ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПАКЕР
HYDRAULIC PACKER

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано в процессе их крепления, а именно в гидравлических пакерах, устанавливаемых на обсадной колонне для разобщения пластов в скважинах.
Известен гидромеханический пакер, включающий связанный с колонной труб полый корпус с боковыми каналами, установленные на нем эластичную манжету с упором в нижней части и подвижный в осевом направлении радиально-распорный элемент, выполненный с кольцевой расточкой, образующей с корпусом камеру с неподвижной перегородкой и односторонне подвижным в осевом направлении относительно радиально-распорного элемента поршнем (А.с. СССР №1318005, кл. E21B 33/12, 1985 г.).
Пакер отличается низкой герметизирующей способностью при разобщении пластов в скважине и является ненадежным в работе.
Известен также гидромеханический пакер, устанавливаемый на обсадной колонне, содержащий корпус с центральным и впускным каналами, уплотнительный элемент, полый срезной элемент, установленный на корпусе и выступающий в центральный канал корпуса, клапанный узел, расположенный между корпусом и наружной втулкой, сообщающийся в рабочем положении с центральным каналом корпуса через его впускной канал, включающий поршень с пружиной и клапан с уплотнительным кольцами (А.с. СССР №1627665, кл. E21B 33/12, 1989 г.).
Недостатком известного пакера является невысокая надежность его работы и низкая герметизирующая способность при разобщении пластов в скважине.
Задача изобретения - повышение надежности работы устройства и герметизирующей способности пакера при установке его на обсадной колонне.
Поставленная задача достигается тем, что в гидравлическом пакере, содержащем корпус с центральным и впускным каналами, уплотнительный элемент, полый срезной элемент, установленный на корпусе и выступающий в центральный канал корпуса, клапанный узел, расположенный между корпусом и наружной втулкой, сообщающийся в рабочем положении с центральным каналом корпуса через его впускной канал, включающий поршень с пружиной и клапан с уплотнительными кольцами, новым является то, что он снабжен корпусом клапанного узла и внутренней втулкой, соединенной с корпусом пакера, клапанный узел размещен в корпусе клапанного узла и в кольцевом пространстве между наружной втулкой, соединенной с корпусом клапанного узла и внутренней втулкой, состоит из четырех выполненных за одно целое поршней-клапанов, расположенных по окружности через 90°, упирающихся в подпружиненный переключатель, выполненный в виде втулки с четырьмя симметрично расположенными по ее образующей, через 90°, фигурными пазами, в которых размещены четыре штифта, жестко закрепленные на внутренней втулке с возможностью перемещения переключателя с поворотом относительно штифтов при возвратно-поступательных перемещениях поршней-клапанов, а края уплотнительного элемента закреплены стаканами и подстаканниками, между которыми располагаются участки уплотнительного элемента, при этом в корпусе клапана, клапанном узле, между наружной и внутренней втулками, корпусом пакера и внутренней втулкой, стаканом и подстаканником, подстаканником и корпусом пакера, имеются каналы, обеспечивающие в рабочем положении сообщение с центральным каналом корпуса и полостью под уплотнительным элементом, кроме того, к стаканам прикреплены втулки, имеющие конические участки, расположенные в сторону открытого участка уплотнительного элемента, с возможностью пластической деформации конических участков втулок при рабочем положении уплотнительного элемента, а на корпусе клапанного узла, по окружности через 90°, установлены четыре полых срезных элемента, на которые надеты резиновые манжеты.
На фиг.1 показан пакер в исходном положении; на фиг.2 - в процессе приведения его в действие; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - вид по стрелке В на фиг.1.
Гидравлический пакер (фиг.1), устанавливаемый на обсадной колонне (не показана), включает корпус 1 с центральным 2 и впускным 3 каналами, уплотнительный элемент 4, четыре полых срезных элемента 5, установленные на корпусе клапанного узла 8 по окружности через 90° и выступающие в центральный канал 2, клапанный узел 6, расположенный между корпусом 1 и наружной втулкой 7, сообщающийся в рабочем положении (фиг.2) с центральным каналом 2 через впускной канал 3. Клапанный узел 6 состоит из корпуса клапанного узла 8, четырех выполненных за одно целое поршней-клапанов 9 с уплотнительными кольцами 10, пружин 11 и подпружиненного переключателя 12, в который упираются поршни-клапаны 9 (фиг.1). Четыре поршня-клапана 9 расположены по окружности через 90° (фиг.3). Переключатель 12 выполнен в виде втулки с четырьмя симметрично расположенными по ее образующей, через 90°, фигурными пазами, в которых размещены четыре штифта 13 (фиг.4), жестко закрепленные на внутренней втулке 14 (фиг.1). Края уплотнительного элемента 4 закреплены с помощью стаканов 15 и подстаканников 16, между которыми располагаются участки уплотнительного элемента 4. В корпусе клапанного узла 8, клапанном узле 6, между наружной втулкой 7 и внутренней втулкой 14, корпусом пакера 1 и внутренней втулкой 14, стаканом 15 и подстаканником 16, подстаканником 16 и корпусом пакера 1, имеются каналы, обеспечивающие в рабочем положении пакера сообщение с центральным каналом 2 корпуса 1 и полостью 17 под уплотнительным элементом 4 (фиг.2). К стаканам 15 прикреплены втулки 18, имеющие конические участки, расположенные в сторону открытого участка уплотнительного элемента 4. На все полые срезные элементы 5 надеты резиновые манжеты 19. Для соединения с обсадными трубами пакер имеет верхний 20 и нижний 21 переводники (фиг.1).
