ПАКЕР-ПРОБКА

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного перекрытия ствола скважины при проведении изоляционных работ при капитальном ремонте скважин, исследовании пластов, эксплуатации или закачке в них жидкости.
Известен пакер (патент РФ №2137901, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. в бюл. №26 от 20.09.1999 г.), содержащий полый ствол с заглушкой и упором, установочный фиксатор, приводной корпус и шток установочного гидроцилиндра, размещенные на стволе конус со шлипсами, уплотнительный элемент и фиксатор положения уплотнительного элемента с удерживающими губками.
Недостатком пакера является сложность конструкции, обусловленная наличием сложных деталей, таких как конус, фиксатор положения уплотнительного элемента с удерживающими губками, конические вкладыши, которые требуют высокой точности при изготовлении и значительно усложняют сборку, что возможно выполнить только в специализированных мастерских. Невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы пакера.
Наиболее близким по технической сущности является пакер-пробка (патент РФ №2259466, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. в бюл. №24 от 27.08.2005 г.), включающий ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, основной конус, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», съемный узел, фиксирующие шарики, установленные в отверстиях ствола и взаимодействующие со съемным узлом, корпус и шток посадочного инструмента, и срезные элементы, при этом пакер снабжен дополнительным конусом, установленным, как и основной, на стволе, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», причем последние имеют насечки противоположного направления основным шлипсам, а также - упорным кольцом с продольными окнами со стороны ствола, расположенным между основными и дополнительными шлипсами, связанными с торцами упорного кольца Т-образным соединением; ствол снабжен упорами, установленными по периметру и на одном уровне между дополнительными шлипсами с возможностью прохода через окна в
упорном кольце и взаимодействующими в рабочем положении с основным конусом; ствол имеет на внутренней поверхности цилиндрическую выборку, а съемный узел выполнен в виде патрубка с цилиндрической выборкой в верхней части по наружной поверхности; основной конус со стволом соединен через срезные элементы, а шток посадочного инструмента с заглушкой - через разрывной элемент.
Недостатками данной конструкции являются:
во-первых, сложный технологический процесс извлечения, поскольку необходимо сначала приподнимать пакер-пробку, а затем его опускать, ударяя съемным узлом о заглушку, при этом если ловильный инструмент спущен в скважину на канате, то необходимо подбирать вес груза таким образом, чтобы силы удара съемного узла о заглушку хватило для того, чтобы дополнительный конус опустился вниз;
во-вторых, много зависимых друг от друга деталей, которые в процессе извлечения могут привести к заклиниванию дополнительных шлипсов, вследствие чего возникает аварийная ситуация в скважине.
Задачей полезной модели является упрощение технологии извлечения пакер-пробки, а также его гарантированное извлечение из скважины.
Указанная задача решается предлагаемым пакером-пробкой, включающим ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, основной конус, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», съемный узел, фиксирующие шарики, установленные в отверстиях ствола и взаимодействующие со съемным узлом, корпус и шток посадочного инструмента и срезные элементы, при этом пакер снабжен дополнительным конусом, установленным, как и основной, на стволе, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», причем последние имеют насечки противоположного направления основным шлипсам, а также - упорным кольцом с продольными окнами со стороны ствола, расположенным между основными и дополнительными шлипсами, связанными с торцами упорного кольца Т-образным соединением, при этом ствол снабжен упорами, установленными по периметру и на одном уровне между дополнительными шлипсами с возможностью прохода через окна в упорном кольце и взаимодействующими в рабочем положении с основным конусом, причем ствол имеет внутреннюю цилиндрическую выборку, а съемный узел выполнен в виде патрубка с цилиндрической выборкой в верхней части по
наружной поверхности, при этом основной конус со стволом соединен через срезные элементы.
Новым является то, что в средней части съемного узла выполнен наружный кольцевой выступ, а внутренняя цилиндрическая выборка ствола выполнена ступенчатой, в нижней ступени которой наружным кольцевым выступом размещен съемный узел, подпружиненный сверху от ствола, причем заглушка выполнена в виде глухой поперечной перегородки, установленной внутри ствола, и полой втулки, жестко закрепленной к дополнительному конусу снаружи, при этом шток посадочного инструмента установлен внутри съемного узла и соединен с глухой поперечной перегородкой разрывным элементом, причем снизу в глухую поперечную перегородку уперт подпружиненный вниз полый стакан, размещенный внутри на нижнем конце ствола, при этом ствол ниже глухой поперечной перегородки снабжен сквозным вертикальным пазом, в котором с возможностью осевого перемещения установлен палец, соединенный с одной стороны с дополнительным конусом, а с другой - с подпружиненным полым стаканом.
На фиг.1 изображен предлагаемый пакер-пробка в продольном разрезе.
На фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.
На фиг.3 - вид I крупным планом.
Пакер-пробка состоит из ствола 1 (фиг.1) с внутренней ступенчатой цилиндрической выборкой 2, с наружной стороны которого установлены уплотнительный элемент 3 с упором 4. Выше последнего находится упорная втулка 5, а между ней и упором 4 - фиксирующее кольцо 6 с насечками (фиг.3). На стволе 1 (фиг.1) напротив упора 4 выполнены кольцевые насечки 7 противоположного направления насечкам кольца 6. Ниже уплотнительного элемента 3 расположены основной конус 8 с основными шлипсами 9, упорное кольцо 10 и дополнительный конус 11 с дополнительными шлипсами 12. Основные шлипсы 9 и дополнительные шлипсы 12 с основным конусом 8 и дополнительным конусом 11, соответственно, связаны соединением «ласточкин хвост», а с торцами упорного кольца 10 - Т-образным соединением. Ствол 1 снабжен упорами 13 (фиг.2), расположенными по периметру и на одном уровне между дополнительными шлипсами 12 с возможностью прохода через окна 14 в упорном кольце 10 (фиг.1) и взаимодействующими в рабочем положении с основным конусом 8.
