ОПРЕССОВОЧНЫЙ ПАКЕР

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах для поинтервальной опрессовки их колонн.
Известен «Пакер», (свидетельство на полезную модель RU №29090 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом он снабжен самоуплотняющейся манжетой, установленной на стволе выше опоры и жестко соединенным с ним наконечником, через который пропущен шток, выполненный с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отверстий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном; в качестве средства для подъема и спуска используют канат.
Недостатками данного пакера являются:
- возможность спуска только на канате, что снижает область применения (например: на небольших глубинах выигрыш во времени незначителен, причем требуется использование специального оборудования для спуска на канате);
- самоуплотняющаяся манжета для качественной работы при спуске контактирует с эксплуатационной колонной, что при спуске на большие (более 900 м) глубины вызывает ее истирание.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является «Опрессовочный пакер» (Патент RU №2153570 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №21 от 27.07.2000 г.), включающий корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, нижней втулкой и камерой уплотнения, перепускное устройство и обратный клапан, при этом пакер имеет клапанный узел со срезными элементами, шаровым клапаном и седлом под этот клапан в виде цилиндрической втулки, а корпус имеет кольцевой бурт ограничения
перемещения нижней втулки, кольцевую проточку, ступенчатую кольцевую выточку и радиальные отверстия для установки срезных винтов, при этом перепускное устройство выполнено в виде золотника с внутренней ступенчатой выточкой, соответствующей ступенчатой кольцевой выточке корпуса, пружиной и регулировочной гайкой, устанавливающей усилие пружины и длину хода золотника, а камера уплотнения образована уплотнительным элементом и кольцевой проточкой корпуса.
Недостатками данного опрессовочного пакера являются:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- наличие в конструкции двух спиральных пружин сжатия при высоких давлениях опрессовки может привести к поломке одной или обоих пружин сразу, из-за того что они не снабжены ограничителями хода, кроме того, в процессе работы пружины подвергаются знакопеременным нагрузкам, в результате чего в теле пружины накапливается остаточная деформация, которая в конечном итоге может привести к ее поломке, что значительно снижает надежность работы опрессовочного пакера в целом;
- герметизация уплотнительного элемента в скважине происходит за счет действия на него избыточного давления, создаваемого в корпусе опрессовочного пакера, благодаря которому уплотнительный элемент разжимается и перекрывает ствол скважины, в связи с чем качество герметизации уплотнительного элемента зависит от величины воздействующего на него избыточного давления.
Технической задачей предложения является упрощение конструкции опрессовчного пакера, а также повышение надежности работы и качества герметизации при высоких давлениях опрессовки.
Указанная техническая задача решается предлагаемым опрессовочным пакером, включающим корпус с кольцевым буртом и радиальными отверстиями, узел герметизации с уплотнительным элементом, нижней и верхней втулками.
Новым является то, что узел герметизации снабжен вторым уплотнительным элементом, разделенным с первым промежуточным металлическим кольцом, причем нижняя втулка закреплена на корпусе жестко, а верхняя втулка снаружи снабжена конусной поверхностью сужающейся снизу вверх, при этом корпус снабжен фиксирующим узлом, состоящим из цанги с подпружиненными захватными элементами, оснащенными внутренними конусными поверхностями идентичными конусной поверхности верхней втулки, с которой они взаимодействуют в рабочем положении, после контакта подпружиненных захватных элементов со стыком муфты спрессовываемой колонны труб, причем на наружной поверхности корпуса выполнен замкнутый фигурный паз с чередующимися продольными короткими и длинными проточками, при этом цанга оснащена направляющим штифтом,
который размещен в фигурном пазе так, что при возвратно-поступательном перемещении фиксирующего узла относительно корпуса направляющий штифт поочередно перемещается, то в короткую проточку - транспортное положение, то в длинную проточку - рабочее положение.
На Фиг.1 изображен предлагаемый опрессовочный пакер в продольном разрезе.
На Фиг.2 изображена форма замкнутого фигурного паза, выполненного на наружной поверхности корпуса.
Опрессовочный пакер содержит корпус 1 (см. Фиг.1) с кольцевым буртом 2 и радиальными отверстиями 3. Снизу на наружной поверхности корпуса 1 размещен узел герметизации 4 с двумя уплотнительными элементами 5 и 6, разделенными между собой промежуточным металлическим кольцом 7, причем сверху уплотнительный элемент 5 поджат верхней втулкой 8, упертой сверху в кольцевой бурт 2 корпуса 1, а снизу уплотнительный элемент 6 поджат нижней втулкой 9, завернутой на корпус 1 снизу.
Снаружи корпус 1 снабжен фиксирующим узлом 10, состоящим из цанги 11 с подпружиненными захватными элементами 12, взаимодействующими в рабочем положении со стыком 13 муфты 14 спрессовываемой колонны труб 15. На наружной поверхности корпуса 1 выполнен замкнутый фигурный паз 16 с чередующимися продольными короткими 17 и длинными 18 проточками.
