ПАКЕРНОЕ УСТРОЙСТВО
PACKER DEVICE

Изобретение относится к устройствам для изоляции зоны испытания при исследовании скважины, например при опытно-фильтрационных работах на гидрогеологических скважинах.
Известна конструкция пакера (SU 1404636 А1, 23.06.1988), включающая полый цилиндрический шток с опорами, уплотнительный элемент из пластичного материала, выполненный в виде толстостенной втулки с наружной и внутренней фасками и торцовыми поверхностями. На штоке, между опорами и уплотнительным элементом установлены нижние и верхние пакеты антиэкструзионных шайб, состоящие из опорных шайб и дополнительных шайб. Уплотнительные шайбы состоят из доньев, конусных частей и внутренних отогнутых частей. Наружные конусные части антиэкструзионных шайб выполнены под углом α к оси шайбы, равным 65-70°, а внутренние отогнутые части уплотнительных шайб под углом β.
Также известна конструкция пакера (SU 1625976 А1, 07.02.1991), которая содержит, верхний и нижний переводник, связанный с колонной труб, штока с опорным выступом, уплотнительного элемента, обоймы, опорного кольца и гильзы 8. Шток 3 жестко связан с верхним переводником с помощью шлицевого соединения с гильзой, установленной между опорным кольцом и нижним переводником. Опорное кольцо выполнено сплошным и имеет окна для прохода промывочной жидкости и кольцевую проточку. Обойма выполнена сплошной и установлена между уплотнительным элементом и опорным выступом штока с возможностью осевого перемещения вверх относительно штока и взаимодействия с кольцевой проточкой опорного кольца. Высота в обоймы равна глубине кольцевой проточки опорного кольца. Кольцевая проточка опорного кольца и взаимодействующая с ней поверхность обоймы могут быть как цилиндрическими, так и коническими.
Помимо этого известен патент (SU 1442636 А1, 07.12.1988), содержащий корпус, состоящий из двух стволов, соединенных между собой промежуточной трубой с радиальными отверстиями, и муфтами. На верхнем конце ствола выполнены продольные прорези и установлена муфта. На корпусе установлены верхний и нижний уплотнительные элементы с опорами. С верхней опорой жестко соединен патрубок, который, в свою очередь, соединен с переводником для соединения пакера с колонной труб. При этом опора, патрубок и переводник соединены со стволом с возможностью осевого перемещения ствола корпуса с помощью направляющих винтов, установленных на верхней опоре и размещенных также и в прорезях.
Распакеровка пакера обычно происходит с большими затяжками и поэтому ее приходится производить многократным расхаживанием, создавая большие усилия на уплотнительные элементы, что приводит к их разрыву.
Недостатком представленных изобретений является их невозможность проводить поинтервальные исследования в скважине, например, при опытно фильтрационных работах в скважине.
Аналогом предлагаемого изобретения было принято известное пакерное устройство для гидроразрыва пласта (SU 855189 А1, 15.08.1981), спускаемое на колонне труб, содержащее связанное удлинителем с радиальными каналами верхний и нижний пакеры, выполненные преимущественно из установленных на стволах секционных уплотнителей, между которыми размещены опорные втулки с дренажными отверстиями, образующие со стволами межсекционные полости, трубкой, сообщающей пространство под нижним пакером, межсекционными полостями и пространством между пакерами, а дренажные отверстия опорных втулок выполнены калиброванными.
Недостатком данного технического решения является наличие в конструкции пакерного устройства движущихся частей, которые ведут к усложнению конструкции, а также снижению надежности пакера.
За прототип предлагаемого изобретения принят пакер (SU 1348497 А1, 30.10.1987), который состоит из штока и размещенных на нем с возможностью взаимного осевого перемещения корпуса в виде верхней и нижней опор и переводника с упорами, которые для передачи крутящего момента другим устройствам, расположенным выше и ниже пакера, соединены между собой и со штоком с помощью шлицевого соединения. Кроме того, в корпусе и переводнике выполнены радиальные каналы, которые совместно с кольцевым зазором между корпусом и штоком образуют байпасный канал, который необходим для перетока жидкости из подпакерного пространства в надпакерное как в процессе спуска пакера, так и при снятии пакера. Герметичность пакера, а также перекрытие байпасного канала осуществляется с помощью резиновых уплотнительных колец круглого сечения.
