ПАКЕР ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к пакерующим устройствам для разобщения межтрубного пространства в скважинах при выполнении различных технологических операций при эксплуатации и ремонте нефтяных и газовых скважин.
Известен пакер гидравлический, включающий полый ствол с кольцевой канавкой и радиальным отверстием, гидравлический якорь со шлипсами, обечайку, установленную на стволе, цилиндр, размещенные на обечайке уплотнительный элемент, втулка-толкатель, взаимодействующая с уплотнительным элементом, конус, плашкодержатель с плашками, кулачки, фиксирующие плашкодержатель на обечайке, седло и шар [Свидетельство на полезную модель №16292, Е21В 33/12, 2000].
Недостатком конструкции пакера является отсутствие фиксации втулки-толкателя и конуса на обечайке, а также жесткой связи ствола с обечайкой. Это может привести к осложнениям при спуске пакера, периодической пакеровке уплотнительного элемента и преждевременному его повреждению о стенки скважины, а после установки пакера в скважине и создания в трубах избыточного давления к расфиксации плашкодержателя и последующей распакеровке уплотнительного элемента.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является пакер гидравлический, включающий полый ствол с кольцевой канавкой и рядом радиальных отверстий, уплотнительный элемент, втулку-толкатель с радиальными отверстиями и кулачками в них, конус, соединенный с втулкой-толкателем срезными винтами, цилиндр, плашкодержатель с плашками, закрепленный на стволе срезными винтами, храповик для фиксации втулки-толкателя относительно конуса, стопорное кольцо, муфту, седло с шаром [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 и избыточного давления в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) при проведении технологических операций при эксплуатации и ремонте скважин. Это может привести к преждевременной разгерметизации пакера. Кроме того, размещение стопорного кольца на стволе уменьшает его прочностные характеристики и может привести к его разрыву от высоких осевых нагрузок, возникающих при съеме пакера, особенно, после его длительной эксплуатации в скважине.
Техническим результатом полезной модели 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, уплотнительный элемент, втулку-толкатель с радиальными отверстиями и кулачками в них, конус, соединенный с втулкой-толкателем срезными винтами, цилиндр, плашкодержатель с плашками, закрепленный на стволе срезными винтами, храповик для фиксации втулки-толкателя относительно конуса, стопорное кольцо, муфту, седло с шаром, согласно варианта 1 полезной модели он снабжен гидравлическим якорем, соединенным с верхней частью ствола, с подпружиненными в радиальном направлении и сообщающимися с внутренней полостью ствола цилиндрическими шлипсами, установленной на стволе обечайкой с наружным кольцевым выступом, верхней упорной гайкой, закрепленной на якоре, с внутренним кольцевым выступом, охватывающим наружный кольцевой выступ обечайки и фиксирующим ее от осевых перемещений, нижней упорной гайкой с внутренним кольцевым выступом, закрепленной на втулке-толкателе, при этом уплотнительный элемент размещен на обечайке между верхней и нижней упорными гайками, а стопорное кольцо закреплено на обечайке с возможностью взаимодействия с внутренним кольцевым выступом нижней упорной гайки. Для снижения осевых нагрузок на колонну
НКТ при съеме пакера обечайка может быть установлена с возможностью осевого перемещения относительно верхней упорной гайки и ствола. Кроме того, в стволе и в верхней упорной гайке в зоне кольцевого выступа обечайки могут быть выполнены радиальные отверстия с возможностью сообщения между собой для выравнивания давления в трубном и межтрубном пространстве при съеме пакера.
По варианту 2 пакер гидравлический отличается тем, что он снабжен гидравлическим якорем со ступенчатым корпусом, в большей ступени которого размещены подпружиненные в радиальном направлении и сообщающиеся с внутренней полостью ствола цилиндрические шлипсы, а меньшая ступень соединена с верхней частью ствола, нижней упорной гайкой с внутренним кольцевым выступом, закрепленной на втулке-толкателе, при этом уплотнительный элемент размещен на меньшей ступени корпуса якоря, а стопорное кольцо закреплено в нижней части меньшей ступени якоря с возможностью взаимодействия с внутренним кольцевым выступом нижней упорной гайки.
На фиг.1 изображен пакер гидравлический по варианту 1 в исходном положении; на фиг.2 - пакер гидравлический по варианту 2 в исходном положении; на фиг.3 - узел А (исполнение 1) по фиг.1; на фиг.4 - узел А (исполнение 2) по фиг.1.
