ПАКЕР НАБУХАЮЩИЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Заявляемая полезная модель - пакер набухающий - относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и может быть использована в нефтегазодобывающих скважинах для герметичного разделения отдельных участков заколонного пространства скважины.
Уровень техники
Известен пакер (патент на полезную модель RU 86650 U1), включающий полый ствол, на котором установлен уплотнительный элемент, выполненный из разбухающего эластомера, на наружной поверхности которого или ее части выполнены кольцевые канавки произвольной формы. Имеются защитные кольца, закрепленные на стволе у концевых участков уплотнительного элемента.
Также известен пакер по патенту на полезную модель RU 108095 U1, который включает полый ствол, установленный на стволе уплотнительный элемент из разбухающего в скважинных жидкостях эластомера, который выполнен в форме полого цилиндра. На стволе у концевых участков уплотнительного элемента размещены упорные кольца и жестко связаны с ним. Имеется противоэкструзионная защита уплотнительного элемента, выполненная в виде ступенчатой втулки и взаимодействующей с ней кольцевой цилиндрической манжеты из ненабухающей резины, установленных на стволе между упорным кольцом и концевым участком уплотнительного элемента.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности является уплотнительный узел пакера по патенту на полезную модель RU 140323 U1, который включает, по крайней мере, два взаимодействующих друг с другом эластичных элемента, один из которых выполнен из ненабухающей резины в виде манжеты чашеобразной формы с внутренней конической поверхностью, а другой выполнен из набухающего в скважинных жидкостях эластомера и имеет форму полого цилиндра. Один из концевых участков полого цилиндра имеет наружную коническую поверхность и контактирует с внутренней конической поверхностью чашеобразной манжеты. Уплотнительный узел пакера снабжен сетчатым армирующим слоем, закрепленным на внутренней поверхности полого цилиндра.
Данное техническое решение является наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели, однако оно имеет недостаточную эксплуатационную надежность по причинам:
1) недостаточная несущая способность по осевым и крутящим усилиям полого цилиндра из набухающего эластомера, возникающим при эксплуатации пакера в скважине, что может привести к его повреждению при спуске в скважину и отрицательно сказывается на качестве уплотнения элемента на корпусной трубе;
2
2) отсутствие жестких узлов герметизации клинового типа с эффектом «самозапирания», возникающим при набухании эластомера в уплотнительных элементах и концевых частях набухающего элемента, что не обеспечивает работоспособность при перепадах давления пластовой жидкости и газа на пакере до 700 кгс на см;
3) конструкция крепежных винтов для уплотнительных колец с коническим одноточечным типом крепления не обеспечивает надежность фиксации уплотнительных колец на теле корпусной трубы при воздействии осевых усилий.
Указанные недостатки снижают надежность работы пакера и ограничивают его технологические возможности.
Заявляемая полезная модель позволит повысить эксплуатационную надежность работы пакера и расширить его технологические возможности за счет следующих улучшений:
1) увеличение несущей способности по осевым и крутящим усилиям полого цилиндра из набухающего эластомера;
2
2) обеспечение работоспособности конструкции при больших до 700 кгс на см перепадах давления пластовой жидкости и газа на пакере;
3) увеличение надежности фиксации уплотнительных колец на теле корпусной трубы при воздействии осевых усилий.
Для чего конструкция заявляемого пакера набухающего имеет следующие особенности.
1. Набухающий элемент пакера набухающего снабжен внутренним армирующим каркасом, который выполнен из перфорированного нержавеющего стального листа, обладающего большой жесткостью в осевом и радиальном направлении.
2
2. Уплотнительные кольца и концевые части набухающего элемента снабжены узлами герметизации клинового типа с эффектом «самозапирания» при набухании эластомера, обеспечивающими герметичность соединения уплотнительного элемента и трубы пакера при перепадах давления пластовой жидкости и газа на пакере до 700 кгс на см.
