ПАКЕР РАЗБУРИВАЕМЫЙ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметичного разобщения интервалов ствола обсадной колонны в процессе проведения различных технологических операций и эксплуатации нагнетательных и добывающих скважин.
Известен «Пакер разбуриваемый» (патент РФ 2405912, МПК E21B 33/12, опубл. в бюл. 34 от 10.12.2010 г.), содержащий посадочный инструмент, состоящий из цилиндра и поршня с полым штоком, полый цилиндрический корпус с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на корпусе уплотнительный элемент с верхним и нижним упорами и конусными опорами, верхние и нижние шлипсы в виде кольцевых секторов, выполненных с возможностью продольного перемещения по конусным поверхностям опор, верхний и нижний толкатели, верхний из которых, взаимодействующий с цилиндром посадочного инструмента, снабжен фиксатором, имеющим резьбовую нарезку под нарезку корпуса, и хвостовик, причем нижний толкатель жестко соединен со срезным кольцом для соединения со штоком поршня посадочного инструмента, причем кольцевые сектора верхних и нижних шлипсов жестко соединены между собой разрушаемыми перемычками, а нижний толкатель жестко соединен с корпусом и снабжен пружинным фиксатором, причем хвостовик жестко соединен с полым штоком, фиксируя срезное кольцо изнутри, и снабжен ниже нижнего толкателя радиальными каналами и снизу пробкой с кольцевой выборкой, соединенной с хвостовиком срезными винтами и выполненной с возможностью герметичного входа в нижний толкатель с взаимодействием кольцевой выборки с пружинным фиксатором, при этом снизу цилиндр посадочного инструмента оснащен камерой с разделительной перегородкой, а полый шток оснащен снаружи подвижной втулкой с кольцевой внутренней проточкой, зафиксированной разрушаемым элементом и расположенной внутри камеры, и радиальными отверстиями, в которые вставлены шарики, причем полость полого штока герметично перекрыта заглушкой с проточкой на поверхности для фиксации под шарики, поджимаемые снаружи полого штока втулкой, кольцевая проточка которой выполнена с возможностью совмещения с шариками после взаимодействия втулки с разделительной перегородкой камеры и перемещения ее вниз относительно полого штока, освобождая заглушку, которая выполнена с возможностью перемещения вниз ниже радиальных отверстий хвостовика.
Недостатком вышеуказанного пакера является невозможность его использования для закачки тампонирующих и отверждаемых составов из-за задавливания этих составов в подпоршневые пространства посадочных инструментов и их схватывание при подъеме его из скважины, что приводит к выходу из строя посадочного инструмента и невозможность его использования для установки других пакеров без предварительной очистки его от тампонирующего состава в специальных мастерских.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является разбуриваемый пакер (патент РФ №107821, МПК E21B 33/12, дата публикации 27.08.2011 г.), содержащий посадочный инструмент, состоящий как минимум из одного цилиндра с радиальным отверстием в верхней части, и соответствующего поршня с полым штоком, выполненным с радиальными каналами, и сообщенным переточными каналами с подпоршневым пространством, и пакер, включающий корпус, установленные на корпусе шлипсы, уплотнительный элемент с верхним и нижним упорами и опорами под шлипсы, верхний и нижний толкатели, верхний из которых выполнен с возможностью перемещения вниз относительно корпуса с фиксацией в нижнем положении, причем нижний толкатель жестко соединен с полым штоком нижнего поршня с возможностью отсоединения после установки пакера в скважине, при этом полый шток нижнего поршня оснащен заглушкой, расположенной между радиальными и переточными каналами, причем верхняя часть полого штока верхнего поршня оснащена выступом, верхний цилиндр сверху оснащен замковым механизмом, выполненным с возможностью взаимодействия с выступом и фиксацией поршней в верхнем положении.
Недостатком прототипа является невозможность его извлечения с пакера и повторная стыковка с пакером, после извлечения из пакера.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей.
