ПАКЕРНОЕ УСТРОЙСТВО
PACKER ASSEMBLY

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при пакеровании интервалов горизонтальной скважины.
Известен пакер для наклонных скважин, включающий ствол, механический якорь, содержащий плашки и штифты, уплотнители с конусом и центратор в виде пластинчатых пружин, пружин сжатия и втулки, установленной на стволе, соединенной с механическим якорем пластинчатыми пружинами и имеющей отверстия для пружин сжатия, взаимодействующих с пластинчатыми пружинами. На стволе выполнена кольцевая проточка и установлена управляющая втулка с размещенными в ней штифтами, а между пружинами сжатия установлен фиксирующий подпружиненный элемент, например, в виде пальцев с пружинами, имеющих возможность взаимодействия с кольцевой проточкой и обеспечивающих фиксирование центратора относительно ствола, при этом при отсутствии штифтов, в случае их срезания, центратор имеет возможность неограниченного перемещения вдоль ствола до положения его фиксирования (Патент РФ на полезную модель №52908, опублик. 27.04.2006).
Недостатком известного устройства является недостаточно точное центрирование по стволу скважины и невысокая работоспособность в скважинах с большой кривизной.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине, содержащее установленный на колонне труб переводник, на котором подвешены внутренняя труба и посредством муфты пакер и якорь, соединенный посредством соединительной муфты с выполненным в виде трубы хвостовиком, внутренняя труба выполнена с радиальными отверстиями в ее стенке и установленным на нижнем ее конце клапаном, пакер расположен над якорем на верхнем стволе и выполнен с сжимаемыми в осевом направлении посредством гидропривода эластичными манжетами, а якорь расположен на нижнем стволе, зафиксирован в исходном положении посредством срезного штифта и выполнен с установленными с возможностью перемещения в радиальном направлении посредством гидропривода шлипсами, при этом внутренняя труба образует с соединенными между собой верхним и нижним стволами кольцевую полость, гидравлически связанную через ее радиальные отверстия с гидроприводами пакера и якоря. Внутренняя труба снабжена жестким центратором ее положения в верхнем и нижнем стволах, клапан выполнен в виде установленного на срезном штифте седла и сбрасываемого на него шара, под седлом установлена ловушка седла и шара, шлипсы якоря выполнены прямоугольными с Т-образным хвостовиком, гидропривод якоря снабжен сжатой в исходном положении пружиной, поджимающей шлипсы к обсадной колонне в рабочем положении, причем гидропривод якоря выполнен с ограничителем осевого хода шлипсов, эластичные манжеты пакера выполнены цилиндрическими из резины, при этом между манжетами установлены стальные шайбы, а пакер выполнен с ограничителем осевого сжатия эластичных манжет (Патент РФ на полезную модель № 70304, опублик. 20.01.2008 - прототип).
Известное устройство успешно работает в вертикальных скважинах. Однако в горизонтальном стволе скважины устройство не срабатывает из-за невозможности выхода из корпуса упорных элементов якоря, отсутствия фиксации якоря и вслед за ним пакера.
В предложенном изобретении решается задача фиксации пакерного устройства в горизонтальном стволе скважины.
Задача решается тем, что в пакерном устройстве, включающем центратор, якорь, гидродомкрат, пакер и клапаны, согласно изобретению, центратор расположен перед якорем на расстоянии не более 0,7 м, дополнительный центратор расположен после центратора перед пакером на расстоянии от пакера не более 0,7 м при расстоянии между центраторами не более 3 м, центраторы имеют центрирующие поверхности с внешним размером более наружного размера якоря на 9-11 мм и менее внутреннего диаметра скважины на 10-16 мм.
Сущность изобретения
В горизонтальных скважинах наблюдаются отклонения ствола скважины от горизонтали, искривления, иногда запланированные до бурения. В таких стволах пакерное устройство испытывает большие усилия прижатия к стенкам скважины. Особенно эти усилия велики в местах перехода от вертикального ствола к горизонтальному. Профиль скважины заставляет изгибаться колонну насосно-компрессорных труб и пакерное устройство на конце этой колонны оказывается в наибольшей степени подверженным усилиям прижатия к стенке скважины. Эти усилия могут быть столь велики, что могут не позволить плашкам якоря выйти из корпуса и поднять якорь, отодвинуть его от стенки скважины. В предложенном изобретении решается задача фиксации пакерного устройства в горизонтальном стволе скважины. Задача решается следующим образом.
