ПАКЕР

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинным устройствам для многократной, в том числе 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, расположенную 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, самоуплотняющаяся манжета, установленная 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 не возможна работа пакера в колоннах малого диметра.
в-третьих, основной рабочий элемент конструкции, а именно самоуплотняющаяся манжета имеет возможность контакта в процессе спуско-подъемных операций (СПО) 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 и исключения контакта уплотнительного элемента с внутренними стенками колонны труб в процессе СПО.
Поставленная техническая задача решается предлагаемым пакером, включающим ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с коротким и длинным продольными участками, конус, уплотнительный элемент, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, установленные в обойме по ее окружности центраторы и шлипсы, подпружиненные соответственно наружу и внутрь в радиальном направлении, жестко соединенный со стволом наконечник и груз, расположенный сверху ствола, при этом продольные 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 коротком осевом участке - транспортное положение, то - в длинном осевом участке фигурного паза - рабочее положение.
Новым является то, что уплотнительный элемент выполнен в виде эластичного рукава, зафиксированного снизу относительно конуса, подвижно установленного в кольцевой выборке, выполненной на наружной поверхности ствола, причем уплотнительный элемент армированного изнутри гильзой, выполненной с продольными рассечениями сверху вниз, при этом нижний конец гильзы жестко зафиксирован относительно конуса, а выше уплотнительного элемента на стволе жестко установлен расширяющий конус, выполненный с возможностью взаимодействия с верхним концом гильзы в рабочем положении, причем наконечник сверху оснащен радиальными отверстиями, выше которых выполнена заглушка, оснащенная радиальным штифтом, при этом груз выполнен в виде стакана, надетого на наконечник и герметично перекрывающего его радиальные отверстия, выполненные с возможностью открытия при перемещении наконечника вниз относительно груза, на наружной поверхности которого выполнены сквозные осевые проточки под радиальный штифт заглушки наконечника, причем выше сквозных осевых проточек выполнены радиальные каналы, постоянно сообщающие внутреннее пространство груза с наружным пространством, при этом ствол снизу оснащен дополнительным грузом, выше которого на стволе выполнены нижние радиальные каналы.
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, конуса 5 и уплотнительного элемента, выполненного в виде эластичного рукава 6. На наружной поверхности ствола 1 выполнена кольцевая выборка 7, в которой подвижно размещен конус 5. Осевое перемещение конуса 5 ограниченно кольцевой выборкой 7. Уплотнительный элемент, выполненный в виде эластичного рукава 6 размещен на стволе 1 выше конуса 5, при этом эластичный рукав 6 армирован изнутри гильзой 8, выполненной с продольными рассечениями 9 сверху вниз, причем нижние концы гильзы 7 и эластичного рукава 6 соединены относительно конуса 5 жестко. Выше уплотнительного элемента, выполненного в виде эластичного рукава 6 на стволе 1 жестко установлен расширяющий конус 10, выполненный с возможностью взаимодействия с верхним концом гильзы 8 в рабочем положении
На стволе 1 ниже конуса 5 с возможностью осевого перемещения расположена обойма 11 с направляющим штифтом 12. Направляющий штифт 12 размещен в вышеупомянутом фигурном пазе 2 ствола 1. Обойма 11 по окружности снабжена пружинными центраторами 13 и шлипсами 14, подпружиненными соответственно наружу и внутрь в радиальном направлении с помощью пружинных пластин 15. К верхнему концу ствола 1 жестко присоединен наконечник 16 с грузом 17.
Наконечник 16 сверху оснащен радиальными отверстиями 18, выше которых выполнена заглушка 19, оснащенная радиальным штифтом 20.
Груз 17 выполнен в виде стакана, надетого на наконечник 16 и герметично перекрывающего его радиальные отверстия 18, выполненные с возможностью открытия при перемещении наконечника 16 вниз относительно груза 17.
