СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПАКЕРОВ ДВУСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ
STAND FOR TESTS OF MECHANICAL-HYDRAULIC PACKERS OF BILATERAL ACTION

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для испытаний различных конструкций гидромеханических пакеров, устанавливаемых в скважинах.
Известен «Стенд для испытания пакеров» по патенту РФ на изобретение №2247222, содержащий имитаторы обсадной и лифтовой колонн с размещенным между ними пакером, средства для обогрева имитатора обсадной колонны, основной гидроцилиндр для осевой нагрузки и разгрузки пакера, насосные установки для создания давления и имитации скважинного давления, при этом стенд снабжен дополнительным гидроцилиндром с пустотелым штоком и цилиндром, связанными со штоком основного гидроцилиндра, дополнительный гидроцилиндр заключен в корпус, жестко соединенный с основным гидроцилиндром и имитатором обсадной колонны, в дополнительный гидроцилиндр помещен кольцевой поршень с конической юбкой, взаимодействующий с сухарями, посаженными на пустотелом штоке с возможностью периодического упора в корпус через окна в указанном цилиндре, а под сухарями на пустотелом штоке подвижно установлен подпружиненный кольцевой толкатель, в полости имитатора лифтовой колонны помещен плавающий поршень, при этом указанная полость и полость пустотелого штока сообщаются между собой, с каналом в переходнике между пустотелым штоком и штоком основного гидроцилиндра и с полостью над кольцевым поршнем, причем плита соединена с имитатором обсадной колонны и зафиксирована к фундаменту с помощью анкерных болтов.
Недостатками известного стенда по патенту РФ на изобретение №2247222 являются:
- сложность конструкции, определяемая наличием двух гидроцилиндров;
- вертикальное расположение стенда, что создает неудобства, связанные с подъемом узлов и деталей на высоту в процессе монтажа и обслуживания;
- ограниченная функциональность, обусловленная отсутствием возможности контроля смещения пакера относительно имитатора обсадной колонны, отсутствием возможности извлечения пакера из имитатора обсадной колонны съемным инструментом.
Известен «Стенд для испытания резинового надувного элемента пакера» по патенту РФ на изобретение №2545203, принятый в качестве ближайшего аналога, содержащий имитаторы обсадной и лифтовой колонн с размещенным между ними пакером, гидроцилиндр для создания осевой нагрузки и разгрузки на пакер, насосную установку для создания давления и имитации скважинного давления, плиту, соединенную с имитатором обсадной колонны и зафиксированную к фундаменту с помощью анкерных болтов, при этом пакер выполнен в виде резинового надувного элемента с внутренней кольцевой полостью и полым штоком, оснащенным рядом радиальных отверстий, сообщающихся с внутренней полостью резинового надувного элемента пакера, причем полый шток оснащен двумя центраторами и заглушен с одной стороны, а с другой стороны полый шток через имитатор лифтовой колонны и первый тройник с отводом жестко соединен с гидроцилиндром для создания осевой нагрузки и разгрузки на резиновый надувной элемент пакера, при этом плита установлена горизонтально, а имитатор обсадной колонны со стороны заглушенного полого штока через переводник с кольцом и второй тройник с отводом и фиксатор соединен с плитой, причем отводы обоих тройников оснащены отсекателями с манометрами и обвязаны с насосной установкой для создания давления во внутренней полости резинового надувного элемента и имитации скважинного давления в имитаторе обсадной колонны под резиновым надувным элементом.
Недостатком известного устройства по патенту РФ на изобретение №2545203 является ограниченная функциональность, обусловленная отсутствием возможности контроля смещения пакера относительно имитатора обсадной колонны, отсутствием возможности извлечения пакера из имитатора обсадной колонны съемным инструментом.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача расширения функциональных возможностей стенда за счет проверки смещения пакера относительно имитатора обсадной колонны, извлечения пакера из имитатора обсадной колонны съемным инструментом.
Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что стенд для испытаний гидромеханических пакеров двустороннего действия содержит имитатор обсадной колонны, установленный горизонтально на неподвижной станине, размещенные в сквозном отверстии имитатора обсадной колонны и соединенные между собой полый имитатор лифтовой колонны, пакер и шток-заглушку, между полым имитатором лифтовой колонны и имитатором обсадной колонны установлен передний уплотняющий узел, обеспечивающий герметичность надпакерной зоны, между штоком-заглушкой и имитатором обсадной колонны установлен задний уплотняющий узел, обеспечивающий герметичность подпакерной зоны, гидростанцию для создания осевой нагрузки на пакер через полый имитатор лифтовой колонны штоком гидроцилиндра, насосную установку для подачи и отвода воды в надпакерную зону и подпакерную зону, а также через полый имитатор лифтовой колонны во внутреннюю полость пакера, при этом для проверки смещения пакера относительно имитатора обсадной колонны торец штока-заглушки установлен на контрольном расстоянии h от торца заднего уплотнительного узла, гидроцилиндр установлен на подвижной раме с возможностью перемещения вдоль оси имитатора обсадной колонны и возможностью стыковки-расстыковки с имитатором обсадной колонны через переходник, а также с возможностью стыковки-расстыковки штока гидроцилиндра с полым имитатором лифтовой колонны, имеется возможность извлечения пакера из имитатора обсадной колонны съемным инструментом, устанавливаемым между штоком гидроцилиндра и полым имитатором лифтовой колонны и вводимым с помощью штока гидроцилиндра через полый имитатор лифтовой колонны во внутреннюю полость пакера.
Заявленное изобретение отличается от известного технического решения по патенту РФ №2545203 тем, что для проверки смещения пакера относительно имитатора обсадной колонны торец штока-заглушки установлен на контрольном расстоянии h от торца заднего уплотнительного узла, гидроцилиндр установлен на подвижной раме с возможностью перемещения вдоль оси имитатора обсадной колонны и возможностью стыковки-расстыковки с имитатором обсадной колонны через переходник, а также с возможностью стыковки-расстыковки штока гидроцилиндра с полым имитатором лифтовой колонны, имеется возможность извлечения пакера из имитатора обсадной колонны съемным инструментом, устанавливаемым между штоком гидроцилиндра и полым имитатором лифтовой колонны и вводимым с помощью штока гидроцилиндра через полый имитатор лифтовой колонны во внутреннюю полость пакера.
Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно обеспечило расширение функциональных возможностей стенда за счет проверки смещения пакера относительно имитатора обсадной колонны, извлечения пакера из имитатора обсадной колонны съемным инструментом.
На фиг. 1 представлена схема стенда для испытаний гидромеханических пакеров двустороннего действия.
На фиг. 2 представлены соединенные (свинченные) между собой полый имитатор лифтовой колонны, пакер и шток-заглушка, которые устанавливают в сквозное отверстие имитатора обсадной колонны.
На фиг. 3 представлена схема стенда при извлечении пакера из имитатора обсадной колонны съемным инструментом.
