ПАКЕР

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинным устройствам для многократной поинтервальной опрессовки колонны труб в скважине.
Известно пакерное устройство (авторское свидетельство №1795080 МПК 7 Е 21 В 33/12,опубл. Бюл. №6 от 15.02.1993 г.), включающее телескопически установленные друг относительно друга полые наружный ствол с радиальными каналами и уплотнительным элементом, и внутренний ствол с уплотнением для перекрытия радиальных каналов наружного ствола, сообщающих гидравлически полость внутреннего ствола с пространствами над и под уплотнительным элементом, и плашки с плашкодержателем, при этом оно снабжено жестко связанной с верхней частью внутреннего ствола полой головкой с радиальными каналами и кольцевым выступом на наружной поверхности, жестко связанным с плашкодержателем цилиндром с калибровочным каналом на нижнем торце, обратным клапаном, перекрывающим нижний торец наружного ствола, размещенной над уплотнительным элементом манжетой с конусным наконечником, установленным подвижно на наружном стволе с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом головки и стопорами, фиксирующими наружный и внутренний стволы при спуске и подъеме пакера и наружный ствол с плашкодержателем при пакеровке, при этом наружный ствол выполнен с окнами под стопоры, а внутренний ствол и плашкодержатель - с кольцевыми канавками для последовательного размещения в них стопоров при спуске и подъеме устройства и в процессе пакеровки.
Известен пакер (свидетельство на полезную модель №29090 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом пакер снабжен самоуплотняющейся манжетой, установленной на стволе выше опоры и жестко соединенным с ним наконечником, через который пропущен шток, выполненный с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней
части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отверстий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном, в качестве средства для подъема и спуска используют канат.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому является пакер (патент на полезную модель №37763 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №13 от 10.05.2004 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, самоуплотняющуюся манжету, установленную на стволе выше опоры, жестко соединенный со стволом наконечник, через который пропущен шток с радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, при этом шток выполнен с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном, причем груз дополнительно снизу оборудован жестко соединенной с ним втулкой, имеющей радиальные каналы, соответствующие радиальным каналам штока, и внизу конусную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью самоуплотняющейся манжеты, при этом наружный диаметр втулки больше диаметра самоуплотняющейся манжеты в транспортном положении, причем фигурный паз выполнен замкнутым с одной стороны наружной поверхности ствола.
Устройствам, как по аналогам, так и по прототипу присущи общие недостатки конструкции:
- во-первых, металлоемкость и большое количество технологически сложных деталей ведущих к высокой стоимости изготовления и как следствие удорожание конструкции пакера в целом;
- во-вторых, ограниченные функциональные возможности, поскольку невозможна работа пакера в колоннах малого диметра.
- в-третьих, основной рабочий элемент конструкции, а именно самоуплотняющаяся манжета, имеет возможность контакта в процессе спускоподъемных операций с внутренней стенкой скважины, что ведет к ее быстрому износу.
Технической задачей полезной модели является снижение себестоимости изготовления пакера, а также расширение его функциональных возможностей, а именно, проведение опрессовки в колоннах малого диаметра.
Техническая задача решается предлагаемым пакером, включающим ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким и длинным участками, опору, уплотнительный элемент, жестко соединенный со стволом наконечник, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, груз, соединенный сверху со стволом, при этом осевые короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола, направляющий штифт будет расположен то в осевом коротком участке - транспортное положение, то - в осевом длинном участке фигурного паза - рабочее положение.
Новым является то, что обойма снабжена по окружности пружинными центраторами и расположена на стволе выше опоры с возможность осевого перемещения, причем опора и наконечник жестко соединены между собой, рассеченной вдоль продольными разрезами по всему диаметру гильзой, на которой расположен уплотнительный элемент соединенный жестко снизу с наконечником, при этом длина уплотнительного элемента превышает половину длины рассеченной части гильзы, причем ствол снизу заглушен дополнительным грузом, при этом фигурный паз между осевыми коротким и длинным участками в нижней части оснащен выборкой вверх, в которой размещен направляющий штифт при спуске пакера вниз.
