ОПРЕССОВОЧНЫЙ ПАКЕР

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах для поинтервальной опрессовки их колонн.
Известен «Пакер» (Свидетельство на полезную модель RU №29090 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом он снабжен самоуплотняющейся манжетой, установленной на стволе выше опоры и жестко соединенным с ним наконечником, через который пропущен шток, выполненный с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отверстий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном; в качестве средства для подъема и спуска используют канат.
Недостатками данного пакера являются:
- возможность спуска только на канате что снижает область применения (например: на небольших глубинах выигрыш во времени незначителен, причем требуется использования специального оборудования для спуска на канате);
- самоуплотняющаяся манжета для качественной работы при спуске контактирует с эксплуатационной колонной, что при спуске на большие (более 900 м) глубины вызывает ее истирание.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является « Опрессовочный пакер» (Патент RU №2153570 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №21 от 27.07.2000 г.), включающий корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, нижней втулкой и камерой уплотнения, перепускное устройство и обратный клапан, при этом пакер имеет клапанный узел со срезными элементами, шаровым клапаном и седлом
под этот клапан в, виде цилиндрической втулки, а корпус имеет кольцевой бурт ограничения перемещения нижней втулки, кольцевую проточку, ступенчатую кольцевую выточку и радиальные отверстия для установки срезных винтов, при этом перепускное устройство выполнено в виде золотника с внутренней ступенчатой выточкой, соответствующей ступенчатой кольцевой выточке корпуса, пружиной и регулировочной гайкой, устанавливающей усилие пружины и длину хода золотника, а камера уплотнения образована уплотнительным и кольцевой проточкой корпуса.
Недостатками данного опрессовочного пакера являются:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей, и как следствие сложность сборки;
- возможна не герметичная посадка клапана в узле обратного клапана в процессе опрессовки, особенно в случае сильного загрязнения клапана скважинной жидкостью, что снижает эффективность работы опрессовочного пакера в целом;
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции опрессовочного пакера и повышение эффективности его работы.
Указанная техническая задача решается предлагаемым опрессовочным пакером, включающим корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, закрепленным между нижней и верхней втулками, клапанный узел, перепускное устройство, состоящее из золотника с внутренней ступенчатой выточкой, пружины и регулировочной гайки.
Новым является то, что нижняя и верхняя втулки жестко соединены между собой, рассеченной вдоль продольными разрезами по всему диаметру гильзой, на которой расположен уплотнительный элемент, выполненный в виде эластичного рукава, нижний конец которого жестко соединен с нижней втулкой, при этом длина уплотнительного элемента превышает половину длины рассеченной части гильзы, при этом корпус выше гильзы напротив верхней втулки снабжен сквозными продольными пазами, в которые установлены подвижные пальцы, которые с одной стороны соединены с верхней втулкой, а с другой - с золотником перепускного устройства, герметично размещенного внутри корпуса, а внутренняя ступенчатая выточка золотника выполнена снизу под шар, при этом регулировочная гайка навернута на корпус снизу и подпружинивает золотник снизу, причем верхняя втулка и золотник, соединенные между собой посредством подвижных пальцев имеют возможность осевого ограниченного перемещения по сквозным продольным пазам корпуса в рабочем положении, клапанный узел выполнен в виде сбивного клапана, герметично установленного в радиальное отверстие, которым снабжен корпус в верхней части, при этом нижняя втулка жестко закреплена на корпусе.
На фигуре изображен предлагаемый опрессовочный пакер в продольном разрезе.
Опрессовочный пакер состоит из корпуса 1, расположенных на наружной поверхности корпуса 1 нижней 2 и верхней 3 втулок, жестко соединенных между собой, рассеченной вдоль продольными разрезами по всему диаметру - d гильзой 4, узла герметизации 5 с уплотнительным элементом 6, расположенным на наружной поверхности гильзы 4 и выполненным в виде эластичного рукава, нижний конец которого жестко соединен снизу с нижней втулкой 2.
Длина b - уплотнительного элемента 6 превышает половину длины а - рассеченной части 7 гильзы 4, (b>a), а вся рассеченная часть 7 гильзы 4 имеет длину 2×а.
Корпус 1 выше гильзы 4 напротив верхней втулки 3 снабжен сквозными продольными пазами 8.
Клапанный узел 9 установлен внутри корпуса 1 и выполнен в виде сбивного клапана 10, герметично установленного в радиальное отверстие 11, которым снабжен корпус 1 выше сквозных продольных пазов 8.
В сквозные продольные пазы 8 корпуса 1 установлены подвижные пальцы 12, которые с одной стороны соединены с верхней втулкой 3, а с другой стороны с золотником 13 перепускного устройства 14. Золотник 13 посредством уплотнительных колец 15, герметично размещен внутри корпуса 1.
Золотник 13 оснащен снизу внутренней ступенчатой выточкой 16, под шар 17. Регулировочная гайка 18 перепускного устройства 14 навернута на нижний торец корпуса 1 и подпружинивает пружиной 19 золотник 13 снизу. Верхняя втулка 3 и золотник 13, соединенные между собой посредством подвижных пальцев 12 имеют возможность осевого ограниченного перемещения по сквозным продольным пазам 8 корпуса 1 в рабочем положении.