Внутри ствола 1 телескопически установлен съемный узел 15 в виде патрубка с наружной цилиндрической выборкой 16 в верхней части. В средней части съемного узла 15 выполнен наружный кольцевой выступ 17, которым съемный узел 15 размещен в нижней ступени внутренней ступенчатой цилиндрической выборки 2 ствола 1, кроме того, съемный узел 15 подпружинен сверху посредством пружины 18 от ствола 1 и имеет возможность осевого перемещения относительно ствола 1 в пределах нижней ступени ступенчатой цилиндрической выборки 2 при извлечении пакер-пробки. В нижней части ствола 1 расположены радиальные отверстия 19, в которых установлены фиксирующие шарики 20.
Заглушка выполнена в виде глухой поперечной перегородки 21, установленной внутри ствола 1, и полой втулки 22, жестко закрепленной к дополнительному конусу 11 снаружи. Глухая поперечная перегородка 21 и ствол 1 выполнены в виде единой детали. Шарики 20 взаимодействуют с одной стороны со съемным узлом 15, а с другой стороны - с полой втулкой 22, жестко соединенной с дополнительным конусом 11. Срезными элементами 23 ствол 1 соединен с основным конусом 8. На упор 4 сверху опирается корпус 24 посадочного инструмента. Шток 25 посадочного инструмента установлен внутри съемного узла 15 и соединен с глухой поперечной перегородкой 21 заглушки разрывным элементом 26. Снизу в глухую поперечную перегородку 21 уперт подпружиненный посредством пружины 27 вниз полый стакан 28, размещенный внутри на нижнем конце ствола 1, причем пружина 27 (см. фиг.1) находится в сжатом состоянии.
Ствол 1 ниже глухой поперечной перегородки 21 снабжен сквозным вертикальным пазом 29, в котором с возможностью осевого перемещения установлен палец 30, жестко соединенный с одной стороны с дополнительным конусом 11, а с другой - с подпружиненным полым стаканом 28.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 31, 32.
Работает устройство следующим образом.
Пакер-пробку в транспортном положении (фиг.1) опускают в требуемый интервал скважины, после чего приводят в действие посадочный инструмент. При этом его корпус 24 оказывает давление на упор 4, а шток 25, соединенный разрывным элементом 26 с глухой поперечной перегородкой 21, тянет вверх ствол 1 и детали 8, 9, 10, 11 и 12.
В этот момент происходит сжатие уплотнительного элемента 3 и прижатие его к обсадной колонне. При расчетной нагрузке происходит разрушение срезных элементов 23, после чего основной 8 и дополнительный 11 конусы наезжают на шлипсы 9 и дополнительные шлипсы 12, соответственно, раздвигают их, последние приходят в соприкосновение с обсадной колонной, происходит фиксация устройства в скважине. При дальнейшей натяжке штока 25 посадочного инструмента осуществляется досжатие уплотнительного элемента 3. Кольцо 6 фиксирует положение уплотнительного элемента в окончательном запакерованном состоянии.
По достижении расчетной нагрузки посадки пакера разрывной элемент 26 разрушается, освобождая тем самым посадочный инструмент, который после этого извлекается из скважины, а пакер-пробка остается в изолированном интервале скважины, после чего в скважине проводят запланированный объем работ. Для снятия пакера-пробки в скважину спускают ловильный инструмент (на фиг. не показан), которым залавливают пакер-пробку за нижний торец наружной цилиндрической выборки 16 съемного узла 15.
Далее делают натяжку ловильного инструмента, при этом пружина 18, находящаяся в нижней ступени внутренней ступенчатой цилиндрической выборки 2 ствола 1, сжимается, а съемный узел 15 своим наружным кольцевым выступом 17 приподнимается на величину «L» относительно ствола 1 в пределах нижней ступени внутренней ступенчатой цилиндрической выборки 2 (фиг.1). При этом фиксирующие шарики 20 из радиальных отверстий 19 выпадают во внутрь стола 1, в связи с чем последний освобождается от смежных деталей. При дальнейшем подъеме съемного узла 15 вместе со стволом 1 снимается нагрузка с уплотнительного элемента 3 и он приходит в исходное положение. Упоры 13 воздействуют на основной конус 8, в результате чего он приподнимается и снимает нагрузку с основных шлипсов 9, которые сдвигаются к центру и отходят от обсадной колонны.
Одновременно с этим дополнительный конус 11, освободившийся от фиксации с шариками 20, совместно с полым стаканом 28, с которым соединен посредством пальца 30 за счет возвратной силы пружины 27, перемещается вниз. Палец 30 совместно с полым стаканом 28 и дополнительным конусом 11 совершает осевое перемещение вниз по сквозному вертикальному пазу 29 ствола 1 до тех пор, пока палец 30 не упрется в нижний торец сквозного вертикального паза 29.
Дополнительный конус 11, опустившись вниз, освобождает дополнительные шлипсы 12, которые отходят от внутренних стенок обсадной колонны и сдвигаются к центру. Процесс распакеровки пакер-пробки окончен и его можно поднимать на поверхность.
Упрощенная технологии извлечения пакер-пробки позволяет сэкономить время на извлечение, исключив лишние спуско-подъемные операции, а также гарантированно извлечь пакер-пробку из скважины, избежав аварийную ситуацию в скважине.