Пакер скважинный механический
DOWNHOLE MECHANICAL PACKER

Изобретение относится к оборудованию для нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для длительного герметичного разобщения интервалов ствола обсадной колонны при освоении и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин.
Известен пакер, содержащий шток, установленный на штоке уплотнительный элемент. Над уплотнительным элементом размещены конус, верхний корпус с подпружиненными верхними плашками, под уплотнительным элементом размещены конус, фиксатор, нижний корпус с подпружиненными планками и нижними плашками. Над уплотнительным элементом размещен кожух. Конус выполнен разрезным с возможностью радиального раскрытия и с внутренней радиальной выборкой (патент №2120023, МПК E21B 33/12, опубликован 10.10.1998).
Недостатком известного пакера является то, что в процессе эксплуатации над пакером в затрубном пространстве могут оседать механические примеси, что осложняет срыв пакера и извлечение его из скважины после окончания работ.
Известен пакер механический, содержащий переводник, шток, уплотнительные элементы, верхний механический якорь, состоящий из верхнего корпуса с подпружиненными верхними плашками, подпружиненного разрезного конуса, нижний механический якорь, механизм регулятора нагрузки. Между переводником и верхним корпусом верхнего механического якоря установлена опорная втулка с уплотнительной манжетой (патент №191401, МПК E21B 33/129, опубликован 05.08.2019).
Недостатком известного пакера является то, что уплотнительная манжета, в рабочем положении находящаяся в сжатом состоянии, при натяжении штока переходит в исходное разжатое состояние, и поэтому не обеспечивает защиту пакера от присыпания механическими примесями при проведении различных технологических операций, предусматривающих натяжение колонны труб.
Технической задачей является обеспечение защиты пакера от присыпания механическими примесями с возможностью сохранения манжеты в рабочем положении при натяжении колонны труб при проведении технологических операций в скважине до достижения определенной растягивающей нагрузки для срыва пакера.
Поставленная задача решается пакером скважинным механическим, содержащим переводник, шток, уплотнительные элементы, механический якорь, механизм регулятора нагрузки, установленные между переводником и корпусом механического якоря втулку с манжетой, при этом, согласно изобретению, втулка соединена с переводником и выполнена со ступенчатой наружной поверхностью, между верхней и нижней ступенями выполнен конический переход, манжета размещена на нижней ступени втулки, имеет внутреннюю коническую поверхность, взаимодействующую с коническим переходом втулки, и установлена с возможностью перемещения на верхнюю ступень втулки, механизм регулятора нагрузки содержит фиксирующий элемент, установленный с возможностью взаимодействия с наружным выступом штока.
Кроме того, верхняя часть корпуса механического якоря выполнена с возможностью зацепления с выступом, выполненным в нижней части манжеты.
Кроме того, пакер скважинный механический содержит нижний механический якорь.
На фиг. 1 приведена схема пакера скважинного механического в транспортном положении, на фиг. 2 показана верхняя часть пакера.
Пакер скважинный механический содержит шток 1, установленные на штоке 1 уплотнительные элементы 2, механический якорь, состоящий из корпуса 3, плашек 4, поджатых пружиной 5 через упор 6, и разрезного конуса 7. Верхняя часть штока 1 через переводник 8 соединяется с колонной труб (на фиг. не показана). Между переводником 8 и корпусом 3 механического якоря установлена втулка 9 с манжетой 10 для защиты пакера от присыпания механическими примесями во время эксплуатации. Втулка 9 соединена с переводником 8 и выполнена со ступенчатой наружной поверхностью, между верхней 11 и нижней 12 ступенями выполнен конический переход 13 (фиг. 2). Манжета 10 установлена на нижней ступени 12 втулки 9 и имеет внутреннюю коническую поверхность, взаимодействующую с коническим переходом 13 втулки 9. Верхняя часть корпуса 3 механического якоря расположена на втулке 9 и упирается в манжету 10, а также выполнена с возможностью зацепления с выступом 14, выполненным в нижней части манжеты 10, для чего имеет внутренний выступ 15 в верхней части.
Механизм регулятора нагрузки содержит фиксирующий элемент 16, установленный с возможностью взаимодействия с наружным выступом 17 штока 1. Фиксирующий элемент 16 поджат втулкой 18 и кольцевой пружиной 19. Фиксирующим элементом 16 механизма регулятора нагрузки может быть также внутренний буртик цанги (на фиг. не показана), установленный с возможностью взаимодействия с наружным выступом 17 штока 1.
