ПАКЕР ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
HYDRAULIC PACKER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к пакерующим устройствам для разобщения пространства в эксплуатационных колоннах при временном отключении пластов, установке съемных мостовых пробок и других технологических операциях при эксплуатации и ремонте нефтяных скважин.
Известен пакер гидравлический, включающий полый ствол с кольцевой канавкой и рядом радиальных отверстий, уплотнительный элемент, втулку-толкатель с радиальными пазами и кулачками в них, фиксирующими ее на стволе с возможностью взаимодействия с уплотнительным элементом, конус, установленный на стволе и соединенный с втулкой-толкателем срезными винтами, цилиндр, плашкодержатель с плашками, закрепленный на стволе срезными винтами, связанный с цилиндром храповик для фиксации втулки-толкателя относительно конуса, стопорное кольцо, установленное на стволе с возможностью взаимодействия с втулкой-толкателем. [Патент Российской Федерации №2068074, Е21В 33/12, 1994].
Недостаток пакера заключается в том, что его конструкция не имеет якоря, удерживающего пакер от перемещения вверх под действием перепада давления снизу, что значительно снижает надежность применения пакера при разобщении внутрискважинного пространства без наличия колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Кроме того, размещение стопорного кольца на стволе уменьшает площадь его поперечного сечения и прочность и может привести к разрыву ствола от осевых нагрузок, возникающих при съеме пакера, особенно после его длительной эксплуатации в скважине.
Наиболее близким аналогом изобретения является пакер гидравлический, включающий полый ствол с кольцевой канавкой и рядом радиальных отверстий, закрепленный на стволе якорь с подпружиненными в радиальном направлении шлипсами и обечайкой, образующие с наружной поверхностью ствола кольцевую полость, уплотнительный элемент, размещенный на обечайке, втулку-толкатель с радиальными пазами и радиальным отверстием, сообщающимся с кольцевой полостью, кулачки, установленные в радиальных пазах втулки-толкателя и фиксирующие ее на стволе с возможностью осевого перемещения, цилиндр, закрепленный на втулке-толкателе, поршень, соединенный с втулкой-толкателем срезными винтами, конус, жестко связанный с поршнем, плашкодержатель с радиальными пазами, закрепленный на стволе срезными винтами, плашки с концевыми заплечиками, размещенными в радиальных пазах плашкодержателя, храповик, установленный в цилиндре для фиксации его положения относительно поршня [Патент Российской Федерации №2194148, Е21В 33/12, 2002].
Недостаток конструкции пакера заключается в том, что обечайка жестко закреплена на корпусе якоря. Это создает дополнительную осевую нагрузку на колонну НКТ при съеме пакера, возникающую при трении обечайки и запакерованного уплотнительного элемента и действующую одновременно с нагрузкой при срезе винтов плашкодержателя. Кроме того, ствол пакера выполнен из трех частей, соединенных резьбой, что снижает прочностные характеристики и герметизирующие свойства ствола и может быть причиной возникновения осложнений при установке, эксплуатации и съеме пакера. Все это снижает надежность работы пакера и может привести к увеличению затрат на ремонт скважины и в конечном итоге к снижению добычи нефти
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы пакера при эксплуатации и ремонте скважин.
Необходимый технический результат достигается тем, что пакер гидравлический включает полый ствол с кольцевой канавкой и рядом радиальных отверстий, закрепленный на стволе якорь с подпружиненными в радиальном направлении шлипсами и обечайкой, образующие с наружной поверхностью ствола кольцевую полость, уплотнительный элемент, размещенный на обечайке, втулку-толкатель с радиальными пазами и радиальным отверстием, сообщающимся с кольцевой полостью, кулачки, установленные в радиальных пазах втулки-толкателя и фиксирующие ее на стволе с возможностью осевого перемещения, цилиндр, закрепленный на втулке-толкателе, поршень, соединенный с втулкой-толкателем срезными винтами, конус, жестко связанный с поршнем, плашкодержатель с радиальными пазами, закрепленный на стволе срезными винтами, плашки с концевыми заплечиками, размещенными в радиальных пазах плашкодержателя, храповик, установленный в цилиндре для фиксации его положения относительно поршня, согласно изобретению он снабжен верхней и нижней упорными гайками с внутренним кольцевым выступом, закрепленными соответственно на якоре и на втулке-толкателе, стопорным кольцом, установленным на обечайке с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом нижней упорной гайки, при этом обечайка выполнена с наружным кольцевым выступом, установленным в якоре с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с кольцевым выступом верхней упорной гайки, а уплотнительный элемент размещен на обечайке между верхней и нижней упорными гайками. Для исключения возможного вырыва плашек из пазов плашкодежателя при съеме пакера концевые заплечики плашек могут быть выполнены Г-образной формы, опирающимися своей верхней частью на корпус плашкодержателя.
На фиг.1 изображен пакер гидравлический в исходном положении, на фиг.2 - узел А (вариант исполнения).