Стенд для испытаний гидромеханических пакеров двустороннего действия (фиг. 1-3) содержит имитатор 1 обсадной колонны, установленный горизонтально на неподвижной станине 2, размещенные в сквозном отверстии 3 имитатора 1 обсадной колонны и соединенные между собой полый имитатор 4 лифтовой колонны, пакер 5 и шток-заглушку 6, между полым имитатором 4 лифтовой колонны и имитатором 1 обсадной колонны установлен передний уплотняющий узел 7, обеспечивающий герметичность надпакерной зоны 8, между штоком-заглушкой 6 и имитатором 1 обсадной колонны установлен задний уплотняющий узел 9, обеспечивающий герметичность подпакерной зоны 10, гидростанцию 11 для создания осевой нагрузки на пакер 5 через полый имитатор 4 лифтовой колонны штоком 12 гидроцилиндра 13, насосную установку 14 для подачи и отвода воды в надпакерную зону 8 и подпакерную зону 10, а также через полый имитатор 4 лифтовой колонны во внутреннюю полость 15 пакера 5, при этом для проверки смещения пакера 5 относительно имитатора 1 обсадной колонны торец 16 штока-заглушки 6 установлен на контрольном расстоянии h от торца 17 заднего уплотнительного узла 9, гидроцилиндр 13 установлен на подвижной раме 18 с возможностью перемещения вдоль оси 19 имитатора 1 обсадной колонны и возможностью стыковки-расстыковки с имитатором 1 обсадной колонны через переходник 20, а также с возможностью стыковки-расстыковки штока 12 гидроцилиндра 13 с полым имитатором 4 лифтовой колонны, имеется возможность извлечения пакера 5 из имитатора 1 обсадной колонны съемным инструментом 21, устанавливаемым между штоком 12 гидроцилиндра 13 и полым имитатором 4 лифтовой колонны и вводимым с помощью штока 12 гидроцилиндра 13 через полый имитатор 4 лифтовой колонны во внутреннюю полость 15 пакера 5.
Стенд для испытаний гидромеханических пакеров двустороннего действия (фиг. 1-3) работает следующим образом. Перед началом испытаний соединяют (свинчивают) между собой полый имитатор 4 лифтовой колонны, пакер 5 и шток-заглушку 6 (фиг. 2) и размещают их в сквозном отверстии 3 имитатора 1 обсадной колонны, установленного горизонтально на неподвижной станине 2. Между полым имитатором 4 лифтовой колонны и имитатором 1 обсадной колонны устанавливают передний уплотняющий узел 7, обеспечивающий герметичность надпакерной зоны 8. Между штоком-заглушкой 6 и имитатором 1 обсадной колонны устанавливают задний уплотняющий узел 9, обеспечивающий герметичность подпакерной зоны 10. Перемещают гидроцилиндр 13 с переходником 20, установленные на подвижной раме 18, вдоль оси 19 имитатора 1 обсадной колонны и стыкуют с ним, например, через фланцевое соединение. Переходник 20 обеспечивает передачу возникающих при испытаниях усилий непосредственно от имитатора 1 обсадной колонны к гидроцилиндру 13, при этом неподвижная станина 2 в передаче усилий не участвует. Подключают к гидроцилиндру 13 гидростанцию 11. Подключают насосную установку 14 для подачи и отвода воды в надпакерную зону 8 и подпакерную зону 10. Стыкуют насосную установку 14 к полому имитатору 4 лифтовой колонны. Подключают насосную установку 14 для подачи и отвода воды через полый имитатор 4 лифтовой колонны во внутреннюю полость 15 пакера 5. Стенд готов к проведению испытания.
Испытания проводят в следующем порядке.
Фиксируют пакер 5 в имитаторе 1 обсадной колонны. Во внутреннюю полость 15 пакера 5 через полый имитатор 4 лифтовой колонны от насосной установки 14 подают воду под давлением, например, 14…20 МПа. Под действием давления воды в пакере 5 срабатывают фиксирующие элементы и уплотнительный элемент, который разделяет сквозное отверстие 3 имитатора 1 обсадной колонны на надпакерную зону 8 и подпакерную зону 10. После фиксации пакера 5 сбрасывают давление во внутренней полости 15. Замеряют контрольное расстояние h (фиг. 1) между торцом 16 штока-заглушки 6 и торцом 17 заднего уплотнительного узла 9.
Далее проводят механические испытания пакера 5 осевой нагрузкой на осевое смещение. Из гидростанции 11 подают жидкость в гидроцилиндр 13. Шток 12 гидроцилиндра 13 через полый имитатор 4 лифтовой колонны создает осевое усилие на пакер 5. Осевое усилие увеличивают ступенчато, например с шагом 5000 кг (50000 Н) до 100000 кг (1000000 Н). На каждой ступени нагружения проверяют осевое перемещение пакера 5 по контрольному расстоянию h между торцом 16 штока-заглушки 6 и торцом 17 заднего уплотнительного узла 9. После проверки на осевое смещение давление в гидроцилиндре 13 сбрасывают.
