ПАКЕР
PACKER

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для разобщения внутреннего пространства в процессе эксплуатации и ремонта эксплуатационной колонны скважины.
Известен «Пакер для нагнетательных скважин» (патент на ПМ №60604, Е21В 33/12, опубл. Бюл. №03 от 27.01.2007), включающий ствол, основной конус, упор, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, шлипсы, съемный узел, отличающийся тем, что съемный узел выполнен в виде патрубка и навернутого на его верхний конец переводника, причем патрубок телескопически герметично вставлен в основной конус, который снизу жестко соединен с верхним концом ствола, выполненного проходным, при этом на наружной поверхности ствола выполнен замкнутый фигурный паз в виде продольных короткого и длинного участков, соединенных между собой фигурным участком, причем шлипсы подпружинены внутрь и размещены в обойме с направляющем штифтом, причем обойма установлена на стволе напротив фигурного паза, при этом направляющий штифт размещен в фигурном пазе, при этом обойма имеет возможность перемещения по траектории замкнутого фигурного паза, причем на патрубке выполнена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз, при этом уплотнительный элемент размещен на патрубке и взаимодействует сверху с упором, размещенным на патрубке, причем упор зафиксирован относительно патрубка срезным элементом в транспортном положении, при этом фиксатор положения уплотнительного элемента выполнен в виде расположенных на патрубке разрезного конуса, сужающегося снизу вверх, и плашек, причем разрезной конус размещен под конусной поверхностью патрубка и подпружинен радиально внутрь опорным конусом, установленным снизу во внутренней цилиндрической выборке, выполненной в верхней части упора, а плашки расположены напротив конусной поверхности патрубка и подпружинены вниз опорным кольцом, которое жестко закреплено в верхней части патрубка, при этом разрезной конус и плашки имеют возможность взаимодействия между собой при осевом перемещении патрубка вниз с радиальным перемещением плашек наружу в рабочем положении, причем патрубок и упор снабжены гидравлически сообщающимися между собой дроссельными отверстиями.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Пакер для нагнетательных скважин» (патент на ПМ №60605, Е21В 33/12, опубл. Бюл. №03 от 27.01.2007), включающий ствол, основной конус, упор, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, шлипсы, съемный узел, отличающийся тем, что съемный узел выполнен в виде патрубка и навернутого на его верхний конец переводника, причем патрубок телескопически герметично вставлен в основной конус, который снизу жестко соединен с верхним концом ствола, выполненного проходным, при этом на наружной поверхности ствола выполнен замкнутый фигурный паз в виде продольных короткого и длинного участков, соединенных между собой фигурным участком, причем шлипсы подпружинены внутрь и размещены в обойме с направляющим штифтом, причем обойма установлена на стволе напротив фигурного паза, при этом направляющий штифт размещен в фигурном пазе, а обойма имеет возможность перемещения по траектории замкнутого фигурного паза, причем на патрубке выполнена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз, при этом уплотнительный элемент размещен на патрубке и взаимодействует сверху с упором, размещенным на патрубке, и соединенным с ним пружинным стопорным кольцом, установленным во внутренней кольцевой канавке упора и фиксирующим патрубок относительно упора в транспортном положении, при этом пружинное стопорное кольцо имеет возможность радиального расширения наружу во внутренней кольцевой канавке упора при осевом перемещении патрубка вниз, причем фиксатор положения уплотнительного элемента выполнен в виде расположенных на патрубке разрезного конуса, сужающегося снизу вверх, и плашек, при этом разрезной конус размещен под конусной поверхностью патрубка и подпружинен радиально внутрь опорным конусом, установленным снизу во внутренней цилиндрической выборке, выполненной в верхней части упора, а плашки расположены напротив конусной поверхности патрубка и подпружинены вниз опорным кольцом, которое жестко закреплено в верхней части патрубка, причем разрезной конус и плашки имеют возможность взаимодействия между собой при осевом перемещении патрубка вниз с радиальным перемещением плашек наружу в рабочем положении.
Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки, а именно:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- во-вторых, невозможность проведения расхаживаний пакера при прихватах его в скважине в процессе спуска вследствие несовершенной конструкции фигурного паза, чередующего рабочее положение обоймы с транспортным при перемещении направляющего штифта по фигурному пазу;
- в-третьих, несовершенная конструкция фиксатора положения уплотнительного элемента, следствием которой являются большие усилия посадки, а также износ плашек, вследствие чего возможна неполная запакеровка (негерметичная посадка) пакера в скважине.
Задачей изобретения является упрощение конструкции пакера с возможностью расхаживания пакера в процессе спуска при прихватах за счет изменения конструкции фигурного паза, а также надежная и герметичная посадка пакера при небольших усилиях путем усовершенствования фиксатора положения уплотнительного элемента.