Поставленная задача решается тем, что в пакере разбуриваемом, содержащем посадочный инструмент, состоящий как минимум из одного цилиндра с радиальным отверстием в верхней части, и соответствующего поршня с полым штоком, выполненным с радиальными каналами, и сообщенным переточными каналами с подпоршневым пространством, и пакер, включающий корпус, установленные на корпусе шлипсы, уплотнительный элемент с верхним и нижним упорами и опорами под шлипсы, верхний и нижний толкатели, верхний из которых выполнен с возможностью перемещения вниз относительно корпуса с фиксацией в нижнем положении, причем нижний толкатель жестко соединен с полым штоком нижнего поршня с возможностью отсоединения после установки пакера в скважине, при этом полый шток нижнего поршня оснащен заглушкой, расположенной между радиальными и переточными каналами, причем верхняя часть полого штока верхнего поршня оснащена выступом, верхний цилиндр сверху оснащен замковым механизмом, выполненным с возможностью взаимодействия с выступом и фиксацией поршней в верхнем положении, на заглушке полого штока сверху выполнена цилиндрическая выборка, со дна которой выполнена аналогичная выборка меньшего диаметра, причем с выступающей наружу грани дна цилиндрической выборки снята фаска, герметично закрывающая проходное сечение цилиндрической выборки меньшего диаметра при установке на фаску шарика, причем напротив нижней части цилиндрической выборки с большим диаметром на полом штоке нижнего поршня просверлены радиальные отверстия, над которыми на этом штоке выполнено резьбовое отверстие, снабженное ограничительным винтом для шарика, причем на нижнем конце цилиндров выполнена внутренняя резьба, причем две близлежащие цилиндры соединены друг с другом гильзой, выполненной с наружными резьбами на концах и внутренним диаметром, приблизительно равным наружному диаметру полого штока, причем к нижнему концу нижнего цилиндра соединена короткая гильза, выполненная с наружной резьбой на верхнем конце и внутренним диаметром, приблизительно равным наружному диаметру полого штока, причем гильзы, расположенные между цилиндрами и короткая гильза зафиксированы от откручивания стопорными винтами и выполнены с возможностью перекрытия соответствующих радиальных каналов в транспортном положении и открытия их при перемещении поршней в верхнее положение, причем к нижнему концу короткой гильзы с помощью срезных винтов соединен полый переходник, причем к нижнему концу полого переходника с возможностью отсоединения соединен трубчатый удлинитель с жестко закрепленным с помощью полого цилиндра патрубком, причем на наружной стенке трубчатого удлинителя в месте соединения с полым цилиндром имеется канавка, снабженная уплотнительным элементом, причем патрубок выполнен с двухступенчатой наружной боковой стенкой, причем наружная боковая стенка с большим диаметром находится в верхней части патрубка, а наружная боковая стенка с малым диаметром - в нижней части патрубка, причем на верхней части наружной боковой стенки с большим диаметром имеется кольцевой выступ, ниже которой напротив этой стенки выполнены радиальные каналы, причем в нижней части наружной боковой стенки с малым диаметром имеется цилиндрическая проточка с коническими поверхностями на концах, причем с нижнего конца нижнего толкателя выполнена цилиндрическая выборка, на дно которой установлена шайба, причем внутренняя часть шайбы расположена между нижним торцом удлинителя и верхним торцом кольцевого выступа патрубки, причем наружная часть шайбы расположена между дном цилиндрической выборки и торцом корпуса шиберного клапана, выполненного в виде колпака с двухступенчатой выборкой, причем цилиндрическая выборка с малым диаметром находится рядом с дном корпуса, а цилиндрическая выборка с большим диаметром - выше цилиндрической выборки с малым диаметром, причем на корпусе напротив цилиндрической выборки с большим диаметром выполнены радиальные каналы, причем корпус шиберного клапана жестко посажен верхним открытым концом в цилиндрическую выборку нижнего толкателя и оснащен опорным кольцом, неподвижно посаженным на внутреннею стенку на верхнем конце, и цангой, выполненной в виде полого цилиндра с лепестками в нижней части, причем цанга герметично посажена в цилиндрическую выборку с большим диаметром с возможностью с возможностью осевого перемещения и закрытия радиальных каналов корпуса шиберного клапана, причем лепестки цанги расположены в цилиндрической выборке корпуса шиберного клапана с малым диаметром, а торцы этих лепестков опираются в нижнюю коническую поверхность патрубка, причем верхний торец цанги опирается на коническую поверхность между наружными боковыми стенками с большим и малым диаметрами патрубка.
На фиг. 1 изображена в разрезе верхняя часть разбуриваемого пакера; на фиг. 2 изображена - нижняя часть разбуриваемого пакера; на фиг. 3 изображен вид A фиг. 2.
