Пакер для горизонтальных скважин
HORIZONTAL WELLS PACKER

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для разобщения затрубного пространства, исследования скважин и изоляции пластов в процессе строительства скважин.
Известен пакер (патент RU №2162930, МПК E21B 33/12, опубл. 10.02.2001 г., бюл. №4), включающий полый ствол, проходной канал которого выполнен равноразмерным с внутренним каналом колонны бурильных труб с переводником и радиальным каналом, установленные на стволе уплотнительные элементы с упорами, размещенный под ними якорный узел, включающий корпус с конусом с пазами и установленными в них плашками, связанными тягами с поршнем гидроцилиндра, полость которого сообщена с полостью ствола через радиальный канал и установленный на нижнем конце пакера узел управления его посадкой, выполненный в виде раздвижного штуцерного устройства, размещенного соосно с полым стволом пакера и закрытого кожухом, при этом упоры уплотнительных элементов выполнены профильными.
Недостатки данного пакера:
- высокая вероятность заклинивания пакера при использовании его в горизонтальном участке скважины, так как нагрузки от натяжения колонны бурильных труб при извлечении пакера может быть недостаточно для его распакеровки;
- высокая вероятность прихвата пакера после закачки тампонажных или цементных смесей, что может привести к сложностям при переводе пакера в транспортное положение из рабочего и возникновению аварийной ситуации;
- высокая вероятность обрыва тяг пакера при извлечении пакера в случае прихвата его после закачки тампонажных или цементных смесей, что приведет к возникновению аварийной ситуации;
- высокая вероятность негерметичной установки пакера в случае, если номинальный диаметр открытого ствола скважины будет больше, чем диаметр описанной окружности пакера по уплотнительным элементам после его пакеровки.
Наиболее близким техническим решением является пакер (патент RU №2459928, МПК E21B 33/1295, опубл. 27.08.2012 г., бюл. №24), включающий полый ствол, установленные на стволе, более двух, уплотнительные элементы с упорами и промежуточным упором, причем уплотнительные элементы на наружной поверхности, прилегающей к упорам, снабжены фасками, и под уплотнительными элементами установлена подвижная втулка, жестко соединенная с соответствующим промежуточным упором, размещенный под ними якорный узел, включающий корпус с конусом с пазами и установленными в них плашками, связанными тягами с поршнем гидроцилиндра, полость которого сообщена с полостью ствола через радиальный канал и раздвижной штуцер, установленный на нижнем конце полого ствола.
Недостатки данного пакера:
- высокая вероятность заклинивания пакера при использовании его в горизонтальном участке скважины, так как нагрузки от натяжения колонны бурильных труб при извлечении пакера может быть недостаточно для его распакеровки;
- высокая вероятность обрыва тяг пакера при извлечении пакера в случае прихвата его после закачки тампонажных или цементных смесей, что приведет к возникновению аварийной ситуации;
- высокая вероятность негерметичной установки пакера в случае, если номинальный диаметр открытого ствола скважины будет больше, чем диаметр описанной окружности пакера по уплотнительным элементам после его пакеровки.
Техническими задачами предлагаемого изобретения являются повышение надежности работы пакера в горизонтальном участке скважины за счет использования гидравлики при его установке и распакеровке, исключения из его конструкции тяг и обеспечения гарантированного извлечения пакера за счет включения в конструкцию пакера штифтов, выполненных с возможностью разрушения при невозможности перевода его в транспортное положение из рабочего, а также снижение вероятности негерметичной установки пакера в случае, если номинальный диаметр открытого ствола скважины будет больше, чем диаметр описанной окружности пакера по уплотнительным элементам после его пакеровки, за счет включения в конструкцию регулировочной втулки, толщина которой подбирается в зависимости от номинального диаметра открытого ствола скважины.
Технические задачи решаются пакером для горизонтальных скважин, включающим полый ствол с регулятором давления внизу, установленные на стволе уплотнительные элементы с верхним, нижним и промежуточными упорами, размещенный под ними на стволе подвижный гидроцилиндр с поршнем, который оснащен толкателем, выполненным с возможностью взаимодействия с нижним упором, а верхний упор соединен со стволом с возможностью перемещения навстречу нижнему упору с сжатием уплотнительных элементов под действием поршня с гидроцилиндром, полость которого сообщена с полостью ствола через радиальный канал.
Новым является то, что толкатель поршня выполнен кольцевым, опирающимся на нижний упор и оснащенным изнутри одним или несколькими штифтами, регулятор давления изготовлен в виде обратного клапана, а между нижним упором и поршнем размещен на стволе кольцевой выступ с наружными продольными чередующимися длинными и короткими проточками, соединенными фигурными проточками под штифты толкателя, позволяющими при возвратно-поступательном перемещении толкателя относительно ствола штифтам располагаться поочередно то в длинных продольных проточках - транспортное положение, то в коротких продольных проточках - рабочее положение после сжатия уплотнительных элементов, при этом верхний упор соединен со стволом через регулировочную втулку, толщина которой подбирается в зависимости от номинального диаметра ствола скважины, а также то, что регулятор давления выполнен без ограничителя шара, при этом шар выполнен деформируемым при определенном перепаде давления для возможности его проталкивания через отверстие регулятора давления, а штифты выполнены с возможностью разрушения при невозможности перевода пакера в транспортное положение из рабочего.
На фиг. 1 показан пакер в транспортном положении.
На фиг. 2 показан пакер в рабочем положении.