Поставленная задача решается пакером, включающим полый ствол, уплотнительный элемент, расположенный между конусом и верхним упором на полом патрубке, который соединен с упором и телескопически герметично вставлен в конус, который снизу жестко соединен с верхним концом ствола, на наружной поверхности которого выполнен замкнутый фигурный паз в виде продольных короткого и длинного участков, соединенных между собой фигурным участком, обойму, установленную на стволе напротив фигурного паза, с подпружиненными внутрь шлипсами и направляющим штифтом, размещенным в фигурном пазе с возможностью перемещения по траектории замкнутого фигурного паза вместе с обоймой, фиксатор положения уплотнительного элемента, муфту, соединенную с патрубком, и пружинное стопорное кольцо, установленное во внутренней кольцевой канавке.
Новым является то, что муфта жестко соединена с полым патрубком через верхний упор и переводник, фигурный паз выполнен таким образом, что при перемещении в нем направляющего штифта вниз-вверх на величину, превышающую длину от верхней кромки фигурного паза до низа длинного продольного участка, обойма остается в транспортном положении, если меньше - переходит в рабочее, причем внутренняя кольцевая канавка с пружинным стопорным кольцом выполнена во внутренней полости конуса, фиксатор положения уплотнительного элемента выполнен в виде гильзы, надетой снизу и зафиксированной срезным элементом на полом патрубке с наружными кольцевыми последовательными проточками, выполненными с возможностью взаимодействия с пружинным кольцом при перемещении полого патрубка с гильзой вниз относительно конуса с фиксацией в крайнем положении.
Новым также является то, что полый патрубок оснащен заглушкой, герметично перекрывающей его внутреннюю полость.
На фиг.1 изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.
На фиг.2 изображена развертка замкнутого фигурного паза, выполненного на стволе пакера.
На фиг.3 изображен вид I пакера в увеличенном масштабе.
Пакер состоит (см. фиг.1) из полого ствола 1, уплотнительного элемента 2, расположенного между конусом 3 и верхним упором 4 на полом патрубке 5, который соединен с упором 4 и телескопически герметично вставлен в конус 3, который снизу жестко соединен с верхним концом ствола 1.
На наружной поверхности ствола 1 выполнен замкнутый фигурный паз 6 в виде продольных короткого 7 и длинного 8 участков (см. фиг.2), соединенных между собой фигурным участком 9.
На стволе 1 напротив замкнутого фигурного паза 6 установлена обойма 10 с направляющим штифтом 11 и подпружиненными внутрь шлипсами 12. Направляющий штифт 11 размещен в замкнутом фигурном пазе 6 с возможностью перемещения по траектории замкнутого фигурного паза 6 вместе с обоймой 10.
Фигурный паз 6 выполнен таким образом, что при перемещении в нем направляющего штифта 11 вниз-вверх на величину, превышающую длину L, например 1 метр, от верхней кромки замкнутого фигурного паза 6 до низа длинного продольного участка 8, обойма 10 остается в транспортном положении, если меньше - переходит в рабочее.
Муфта 13 жестко соединена с полым патрубком 5 через верхний упор 4 и переводник 14. Во внутренней полости конуса 3 выполнена внутренняя кольцевая канавка 15 с пружинным стопорным кольцом 16.
Фиксатор положения уплотнительного элемента 2 выполнен в виде гильзы 17, надетой снизу и зафиксированной срезным элементом 18 на полом патрубке 5, с наружными кольцевьми последовательными проточками 19, выполненными с возможностью взаимодействия с пружинным стопорным кольцом 16 при перемещении полого патрубка 5 с гильзой 17 вниз относительно конуса 3 с фиксацией в крайнем положении.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 20. Полый патрубок 5 (см. фиг.1) сверху оснащен заглушкой 21. Пакер работает следующим образом.
На устье скважины (на фиг.1, 2 и 3 не показано) направляющий штифт 11 (см. фиг.2) обоймы 10 устанавливают в верхнюю часть продольного короткого участка 7 замкнутого фигурного паза 6, выполненного на наружной поверхности ствола 1 (см. фиг.1).
Сверху в полый патрубок 5 вворачивают заглушку 21. Затем пакер посредством посадочного инструмента, выполненного, например, в виде штока 22 и соединенного с муфтой 13 любым известным способом, например, срезным винтом 23 присоединяют к нижнему концу колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) (на фиг.1, 2 и 3 не показано) и спускают в скважину.
В процесс спуска пакера возможны его прихваты в скважине вследствие сужения проходного сечения эксплуатационной колонны (на фиг.1, 2, 3 не показано). В этом случае необходимо приподнять пакер на величину, превышающую длину L, то есть более 1 метра, при этом перемещение направляющего штифта 11 (см. фиг.2) происходит от верхней кромки фигурного паза 6 через фигурный участок 9 до низа длинного продольного участка 8, и далее направляющий штифт 11 попадает в нижнюю часть короткого продольного паза 7, вследствие чего обойма 10 остается в транспортном положении, при последующем спуске пакера направляющий штифт 11 поднимается вверх по короткому продольному участку 7 и занимает начальное положение. Это позволяет производить расхаживание пакера (одной или несколькими спускоподъемами пакера на величину более длины L, то есть 1 метра) в случае его прихвата в скважине в процессе спуска.
