МЕХАНИЧЕСКИЙ ПАКЕР ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ УСТАНОВКИ НА МАЛЫХ ГЛУБИНАХ

Изобретение относится к оборудованию для нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для длительного герметичного разобщения интервалов ствола эксплуатационной колонны нагнетательной скважины и защиты ее от динамического воздействия закачиваемой воды, в частности для поддержания пластового давления, для длительной автономной (без связи с колонной труб) изоляции требуемого к разобщению участка эксплуатационной колонны, для использования в многопакерных компоновках.
Известен механический пакер с верхним механическим якорем 4ПМС ЯМ ООО «Югсон-Сервис» (http://www.yugson.ru/catalog/packer-equipment/packers-mechanical/4.html), установка и снятие которого осуществляется с помощью осевых манипуляций без вращения колонны насосно-компрессорных труб и без опоры на забой. Уплотнительный узел пакера и разъемный конус верхнего якоря связаны замковым механизмом со стволом. Верхний якорный узел имеет разъемный распорный конус, предназначенный для свободного съема верхнего якоря при снятии пакера с места его установки.
Недостатком известного пакера является отсутствие возможности его установки на малых глубинах, так как требуемое осевое усилие для посадки пакера составляет от 14 до 16 тс.
Известен пакер, содержащий шток, уплотнительный элемент с конусами, подпружиненные упоры, переводники и жестко связанные с ними втулки с выступами. Пакер отличается тем, что имеет раздвижные опоры с хвостовиком. Эти опоры размещены на выступах втулки. Выступ втулки выполнен с внутренними пазами, а хвостовик раздвижной опоры - с боковыми пазами и боковыми выступами. Хвостовик раздвижной опоры размещен внутри паза выступа втулки и находится в зацеплении с ним боковыми выступами (патент РФ №2105864, опубл. 27.02.1998 г.).
Известен пакер, выбранный за прототип, содержащий шток с пазом, прикрепленный к верхнему концу штока, установленный на штоке уплотнительный элемент. Над уплотнительным элементом размещены конус, верхний корпус с подпружиненными верхними плашками, размещенные под уплотнительным элементом 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. Верхний корпус имеет внутренний выступ. Часть штока, размещенная внутри верхних плашек и конуса разрезного, выполнена с верхним и нижним радиальными выступами. Они взаимодействуют соответственно с верхними плашками и конусом разрезным. Верхний корпус прижат к торцу переводника пружиной. Она размещена между внутренними выступами верхнего корпуса и верхним радиальным выступом штока с возможностью осевого перемещения вниз по отношению к штоку. Нижний радиальный выступ штока размещен внутри радиальной выборки конуса разрезного. Концевая часть конуса разрезного размещена между радиальными выступами штока и находится в зацеплении с ними. Она имеет возможность взаимодействия с верхними плашками при перемещении штока (патент РФ №2120023, опубл. 10.10.1998 г.).
Общим недостатком известных пакеров по патентам №2105864 и №2120023 является отсутствие возможности их установки на малых глубинах, а также отсутствие фиксации от проворота верхнего механического якоря относительно штока.
Патентообладателем патентов №2105864 и №2120023 является М.М. Нагуманов.
Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение возможности установки механического пакера на малых глубинах, а также исключение разгерметизации пакера, автономно оставляемого в скважине при отвороте от него механического посадочного инструмента.
Поставленный технический результат достигается тем, что:
- что над и под уплотнительным узлом расположены конуса, установленные с возможностью взаимодействия с ответными верхними и нижними раздвижными радиальными опорами, при этом угол уклона конусов равен 60 градусам, верхние и нижние раздвижные радиальные опоры подпружинены через упоры и шайбы, размещенные соответственно над и под уплотнительным узлом в верхнем и нижнем кожухах;
- верхний механический якорь, выполнен с возможностью взаимодействия со стволом посредством шлицевого соединения.
Выполнение конусов с углом уклона, равным 60 градусам, и установка конусов с возможностью взаимодействия с ответными верхними и нижними раздвижными радиальными опорами, позволяет переводить пакер в рабочее положение на малых глубинах.
Выполнение верхнего механического якоря с возможностью взаимодействия со стволом посредством шлицевого соединения исключает проворот их между собой и обеспечивает надежность герметизации пакера, автономно оставляемого в скважине после посадки с помощью механического посадочного инструмента, разъединение которого от пакера осуществляется поворотом колонны труб.
На фиг.1 приведена схема механического пакера в транспортном положении. На фиг.2 показан угол уклона верхнего конуса, взаимодействующего с раздвижной радиальной опорой пакера. На фиг.З представлено шлицевое соединение верхнего механического якоря со стволом.