Пакер разбуриваемый (в дальнейшем - пакер), содержит посадочный инструмент 1 (фиг. 1), состоящий из цилиндров 2, 3 и 4 с радиальным отверстием в верхней части, поршней 5 с полыми штоками 6, имеющими радиальные 7 и переточные 8 каналы. Переточные каналы 8 сообщаются с подпоршневым пространством 9 соответствующего цилиндра. Также устройство содержит пакер 10 (фиг. 2), изготовленный из легкоразбуриваемых материалов. Пакер 10 включает полый цилиндрический корпус 11, установленные на корпусе 11 уплотнительный элемент 12 с верхним 13 и нижним 14 упорами и опорами 15 и 16 под шлипсы 17, выполненными с возможностью расширения и фиксации в скважине (на фиг. 1 и 2 не показана), верхний 18 (фиг. 2) и нижний 19 толкатели. Верхний толкатель 18, взаимодействующий с посадочным инструментом 1, выполнен с возможностью перемещения вниз относительно корпуса 11 с фиксацией в нижнем положении фиксаторами 20 (например, поджимаемыми внутрь плашками или пружинным кольцом - на фиг. 2 не показаны). Нижний толкатель 19 жестко соединен со штоком 6 нижнего поршня 5 цилиндра 4 через полый удлинитель 21 и полый цилиндр 50 с возможностью отсоединения при помощи разрушаемой шайбы 22, которая изготавливается под расчетное усилие на срез. Полый шток 6 (фиг. 1) нижнего поршня 5 оснащен заглушкой 23, которая расположена между радиальными 7 и переточными 8 каналами полого штока 6. Верхняя часть 24 полого штока 6 верхнего поршня 5 оснащена выступом 25. Верхний цилиндр 2 сверху оснащен замковым механизмом 26 (например, в виде пружинного кольца или подпружиненных внутрь колец - на фиг. 1 не показаны) выполненным с возможностью взаимодействия с выступом 25 и фиксацией поршней 4 в верхнем положении относительно цилиндров 2, 3 и 4.
На заглушке 23 полого штока 6 нижнего поршня 5 сверху выполнена цилиндрическая выборка 27, со дна которой выполнена аналогичная выборка 28 меньшего диаметра. С выступающей наружу грани дна цилиндрической выборки 27 снята фаска, герметично закрывающая проходное сечение цилиндрической выборки 28 меньшего диаметра при установке на фаску шарика 29. Напротив нижней части цилиндрической выборки 27 на полом штоке 6 нижнего поршня 5 просверлены радиальные отверстия 30, над которыми на этом штоке выполнено резьбовое отверстие, снабженное ограничительным винтом 31 для шарика 29. Он препятствует перемещению шарика 29 вверх потоком жидкости. На нижнем конце цилиндров 2, 3 и 4 выполнена внутренняя резьба. Два близлежащих цилиндра 2, 3 и 4 соединены друг с другом гильзой 32, выполненной с наружными резьбами на концах и внутренним диаметром, приблизительно равным наружному диаметру полого штока 6. К нижнему концу нижнего цилиндра 4 соединена короткая гильза 33, выполненная с наружной резьбой на верхнем конце и внутренним диаметром, приблизительно равным наружному диаметру полого штока 6 нижнего поршня 5. Гильзы 32, расположенные между цилиндрами 2, 3 и 4 и короткая гильза 33 зафиксированы от откручивания стопорными винтами (поз. не дана) и выполнены с возможностью перекрытия соответствующих радиальных каналов 7 в транспортном положении и открытия их при перемещении поршней 5 в верхнее положение. К нижнему концу короткой гильзы 33 с помощью срезных винтов 34 соединен полый переходник 35. К нижнему концу этого переходника 35 с возможностью отсоединения соединен один трубчатый удлинитель 21 с жестко закрепленным с помощью полого цилиндра 50 патрубком 36. На наружной стенке трубчатого удлинителя 21 в месте соединения с полым цилиндром 50 имеется канавка 51, снабженная уплотнительным элементом 52. Патрубок 36 выполнен с двухступенчатой наружной боковой стенкой. Наружная боковая стенка 37 с большим диаметром находится в верхней части патрубка, а наружная боковая стенка 38 с малым диаметром - в нижней части патрубка 36. На верхней части наружной боковой стенки 37 с большим диаметром имеется кольцевой выступ 39, ниже которой напротив этой стенки выполнены радиальные каналы 40. В