Гидравлический пакер работает следующим образом (фиг.2).
При прохождении по обсадной колонне (не показана) и центральному каналу 2 корпуса 1 цементировочной пробки (не показана) последняя разрушает срезные элементы 5, таким образом устраняется перекрытие дном срезных элементов 5 впускных каналов 3 для передачи давления из полости обсадной колонны. Резиновые манжеты 19, надетые на полые срезные элементы 5, облегчают процесс их слома, в момент прохождения цементировочной пробки и исключают возможность попадания частей разрушенных срезных элементов 5 на «стоп»-кольцо (не показано) цементировочной пробки. В случае попадания частей разрушенных срезных элементов на «стоп»-кольцо цементировочная пробка может перепускать буровой раствор или может быть заклинена. После прохода цементировочной пробки и посадки ее на «стоп»-кольцо раствор поступает по впускным каналам 3 в клапанный узел 6, а затем воздействует на поршни-клапаны 9, перемещая переключатель 12 на величину малого хода, вследствие чего неподвижные штифты 13 переходят из положения 1 в положение 2 (фиг.1, 4). Одновременно с осевым перемещением переключатель 12 совершает поворот под действием наклонной грани фигурного паза (фиг.4). Во время этого подготовительного цикла уплотнительные кольца 10 остаются на своих посадочных местах, обеспечивая герметичность клапанного узла 6. Затем сбрасывают давление в цементировочной головке и пружины 11 перемещают переключатель 12 в обратном направлении, а неподвижные штифты 13 занимают положение 3 (фиг.4). При дальнейшем повышении давления в цементировочной головке раствор опять поступает в клапанный узел 6, воздействует на поршни-клапаны 9, перемещая их на такую величину, при которой уплотнительные кольца 10 выходят из своих посадочных мест, переключатель 12 перемещается с помощью четырех поршней-клапанов 9 и штифты 13 занимают положение 4 (фиг.4). В этот момент раствор из центрального канала 2 поступает по соединенным между собой каналам в корпусе клапана 8, клапанном узле 6, между наружной 7 и внутренней 14 втулками, корпусом пакера 1 и внутренней втулкой 14, стаканом 15 и подстаканником 16, подстаканником 16 и корпусом пакера 1, в полость 17 под уплотнительным элементом 4, и тем самым раздувает уплотнительный элемент, разобщая таким образом заколонное пространство скважины (фиг.2). При проведении пакеровки уплотнительный элемент 4, раздуваясь, деформирует конические участки втулок 18. Назначение втулок 18 с коническими участками - повысить давление при пакеровке, которое может выдержать уплотнительный элемент 4, т.е. увеличить его герметизирующую способность и повысить надежность работы пакера. Заполнение уплотнительного элемента 4 в процессе пакеровки происходит примерно 5 минут, после чего сбрасывают давление и пружины 11 перемещают переключатель 12 в конечное положение и штифты 13 занимают положение 5. Направляющие штифты 13 оказываются при этом в самом последнем коротком пазе, который уже не позволяет раствору попасть под уплотнительный элемент при повторных повышениях давления. При повышении давления произойдет только небольшое перемещение переключателя 12 на величину короткого паза и штифты 13 займут положение 6 (фиг.4).
Преимущества предлагаемого гидравлического пакера по сравнению с прототипом заключаются в следующем.
Обеспечивается более надежная работа клапанного узла за счет четырех симметрично расположенных по окружности поршней-клапанов, воздействующих на переключатель с четырьмя симметрично расположенными фигурными пазами. Достигается более высокая надежность работы всего пакера, за счет того, что он снабжен корпусом клапанного узла и внутренней втулкой, соединенной с корпусом пакера, а клапанный узел размещен в корпусе клапанного узла и в кольцевом пространстве между наружной втулкой, соединенной с корпусом клапанного узла и внутренней втулкой. Устранена возможность сбоев или полного отказа в работе пакера, за счет резиновых манжет, надетых на четыре полых срезных элемента.
Существенно повышена надежность работы уплотнительного элемента и его герметизирующая способность за счет крепления уплотнительного элемента с помощью стаканов и подстаканников, а также наличия втулок с коническими участками, пластически деформируемых в процессе пакеровки.