ПАКЕР ВЕРХНИЙ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к технологической оснастке обсадных колонн, входит в состав колонны подвесного оборудования хвостовика, применяется при строительстве скважин для разобщения межтрубного кольцевого пространства.
Применяемые пакерующие устройства должны позволять проводить работы в скважине безаварийно, обеспечивая выполнение технических, технологических и экономических требований. В основе эксплуатации внутрискважинных герметизаторов лежат изыскания по совершенствованию пакеров с целью получения таких, которые характеризуются значительным повышением устойчивости к воспринимаемой нагрузке при отсутствии «выдавливания» эластичного материала уплотнительного элемента в кольцевой зазор.
Известен пакер (патент РФ №2196219, МПК7 Е21В 33/12, оп. 2003.01.10), который состоит из полого корпуса, выполненного в виде штанги, пакерующего элемента (манжеты) и упоров. Под действием гидравлического давления на рычажный поршень, последний, посредством рычагов и зубчатых реек, передает усилие на верхний упор, приводя в осевое сжатие и радиальное расширение по диаметру пакерующий элемент (манжету) до соединения с эксплуатационной колонной, обеспечивая разобщение и герметизацию межтрубного пространства.
Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является пакер (патент РФ 41332 МПК7 Е21В 33/12, оп. 2004.10.20), содержащий штангу с сердечником, манжету, упоры, муфту, винты срезные, кольцо фиксирующее, гайку. Манжета выполнена с заходными фасками, что облегчает надвигание ее на муфту и гайку. Посередине муфты установлено
фиксирующее кольцо для предотвращения одностороннего смещения муфты. Под манжету, со стороны давления рабочей среды, установлено кольцо уплотняющее. Под действием вертикальной нагрузки, направленной на торец штанги пакера, срезаются винты, удерживающие от взаимного перемещения сердечник и штангу. Штанга с муфтой, надвигаясь на манжету, вызывают ее осевое сжатие и расширение в радиальном направлении, обеспечивающее разобщение межтрубного пространства.
Для указанных конструкций пакера характерна недостаточная надежность уплотнения, в частности, при герметизации изношенных обсадных труб.
Задачей полезной модели является повышение герметичности межтрубного зазора в режиме эксплуатации пакера, в особенности для обсадных труб, внутренние диаметры которых имеют форму неправильных эллипсов. Как следствие - исключение аварийных ситуаций, получение экономического эффекта за счет сокращения затрат на устранение аварий.
Поставленная задача решается тем, что конструкция пакера дополнена ограничительными элементами, коническим и цилиндрическим, коаксиально установленными на манжету. Конфигурация элемента конического соответствуют верхней части манжеты: элемент конический выполнен в форме полого усеченного конуса с расширением конуса в сторону забоя (вниз). Элемент цилиндрический опоясывает манжету, расположен под элементом коническим, на удалении от него, и выполнен в форме кольца с толщиной стенки неравномерной по высоте: в верхней части, близлежащей к элементу коническому, толщина больше, чем по всей высоте стенки, и при этом образующая наружной стенки элемента цилиндрического параллельна осевой линии пакера. Ограничительные элементы выполнены из металла, причем, механическая прочность материала элемента конического выше прочности материала элемента цилиндрического. Высота стенок ограничительных элементов больше ширины уплотняемого межтрубного зазора. На наружной поверхности манжеты выполнены кольцевые выборки
под кольцо фиксирующее и под утолщенную часть элемента цилиндрического, а на поверхности манжеты, примыкающей к сердечнику, выполнена, по крайней мере одна кольцевая выборка, например, на середине высоты манжеты.
Общими признаками заявляемой полезной модели и прототипа являются наличие штанги с сердечником, упоров, эластичной манжеты с заходными фасками, муфты, винтов срезных, кольца фиксирующего, гайки.
Отличительными от прототипа признаками являются следующие:
- ограничительные элементы, конический и цилиндрический, коаксиально установленные на манжету;
- конфигурация элемента конического соответствуют верхней части манжеты, элемент конический выполнен в форме полого усеченного конуса с расширением конуса в сторону забоя;
- элемент цилиндрический выполнен в форме кольца, у которого толщина стенки неравномерна по высоте: в верхней части больше, чем по всей высоте стенки, и при этом образующая наружной стенки цилиндрического элемента параллельна осевой линии пакера;
- элемент цилиндрический опоясывает манжету и расположен под элементом коническим, на удалении от него;
- ограничительные элементы выполнены из металла, причем, механическая прочность материала элемента конического выше прочности материала элемента цилиндрического;
- высота стенок ограничительных элементов больше ширины уплотняемого межтрубного зазора;
- на поверхности манжеты, примыкающей к сердечнику, выполнена по крайней мере одна кольцевая выборка, например, на середине высоты манжеты;
- на наружной поверхности манжеты выполнены кольцевые выборки под кольцо фиксирующее и утолщенную часть цилиндрического элемента.