Недостатком представленного технического решения является невозможность проводить какие-либо поинтервальные исследования в скважине, например, при опытно-фильтрационных работах в скважине.
Целью данного изобретения является повышение надежности пакера и удобства его обслуживания за счет упрощения конструкции и снижения количества подвижных деталей.
Пакерное устройство, содержащее верхний 1 и нижний 2 пакеры и расположенные между ними трубы 13 с перфорированными отверстиями, при этом каждый из верхнего пакера 1 и нижнего пакера 2 снабжен штоком 3 с верхним и нижним резьбовыми соединениями, патрубком 4, при этом шток 3 выполнен полым и имеет возможность взаимного осевого перемещения относительно патрубка, на штоке 3 каждого из верхнего и нижнего пакеров поочередно расположены упругие элементы 5 и металлические кольца 6, при этом упругие элементы 5 находятся между металлическими кольцами 6, патрубок 4 каждого из верхнего и нижнего пакеров расположен над упругими элементами 5 и металлическими кольцами 6, и выполнен с возможностью взаимодействия с упругими элементами для их сжатия и перекрытия ими затрубного пространства при передаче на патрубок 4 осевой нагрузки посредством колонны труб, шток 3 верхнего пакера и патрубок 4 нижнего пакера жестко связаны посредством резьбового соединения с трубами 13 с перфорационными отверстиями, при этом патрубок 4 верхнего пакера связан посредством резьбового соединения с верхней колонной труб 14, а шток 3 нижнего пакера связан посредством резьбового соединения с нижней колонной труб 15, на внешней поверхности штока 3 каждого из верхнего и нижнего пакеров в верхней части штока 3 закреплен верхний кольцевой упор 7 посредством закрепляющего элемента 9, на внутренней части патрубка 4 каждого из верхнего и нижнего пакеров в нижней части патрубка 4 закреплен нижний кольцевой упор 8 посредством закрепляющего элемента 11, при этом в транспортном положении пакерного устройства в каждом из верхнего и нижнего пакеров шток 3 с верхним кольцевым упором 7 выполнен с возможностью упирания в нижний кольцевой упор 8 патрубка 4, предохраняя шток 3 каждого из верхнего и нижнего пакеров от выпадения в скважину, а в процессе сжатия упругих элементов в каждом из верхнего и нижнего пакеров шток 3 выполнен с возможностью поднятия относительно патрубка 4 на величину сжатия упругих элементов 5 с потерей контакта между верхним упорным кольцом 8 и нижним упорным кольцом 7, при этом на верхней части патрубка 4 нижнего пакера установлена заглушка 12 с возможностью перекрытия пространства скважины.
Сущность предлагаемого изобретения показана на фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 изображено пакерное устройство при спуске в скважину. На фиг.2 показано устройство в рабочем положении при воздействии осевой нагрузки.
Пакерное устройство, состоит из верхнего пакера 1 и нижнего пакера 2, каждый из которых снабжен штоком 3 с верхним и нижним резьбовым соединением, патрубком 4, при этом шток 3 имеет возможность осевого перемещения относительно патрубка 4 верхнего 1 и нижнего 2 пакеров. На штоках 3 верхнего 1 и нижнего 2 пакеров поочередно расположены упругие элементы 5 и металлические кольца 6, при этом упругие элементы 5 всегда находятся между металлическими кольцами 6. При этом на штоке 3, верхнего 1 и нижнего 2 пакера закреплен верхний кольцевой упор 7. На корпусе патрубка 4 верхнего 1 и нижнего 2 пакеров закреплен нижний кольцевой упор 8. Таким образом, осевое перемещение штока 3 верхнего 1 и нижнего 2 пакеров под собственным весом ограничено, ввиду того, что верхний кольцевой упор 7 закрепленный посредством закрепляющего элемента 9 при осевом перемещении вниз будет упираться в нижний кольцевой упор 8 патрубка 4 при спуске пакерного устройства в скважину одновременно сохраняя его возможность осевого перемещения в противоположную сторону. На наружной поверхности штока 3 верхнего 1 и нижнего 2 пакеров выполнен фиксатор 10, который позволяет производить работы с использованием трубного ключа при сборке и разборке пакерного устройства. Кольцевой упор 8 закрепляется посредством закрепляющего элемента 11. Также пакерное устройство содержит заглушку 12, которая посредством резьбового соединения устанавливается на верхней части патрубка 4 нижнего пакера. Шток 3 верхнего пакера 1 и патрубок 4 нижнего пакера 2 жестко связаны посредством резьбового соединения с трубами с перфорированными отверстиями 13, при этом патрубок 4 верхнего пакера 1 и шток 3 нижнего пакера 2 посредством резьбового соединения сообщаются с верхней колонной труб 14 и нижней колонной труб 15 находясь между стенками скважины 16.