Цанга 11 оснащена направляющим штифтом 19, который размещен в замкнутом фигурном пазе 16 (см. Фиг.2) так, что при возвратно-поступательном перемещении фиксирующего узла 10 относительно корпуса 1 направляющий штифт 19 поочередно перемещается, то в короткую проточку 17 - транспортное положение, то в длинную проточку 18 - рабочее положение. Снаружи верхняя втулка 8 снабжена конусной поверхностью 20, сужающейся снизу вверх, которая идентична внутренним конусным поверхностям 21, которыми снабжены захватные элементы 12 фиксирующего узла 10.
Опрессовочный пакер работает следующим образом:
Устройство посредством присоединительной муфты 22 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 23 (см. Фиг.1) спускают в спрессовываемую колонну труб 15 на необходимую глубину. При этом направляющий штифт 19 находится в транспортном положении (см. Фиг.2) и размещен на короткой продольной проточке 17 замкнутого фигурного паза 16.
Достигнув заданного интервала опрессовки опрессовочный пакер приподнимают вверх примерно на 1 метр и вновь опускают, в результате чего направляющий штифт 19 перемещается из верхней части короткой проточки 17 в верхнюю часть длинной проточки 18 замкнутого фигурного паза 16 (см. Фиг.2). Это происходит потому, что подпружиненные
захватные элементы 12 своими наружными поверхностями (см. Фиг.1) находятся в плотном контакте с внутренними стенками спрессовываемой колонны труб 15, благодаря чему весь фиксирующий узел 10 остается неподвижным, а корпус 1 совершает относительно него возвратно-поступательное движение.
Затем опрессовочный пакер начинают поднимать вверх, при этом фиксирующий узел 10 продолжает оставаться неподвижным, благодаря плотному контакту наружных поверхностей подпружиненных захватных элементов 12 с внутренними стенками опрессовываемой колонны труб 15 до тех пор, пока корпус 1 не поднимется вверх, при этом направляющий штифт 19 (см. Фиг.2) переместится из верхней части длинной проточки 18 в ее нижнюю часть.
В определенный момент произойдет контакт конусной поверхности 20 (см. Фиг.1) верхней втулки 8 герметизирующего узла 4 с идентичными ей внутренними конусными поверхностями 21, которыми снабжены подпружиненный захватные элементы 12 фиксирующего узла 10.
Подъем опрессовочного пакера вверх продолжают, при этом под действием нагрузки, действующей на подпружиненный захватные элементы 12 снизу, благодаря контакту конусной поверхности 20 верхней втулки 8 герметизирующего узла 4 с внутренними конусными поверхностями 21, которыми снабжены захватные элементы 12 фиксирующего узла 10 происходит перемещение подпружиненных захватных элементов 12 вверх до тех пор, пока они не попадут в первый попавшийся стык 13 муфты 14 спрессовываемой колонны труб 15, о чем свидетельствует появление нагрузки на индикаторе веса на устье скважины (на Фиг.1 и 2 не показано).
Затем увеличивают натяжку колонны НКТ 23 вверх, при этом происходит запакеровка уплотнительных элементов 5 и 6, благодаря тому, что нагрузка с фиксирующего узла 10 цанги 11 через внутренние конусные поверхности 21, подпружиненных захватных элементов 12 передается на конусную поверхность 20 верхней втулки 8, которая в свою очередь, воздействуя сверху сжимает вышеупомянутые уплотнительные элементы 5 и 6, поскольку нижняя втулка жестко закреплена на нижнем конце корпуса 1.
Далее на устье скважины с помощью подгоночного патрубка и планшайбы жестко фиксируют колонну НКТ 23, при этом уплотнительные элементы 5 и 6 обеспечивают надежную герметизацию внутреннего пространства спрессовываемой колонны труб 15.
После чего производят опрессовку колонны труб 15. Для этого сначала заполняют скважину технологической жидкостью через колонну НКТ 23, при этом технологическая жидкость попадает в затрубное пространство скважины ( на Фиг.1 и 2 не показано) через
радиальные отверстия 3 корпуса 1, а затем герметизируют устье скважины и создают необходимое давление опрессовки в колонне труб 15.
По окончании опрессовки разгерметизируют устье скважины и снимают планшайбу, после чего приспускают колонну НКТ 23 примерно на 1-2 метра вниз, при этом происходит сначала разгерметизация уплотнительных элементов 5 и 6 герметизирующего узла 4, которые возвращаются в исходное положение, а затем корпус 1 опрессовочного пакера опускается вниз относительно направляющего штифта 19, который как и весь фиксирующий узел 10 остается неподвижным, благодаря тому, что подпружиненные захватные элементы находятся в стыке 13 муфты 14. При этом направляющий штифт 19 (см. Фиг.2) из нижней части длинной проточки 18 перемещается в верхнюю часть короткой проточки 17 замкнутого фигурного паза 16 по направлению движения корпуса 1. При этом конусная поверхность 20 верхней втулки 8 выходит из контакта с внутренними конусными поверхностями 21 подпружиненных захватных элементов 12 (см. Фиг.1), после чего опрессовочный пакер может быть свободно извлечен из скважины или переведен в следующий интервал опрессовки колонны труб 15.
Предлагаемый опрессовочный пакер обладает простой конструкцией, кроме того, он снабжен дополнительным уплотнительным элементом, позволяющим обеспечить надежную герметизацию внутреннего пространства спрессовываемой колонны труб в скважине при высоких давлениях опрессовки, что позволит сократить время на опрессовку колоны труб, а значит снизить материальные и финансовые затраты.