Конструктивные дополнения в совокупности дают технический
результат, заключающийся в повышении прочности пакерующего элемента, увеличении площади контакта и силы трения поверхностей деформированной манжеты и обсадной трубы, что позволяет достигнуть повышения герметичности межтрубного зазора в режиме эксплуатации пакера, в особенности для обсадных труб, внутренние диаметры которых имеют форму неправильных эллипсов.
Устройств с заявляемой совокупностью отличительных признаков в патентной и научно-технической литературе не выявлено.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом. На фиг.1 изображен общий вид пакера верхнего, продольный разрез. На фиг.2 - вид А.
На фиг.1 обозначены следующие позиции: штанга 1, сердечник 2. На фиг.2: муфта 3, винты срезные 4, манжета 5, кольцо фиксирующее 6, гайка 7, элемент конический 8, элемент цилиндрический 9, кольцевые выборки 10, обсадная труба 11. Фиг.2 демонстрирует превышение толщины верхней части (а) элемента цилиндрического 9 над толщиной стенки (b) элемента цилиндрического; превышение высоты стенки (с) элемента конического 8 и высоты стенки (е) элемента цилиндрического 9 над шириной уплотняемого межтрубного зазора (d).
На сердечнике 2 закрепляют гайку 7, манжету 5. Гайка 7 обеспечивает фиксацию манжеты 5 снизу. На поверхностях манжеты 5, внутренней и наружной, выполнены кольцевые выборки 10. В кольцевые выборки 10 наружной поверхности манжеты 5 устанавливают кольцо фиксирующее 6 и элемент цилиндрический 9. Затем поверх манжеты 5 устанавливают элемент конический 8. На сердечник 2 надевают муфту 3 с винтами срезными 4, которая фиксирует положение элемента конического 8, и устанавливают штангу 1.
Устройство работает следующим образом.
В ходе технологической операции создают осевую нагрузку, приложенную к торцу штанги 1. Штанга 1, перемещаясь, передает усилие на
винты срезные 4, удерживающие от взаимного перемещения сердечник 2 и штангу 1. При срезании винтов 4 вместе со штангой 1 начинает перемещаться муфта 3, передавая нагрузку, направленную по оси вдоль сердечника, элементу коническому 8 и манжете 5. Манжета 5 надвигается на гайку 7 и, сжимаясь в осевом направлении, одновременно расширяется в диаметральном направлении и перекрывает межтрубный зазор над гайкой 7. При достижении определенного напряжения в манжете 5 начинается деформация стенки элемента цилиндрического 9 в радиальном направлении, до упора в стенку обсадной трубы 11. При продолжающемся перемещении вниз штанги 1, муфты 3 и элемента конического 8 возрастает давление снизу, со стороны утолщенной донной части элемента цилиндрического 9, на стенку элемента конического 8. При этом участок эластичной манжеты, расположенный между ограничительными элементами, уплотняясь, давит снизу, со стороны забоя, на стенку элемента конического 8, заставляя его деформироваться в радиальном направлении. А так как высота деформируемой стенки (с) элемента конического 8 больше ширины заполняемого межтрубного зазора (d), края стенки элемента конического 8 примыкают к поверхности обсадной трубы 11. При соприкосновении деформированных стенок элементов цилиндрического и конического с обсадной трубой возникает контакт «металл по металлу». Это обеспечивает дополнительное уплотнение межтрубного пространства в верхней части пакерующего элемента. Кольцевая выборка 10, выполненная на поверхности, примыкающей к поверхности сердечника, и кольцевые выборки под утолщенное основание элемента цилиндрического 9 и под фиксирующее кольцо 6, выполненные с наружной стороны манжеты, способствуют формированию запирающего элемента заданной геометрии.
Устройство «пакер верхний» с заявленной совокупностью основных признаков позволяет увеличить площадь контакта поверхностей манжеты и обсадной трубы, повысить силу трения на границе соприкосновения поверхностей манжеты и обсадной трубы за счет создания контакта «металл
по металлу» и в итоге создать опорный элемент, который позволяет повысить герметичность и величину удерживаемого, со стороны забоя, давления, в том числе и при эксплуатации деформированных обсадных труб. В итоге устройство позволяет реализовать предназначение полезной модели пакера верхнего, заявленное как исключение аварийных ситуаций.
Конструкция предложенного пакера проста в изготовлении и сборке. Образцы заявляемого устройства изготовлены и проверены в работе. Испытания полезных моделей подтверждают изложенные преимущества пакера.