Пакерное устройство, состоящее из центраторов, якоря, гидродомкрата, сбивного и обратного клапанов и пакера, компонуют таким образом, чтобы обеспечить расстояние между стенками скважины и наружным диаметром якоря, достаточное для выдвижения плашек якоря во все стороны и упор их в стенки скважины при любом реально существующем изгибе ствола скважины. Устройство рассчитано на работу в скважине, обсаженной эксплуатационной колонной 9 дюймов (245×7,9 мм). Центраторы выполнены жесткими, с рабочими элементами в виде жестких ребер. Один из центраторов располагают перед якорем на расстоянии не более 0,7 м от него. Этим обеспечивают защиту центратора от контакта со стенками скважины при любом реально существующем радиусе закругления скважины. Второй дополнительный центратор располагают после центратора перед пакером на расстоянии от пакера не более 0,7 м. Задача второго центратора такая же, как и первого, но в отношении пакера. Оба центратора вместе обеспечивают работоспособность устройства в целом в любом реально существующем изгибе ствола скважины. Исходя из обеспечения работоспособности расстояние между центраторами выдерживают не более 3 м. В совокупности с размерами якоря и центратора помимо работоспособности это гарантирует прохождение пакерного устройства через любые изгибы скважины без контакта пакера и якоря со стенками скважины. Центраторы имеют центрирующие поверхности с внешним размером (диаметром) менее внутреннего диаметра скважины на 10-16 мм. Менее этого размера может вызвать затруднения при спуске в горизонтальный ствол скважины, больший - неработоспособность устройства. Наружный диаметр якоря меньше наружного диаметра центратора на 9-11 мм. Наличие равных диаметров центратора и якоря недопустимо, т.к, приводит к повреждению якоря при спуске в горизонтальный ствол скважины. Меньший размер приводит к возможности контакта якоря со стенкой скважины в месте крутого изгиба, повреждению якоря или появлению недостаточного расстояния для начального выдвижения плашек, достаточного для рабочего выдвижения плашек и фиксирования в скважине. Больший размер приводит к смещению якоря относительно оси скважины и появлению касательных усилий на стенках скважины при упоре плашек. Максимальный ход плашек якоря составляет 42 мм. Работоспособность устройства в таких условиях заключается в том, что при любом изгибе скважины устройство в этом месте изгиба обеспечивает возможность выдвижения плашек и их контакт со стенками без касательных усилий. В то же время даже при прижатии центраторов к одной из стенок скважины, например, снизу, это обеспечивает выход плашек и их контакт со стенками скважины в любом направлении, т.е. не только со стороны прижатия, например, снизу, но и в диаметрально противоположном направлении. При этом обеспечивается упор плашек в стенки скважины практически без создания касательной составляющей, т.е. как бы перпендикулярно стенке скважины. Это обеспечивает надежное удержание якоря в рабочем положении. Разность диаметров центратора и якоря обеспечивает выход плашек якоря и их упор в стенки скважины. Без центратора в условиях прижатия к одной стенке скважины в горизонтальном стволе усилий одного только якоря недостаточно для отжима плашками от стенки скважины и центрирования якоря в стволе скважины. Однако даже при отжиме плашки упираются в стенки скважины по касательной и не обеспечивают удержания якоря в скважине.
Обратный клапан необходим для поддержания давления при срабатывании гидродомкрата. Сбивной клапан необходим для сброса давления и слива жидкости перед подъемом из скважины. Все элементы пакерного устройства соединены между собой через переводники на резьбе.
На фиг.1 схематично изображено предлагаемое пакерное устройство.
Устройство включает 1 и 2 - центраторы, 3 - якорь, 4 - гидродомкрат, 5 - сбивной клапан, 6 - обратный клапан, 7 - пакер. Устройство закреплено на колонне насосно-компрессорных труб 8 и размещено в скважине 9. В качестве якоря может быть использован якорь марки ЯГ(М)-204-90-400-Т100-К3-02, в качестве пакера может быть использован пакер ПРО-ЯМ02-204-90-400-Т100-К3-02, элементы устройства соединены переводниками 114×73 мм.
Устройство работает следующим образом.
Компоновку спускают на колонне насосно-компрессорных труб в скважину на необходимую глубину. В колонне насосно-компрессорных труб создают давление жидкости, срабатывает гидродомкрат, посредством штока вызывает срабатывание якоря и пакера, из якоря выступают плашки и упираются в стенки скважины, пакер расширяет резиновые накладки. Пространство скважины разобщено. После проведения ремонтных работ устройство удаляют из скважины. Для этого сбрасывают давление в колонне насосно-компрессорных труб, спуском колонны меньшего диаметра срезают штифты на сбивном клапане, выравнивают давление в колонне насосно-компрессорных труб и скважине, плашки входят в якорь, пакер сжимается, колонну насосно-компрессорных труб с пакерным устройством поднимают из скважины.
Применение предложенного пакерного устройства позволит выполнить фиксацию устройства в горизонтальном стволе скважины и обеспечить разобщение горизонтальной скважины.