Пакер гидравлический (фиг.1) состоит из полого ствола 1 с кольцевой канавкой 2 и рядом радиальных отверстий 3, якоря 4 с подпружиненными в радиальном направлении шлипсами 5 и установленной с возможностью осевого перемещения обечайкой 6 с наружным кольцевым выступом 7, образующими с наружной поверхностью ствола кольцевую полость 8, верхней упорной гайки 9 с внутренним кольцевым выступом 10, охватывающим кольцевой выступ 7 обечайки 6, уплотнительного элемента 11, втулки-толкателя 12 с радиальными пазами 13 и радиальным отверстием 14, сообщающимся с кольцевой полостью 8, кулачков 15, размещенных в пазах 13 и временно удерживающих втулку-толкатель 12 от осевых перемещений, нижней упорной гайки 16 с внутренним кольцевым выступом 17, стопорного кольца 18, закрепленного на обечайке 6 с возможностью взаимодействия с внутренним кольцевым выступом 17 упорной гайки 16, цилиндра 19, закрепленного на втулке-толкателе 12, поршня 20, размещенного между стволом 1 и цилиндром 19 и соединенного с втулкой-толкателем 12 срезными винтами 21, конуса 22, плашкодержателя 23 с радиальными пазами 24, закрепленного на стволе 1 срезными винтами 25. На стволе 1 с возможностью взаимодействия с конусом 22 установлены подпружиненные в радиальном направлении плашки 26 с концевыми заплечиками 27, размещенными в радиальных пазах 24 плашкодержателя 23, а в цилиндре 19 установлен храповик 28 для взаимодействия с поршнем 20 и фиксации положения цилиндра 19 и втулки-толкателя 12 относительно конуса 22.
С целью исключения возможного вырыва плашек 26 из плашкодержателя 23 при съеме пакера концевые заплечики 27 (фиг.2) могут быть выполнены Г-образной формы, опирающимися своей верхней частью на корпус плашкодержателя 23.
Герметизация контактных поверхностей между деталями пакера обеспечивается резиновыми уплотнительными кольцами, изображенными на фиг.1. Для временного (или постоянного) перекрытия проходного канала пакера при его установке и в зависимости от назначения пакера на концевой участок ствола 1 устанавливаются (на фиг.1 не показаны):
- клапан-отсекатель (при использовании пакера для временного отключения пласта при насосной эксплуатации скважины и проведения ремонтных работ в ней без глушения пласта солевыми растворами);
- заглушка (при использовании пакера в качестве съемной мостовой пробки для временного отключения нижних пластов при переходе на вышележащие горизонты или проведении различных технологических операций в скважине);
- муфта со срезным седлом под шар и фильтром (при использовании пакера для защиты насосов от механических примесей при эксплуатации скважин);
- муфта со срезным седлом под шар (при использовании в качестве нижнего пакера в двухпакерных компоновках при временной изоляции мест негерметичности и интервалов перфорации обводнившихся пластов).
Пакер гидравлический работает следующим образом.
Пакер, соединенный с колонной НКТ с помощью гидравлического или механического разъединителя, спускают в эксплуатационную колонну (на фиг.1 не показаны) на заданную глубину выше зоны перфорации продуктивного пласта. В колонне НКТ и в стволе 1 пакера создают избыточное давление расчетной величины, под действием которого вначале происходит срез винтов 21, удерживающих втулку-толкатель 12 и поршень 20 от осевых перемещений, а затем сжатие втулкой-толкателем 12 уплотнительного элемента 11 и прижатие конусом 22 плашек 26 к внутренней поверхности эксплуатационной колонны. При этом храповик 28, взаимодействуя с поршнем 20, фиксирует положение цилиндра 19 и втулки-толкателя 12 относительно конуса 22, а уплотнительный элемент 11 обеспечивает герметичное разобщение пространства в эксплуатационной колонне. Избыточное давление в НКТ сбрасывают до нуля, отсоединяют их от пакера с помощью гидравлического или механического разъединителя и извлекают на поверхность. Пакер установлен и может выдерживать перепады давления сверху и снизу в процессе его эксплуатации в скважине. При этом плашки 26 надежно удерживают пакер от перемещения вниз при действии перепада давления сверху, а шлипсы 5 якоря 4 под действием давления жидкости снизу, передающегося через радиальное отверстие 14 втулки-толкателя 12 и кольцевую полость 8, удерживают пакер от перемещения вверх.
Для съема пакера спускают в скважину колонну НКТ, соединяют их со стволом 1 пакера с помощью соединительного устройства, например овершота байонетного типа (на фиг.1 не показан), и создают осевое натяжение заданной величины. Под действием осевой нагрузки вначале срезаются винты 21. После чего ствол 1 и якорь 4 перемещаются вверх, освобождают уплотнительный элемент от сжатия и через упорную гайку 9, обечайку 6, стопорное кольцо 18, упорную гайку 17, втулку-толкатель 12, цилиндр 19 и поршень 20 вытягивают конус 22 из-под плашек 26, освобождая их от зацепления с эксплуатационной колонной. Затем пакер извлекают из скважины на поверхность.