Механический пакер (фиг.1) включает в себя составной уплотнительный элемент 1, установленный на штоке 2 совместно с кольцами 3 или без них. Сверху и снизу от уплотнительного элемента 1 размещены, соответственно, верхний 4 и нижний 5 кожухи. В пазах верхнего кожуха 4 установлены верхние радиальные раздвижные опоры 6,7. В пазах нижнего кожуха 5 установлены нижние радиальные раздвижные опоры 8,9. Верхние 6,7 и нижние 8,9 радиальные раздвижные опоры предназначены для предотвращения затекания уплотнительного элемента 1 в кольцевой зазор между пакером и стенкой эксплуатационной колонны (на фигурах не показана). Верхние 6, 7 и нижние 8,9 радиальные раздвижные опоры прижаты к штоку 2 пружинами 10, соответственно, через верхний 11 и нижний 12 упоры и шайбы 13. Верхние 6, 7 и нижние 8, 9 радиальные раздвижные опоры выполнены с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним конусами 14, 15. Угол уклона верхнего и нижнего конусов 14, 15 составляет 60 градусов (фиг.2).
Верхний кожух 4 соединен через переходник 16 с кожухом 17, внутри которого расположена нижняя часть разрезного конуса 18, подпружиненного через конический упор 19 пружиной, состоящей из комплекта тарированных колец 20, 21 и шайбы 22.
В верхней части пакера расположен верхний механический якорь. Верхний механический якорь состоит из ствола 23, соединенного со штоком 2 через соединительную муфту 24, втулки 25, соединенной с верхним корпусом 26 и плашек 27, верхняя часть которых находится внутри верхнего корпуса 26 и поджата пружиной 28 через упор 29. Ствол 23 имеет верхний 30 и нижний 31 выступы, имеющие конусную поверхность. В верхней части ствол 23 прикреплен к верхней муфте 32, служащей для соединения пакера с колонной труб (на фигурах не показана). Верхний механический якорь выполнен с возможностью взаимодействия со стволом 23 посредством шлицевого соединения (фиг.3).
В нижней части штока 2 расположен нижний механический якорь. Нижний механический якорь состоит из нижнего корпуса 33, конуса 34, нижних плашек 35, размещенных в пазах нижнего корпуса 33 и прижатых к штоку 2 пружинами 36. В пазах нижнего корпуса 33 установлены подпружиненные планки 37, удерживаемые на корпусе покрышками 38 при помощи винтов 39.
Механический пакер работает следующим образом.
Плашки 27,35 соответственно верхнего и нижнего якорных устройств, в транспортном положении поджаты соответственно к стволу 23 и штоку 2 с помощью пружин, соответственно, 28 и 36.
Механический пакер спускают в скважину на колонне труб на требуемую глубину. При спуско-подъемных операциях планки 37 нижнего якорного устройства постоянно прижаты к стенкам эксплуатационной колонны (на фигурах не показана).
Механический пакер устанавливается в скважине без упора на забой, известным способом, путем осевых перемещений колонны труб, на которых он спускается в скважину.
Вначале приводится в действие известным способом нижний механический якорь. Конус 34, соприкасаясь с плашками 35, и сжимая пружины 36, переместит плашки 35 в радиальном направлении до зацепления со стенками эксплуатационной колонны. Уплотнительный элемент 1, увеличиваясь до диаметра скважины, герметизируют подпакерную зону. Происходит перевод верхних 6,7 и нижних раздвижных радиальных опор 8,9 в рабочее положение.
При дальнейшем движении вниз штока 2 и ствола 23 и определенном значении осевой сжимающей нагрузки, создаваемой весом колонны труб, произойдет срабатывание механизма регулятора нагрузки и установка верхнего механического якоря. Срабатывание механизма происходит в следующей последовательности. Нижний выступ 31 ствола 23 при движении штока 2 и ствола 23 вниз переместит в радиальном направлении разрезной конус 18 до соприкосновения с плашками 27 верхнего механического якоря. При дальнейшем движении штока 2 и ствола 23 вниз и создании определенной сжимающей осевой нагрузки на пакер, плашки 27, взаимодействуя с разрезным конусом 18, раздвигаются радиально и зацепляются за стенки эксплуатационной колонны.
При незначительной глубине установки пакера срабатывание верхнего якорного устройства отмечается на устье скважины кратковременным резким изменением показания индикатора веса. После создания избыточного давления под пакером, основное усилие на пакер, направленное снизу вверх, воспринимается плашками 27 верхнего якорного устройства. Оптимальная сжимающая нагрузка при установке пакера в скважине в зависимости от планируемого перепада давления на пакер, действующего из подпакерного пространства снизу вверх, и состояния эксплуатационной колонны выбирается из диапазона 40-80 кН.
Для перевода пакера в транспортное положение давление в подпакерном пространстве снимают. После этого колонну труб медленно приподнимают до полного снятия сжимающей нагрузки на пакер и распакеровки скважины. При этом шток 2 и ствол 23 пакера перемещаются вверх относительно верхнего и нижнего механических якорей, уплотнительный элемент 1 принимает исходную форму. Происходит переход плашек 27, 35 соответственно, верхнего и нижнего механических якорей в транспортное положение, возврат верхних 6, 7 и нижних раздвижных радиальных опор 8, 9 в исходное положение.
При повторной установке пакера в скважине необходимо приподнять трубы, затем опустить их до планируемого интервала и снова провести установку пакера в вышеописанной последовательности.
Заявляемое изобретение позволяет обеспечить возможность установки механического пакера на малых глубинах, а также исключить разгерметизацию пакера, автономно оставляемого в скважине при отвороте от него механического посадочного инструмента.