нижней части наружной боковой стенки 38 с малым диаметром имеется цилиндрическая проточка 41 с коническими поверхностями на концах. С нижнего конца нижнего толкателя 19 выполнена цилиндрическая выборка 42, на дно которой установлена шайба 22. Внутренняя часть шайбы расположена между нижним торцом полого цилиндра 50 и верхним торцом кольцевого выступа 39 патрубка 36. Наружная часть шайбы расположена между дном цилиндрической выборки 42 толкателя 19 и торцом корпуса 43 шиберного клапана. Корпус 43 выполнен в виде колпака с двухступенчатой цилиндрической выборкой. Цилиндрическая выборка 44 с малым диаметром находится рядом с дном корпуса 43, а цилиндрическая выборка 45 с большим диаметром - выше выборки 44. На корпусе 43 напротив цилиндрической выборки 45 с большим диаметром выполнены радиальные каналы 46. Корпус 43 шиберного клапана жестко посажен верхним открытым концом в цилиндрическую выборку 42 нижнего толкателя 19. Корпус 43 оснащен опорным кольцом 47, неподвижно посаженным на внутреннюю стенку на верхнем конце, и цангой 48, выполненной в виде полого цилиндра с лепестками 49 в нижней части. Цанга 48 герметично посажена в цилиндрическую выборку 45 с большим диаметром с возможностью осевого перемещения и закрытия радиальных каналов 46 корпуса 43. Лепестки цанги расположены в цилиндрической выборке 44 корпуса 43 с мальм диаметром, а торцы этих лепестков опираются в нижнюю коническую поверхность проточки 41 патрубка 36. Верхний торец цанги 48 опирается на коническую поверхность 53 между наружными боковыми стенками 37 и 38 с большим и малым диаметрами патрубка 36. На соединения деталей и на уплотнительные элементы (резиновые кольца, манжеты) для герметичного соединения деталей на фиг. 1, 2 и 3 позиции не даны.
Разбуриваемый пакер работает следующим образом.
Посадочный инструмент 1 с пакером 10 на колонне труб 54 вместе с жидкостью спускается в скважину. Скважинная жидкость через выборку 28 и шарик 29 попадает посадочный инструмент 1 и колонну НКТ 54. Для исключения несанкционированного срабатывания посадочного инструмента переходник 35 и удлинитель 21 зафиксированы в транспортном положении срезными винтами 34. После достижения интервала установки в колонне труб 54 создают избыточное давление закачкой с устья скважины жидкости насосом (на фиг. не показан), которая через переточные каналы 8 поступает в подпоршневое пространство 9 каждого цилиндра 2, 3 и 4. При превышении усилия среза винты 34 (фиг. 2) разрушаются и поршни 5 с полыми штоками 6 перемещаются вверх относительно соответствующих цилиндров 2, 3 и 4, выдавливая жидкость из них через радиальные отверстия этих цилиндров. При перемещении поршней 5 с полыми штоками 6 вверх цилиндры и верхний толкатель 18 находятся в покое, а нижний толкатель 19 поднимается вверх. Из-за этого верхний 13 и нижний 14 упоры подтягиваются навстречу к друг другу, сжимая соответственно уплотнительный элемент 12 до герметичного взаимодействия со стенкой скважины. При этом выдвигаются соответственно опорами 15 и 16 шлипсы 17 до взаимодействия со стенками скважины с фиксацией пакера 10 в требуемом интервале установки. Верхний 18 и нижний 19 толкатели фиксируются в положении установки пакера 10 за счет стопорнения верхнего толкателя 18 фиксатором 20 в нижнем положении относительно корпуса 11. После продолжения закачки жидкости в подпоршневое пространство 9 (фиг. 1) цилиндров 2, 3 и 4 шайба 22 разрушается и патрубок 36 поднимается вместе с поршнями 5, полыми штоками 6, полым удлинителем 21 и полым цилиндром 50 вверх. Патрубок 36 поднимает вверх цангу 48, так как в нижнюю коническую поверхность проточки 41 патрубка 36 опираются торцы лепестков 49 этой цанги. После поднятия патрубка 36, его радиальные каналы 40 располагаются напротив радиальных каналов 46 корпуса 43 шиберного клапана. При этом поршни 5 с полыми штоками 6 перемещаются в крайнее верхнее положение относительно соответствующих цилиндров 2, 3 и 4, а радиальные