Достигнув интервала установки пакера в скважине его приподнимают на величину, не превышающую длину L, то есть менее 1 метра, при этом перемещение направляющего штифта 11 происходит от верхней кромки фигурного паза 6 через фигурный участок 9 в длинный продольный участок 8, при этом направляющий штифт 11 не попадает в нижнюю часть короткого продольного паза 7, и при последующем спуске пакера направляющий штифт 11 поднимается вверх (в верхнюю часть) до конца по длинному продольному участку 8. Вследствие этого обойма 10 занимает рабочее положение и вступает во взаимодействие своими подпружиненными шлипсами 12 сначала с конусом 3, а затем с внутренними стенками скважины. В итоге все детали пакера за исключением деталей 10, 11, 12, остающихся на месте, благодаря контакту подпружиненных шлипсов 12 (см. фиг.1) с внутренней стенкой скважины совершают возвратно-поступательное перемещение, при этом конус 3, сужающийся сверху вниз, входит в подпружиненные шлипсы 12, раздвигая их наружу в радиальном направлении и прижимая их зубчатую часть к внутренней стенке эксплуатационной колонны скважины (на фиг.1, 2 и 3 не показано). Колонну НКТ, соединенную с пакером посредством штока 22 посадочного инструмента, начинают разгружать на пакер, который подпружиненными шлипсами 12 уже зафиксировался на внутренней стенке эксплуатационной колонны скважины.
Далее производят частичную разгрузку колонны НКТ на пакер (например, на 8 тонн = 80 кН), вследствие чего разрушается срезной винт 23, при этом уплотнительный элемент 2 начинает прижиматься к внутренней стенке эксплуатационной колонны скважины. Одновременно с этим пружинное стопорное кольцо 16, размещенное во внутренней кольцевой канавке 15 конуса 3, под действием веса колонны НКТ перемещается по наружными кольцевым последовательным проточкам 19, выполненным на наружной поверхности гильзы 17, при этом гильза 17, соединенная срезным элементом 18 с полым патрубком 5, перемещается вниз относительно конуса 3. Далее производят полную разгрузку колонны НКТ на пакер, при этом происходит фиксация пружинного стопорного кольца 16 в проточке 19 гильзы 17 в крайнем положении, а уплотнительный элемент 2 фиксируется в окончательно запакерованном состоянии. Затем колонна НКТ с посадочным инструментом извлекаются из скважины, а пакер остается в скважине, надежно и герметично разделяя колонное пространство скважины (заглушка 21 герметично перекрывает внутреннюю полость полого патрубка 5), после чего производят запланированные ремонтные работы в скважине.
При необходимости извлечения пакера в скважину на колонне НКТ спускают ловитель любой известной конструкции с наружным захватом под муфту 13 или тело переводника 14 пакера, например наружную труболовку. Производят захват пакера и производят натяжку колонны НКТ вверх, например на 10 тонн = 100 кН, при этом разрушается срезной элемент 18 (см. фиг.1 и 3). В результате натяжения колонны НКТ муфта 13, переводник 14, верхний упор 4 и полый патрубок 5 перемещаются вверх относительно гильзы 17, и уплотнительный элемент 2 отходит от внутренних стенок скважины, сжимаясь радиально внутрь, и происходит разгерметизация пакера.
Далее продолжают подъем колонны НКТ с пакером, при этом ствол 1 поднимается вверх относительно обоймы 10 с направляющим штифтом 11 и подпружиненными шлипсами 12, остающимися на месте вследствие их контакта с внутренней стенкой эксплуатационной колонны скважины, при этом направляющий штифт 11 перемещается вниз по продольному длинному участку 8 (см. фиг.2) и попадает в нижнюю часть короткого продольного паза 7. Подъем колонны НКТ с пакером продолжают, и при этом подпружиненные внутрь шлипсы 12 (см. фиг.1) выходят из взаимодействия с основным конусом 3, а затем своей зубчатой частью выходят из взаимодействия с внутренней стенкой эксплуатационной колонны скважины, после чего пакер свободно извлекается на поверхность.
В случае защиты эксплуатационной колонны от высокого давления, например при закачке жидкости по колонне труб (на фиг.1,2,3 не показано), соединенной с муфтой 13, заглушку 21 в полый патрубок 5 не устанавливают.
Предлагаемый пакер имеет простую конструкцию, которая позволяет произвести надежную и герметичную посадку пакера при небольших усилиях за счет более совершенной конструкции фиксатора положения. Кроме того, измененная конструкция замкнутого фигурного паза позволяет расхаживать пакер при его прихватах в процессе спуска в скважину и исключить возникновение осложнений в скважине.