ВОДОНАБУХАЮЩИЙ ПАКЕР
SWELLABLE PACKER

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разобщении и изоляции интервалов скважины.
Известен пакер, включающий полый ствол, на котором установлен уплотнительный элемент, выполненный из набухающего эластомера, на наружной поверхности которого или ее части выполнены кольцевые канавки произвольной формы. На стволе у концевых участков уплотнительного элемента имеются защитные кольца, закрепленные на стволе (патент на полезную модель №86650, кл. Е21В 33/12, опубл. 10.09.2009).
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является пакер, состоящий из полого корпуса с опорами и установленным на нем уплотнительным элементом из водонабухающего полимера (патент на полезную модель №70543, кл. Е21В 33/12, опубл. 27.01.2008 - прототип).
Общим недостатком известных технических решений является невысокая изолирующая способность пакера, особенно в наклонных и горизонтальных скважинах, и слабый узел крепления упорных колец.
В предложенном изобретении решается задача повышения изолирующей способности пакера и его жесткой фиксации относительно упорных колец.
Задача решается тем, что в водонабухающем пакере, включающем корпус, упорные кольца и уплотнительный элемент из водонабухающего полимера, согласно изобретению упорные кольца со стороны, противоположной уплотнительному элементу, снабжены цанговыми фиксаторами, выполненными с возможностью обжатия обжимными кольцами, с другой стороны упорные кольца снабжены канавкой около корпуса, упорные кольца изготовлены из стали, более прочной материала стали корпуса, а сверху и снизу от упорных колец на корпусе размещены центраторы-турбулизаторы.
Сущность изобретения
Общим недостатком известных водонабухающих пакеров является невысокая изолирующая способность пакера, особенно в наклонных и горизонтальных скважинах. Это обусловлено тем, что даже в вертикальных скважинах пакер касается одной стороной стенки скважины. Контакт с водой, вызывающей набухание, осуществляется преимущественно с противоположной стороны. Пакер набухает однобоко, преимущественно с одной стороны. Расстояние от корпуса пакера до стенки скважины оказывается равным удвоенному зазору между пакером и стенкой. Прижатие набухающего полимера к стенкам скважины оказывается разным. При больших перепадах давления перед и после пакера такого прижатия оказывается недостаточно для разобщения или изоляции интервалов скважины. Особенно этот недостаток проявляется в горизонтальных скважинах, где пакер лежит на стенке ствола скважины. В процессе спуска пакера в скважину происходит страгивание с места и скольжение упорных колец и уплотнительного элемента вдоль корпуса пакера. Возникает переток жидкости не только вдоль стенки скважины, но и вдоль корпуса пакера. Изолирующая способность пакера снижается. В предложенном изобретении решается задача повышения изолирующей способности пакера. Задача решается следующим образом.
В водонабухающем пакере, включающем корпус, упорные кольца и уплотнительный элемент из водонабухающего полимера, упорные кольца со стороны, противоположной уплотнительному элементу, снабжены цанговыми фиксаторами, выполненными с возможностью обжатия обжимными кольцами, с другой стороны упорные кольца снабжены канавкой около корпуса, упорные кольца изготовлены из стали, более прочной материала стали корпуса, а сверху и снизу от упорных колец на корпусе размещены центраторы-турбулизаторы.
На фиг. 1 представлен заявленный пакер в сборе перед спуском его в скважину.
На фиг. 2 представлен пакер в разрезе без центраторов-турбулизаторов.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения: 1 - корпус, 2 - упорные кольца, 3 - уплотнительный элемент из водонабухающего полимера; 4 - центраторы-турбулизаторы.
На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 5 - цанговый фиксатор, 6 - обжимное кольцо, 7 - канавка, 8 - отверстия с резьбой, 9 - винт; 10 - насечки; 11 - разрезы.
Пакер собирают следующим образом.
На корпусе 1 размещают упорные кольца 2, вворачивают в отверстия 8 винты 9 до закрепления упорных колец 2 на корпусе 1. Укладывают на корпус 1 уплотнительный элемент 3 с размещением его в канавке 7. На цанговые фиксаторы 5 надвигают обжимные кольца 6. На внутренней части цангового фиксатора имеются поперечные насечки 10 и продольные разрезы 11. Насечки 10 способствуют зацеплению элементов цанги за тело корпуса 1, за счет продольных разрезов 11 происходит плотное прижатие к корпусу 1.
Пакер спускают в скважину на колонне обсадных или насосно-компрессорных труб в заданный интервал. При сборке на устье скважины устанавливают центраторы-турбулизаторы 4 в интервале соединения пакерной трубы с предыдущей и последующей трубой. Заменяют скважинную жидкость на пресную воду и проводят технологическую выдержку до набухания уплотнительного элемента 3.
Центраторы-турбулизаторы 4 представляют собой центрирующий элемент с несколькими внешними лопастями в количестве 3-5 штук на окружности с углом наклона лопастей 35-40° к оси корпуса. Отношение высоты лопасти к диаметру корпуса 0,35-0,45. Центраторы-турбулизаторы центрируют расположение корпуса пакера относительно стенок скважины. В процессе замещения пресной водой центраторы-турбулизаторы создают турбулентный режим течения жидкостей, увеличивая степень замещения скважинной жидкости водой в интервале установки пакера и в зазоре между уплотнительным элементом и стенкой скважины, тем самым увеличивая скорость и степень набухания водонабухающего пакера. Такой способ установки и активации водонабухающего пакера обеспечивает работоспособность пакера в пластовых водах с любой степенью минерализации.
Упорные кольца изготовлены из стали марки не ниже, чем Сталь 40Х ГОСТ 4543-71, которая кратно прочнее материала трубы корпуса. Цанга заклинивается и выдерживает осевую нагрузку до 50 тонн, тем самым надежно защищая тело пакера от страгивания и перемещения по телу трубы.
Промысловые испытания пакера на скважинах показали полную изолирующую способность пакера.
Применение предложенного пакера позволит повысить качество разобщения пластов с высокой изолирующей способностью пакера.