каналы 7 выходят из соответствующих гильз 32 и короткой гильзы 33 внутрь цилиндров 2, 3 и 4. В этом положении посадочный инструмент 1 фиксируется замковым механизмом 26 верхнего цилиндра 2, захватывающим выступ 25 верхней части 24 полого штока 6 верхнего поршня 5 и исключающим несанкционированное перемещение при технологических операциях поршней 5 относительно цилиндров 2, 3 и 4. При этом переточные каналы 8 полого штока 6 нижнего поршня 5 и радиальные каналы 7 этого штока обеспечивают движение жидкости из колонны труб 54 через цилиндр 4 в обход закрытого шариком 29 участка полого штока 6 в полый удлинитель 21 и в полый цилиндр 50. Далее жидкость (реагенты, тампонирующие и отверждаемые составы) из полого цилиндра 50 может поступать через радиальные каналы 40 патрубка 36 и радиальные каналы 46 корпуса 43 шиберного клапана в пространство скважины под установленным пакером 10. После завершения технологических операций, связанных с закачкой жидкости в пласты, находящиеся ниже пакера 10, посадочный инструмент 1 извлекают из пакера 10, поднимая вверх. Вместе с посадочным инструментом 1 извлекается и патрубок 36, а цанга 45 верхним торцом упирается на торец опорного кольца 47 и остается в корпусе 43 шиберного клапана. При крайнем верхнем положении цанга 45 закрывает радиальные каналы 46 корпуса 43, препятствуя проникновению жидкости из подпакерного пространства внутрь пакера. После извлечения на колонне труб 51 посадочного инструмента 1 из пакера 10 на 1-5 метров, через колонну труб 51, полые штоки 6, переточные 8, радиальные каналы 7, 30 полых штоков 6 и патрубок 36 производят прокачку промывочной жидкости (например, воды). В результате жидкость, проходя через полые штоки 6, создает эффект ижектирования с перепадом давлений в цилиндрах 2, 3 и 4 между переточными каналами 8 и радиальными каналами 7, 30, вызывая циркуляцию жидкости в цилиндрах от каналов 8 к каналам 7 и 30, что приводит к очистке цилиндров 2, 3 и 4 от реагентов, тампонирующих и отверждаемых составов.
После завершения очистки цилиндров 2, 3 и 4 от реагентов, тампонирующих и отверждаемых составов посадочный инструмент 1 извлекают из пакера 10, поднимая вверх. Посадочный инструмент 1 после извлечения из скважины без разборки и очистки устанавливается в другие пакера или - в пакер 10, из которого он извлекался. При необходимости в дальнейшем пакер 10 разбуривается.
Предлагаемый пакер разбуриваемый позволяет расширить функциональные возможности разбуриваемого пакера за счет обеспечения установки его посадочного инструмента в пакер, с которого он был снят после проведения технологических операций. Посадочный инструмент вновь устанавливается на скважину, например, после промывки надпакерного пространства или опрессовки обсадной колонны. В прототипе же посадочный инструмент устанавливается на скважину, с которого он был извлечен, только с другим пакером. Тот пакер, с которого был снят посадочный инструмент разбуривается. В предложенном устройстве для повторной установки посадочного инструмента пакер не разбуривается. Поэтому предложенный пакер разбуриваемый позволяет значительно экономить материальные ресурсы и трудовые ресурсы. Так же, в предложенном устройстве цилиндры не имеют переходников и их рабочие поверхности сквозные. Поэтому при изготовлении цилиндров повышается точность обработки рабочих поверхностей, и следовательно - работоспособность пакера разбуриваемого. Так же, в предложенном устройстве шарик при спуске пакера разбуриваемого позволяет заполнить жидкостью из скважины посадочный инструмент и колонну НКТ. Соединение полого удлинителя с патрубком с помощью полого цилиндра позволяет уменьшить длину этого удлинителя. Короткий полый удлинитель изготавливается более точнее и без специальных, удерживающих заготовку детали, приспособлений.
Патентная информация: патент РФ №2405912, МПК E21B 33/12, опубл. в бюл. 34 от 10.12.2010 г.;
патент РФ №107821, МПК E21B, дата публикации: 27.08.2011 г.