Пакер скважинный механический работает следующим образом.
Пакер спускают в скважину на колонне труб на требуемую глубину. Пакер устанавливают в скважине либо с упором на забой, либо без упора на забой. В случае если пакер устанавливают в скважине без упора на забой, т.е. при наличии нижнего механического якоря (на фиг. не показан), то перевод его в рабочее положение производят путем осевых перемещений колонны труб известным способом.
После спуска пакера до упора на забой скважины, колонну труб разгружают для пакеровки. При движении штока 1 вниз уплотнительные элементы 2 сжимаются до соприкосновения их со стенками эксплуатационной колонны, герметизируя подпакерную зону. При определенном настроенном значении осевой сжимающей нагрузки, создаваемой весом колонны труб, произойдет срабатывание механизма регулятора нагрузки: фиксирующий элемент 16, преодолевая сжатие втулкой 18 и кольцевой пружины 19, взаимодействует с наружным выступом 17 штока 1 и проскакивает его снизу вверх. При движении штока 1 вниз корпус 3 механического якоря, упираясь в манжету 10, перемещает ее вверх на верхнюю ступень 11 втулки 9, при этом манжета 10 растягивается в диаметре и перекрывает затрубное пространство выше механического якоря, тем самым обеспечивая защиту пакера от присыпания механическими примесями в процессе эксплуатации его в скважине. Разрезной конус 7 раскрывается в радиальном направлении и фиксируется в раскрытом положении радиальным выступом 20 штока 1. Плашки 4, взаимодействуя с разрезным конусом 7, раздвигаются радиально и зацепляются за стенками эксплуатационной колонны. Механический якорь фиксируется в рабочем положении, что предотвращает срыв пакера при натяжении колонны труб при проведении различных технологических операций. При этом, при натяжении колонны труб до достижения определенной растягивающей нагрузки для срыва пакера, настраиваемой механизмом регулятора нагрузки, манжета 10 остается в рабочем положении – в растянутом состоянии на верхней ступени 11 втулки 9, защищая пакер от присыпания механическими примесями.
Для повышения надежности герметизации подпакерной зоны и уменьшения нагрузки для посадки пакера, наружный выступ 17 штока 1 может быть выполнен в  виде последовательно расположенных, по меньшей мере, двух буртиков. Перед проскакиванием фиксирующего элемента 16 (или внутреннего буртика цанги, в случае выполнения механизма регулятора нагрузки в виде цанги, на фиг. не показана) снизу вверх через первый (нижний) буртик наружного выступа 17 штока 1, уплотнительные элементы 2 сжимаются на определенную нагрузку. После проскакивания фиксирующий элемент 16 устанавливается между первым (нижним) и вторым буртиками наружного выступа 17, предотвращая тем самым обратное разжатие уплотнительных элементов 2. При дальнейшем перемещении штока 1 вниз и проскакивании фиксирующего элемента 16 через второй буртик наружного выступа 17, уплотнительные элементы 2 удерживаются в сжатом положении, происходит установка манжеты 10 и зацепление плашек 4 со стенками эксплуатационной колонны. Таким образом, уменьшается нагрузка для посадки пакера, так как не требуется дожатие уплотнительных элементов 2 после зацепления плашек 4 со стенками эксплуатационной колонны.
Пакер скважинный механический переводится в транспортное положение натяжением колонны труб при определенной осевой растягивающей нагрузке. При этом шток 1 перемещается вверх относительно механического якоря, и при превышении определенной заданной нагрузки срабатывает механизм регулятора нагрузки: фиксирующий элемент 16 (или внутренний буртик цанги, в случае выполнения механизма регулятора нагрузки в виде цанги, на фиг. не показана) проскакивает буртики наружного выступа 17 штока 1 сверху вниз. В результате манжета 10 перемещается обратно на нижнюю ступень 12 втулки 9, при этом корпус 3 механического якоря тянет манжету 10 вниз за выступ 14. Происходит переход плашек 4 механического якоря в транспортное положение, и уплотнительные элементы 2 принимают исходную форму.
Таким образом, обеспечивается защита пакера от оседания механических примесей в процессе эксплуатации его в скважине, а также при проведении различных технологических операций в скважине, предусматривающих натяжение колонны труб, и, соответственно, уменьшение нагрузки для срыва пакера и беспрепятственное извлечение его из скважины после окончания работ.