МЕХАНИЧЕСКИЙ ПАКЕР

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использовано при освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин для проведения технологических операций по изоляции зон поглощения в процессе проводки скважин, при цементировании под давлением, при гидроразрыве пластов, их испытании.
Известен «Механический пакер», содержащий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующими продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленный с возможностью осевого перемещения относительно ствола, расположенную на стволе с возможностью радиально - осевого перемещения обойму, установленные в обойме равномерно по ее окружности шлипсы, подпружиненные относительно обоймы в радиальном направлении (а.с. СССР №1686128, Е21В 33/12, 1991 г.).
Недостатком данного устройства является низкая его надежность работы в скважинах с наклонно направленным стволом ввиду того, что для распакеровки посредством осевого перемещения необходим проворот вокруг своей оси либо обоймы со шлипсами, либо ствола совместно с колонной труб, к которой он жестко крепится. А так как в наклонной скважине обойма весом части колонны труб прижата к стенкам скважины, а сама колонна труб лежит на стенках скважины, то возникающие при этом значительные силы трения препятствуют их провороту, который необходим для осуществления пакеровки, в результате чего Механический пакер не выходит из своего транспортного положения и пакеровка скважины становится невозможной, что приводит к срыву выполнения запланированной на скважине той или иной технологической операции.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Механический пакер», содержащий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, со стволом жестко связанную опору, под которой расположены нажимной уплотнительный элемент и конус, который установлен с возможностью осевого перемещения относительно ствола, на стволе расположена с возможностью осевого перемещения обойма с размещенными по ее окружности шлипсы, подпружиненные относительно обоймы в радиальном направлении, удерживаемые ограничителем и выполненные в виде двуплечих рычагов, кольцо, установленное в обойме с возможностью радиального вращения относительно обоймы, но жестко связанное с ней в осевом направлении, направляющих штифтов, жестко диаметрально противоположно посаженных на внутренней поверхности кольца (П №2139408, Е21В 33/12, 1999 г., прототип).
Недостатком данного устройства является низкая надежность работы из-за влияния на нее загрязняющих составляющих скважинной жидкости (частиц песка, шлама, элементов коррозии труб и т.п.), поскольку наружное размещение кольца создает благоприятные условия для попадания загрязняющих составляющих в зазорах между его верхней торцевой частью и нижней торцевой частью обоймы. Наличие загрязняющих составляющих в зазорах приводит к заклиниванию кольца относительно обоймы, в результате чего кольцо с жестко посаженными в нем на внутренней поверхности штифтами не проворачивается. Механический пакер при этом не выходит из своего транспортного положения, пакеровка скважины становится невозможной, что приводит к срыву выполнения запланированных на скважине технологических операций, а именно, для проведения технологических операций по изоляции зон поглощения в процессе проводки скважин, при цементировании под давлением, при гидроразрыве пластов, их испытании и т.п.
Предлагаемый нами «Механический пакер» лишен приведенных выше недостатков, а именно повышает надежность работ, снижает трудовые и материальные затраты, упрощает конструкцию.
Поставленный технический результат достигается тем, что предлагаемый «Механический пакер» содержит ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, опору жестко связанную со стволом, под опорой расположены нажимной уплотнительный элемент и конус, который установлен с возможностью осевого перемещения относительно ствола, на стволе расположена с возможностью осевого перемещения обойма с размещенными по ее окружности шлипсы, подпружиненные относительно обоймы в радиальном направлении, удерживаемые ограничителем и выполненные в виде двуплечих рычагов, кольцо, установленное в обойме с возможностью радиального вращения относительно обоймы и жестко связанное с ней в осевом направлении, направляющих штифтов жестко посаженных диаметрально противоположно на внутренней поверхности кольца, кольцо состоит из двух полуколец и размещено в обойме с зазором в осевом и радиальном направлениях, и он дополнительно снабжен упорной втулкой, установленной в выемке, выполненной в нижней торцевой части обоймы,
На фигуре 1 изображен общий вид Механический пакера в разрезе, на фиг.2 изображено полукольцо с направляющим штифтом в аксонометрии, фиг.3 изображена развертка формы и направления фигурного паза ствола.
Механический пакер состоит из ствола 1 с фигурным пазом 2, расположенным на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися обоюдно симметричными относительно ствола 1 двумя продольными короткими участками 3 и двумя продольными длинными участками 4, опоры 5 жестко связанной со стволом 1. На стволе 1 с фигурным пазом 2 на наружной поверхности выполнены наклонные участки 17 и 18 фигурного паза 2.
Под опорой 5 установлены нажимной, уплотнительный элемент 6 и конус 7. Конус 7 установлен с возможностью осевого перемещения относительно ствола 1.
На стволе 1 расположена с возможностью осевого перемещения обойма 8, на которой равномерно размещены по ее окружности шлипсы 9, поджимаемые в радиальном направлении относительно обоймы 8 пружиной 10 и удерживаемые ограничителем 11, выполненным в виде двуплечего рычага.