Пакер (фиг. 1, 2) содержит полый ствол 1 с регулятором давления 2 внизу, выполненным в виде обратного клапана, установленные на стволе 1 уплотнительные элементы 3 с верхним 4 и нижним 5 упорами, размещенный под ними на стволе 1 подвижный гидроцилиндр 6 с поршнем 7, который оснащен кольцевым толкателем 8, опирающимся на нижний упор 5 и оснащенным изнутри одним или несколькими штифтами 9. Верхний упор 4 соединен со стволом 1 с возможностью перемещения навстречу нижнему упору 5 с сжатием уплотнительных элементов 3 под действием поршня 7 гидроцилиндра 6, полость 10 которого сообщена с полостью 11 ствола 1 через радиальный канал 12. Между нижним упором 5 и поршнем 7 размещен на стволе 1 кольцевой выступ 13 с наружными продольными чередующимися длинными 14 и короткими 15 (фиг. 1) проточками, соединенными фигурными проточками 16 под штифты 9 (фиг. 1, 2) толкателя 8, позволяющими при возвратно-поступательном перемещении толкателя 8 относительно ствола 1 штифтами 9 располагаться поочередно то в длинных проточках 14 - транспортное положение, то в коротких продольных проточках 15 (фиг. 1) - рабочее положение (фиг. 2) после сжатия уплотнительных элементов 3. При этом верхний упор 4 (фиг. 1, 2) соединен со стволом 1 через регулировочную втулку 17, толщина которой подбирается в зависимости от номинального диаметра ствола скважины (на фиг. не показано).
Регулятор давления 2 выполнен без ограничителя шара 18, при этом шар 18 выполнен деформируемым при определенном перепаде давления для возможности его проталкивания через отверстие 19 регулятора давления 2.
Кроме этого штифты 9 выполнены с возможностью разрушения при невозможности перевода пакера в транспортное положение из рабочего.
Пакер работает следующим образом.
Перед спуском пакера в скважину после определения номинального диаметра ствола скважины по результатам геофизических исследований подбирают толщину регулировочной втулки 17 таким образом, чтобы диаметр описанной окружности пакера по уплотнительным элементам 3 после его пакеровки был больше номинального диаметра ствола скважины, и устанавливают регулировочную втулку 17 на ствол 1. Далее на колонне бурильных труб (на фиг. не показаны) пакер спускают в скважину до проектной глубины. При этом через регулятор давления 2 происходит заполнение колонны бурильных труб. В колонну труб нагнетают жидкость. За счет того, что регулятор давления 2 оснащен шаром в полости 11 ствола 1, создается избыточное давление, которое через радиальный канал 12 передается в полость 10 гидроцилиндра 6 и воздействует на поршень 7. Поршень 7 через кольцевой толкатель 8 давит на нижний упор 4, уплотнительные элементы 3 сжимаются между верхним 4 и нижним 5 упорами, прилегают к стенкам скважины, разобщая ствол скважины. При этом штифты 9 кольцевого толкателя 8 располагаются в коротких продольных проточках 15 (фиг. 1) кольцевого выступа 13, фиксируя пакер в рабочем положении. Снижением уровня жидкости вызывают приток скважинной жидкости. В случае, если из скважины поступает вода, для определения границы интервала водопритока в колонне бурильных труб создают избыточное давление, при этом штифты 9 (фиг. 1, 2) кольцевого толкателя 8 выходят из коротких продольных проточек 15 (фиг. 1) кольцевого выступа 13 (фиг. 1, 2), по фигурным проточкам 16 (фиг. 1) перемещаются и располагаются в длинных проточках 14 (фиг. 1, 2), занимая транспортное положение, и пакер освобождается. Перемещают инструмент на необходимое расстояние и созданием избыточного давления производят повторную установку пакера и снижением уровня вызывают приток скважинной жидкости. После определения интервала водопритока внутри колонны труб создают расчетное давление, шар 18, выполненный деформируемым, проталкивается через отверстие 19 регулятора давления 2, кроме этого, за счет того, что регулятор давления 2 выполнен без ограничителя шара 18, проходной канал 20 пакера оказывается свободным для проведения технологических операций, в том числе и закачки тампонажных смесей с крупноразмерными и крупноволокнистыми наполнителями.
Для извлечения пакера из скважины в колонну бурильных труб бросают шар (на фиг. не показан), нагнетанием жидкости доводят его до регулятора давления 2 и перекрывают проходной канал 20 пакера, создают избыточное давление, при этом штифты 9 кольцевого толкателя 8 выходят из коротких продольных проточек 15 (фиг. 1) кольцевого выступа 13 (фиг. 1, 2), по фигурным проточкам 16 (фиг. 1) перемещаются и располагаются в длинных проточках 14 (фиг. 1, 2), занимая транспортное положение, и пакер извлекается на поверхность.
В случае невозможности перевода пакера в транспортное положение из рабочего, производят натяжение колонны бурильных труб, при расчетной нагрузке происходит срез штифтов 9 кольцевого толкателя 8 и пакер извлекается на поверхность.
Преимуществами предлагаемого пакера являются повышение надежности работы пакера в горизонтальном участке скважины за счет использования гидравлики при его установке и распакеровке, исключения из его конструкции тяг и обеспечения гарантированного извлечения пакера за счет включения в конструкцию пакера штифтов, выполненных с возможностью разрушения при невозможности перевода его в транспортное положение из рабочего, а также снижение вероятности негерметичной установки пакера в случае, если номинальный диаметр открытого ствола скважины будет больше, чем диаметр описанной окружности пакера по уплотнительным элементам после его пакеровки, за счет включения в конструкцию регулировочной втулки, толщина которой подбирается в зависимости от номинального диаметра открытого ствола скважины.