3. Уплотнительные кольца крепятся на корпусной трубе винтами с торцевым кольцевым выступом для многоточечного крепления, обеспечивающим высокую надежность фиксации уплотнительных колец на теле корпусной трубы при воздействии осевых и радиальных усилий, возникающих при спуске пакера в скважину и при эксплуатации пакера в скважине.
Раскрытие сущности полезной модели
Пакер набухающий используется в нефтегазодобывающих скважинах для герметичного разделения отдельных участков заколонного пространства скважин, с целью предотвращения перетоков жидкостей и газов между продуктивными и непродуктивными пластами при добыче нефти, воды, газа, с целью предотвращения перетоков между отдельными зонами продуктивного пласта при проведении ремонтных и технологических работ, требующих воздействия только на отдельные участки скважины и защиты остальных от производственных факторов воздействия при операциях промывки, опрессовки, цементирования, гидроразрыве пласта и др.
Пакер набухающий опускается в скважину в составе обсадной колонны на расчетную глубину в проектную межпластовую зону. Труба набухающего пакера герметично соединяется с трубами обсадной колонны посредством резьбового соединения по ГОСТ-632-80 и др. Обсадная колонна с пакером неподвижно закрепляется в стволе скважины якорными и др. устройствами.
Набухающий элемент пакера выполнен из специальной резиновой смеси - эластомера, которая под воздействием пластовой жидкости (нефти, воды, газового конденсата) кратно (до 300%) увеличивается в объеме, перекрывая зазор между обсадной колонной и стенками ствола скважины. В результате надпакерный и подпакерный пласты герметично изолируются между собой для обеспечения предотвращения перетоков жидкостей и газов между продуктивными и непродуктивными пластами, перетоков между отдельными зонами продуктивного пласта при проведении промывки, опрессовки, цементирования, гидроразрыве пластов.
Состав эластомера набухающего элемента пакера подбирается с учетом состава пластовой жидкости, в который будет погружен пакер в процессе эксплуатации. Верхний слой набухающего элемента пропитывается химическим реагентом, приостанавливающим на 24 часа начало процесса набухания пакера для обеспечения достаточного времени для монтажа оборудования в скважине до ее герметизации.
При набухании эластомера в уплотнительных кольцах пакера происходит самоуплотнение (эффект «самозапирания») концевых частей набухающего элемента пакера на корпусе трубы по контактным коническим поверхностям, обеспечивающим герметичность соединения уплотнительного элемента и трубы пакера.
Набухающий элемент уплотнительного узла пакера снабжен внутренним армирующим каркасом, воспринимающим усилия в осевом и радиальном направлении, возникающие при монтаже и эксплуатации пакера.
Уплотнительные кольца крепятся на корпусной трубе винтами с торцевым кольцевым выступом для многоточечного крепления, что обеспечивает стойкость конструкции пакера к воздействию осевых и радиальных усилий, возникающих при монтаже и эксплуатации пакера.
В конструкции пакеров применяются набухающие элементы, изготовленные из трех типов эластомеров (синтетических резин различного специального состава), обеспечивающих работу пакера в различных рабочих средах:
- водонабухающие эластомеры (состав №1) - набухающие при воздействии пластовой воды;
- нефтенабухающие эластомеры (состав №2) - набухающие при воздействии пластовой нефти;
- универсальные эластомеры (состав №3) - набухающие при воздействии пластовой воды и нефти.
При этом повышение эксплуатационной надежности предлагаемого пакера набухающего обеспечивается за счет следующего.
1. Применения набухающего элемента пакера с армирующим стальным перфорированным каркасом, обеспечивающим высокую механическую прочность набухающего элемента, высокую несущую способность по осевым и крутящим усилиям, возникающим при монтаже и эксплуатации пакера.
2
2. Использования уплотнительных колец и концевых частей набухающего элемента с узлами герметизации клинового типа с эффектом «самозапирания» при набухании эластомера, обеспечивающими работоспособность при перепадах давления пластовой жидкости и газа на пакере до 700 кгс на см.