Предлагаемое пакерное устройство работает следующим образом.
Пакерное устройство спускается в скважину на верхней колонне труб 14 и находится в растянутом состоянии, при этом упругие элементы 5 находятся не в сжатом положении, что позволяет им беспрепятственно опускаться в ствол скважины т.к. их диаметр не превышает диаметра металлических колец 6. В процессе спуска шток 3 верхнего 1 и нижнего 2 пакеров с закрепленным на нем верхним кольцевым упором 7 посредством закрепляющего элемента 9, упирается в нижний кольцевой упор 8 который, в свою очередь, закреплен закрепляющим элементом 11 на патрубке 4, таким образом предохраняя шток 3 верхнего 1 и нижнего 2 пакеров от выпадения в скважину. Спуск пакерного устройства до забоя на нужную глубину для перекрытия необходимого интервала в скважине определяется длиной нижней колонны труб 15. После спуска пакерного устройства на него передается необходимая осевая нагрузка, через верхнюю колонну труб 14. Далее осевая нагрузка через патрубок 4 верхнего пакера 1 и нижнего пакеров 2 передается на металлические кольца 6 и упругие элементы 5. В процессе сжатия упругих элементов 5 шток 3 поднимается относительно патрубка 4 на величину сжатия упругих элементов 5 с потерей контакта между верхним упорным кольцом 8 и нижним упорным кольцом 7. Под действием осевой нагрузки упругие элементы 6 сжимаются и, увеличиваясь в диаметре, надежно перекрывают затрубное пространство в интервале установки верхнего 1 и нижнего 2 пакеров путем плотного контакта со стенкой скважины 16. Перекрытие пространства скважины, находящегося ниже нижнего пакера 2 обеспечивается заглушкой 12. Далее производят исследовательские работы через трубы с перфорированными отверстиями 13 в интервале их установки. После проведения исследовательских работ на скважине для поднятия пакерного устройства прекращают подачу осевой нагрузки, упругие элементы 5 уменьшают свой диаметр до исходного диаметра. Далее производится подъем пакерного устройства на поверхность. Разборка пакерующего устройства для замены упругих элементов 5 производится при помощи трубного ключа посредством фиксатора 10 находящегося на штоке 3 верхнего 1 и нижнего 2 пакеров.
Вышеописанная конструкция предлагаемого пакера обеспечивает надежное перекрытие участка ствола скважины для проведения необходимых исследований в заданном интервале, например опытно-фильтрационные работы включающие наливы, откачки и нагнетания. При этом универсальность пакерного устройства заключается еще и в том, что верхний 1 и нижний 2 пакеры исходного устройства полностью взаимозаменяемы. При проведении поинтервальных исследований необходимо лишь установить заглушку 10 на нижний пакер посредством резьбового соединения.
Также любой из пакеров 1, 2 можно использовать отдельно без заглушки, располагая трубы с перфорированными отверстиями 13 под пакером с упором в забой для проведения исследовательских работ в призабойном интервале ствола скважины.
Использование данного технического решения позволяет успешно проводить опытно-фильтрационные и иные работы в скважинах, пробуренных в скальных и полускальных породах при проведении опытно-фильтрационных работ в геологоразведочных (буровых) скважинах.