Нижняя часть шлипсов 9 выполнена в виде заходного направляющего кулачка 12, который в процессе работы устройства погружается в выемку 16 обоймы 8.
В обойме 8 размещено кольцо 13 с зазором в радиальном и осевом направлении, что обеспечивает возможность радиального вращения кольца 13 относительно обоймы 8, и упорная втулка 14, установленная в выемке, выполненной в нижней торцевой части обоймы 8, и ограничивающая перемещение кольца 13 в осевом направлении.
Кольцо 13 состоит из двух полуколец, на внутренней поверхности которых жестко размещены, по посадке с натягом, диаметрально противоположно направляющие штифты 15. Диаметрально противоположно направляющие штифты 15 размещены вдоль одной оси, перпендикулярно оси Механического пакера. Благодаря такому размещению кольца 13 с диаметрально противоположно направляющими штифтами 15, во - первых, отпадает необходимость в креплении его полуколец друг с другом, что упрощает конструкцию предлагаемого устройства, и во - вторых, снижает вероятность заклинивания загрязняющими частицами скважинной жидкости.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работ Механический пакер находится в вертикальном положении, при этом диаметрально противоположно направляющие штифты 15 за счет собственного веса обоймы 8 занимают начальное положение соответственно в точках  и  фигурного паза 2.
Механический пакер спускают на НКТ (на фиг. не показано) в скважину и в начале спуска заходные направляющие кулачки 12, своей нижней частью зафиксированные в выемке 16 обоймы 8, находятся в контакте с НКТ за счет сил трения, что позволяет переместиться обойме 8 вверх относительно Механического пакера, при этом диаметрально противоположно направляющие штифты 15 скользят по обоюдно симметричным наклонным участкам 18 фигурного паза 2, затем по продольным коротким участкам 3 фигурного паза 2, в точки  и  фигурного паза 2 и Механический пакер занимает транспортное положение. При переходе диаметрально противоположно направляющих штифтов 15 из точек  и  фигурного паза 2 в точки  и  фигурного паза 2 кольцо 13 совершает радиальный поворот относительно оси ствола 1 и обоймы 8, при этом обойма 8 в радиальном направлении остается неподвижной.
При дальнейшем спуске Механического пакера к зоне пакеровки в контакте со стенкой НКТ находятся заходные направляющие кулачки 12 шлипсов 9, при этом верхние части, содержащие зубья, прижаты к стволу 1, образуя зазор со стенкой НКТ, который обеспечивает исключение контакта и износа зубьев шлипсов 9.
При достижении заданной глубины пакеровки осуществляют подъем инструмента на 0,3-0,5 м. При этом обойма 8 со шлипсами 9 за счет движения диаметрально противоположно направляющих штифтов 15 по обоюдно симметричным продольным коротким участкам 3 и наклонным участкам 17 фигурного паза 2 в точки  и  фигурного паза 2 перемещается вниз вдоль оси ствола 1. При этом обойма 8 остается неподвижной за счет силы трения заходных направляющих кулачков 12 о стенки скважины, а радиальный проворот относительно оси совершает кольцо 13 совместно с диаметрально противоположно направляющими штифтами 15, жестко посаженных в нем.
Затем продолжают спуск НКТ и диаметрально противоположно направляющие штифты 15 из точек  и  фигурного паза 2 перемещаются по обоюдно симметричным относительно оси ствола 1 наклонным участкам 18 фигурного паза 2, затем по длинным продольным участкам 4 фигурного паза 2 в точки  и  (рабочее положение) и кольцо 13 совместно с диаметрально противоположно направляющими штифтами 15 совершает радиальный проворот относительно оси. Шлипсы 9 входят в контакт с конусом 7, раздвигаясь от центра к стенкам скважины, и прижимаются к внутренней поверхности стенки НКТ, что обеспечивает установку Механического пакера в рабочее положение. Нижняя часть заходных направляющих кулачков 12 погружается в выемки 16 обоймы 8, а верхняя часть шлипсов 9, содержащая зубья, входит в зацепление с НКТ. Приложенная к Механическому пакеру нагрузка от веса инструмента через опору 5 и конус 7 передается нажимному уплотнительному элементу 6. Уплотнительный элемент 6 деформируется и герметизирует межтрубное пространство скважины.
Для перемещения инструмента вверх или вниз по стволу скважины производят его движение вверх. Диаметрально противоположно направляющие штифты 15 перемещаются вниз по длинным продольным участкам 4 и наклонным участкам 17 фигурного паза 2 в точки  и  фигурного паза 2. Кольцо 13 совершает проворот относительно оси, нажимной уплотнительный элемент 6 восстанавливает свою форму, а конус 7 освобождает шлипсы 9.
Механический пакер снимается с места установки. Это дает возможность перемещать Механический пакер вверх или вниз.
Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить его надежность в работе за счет предотвращения заклинивания кольца загрязняющими частицами и тем самым исключить его повторные спуски, влекущие за собой большие трудовые и материальные затраты.