На фиг.1 - изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.
На фиг.2 - развертка фигурного паза, выполненного на наружной поверхности ствола.
Пакер состоит из ствола 1 (см. фиг.1) с фигурным пазом 2 на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким 3 (см. фиг.2) и длинным 4 участками, установленной на стволе 1 с возможностью осевого перемещения опоры 5 (см. фиг.1), уплотнительного элемента 6 и, жестко соединенного со стволом 1 в нижней его части, наконечника.
Опора 5 и наконечник 7 жестко соединены между собой, рассеченной вдоль продольными разрезами по всему диаметру гильзой 8, на которой расположен уплотнительный элемент 6, соединенный жестко снизу с наконечником 7, при этом, длина - b уплотнительного элемента 6 превышает половину длины - а, рассеченной части 9 гильзы 8 (b>a), а вся рассеченная часть 9 гильзы 8 имеет длину 2×а.
На стволе 1 выше опоры 5 с возможность осевого перемещения расположена обойма 10 с направляющим штифтом 11. Направляющий штифт 11 размещен в вышеупомянутом
фигурном пазе 2 ствола 1. Обойма 10 по окружности снабжена пружинными центраторами 12.
Сверху к стволу 1 присоединен груз 13, а снизу ствол 1 заглушен дополнительным грузом 14.
Осевые короткий 3 и длинный 4 участки фигурного паза 2 соединены между собой замкнутым фигурным участком 15 так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы 10 относительно ствола 1, направляющий штифт 11 будет расположен: то в осевом коротком участке 3 - транспортное положение, то - в осевом длинном участке 4 фигурного паза - рабочее положение.
Фигурный паз 2 между осевыми коротким 3 и длинным 4 участками в нижней части замкнутого фигурного участка 15 оснащен выборкой 16 вверх, в которой размещен направляющий штифт 11 при спуске пакера вниз.
Пакер работает следующим образом.
Пакер в сборе как показано на фигуре 1 на канате 17 спускают в колонну труб (на фигурах не показано) в интервал, где необходимо провести опрессовку, при этом груз 13 и дополнительный груз 14, расположенные соответственно на верхнем и на нижнем конце ствола 1 препятствуют выталкивающей силе, которая возникает в процессе работы с пакером под уровнем жидкости в колонне труб. Направляющий штифт 11 обоймы 10 в транспортном положении размещен в выборке 16 нижней части замкнутого фигурного участка 15 фигурного паза 2 (см. фиг.2).
В процессе спуска пакера пружинные центраторы 12 обоймы 10 находятся в постоянном контакте со стенками колонны труб, а уплотнительный элемент 6 (см. фиг.1) прилегает к наружной поверхности гильзы 8, благодаря чему уплотнительный элемент 6 не контактирует со стенками колонны труб при спуско-подъемных операциях (СПО), а находящаяся в колонне труб жидкость при (СПО) свободно перетекает через пакер. Достигнув необходимого интервала опрессовки колонну труб наполняют технологической жидкостью.
После этого пакер приподнимают примерно на 0,5 метр вверх и опускают, в результате проделанной операции направляющий штифт 11 перемещается (при подъеме) из выборки 16 нижней части замкнутого фигурного участка 15 фигурного паза 2 в нижнюю часть осевого короткого участка 3, а затем (при спуске) направляющий штифт 11 перемещается из нижней части осевого короткого участка 3 фигурного паза 2 в верхнюю часть осевого длинного паза 4.
При этом пакер за исключением деталей 10, 11 и 12, которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 12 обоймы 10 со стенками колонны труб, перемещается относительно деталей 10,11 и 12 соответственно вверх, а затем вниз.
