ПАКЕР

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к автономным пакерующим устройствам для длительного герметичного разобщения интервалов ствола обсадной колонны.
Известен пакер механический двухстороннего действия ((патент на ПМ №56457, E21B 33/12, от 04.04.2006), содержащий полый патрубок, уплотнитель, нижний и верхний механические якори, при этом нижний якорь содержит полый ствол с сужающимся книзу нижним конусом и подвижную обойму с размещенными на ней подпружиненными внутрь клиновыми нижними плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с нижним конусом при его движении вниз при установке пакера, и подпружиненными наружу фрикционными колодками с возможностью их взаимодействия со стенками обсадной колонны, при этом на наружной поверхности полого ствола выполнен фигурный паз, а на обойме установлен направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе с возможностью перемещения по траектории фигурного паза и перевода пакера из транспортного положения с рабочее при осевых манипуляциях колонной НКТ по специальной схеме. Верхний якорь содержит сужающийся кверху верхний конус и верхние клиновые плашки, выполненные с возможностью взаимодействия с верхним конусом при перемещении плашек вниз при установке пакера в скважине. После установки пакера путем его нагружения весом колонны НКТ на нижний якорь сжатое состояние уплотнителя и фиксация пакера в направлении снизу вверх фиксируется верхним якорем, плашки которого взаимодействуют с обсадной колонной и затянуты в рабочем состоянии усилием сжатия уплотнителя.
Недостатком пакера является то, что фиксация элементов пакера в рабочем положении обеспечивается только за счет взаимодействия плашек якорей с обсадной колонной. В случае проскальзывания плашек по обсадной колонне в процессе длительной эксплуатации пакера в скважине (ударные нагрузки, гидроудары, парафиновые и грязебитумные отложения на стенках обсадной колонны и др.) фиксация пакера в колонне может нарушиться, что приведет к расфиксации и разгерметизации пакера.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пакер для нагнетательных скважин, (патент на ИЗ №2397311, E21B 33/12, от 05.06.2009), принятый в качестве прототипа. Пакер включает полый патрубок с расположенным на нем уплотнительным элементом и верхним упором, дополнительный полый патрубок с расположенным на нем верхним якорем, и полый ствол с расположенным на нем нижним якорем. Верхний якорь содержит сужающийся кверху верхний конус и верхние клиновые плашки, выполненные с возможностью взаимодействия с верхним конусом при перемещении верхних плашек вниз при установке пакера в скважине, нижний якорь содержит сужающийся книзу нижний конус и подвижную обойму с размещенными на ней подпружиненными внутрь клиновыми нижними плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с нижним конусом при его движении вниз при установке пакера, и подпружиненными наружу фрикционными колодками с возможностью их взаимодействия со стенками обсадной колонны, при этом на наружной поверхности полого ствола выполнен фигурный паз, а на обойме установлен направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе с возможностью перемещения по траектории фигурного паза и перевода пакера из транспортного положения с рабочее путем осевых манипуляций колонной НКТ по специальной схеме. Полый патрубок телескопически герметично вставлен в нижний конус, при этом во внутренней полости нижнего конуса расположен фиксатор положения уплотнителя, выполненный в виде гильзы, надетой снизу и зафиксированной срезным элементом на патрубке, с наружными кольцевыми последовательными проточками, выполненными с возможностью взаимодействия с разрезным пружинным кольцом при перемещении полого патрубка с гильзой вниз относительно нижнего конуса и фиксацией в крайнем положении. Дополнительный полый патрубок телескопически герметично вставлен в верхний упор, при этом во внутренней полости верхнего упора расположен фиксатор положения верхнего якоря, выполненный в виде дополнительной гильзы, надетой снизу на дополнительный полый патрубок, с наружными кольцевыми последовательными проточками, выполненными с возможностью взаимодействия с дополнительным разрезным пружинным кольцом при перемещении дополнительного полого патрубка с дополнительной гильзой вниз относительно верхнего упора с фиксацией в крайнем положении элементов верхнего якоря.