На наружной поверхности груза 17 выполнены сквозные осевые проточки 21, в которых размещен радиальный штифт 20 заглушки 19 наконечника 16. Выше сквозных осевых проточек 21 в грузе 17 выполнены радиальные каналы 22, постоянно сообщающие внутреннее пространство 23 груза 17 с наружным пространством (на фиг.1 и 2 не показано). Ствол 1 снизу оснащен дополнительным грузом 24, выше которого на стволе 1 выполнены нижние радиальные каналы 25.
Осевые короткий 3 (см.фиг.2) и длинный 4 участки фигурного паза 2 соединены между собой замкнутым фигурным участком 26 так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы 11 относительно ствола 1, направляющий штифт
12 будет расположен, то в осевом коротком участке 3 - транспортное положение, то - в осевом длинном участке 4 фигурного паза 2 - рабочее положение.
Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях исключаются уплотнительными элементами 27, 28.
Пакер работает следующим образом.
На устье скважины направляющий штифт 12 обоймы 11 (см. фиг.2) устанавливают в осевой короткий участок 3 фигурного паза 2 - транспортное положение.
Затем пакер на канате 29 (см. фиг.1) спускают в колонну труб (на фиг.1, 2 не показано) в интервал, где необходимо провести опрессовку, при этом груз 17 и дополнительный груз 24, расположенные соответственно на верхнем и на нижнем конце ствола 1 препятствуют выталкивающей силе, которая возникает после погружения пакера под уровень жидкости в колонне труб.
В процессе спуска пакера пружинные центраторы 13 обоймы 11, подпружиненные наружу находятся в постоянном контакте со стенками колонны труб. Жидкость, находящаяся в скважине в процессе спуска пакера свободно перетекает снизу вверх через нижние радиальные каналы 25 ствола 1 во внутренне пространство ствола 1 и далее через радиальные отверстия 18 наконечника 16 в наружное пространство выше пакера, поскольку груз 17, выполненный в виде стакана не перекрывает радиальные отверстия 18 наконечника 16, при этом радиальный штифт 20 заглушки 19 наконечника 16 уперт в нижние торцы сквозных осевых проточек 21 груза 17. Достигнув необходимого интервала опрессовки колонну труб заполняют технологической жидкостью. Далее пакер приподнимают примерно на 1 метр вверх и опускают, в результате проделанной операции направляющий штифт 12 (см. фиг.2) при подъеме перемещается из верхней части осевого короткого участка 3 в его нижнюю часть и далее через нижнюю часть замкнутого фигурного участка 26 в нижнюю часть осевого длинного участка 4 фигурного паза 2, а затем (при спуске) направляющий штифт 12 перемещается из нижней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 в его верхнюю часть.
При этом пакер за исключением деталей 11, 12, 13, 14 и 15 (см. фиг.1), которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 11 обоймы 9 со стенками колонны труб (на фиг.1 и 2 не показано), перемещается относительно деталей 11, 12, 13, 14 и 15 сначала вверх, а затем вниз.
Движение вверх направляющего штифта 12 (см. фиг.2) из нижней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 в его верхнюю часть продолжается до тех пор, пока шлипсы 14 обоймы 11 подпружиненные внутрь в радиальном направлении посредством
пружинных пластин 15 не войдут в контакт с конусом 5 (см. фиг.1), подвижно установленным в кольцевой выборе 7, выполненной на наружной поверхности ствола 1.
После взаимодействия шлипсов 14 с конусом 5 сначала шлипсы 14 обоймы 11 под действием веса пакера расходятся в радиальном направлении и прижимаются к внутренним стенкам спрессовываемой колонны труб, фиксируя неподвижно ствол 1 относительно спрессовываемой колонны труб, а затем уже конус 5 перемещается вверх по кольцевой выборке 7 до тех пор, пока верхний конец гильзы 8, выполненной с продольными рассечениями 9 сверху вниз не упрется в верхний торец расширяющегося конуса 10 жестко установленного на наружной поверхности ствола 1. При дальнейшей разгрузке пакера сначала груз 17, выполненный в виде стакана опускается вниз, относительно находящихся неподвижно заглушки 19 с наконечником 16, жестко связанньм со стволом 1, причем груз 17 посредством уплотнительных элементов 27 и 28 герметично перекрывает радиальные отверстия 18, при этом радиальный штифт 20 упирается в верхний торец сквозных осевых проточек 21 груза 17.