Далее начинают запакеровку пакера. С этой целью пакер посредством каната 17 тянут вверх примерно на 2 метра, при этом детали 10, 11 и 12 остаются на месте, а пакер поднимается вверх. В определенный момент обойма 10 своим нижним торцом 18 вступит во взаимодействие с опорой 5, которая расположена на стволе 1 с возможностью осевого перемещения и жестко соединена с гильзой 8. Канат 17 продолжают тянуть вверх, а обойма 10, остающаяся в неподвижном состоянии, благодаря контакту пружинных центраторов 12 со стенками колонны труб продолжает взаимодействовать с опорой 5, которая под действием ствола 1, а также, соединенных с ним сверху груза 13 и снизу дополнительного груза 14 начинает опускаться вниз относительно ствола 1, при этом гильза 8, имеющая длину рассеченной части 2×а изгибается дугой по центру, поскольку нижняя часть уплотнительного элемента 6 и гильзы 8 жестко соединены с наконечником, который в свою очередь, жестко соединен со стволом 1, а так как длина - b уплотнительного элемента 6 превышает половину длины - а, рассеченной части 9 гильзы 8 (b>a), то уплотнительный элемент 6 соприкасается и прижимается к стенкам колонны труб.
Затем устье скважины (на фигурах не показано) герметизируют, при этом канат 17 посредством геофизического подъемника (на фигурах не показано), с помощью которого производили СПО фиксируют в натянутом положении и внутри колонны труб поднимают давление, которое воздействует на уплотнительный элемент 6 и плотно прижимает его к стенкам колонны труб, причем чем выше давление опрессовки колонны труб, тем больше давление оказывается на уплотнительный элемент 6, тем сильнее прижимается уплотнительный элемент 6 к стенкам опрессовываемой колонны труб.
Установив степень герметичности колонны труб, давление сбрасывают.
Если в дальнейшем необходимо опрессовывать колонну труб выше интервала, в котором находится пакер, то последний посредством каната 17 опускают примерно на 2 м при этом направляющий штифт 11 обоймы 10 перемещается из нижней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 (см. фиг.2) в выборку 16 нижней части замкнутого фигурного участка 15 фигурного паза 2, при этом ствол 1 пакера опускается вниз, а опора 5 (см. фиг.1)начинает подниматься за счет сил упругости согнутой дугой в процессе опрессовки рассеченной части 9 гильзы 8, при этом последняя, поскольку она жестко соединена с опорой 5 выпрямляется, а расположенный на ее наружной поверхности уплотнительный элемент 6 выходит из соприкосновения со стеками колонны труб. Спуск вниз продолжается и в определенный момент опора 5 перестает перемещаться вверх, поскольку
гильза 8 полностью выпрямляется и принимает первоначальное положение (см. фиг.1), после чего опора 5 выходит из контакта с нижним торцом 18 обоймы 10, при этом ствол продолжает опускаться вниз, а детали 10, 11 и 12 продолжают оставаться на месте до тех пор, пока направляющий штифт 11 обоймы 10 попадет в выборку 16 нижней части замкнутого фигурного участка 15 фигурного паза 2.
Если необходимо спрессовывать колонну труб ниже интервала, в котором находится пакер, то последний помимо операции по спуску на 2 метра описанной выше, дополнительно посредством каната 17 необходимо приподнять на 0, 5 метра вверх, при этом направляющий штифт 11 перемещается из выборки 16 нижней части замкнутого фигурного участка 15 фигурного паза 2 в нижнюю часть осевого короткого участка 3 фигурного паза 2, а пакер за исключением деталей 10, 11 и 12, которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 12 обоймы 10 со стенками колонны труб, перемещается вверх.
Далее пакер может быть перемещен в другой интервал скважины для опрессовки колонны труб или извлечен на поверхность.
Предлагаемый пакер имеет небольшие габариты и вес, кроме того, он дешев в изготовлении, в связи с чем снижается стоимость пакера, а расширение его функциональных возможностей позволяет производить опрессовки труб в колоннах малого диаметра, что несомненно ускоряет процесс ремонтных работ в скважинах.