципиальной причиной, а именно, аксиальным воздействием на уплотнитель для приведения его в действие.
Другим недостатком шлипсовых пакеров с манжетными уплотнителями является необходимость в дополнительной операции при установке пакера в скважине, то есть в точно размеренном приспуске колонны труб для создания деформации манжет.
Технической задачей полезной модели являются упрощение конструкции уплотнительного узла, увеличение надежности герметизации кольцевого пространства и отказ от операции приспуска колонны труб в процессе герметизации скважины изменением конструкции уплотнительного узла пакера со шлипсовым механизмом, не требующей создания аксиального усилия для его деформации.
Поставленная задача решается предлагаемым набухающим уплотнителем в пакере со шлипсовым механизмом.
Набухающий уплотнитель в пакере со шлипсовым механизмом включает шлипсовый механизм, состоящий из конуса и шлипсов, и уплотнитель, взаимодействующий с обсадной трубой или стенками скважины и стволом пакера.
Новым является то, что уплотнитель в пакере со шлипсовым механизмом включает базовую трубу, набухающий уплотнитель, ограничительное кольцо и конус шлипсового механизма.
Новым также является то, что в качестве набухающего уплотнителя используется эластомер, набухающий при контакте с жидкой скважинной средой и обеспечивающий герметичность кольцевого пространства между пакером со шлипсовым механизмом и стенками скважины за счет радиальной деформации.
Предлагаемая полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами,
где:
на фиг. 1 изображен существующий узел уплотнения с резиновыми манжетами в пакере со шлипсовым механизмом;
на фиг. 2 представлен узел уплотнения с набухающим уплотнителем в пакерах такого же типа.
Существующий узел уплотнения с резиновыми манжетами (фиг. 1) включает обсадную трубу 2, ствол пакера 5, резиновые манжеты 3, шлипсовый механизм с шлипсами 7 и конусом 6, подвижный упор 1. Резиновые манжеты 3 разделены между собой промежуточными кольцами 4. Резиновые манжеты 3 и промежуточные кольца 4 установлены на стволе пакера 5 между неподвижными деталями снизу (в данном случае это конус 6 и шлипсы 7) и подвижным упором 1 сверху. После установки и закрепления пакера со шлипсовым механизмом в скважине колонна труб вместе с подвижным упором 1 приспускается, резиновые манжеты 3 зажимаются металлическими деталями 1, 4, 6, (подвижным упором, промежуточными кольцами и конусом), выпучиваются и прижимаются к обсадной трубе 2. На фиг. 1 резиновые манжеты 3 показаны уже в деформированном, то есть рабочем состоянии.
Дополнительным к ранее указанным недостаткам данного узла уплотнения является то, что аксиальное сжатие резиновых манжет 3 приводит к затеканию материала резиновых манжет 3 в зазоры между металлическими деталями 1, 4, 6 (подвижным упором, промежуточными кольцами и конусом) и обсадной трубой 2.
Предлагаемый узел уплотнения с набухающим уплотнителем в пакере со шлипсовым механизмом (фиг. 2) содержит обсадную трубу 2, ствол пакера 5, шлипсовый механизм с шлипсами 7 и конусом 6, базовую трубу 8, уплотнитель - набухающий эластомер 9 и ограничительное кольцо 10.
Уплотнитель - набухающий эластомер 9, привулканизированный к базовой трубе 8 или надетый на базовую трубу 8 в виде рукава, расположен между неподвижными группами деталей. Снизу это в данном случае шлипсовый механизм, состоящий из конуса 6 и шлипсов 7. Сверху это ограничительное кольцо 10, смонтированное неподвижно на стволе пакера 5.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
После фиксации пакера со шлипсовым механизмом в скважине, по прошествии некоторого времени уплотнитель - набухающий эластомер 9 вследствие контакта со скважинной жидкостью увеличивается в объеме и прижимается к обсадной трубе 2, обеспечивая герметизацию межтрубного пространства. Шлипсовый механизм с шлипсами 7 и конусом 6 снизу, и ограничительное кольцо 10 сверху смонтированы неподвижно на стволе пакера 5 и поджимают уплотнитель - набухающий эластомер 9, в связи с чем уплотнитель - набухающий эластомер 9, подвергаясь радиальной деформации, взаимодействует увеличенной площадью со стенками скважины или обсадной трубой 2 и стволом пакера 5, что способствует надежной герметизации скважины. На фиг. 2 уплотнитель - набухающий эластомер 9 изображен уже в деформированном, то есть рабочем, состоянии. При необходимости пакер со шлипсовым механизмом страгивается с места подъемом колонны труб, после чего пакер может быть использован повторно, после замены уплотнителя - набухающего эластомера 9.
В качестве набухающего эластомера - уплотнителя могут применяться разнообразные набухающие эластомеры (каучук, резина, полиэтилен, полихлоропрен и др.), которые подбираются в зависимости от скважинной среды (обычная вода, минерализованная вода, нефть, буровой раствор и т.д.). Известны теория и практика применения указанных материалов в так называемых набухающих пакерах, которые не имеют заякоривающих узлов и поэтому не рассчитаны на восприятие больших эксплуатационных нагрузок в отличие от предлагаемого технического решения, в котором набухающий уплотнитель выполняет только одну, свойственную ему роль.
Достоинствами набухающего уплотнителя в пакере со шлипсовым механизмом являются:
простота конструкции уплотнителя - набухающего эластомера по сравнению с комплектом манжет, простота установки пакера в скважине;
данное техническое решение не требует больших усилий для извлечения его из скважины;
увеличение надежности герметизации за счет увеличенной площади контакта уплотнителя - набухающего эластомера со стенками скважины или обсадной трубой и стволом пакера в результате радиальной деформации уплотнителя - набухающего эластомера;
долговременность в работе и высокая надежность конструкции уплотнителя - набухающего эластомера;
повышение качества эксплуатации предлагаемой полезной модели и уменьшение продолжительности и стоимости работ;
отсутствие в необходимости операции приспуска колонны труб при создании уплотнения пакера со шлипсовым механизмом в скважине;
возможность применения как в обсаженных, так и в не обсаженных скважинах.
Применение набухающего уплотнителя в пакере со шлипсовым механизмом упрощает технологический процесс отсечения пластов ствола скважины, а также позволяет ускорить проведение работ по строительству скважины в целом.