3. Крепления уплотнительных колец на теле корпусной трубы с кольцевым торцевым выступом для многоточечного крепления, обеспечивающим высокую надежность фиксации уплотнительных колец на трубе при воздействии осевых усилий.
4. Краткое описание чертежей.
Изображенный на рис. 1, 2, 3, 4 и 5 пакер набухающий используется в нефтегазодобывающих скважинах для герметичного разделения отдельных участков заколонного пространства скважин,
включает по крайней мере один элемент набухающий (2) из набухающего в пластовой жидкости эластомера (6) в форме полого цилиндра и по крайней мере два концевых кольца уплотнительных (3) с внутренней конической поверхностью. Концевые участки эластомера в форме полого цилиндра имеют наружную коническую поверхность и контактируют с внутренними коническими поверхностями колец уплотнительных. Набухающий элемент пакера набухающего снабжен армирующим каркасом (4), выполненным из перфорированного нержавеющего стального листа, обладающего большой жесткостью в осевом и радиальном направлении. Уплотнительные кольца (3) крепятся на корпусной трубе (1) с торцевым кольцевым выступом для многоточечного крепления винтами крепежными (5), обеспечивающим высокую надежность фиксации уплотнительных колец на теле корпусной трубы при воздействии осевых усилий, возникающих при спуске пакера в скважину и при набухании эластомера уплотнительного элемента.
5. Осуществление полезной модели.
Пакер набухающий используется в нефтегазодобывающих скважинах для герметичного разделения отдельных участков заколонного пространства скважин, с целью предотвращения перетоков жидкостей и газов между продуктивными и непродуктивными пластами при добыче нефти, воды, газа, с целью предотвращения перетоков между отдельными зонами продуктивного пласта при проведении ремонтных и технологических работ, требующих воздействия только на отдельные участки скважины и защиты остальных от производственных факторов воздействия при операциях промывки, опрессовки, цементирования, гидроразрыве пласта и др.
Пакер набухающий опускается в скважину в составе обсадной колонны на расчетную глубину в проектную межпластовую зону. Труба набухающего пакера герметично соединяется с трубами обсадной колонны посредством резьбового соединения по ГОСТ-632-80 и др. Обсадная колонна с пакером неподвижно закрепляется в стволе скважины якорными и др. устройствами.
Набухающий элемент пакера выполнен из специальной резиновой смеси - эластомера, которая под воздействием пластовой жидкости (нефти, воды, газового конденсата) кратно (до 300%) увеличивается в объеме, перекрывая зазор между обсадной колонной и стенками ствола скважины. В результате надпакерный и подпакерный пласты герметично изолируются между собой для обеспечения предотвращения перетоков жидкостей и газов между продуктивными и непродуктивными пластами, перетоков между отдельными зонами продуктивного пласта при проведении промывки, опрессовки, цементирования, гидроразрыве пластов.
Состав эластомера набухающего элемента пакера подбирается с учетом состава пластовой жидкости, в который будет погружен пакер в процессе эксплуатации. Верхний слой набухающего элемента пропитывается химическим реагентом, приостанавливающим на 24 часа начало процесса набухания пакера для обеспечения достаточного времени для монтажа оборудования в скважине до ее герметизации.
При набухании эластомера в уплотнительных кольцах пакера происходит самоуплотнение (эффект «самозапирания») концевых частей набухающего элемента пакера на корпусе трубы по контактным коническим поверхностям, обеспечивающим герметичность соединения уплотнительного элемента и трубы пакера.
Набухающий элемент уплотнительного узла пакера снабжен внутренним армирующим каркасом, воспринимающим усилия в осевом и радиальном направлении, возникающие при монтаже и эксплуатации пакера.
Уплотнительные кольца крепятся на корпусной трубе винтами с торцевым кольцевым выступом для многоточечного крепления, что обеспечивает стойкость конструкции пакера к воздействию осевых и радиальных усилий, возникающих при монтаже и эксплуатации пакера.