Недостатком пакера является сложность конструкции, а именно наличие дополнительного полого патрубка и дополнительного фиксатора. Кроме того в силу того, что уплотнитель и верхний якорь зафиксированы в рабочем положении разными фиксаторами, плашки верхнего якоря не затянуты в рабочем состоянии усилием сжатия уплотнителя, что снижает надежность взаимодействия плашек верхнего якоря с обсадной колонной.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции пакера и повышение надежности его работы.
Поставленную задачу решает предлагаемый пакер, содержащий полый патрубок с уплотнителем, нижний и верхний механические якори, при этом нижний якорь содержит полый ствол с сужающимся книзу нижним конусом и подвижную обойму с размещенными на ней подпружиненными внутрь клиновыми плашками и подпружиненными наружу фрикционными колодками, при этом на наружной поверхности полого ствола выполнен фигурный паз, а на обойме установлен направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе с возможностью перемещения по траектории фигурного паза и перевода пакера из транспортного положения с рабочее путем осевых манипуляций колонной НКТ по специальной схеме, кроме того полый патрубок телескопически герметично вставлен в нижний конус с возможностью осевого перемещения, во внутренней полости которого размещен фиксатор, содержащий разрезное пружинное кольцо, гильзу с наружными кольцевыми последовательными проточками, выполненными с возможностью взаимодействия с разрезным пружинным кольцом при перемещении полого патрубка с гильзой вниз относительно нижнего конуса с фиксацией в крайнем положении, а верхний якорь содержит верхний сужающийся кверху верхний конус и верхние клиновые плашки выполненные с возможностью взаимодействия с верхним конусом при перемещении плашек вниз при установке пакера в скважине.
Новым является то, что верхний якорь смонтирован на полом патрубке с возможностью фиксации положения верхнего якоря совместно с уплотнителем фиксатором положения, размещенным во внутренней полости нижнего конуса, при этом фиксатор положения включает кольцо срезное, закрепленное в конусе срезными штифтами, фиксатор, выполненный в виде установленную на нижней части полого штока и закрепленную в корпусе конуса транспортными штифтами, с возможностью перемещаться по нижнему штоку в осевом направлении, одновременно фиксируя достигнутое рабочее положение уплотнительного элемента и верхнего якоря.
Пакер (фиг. 1) включает полый патрубок 1 (может быть выполнен сборным), расположенную на нем муфту 2, уплотнитель 3, далее смонтированный выше уплотнителя верхний якорь с узлом верхних клиновых плашек (например снабженный системой облегченного снятия с возможностью поочередного срыва плашек, применяемой в известном механическом эксплуатационном пакере «МХ-1» компании «SMITH SERVICES)) (США), в состав которого входят кожух 4, пружина 5, шайба упорная 6, плашкодержатель 7, верхние клиновые плашки 8, и сужающийся кверху верхний конус 9, являющийся также верхним упором уплотнителя 3 (может быть выполнен сборным), зафиксированный на полом патрубке 1 посадочными штифтами 10. Верхние плашки 8 выполнены с возможностью взаимодействия с конусом 9 при перемещении плашек вниз при установке пакера в скважине. Ниже уплотнителя 3 расположен нижний якорь, включающий сужающийся книзу нижний конус 11, являющийся также нижним упором уплотнителя 3, и установленный на нижнем конусе ствол 12. На стволе 12 расположена подвижная обойма 13 с размещенными на ней подпружиненными внутрь клиновыми плашками 14 и подпружиненными наружу фрикционными колодками 15 с возможностью их взаимодействия с внутренней стенкой обсадной колонны, при этом на наружной поверхности ствола 12 выполнен замкнутый фигурный паз 16 в виде продольных короткого и длинного участков, соединенных между собой фигурным участком, а на обойме установлен направляющий штифт 17, причем направляющий штифт размещен в фигурном пазе. При осевых перемещениях пакера обойма посредством направляющего штифта имеет возможность перемещения по траектории замкнутого фигурного паза, при этом перевод пакера из транспортного положения с рабочее при установке пакера осуществляется путем осевых манипуляций колонной НКТ по специальной схеме. Во внутренней полости нижнего конуса 11 расположен узел фиксатора (фиг. 2), включающий упорное кольцо 18, закрепленное в конусе 11 блокировочными штифтами 19, разрезное пружинное кольц 20, гильзу 21, установленную внизу полого патрубка 1 и закрепленную в конуса 11 транспортными штифтами 22, служащими для предотвращения преждевременного срабатывания пакера в процессе спуска. Разрезное пружинное кольцо 20 имеет специальную стопорную внутреннюю резьбу, аналогичная по типу ответная внешняя резьба нарезана на гильзе 21. Данная резьба позволяет гильзе 21 (совместно с полым патрубком 1) перемещаться в конусе 11 в осевом направлении вниз, стопоря их перемещение в обратном направлении. Герметичность внутреннего канала пакера обеспечивается уплотнительными элементами 23. В верхней части муфты 2 установлен ловильный патрубок 24 с направляющей воронкой 25, к которому может крепиться посадочный инструмент 26 любой известной конструкции с помощью например разрушаемых элементов 27.