Опрессовочный пакер работает следующим образом.
Опрессовочный пакер в сборе (см. фиг) посредством муфты 20 соединяют с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 21 и спускают в заданный интервал опрессовки обсадной колонны 22
В процессе спуска опрессовочного пакера происходит заполнение внутренней полости колонны НКТ 21, находящейся в скважине жидкостью, которая свободно перетекает снизу вверх сквозь корпус 1 через шар 17 перепускного устройства 14, находящийся на внутренней ступенчатой выточке 16 золотника 13 опрессовочного пакера.
По достижению заданного интервала опрессовки производят заполнение межколонного пространства 23 обсадной колонны 22 технологической жидкостью.
Герметизируют устье скважины и посредством насосного агрегата (на фигуре не показано) нагнетают технологическую жидкость в колонну НКТ 21 и создают в ней давление. Под действием давления золотник 13, герметично установленный посредством уплотнительных колец 15 внутри корпуса 1 начинает перемещаться вниз, сжимая пружину 19 перепускного устройства 14, подпертую снизу посредством регулировочной гайки 18, навернутую на нижний конец корпуса 1, а так как золотник 13 посредством подвижных пальцев 12 соединен с верхней втулкой 3, которая в свою очередь, жестко соединена посредством гильзы 4 с нижней втулкой 2 жестко закрепленной на корпусе 1, то гильза 4, имеющая длину рассеченной части 2×а изгибается дугой по центру, а поскольку нижняя часть уплотнительного элемента 6 и гильзы 4 жестко соединены с нижней втулкой 2, а так как длина - b уплотнительного элемента 6 превышает половину длины - а, рассеченной части 7 гильзы 4 (b>a), то уплотнительный элемент 6, выполненный в виде эластичного рукава соприкасается и под воздействием гильзы 4 прижимается к внутренним стенкам обсадной колонны 22 герметизируя ее межколонное пространство 23.
Давление в колонне НКТ 21 продолжают поднимать, и в определенный момент откроются сквозные продольные пазы 8 корпуса 1 в своей верхней части, при этом сжатие пружины 19 прекратится. Золотник 13 перепускного устройства 14, оказавшись внизу в рабочем положении, создает гидравлическую связь между внутренним пространством колонны НКТ 21 и межколонным пространством 23 посредством вышеупомянутых сквозных продольных пазов 8 корпуса 1, в результате чего давление во внутреннем пространстве колонны НКТ 21 и межколонном пространстве 23 обсадной колонны 22 выравнивается. Далее продолжают нагнетать технологическую жидкость в колонну НКТ 21 и поднимают давление до намеченного давлением опрессовки, при этом создаваемое давление дожимает уплотнительный элемент 6, то есть эластичный рукав, еще более плотно прижимая его к внутренней стенке обсадной колонны 22 и достигнув давления опрессовки, выдерживают заданное время.
После опрессовки обсадной колонны 22 давление сбрасывают, при этом верхняя втулка 3 и соединенный с ней посредством подвижных пальцев 12, находящихся в сквозных продольных пазах 8 корпуса 1 золотник 13 поднимаются вверх под действием возвратной силы пружины 19 и сил упругости согнутой дугой в процессе опрессовки рассеченной части 7 гильзы 4, при этом последняя, поскольку ее верхний конец жестко соединен с верхней втулкой 3, а нижний жестко закреплен к расположенной неподвижно на корпусе 1 нижней втулки 2 выпрямляется, а расположенный на наружной поверхности гильзы 4 уплотнительный элемент 6 выходит из соприкосновения со стеками обсадной колонны. В определенный момент, когда пружина 19 полностью разожмется верхняя
втулка 3 остановится, а гильза 4 полностью выпрямится и примет первоначальное положение.
Опрессовочный пакер разгерметизирован.
При необходимости проведения процесса опрессовки в другом интервале скважины колонну НКТ 21 вместе с опрессовочным пакером спускают на необходимую глубину и операцию повторяют.
После проведения опрессовочных работ в колонну НКТ 21 с устья скважины сбрасывают бросовый орган (например, ломик), который взаимодействует с клапанным узлом 9 и разрушает сбивной клапан 10, в результате чего открывается радиальное отверстие 11 в корпусе 1 для перетока жидкости из внутреннего пространства колонны НКТ 21 в межколонное пространство 23 обсадной колонны 22. При подъеме колонны НКТ 21 с опрессовочным пакером жидкость вытекает из внутреннего пространства колонны НКТ 21, позволяя вести их подъем без перелива.
Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию и позволяет с достаточной эффективностью спрессовать обсадную колонну в требуемых интервалах скважины, после чего поднимать колонну НКТ без излива жидкости, и тем самым соблюдать экологическую безопасность, что в целом позволяет сократить время на процесс опрессовки в целом и сэкономить материальные и финансовые средства.