Далее проверяют на герметичность подпакерную зону 10. От насосной установки 14 подают воду под давлением в подпакерную зону 10 и во внутреннюю полость 15 пакера 5 через полый имитатор 4 лифтовой колонны. Давление увеличивают ступенчато, например с шагом 5 МПа до 80 МПа. На каждой ступени нагружения проверяют осевое перемещение пакера 5 по контрольному расстоянию h между торцом 16 штока-заглушки 6 и торцом 17 заднего уплотнительного узла 9. После проверки на герметичность подпакерной зоны 10 давление в ней и во внутренней полости 15 пакера 5 сбрасывают.
Далее проверяют на герметичность надпакерную зону 8. От насосной установки 14 подают воду под давлением в надпакерную зону 8. Давление увеличивают ступенчато, например с шагом 5 МПа до 65 МПа. На каждой ступени нагружения проверяют осевое перемещение пакера 5 по контрольному расстоянию h между торцом 16 штока-заглушки 6 и торцом 17 заднего уплотнительного узла 9. После проверки на герметичность надпакерной зоны 8 давление в ней сбрасывают.
После проведения испытаний на герметичность воду из внутренней полости 15 пакера 5, надпакерной зоны 8 и подпакерной зоны 10 откачивают с помощью насосной установки 14. Насосную установку 14 отключают.
Далее проводят испытание по извлечению пакера 5 из имитатора 1 обсадной колонны съемным инструментом 21 (фиг. 3). Для чего расстыковывают гидроцилиндр 13 с переходником 20 и имитатор 1 обсадной колонны. Расстыковывают насосную установку 14 для подачи и отвода воды и полый имитатор 4 лифтовой колонны. Перемещают гидроцилиндр 13 с переходником 20, установленные на подвижной раме 18, вдоль оси 19 имитатора 1 обсадной колонны от него. Отсоединяют передний уплотняющий узел 7 от имитатора 1 обсадной колонны. Съемный инструмент 21 устанавливают между штоком 12 гидроцилиндра 13 и полым имитатором 4 лифтовой колонны. Стыкуют съемный инструмент 21 со штоком 12 гидроцилиндра 13, например, через фланцевое соединение. Перемещают гидроцилиндр 13 с переходником 20, установленный на подвижной раме 18, вдоль оси 19 имитатора 1 обсадной колонны и стыкуют с ним. При этом съемный инструмент 21 входит через полый имитатор 4 лифтовой колонны во внутреннюю полость 15 пакера 5. От гидростанции 11 подают давление в гидроцилиндр 13, и шток 12 перемещает съемный инструмент 21 во внутренней полости 15 пакера 5. Под действием съемного инструмента 21 срабатывают фиксирующие элементы и уплотнительный элемент, которые снимают фиксацию пакера 5 в имитаторе 1 обсадной колонны. По давлению в гидроцилиндре 13 можно определить усилие съема пакера 5. Расстыковывают гидроцилиндр 13 с переходником 20 и имитатора 1 обсадной колонны. Расстыковывают шток 12 гидроцилиндра 13 и съемного инструмента 21. Перемещают гидроцилиндр 13 с переходником 20, установленные на подвижной раме 18, вдоль оси 19 имитатора 1 обсадной колонны от него. Из имитатора 1 обсадной колонны извлекают полый имитатор 4 лифтовой колонны, пакер 5, шток-заглушку 6 и съемный инструмент 21. Из внутренней полости 15 пакера 5 извлекают съемный инструмент 21, от пакера 5 отсоединяют имитатор 4 лифтовой колонны и шток-заглушку 6.
Стенд готов к испытанию следующего пакера 5.
Заявленное изобретение позволило получить технический результат, а именно обеспечило расширение функциональных возможностей стенда за счет проверки смещения пакера относительно имитатора обсадной колонны, извлечения пакера из имитатора обсадной колонны съемным инструментом.