Пакер работает следующим образом. Пакер спускают в скважину на НКТ на требуемую глубину и соответствующими осевыми манипуляциями колонной НКТ переводят нижний якорь в рабочее положение. При нагружении пакера частью веса колонны НКТ полый патрубок 1 с нижним конусом 11 под весом НКТ перемещается вниз, плашки 14 входят во взаимодействие с конусом 11 и внутренней поверхностью обсадной колонны и пакер фиксируется нижним якорем в обсадной колонне в направлении сверху вниз. При достижении осевой нагрузки определенной величины (например 10 т) срезаются транспортные штифты 22, после чего уплотнитель 3 деформируется и уплотняет межтрубное пространство, при этом осевое усилие от полого патрубка 1 на уплотнитель 3 передается через посадочные штифты 10, которые до определенного усилия блокируют взаимное перемещение полого патрубка 1 и верхнего конуса 9 и, соответственно, срабатывание верхнего якорного узла. При дальнейшем наращивании осевой нагрузки на пакер при определенном усилии (например 8 т) срезаются посадочные штифты 10, верхние плашки 8 перемещаются вниз и, взаимодействуя с верхним конусом 9 расклиниваются в колонне, исключая возможность перемещения пакера вверх. При этом разрезное пружинное кольцо 20, взаимодействуя с упорным кольцом 18 фиксирует достигнутое сжатое положение уплотнителя и прижатие верхних плашек к обсадной колонне. При дальнейшем наращивании осевой нагрузки на пакер при определенном усилии (например 15 т) происходит срезка разрушаемых элементов 27 и отсоединение посадочного инструмента 26 от пакера, после чего колонну НКТ вместе с посадочным инструментом 26 извлекают из скважины. Для извлечения пакера в скважину спускают внутреннюю труболовку в ловильный патрубок 24 и дают натяжку. При определенном усилии (например 15 т) происходит срезка блокировочных штифтов 19 и разблокирование фиксатора, полый патрубок 1 освобождается и при его движении вверх освобождается уплотнитель 3, верхние плашки 8 выдергиваются с верхнего конуса 9 и пакер извлекается.
Положительный эффект от использования данного предложения достигается за счет кого, что верхний якорь и уплотнитель в отличие от прототипа смонтированы на общем полом патрубке и фиксируются в рабочем положении общим фиксатором, что упрощает конструкцию пакера, кроме того верхний якорь после установки пакера находится в нагруженном состоянии усилием сжатия уплотнителя, что обеспечивает принудительное прижатие плашек к обсадной колонне с большим усилием и повышение надежности фиксации плашек в обсадной колонне.
Предлагаемый пакер со снятым нижним якорем (детали 12, 13, 14, 15, 16 и 17) может быть использован в качестве верхнего пакера двухпакерной или многопакерной компоновки.