Далее под действием груза 17, передающего нагрузку через наконечник 16 на ствол 1 расширяющий конус 10 сверху вниз дорнирует (радиально расширяет) гильзу 8, по ее продольным рассечениям 9, так как снизу конус 5 уперт в шлипсы 14, в следствии чего уплотнительный элемент, выполненный в виде эластичного рукава 6 прижимается к внутренним стенкам спрессовываемой колонны труб.
Заполняют скважину технологической жидкостью и герметизируют устье скважины. С помощью насосного агрегата (на фигурах 1, 2 не показано) внутри спрессовываемой колонны труб поднимают давление до намеченного, которое действует на уплотнительный элемент, выполненный в виде эластичного рукава 6 сверху, причем чем выше давление опрессовки колонны труб, тем больше давление оказывается на эластичный рукав 6 и тем сильнее он прижимает к стенкам спрессовываемой колонны труб.
Установив степень герметичности колонны труб, давление сбрасывают и пакер посредством каната 29 приподнимают на высоту примерно 1 м и опускают, причем в начале подъема поднимается только груз 17, а все остальные детали пакера остаются на месте. В процессе подъема груза 17 открываются радиальные отверстия 18 наконечника 16, и находящаяся над пакером технологическая жидкость сквозь вышеупомянутые радиальные отверстия 18 наконечника 16 устремляется внутрь ствола 1 и далее сквозь нижние радиальные каналы 25 ствола 1 выходит в наружное пространство под пакером. Подъем только одного груза 17 продолжается до тех пор, пока радиальный штифт 20 заглушки 19 наконечника 16 не упрется в верхние торцы сквозных осевых проточек 21
груза 17, при этом радиальные каналы 22, постоянно сообщающие внутреннее пространство 23 груза 17 с наружным пространством пакера исключают «поршневание» груза 17 при его осевом перемещении относительно заглушки 19 с наконечником 16.
При дальнейшем подъеме пакера вверх груз 17 посредством радиального штифта 20 увлекает за собой заглушку 19 с наконечником 16, который в свою очередь, жестко соединен со стволом 1 и вызывает перемещение последнего вверх, вследствии этого расширяющий конус 10 жестко установленный на стволе 1 выходит из взаимодействия с верхним концом гильзы 8 по ее продольным рассечениям 9, при этом конус 5, находящийся в верхней части кольцевой выборки 7 ствола 1 опускается по ней вниз.
В результате гильза 8 выпрямляется, а уплотнительный элемент, выполненный в виде эластичного рукава 6 отходит от внутренних стенок спрессовываемой колонны труб и занимает первоначальное положение (см фиг.1). Пакер посредством каната 29 продолжают поднимать вверх, при этом уже направляющий штифт 12, перемещается относительно движущегося вверх ствола 1, из верхней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 (см. фиг.2) в верхнюю часть замкнутого фигурного участка 26, а затем при спуске перемещается из верхней части замкнутого фигурного участка 26 в верхнюю часть осевого короткого участка 3 фигурного паза 2, переводя пакер из рабочего положения в транспортное. При этом пакер за исключением деталей 11, 12, 13, 14 и 15 (см. фиг.1), которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 13 обоймы 11 со стенками колонны труб, перемещается относительно деталей 11, 12, 13, 14 и 15 вниз, а затем вверх. В процессе подъема пакера, находящаяся над пакером жидкость свободно перетекает сверху вниз через открытые радиальные отверстия 18 наконечника 16 сквозь внутреннее пространство ствола 1 и далее через нижние радиальные каналы 25 ствола 1. 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 без износа уплотнительного элемента во время проведения СПО, что несомненно ускоряет процесс ремонтных работ и повышает общую культуру производства.