Пакер гидравлический по варианту 1 (фиг.1) состоит из полого ствола 1 с кольцевой канавкой 2 и рядом радиальных отверстий 3, гидравлического якоря 4 с подпружиненными в радиальном направлении цилиндрическими шлипсами 5, которые сообщаются с внутренней полостью ствола 1, обечайки 6 с наружным кольцевым выступом 7, верхней упорной гайки 8 с внутренним кольцевым выступом 9, охватывающим кольцевой выступ 7 обечайки 6, уплотнительного элемента 10, втулки-толкателя 11 с радиальными отверстиями 12 и кулачками 13 в них, нижней упорной гайки 14 с внутренним кольцевым выступом 15, стопорного кольца 16, закрепленного на обечайке 6 с возможностью взаимодействия с внутренним кольцевым
выступом 15 упорной гайки 14, конуса 17, соединенного срезными винтами 18 через поршень-переводник 19 с втулкой-толкателем 11, плашкодержателя 20 с плашками 21, закрепленного на стволе 1 срезными винтами 22. На втулке-толкателе 11 закреплен цилиндр 23 с храповиком 24 для фиксации втулки-толкателя 11 относительно конуса 17. В нижней части ствола 1 установлены муфта 25 и седло 26 с шаром 27, закрепленное срезными винтами 28.
Обечайка 6 (см. фиг.3) может быть установлена с возможностью осевого перемещения относительно верхней упорной гайки 8 и ствола 1.
В стволе 1 и в верхней упорной гайке 8 (см. фиг.4) в зоне кольцевого выступа 7 обечайки 6 могут быть выполнены радиальные отверстия соответственно 31 и 32 с возможностью сообщения между собой.
Пакер гидравлический по варианту 2 (фиг.2) состоит из полого ствола 1 с кольцевой канавкой 2 и рядом радиальных отверстий 3, гидравлического якоря 4 со ступенчатым корпусом, в большей ступени 29 которого размещены подпружиненные в радиальном направлении и сообщающиеся с внутренней полостью ствола 1 цилиндрические шлипсы 5, а меньшая ступень 30 соединена с верхней частью ствола 1, уплотнительного элемента 10, втулки-толкателя 11 с радиальными отверстиями 12 и кулачками 13 в них, нижней упорной гайки 14 с внутренним кольцевым выступом 15, стопорного кольца 16, закрепленного в нижней части меньшей ступени 7 корпуса якоря 4 с возможностью взаимодействия с внутренним кольцевым выступом 15 упорной гайки 14, конуса 17, соединенного срезными винтами 18 через поршень-переводник 19 с втулкой-толкателем 11, плашкодержателя 20 с плашками 21, закрепленного на стволе 1 срезными винтами 22. На втулке-толкателе 11 закреплен цилиндр 23 с храповиком 24 для фиксации втулки-толкателя 11 относительно конуса 17. В нижней части ствола 1 установлены муфта 25 и седло 26 с шаром 27, закрепленное срезными винтами 28.
Герметизация контактных поверхностей между деталями пакера обеспечивается резиновыми уплотнительными кольцами, изображенными на фиг.1-4.
Пакер гидравлический работает следующим образом.
Пакер на колонне НКТ спускают в эксплуатационную колонну (на фиг.1 и 2 не показаны) на заданную глубину. По колонне НКТ в стволе 1 и якоре 4 создают избыточное давление определенной величины, под действием которого происходит заякоривание шлипсов 5, срез винтов 18, удерживающих втулку-толкатель 11 и конус 17 от осевых перемещений, сжатие втулкой-толкателем 11 уплотнительного элемента 10 и прижатие конусом 17 плашек 21 к внутренней поверхности эксплуатационной колонны. При дальнейшем повышении давления до расчетного срезаются винты 28 и седло 26 с шаром 27 падают вниз. Пакер установлен и может быть использован по своему назначению для проведения различных технологических операций при эксплуатации и ремонте скважин, в том числе и на период длительной эксплуатации в нагнетательных скважинах. При этом шлипсы 5 под действием давления удерживают пакер от перемещения вверх, плашки 11 - от перемещения вниз, храповик 24 фиксирует втулку-толкатель 11 относительно конуса 17, а уплотнительный элемент 10 обеспечивает герметизацию межтрубного пространства в эксплуатационной колонне и защиту ее от высокого давления.
Для съема пакера создают осевое натяжение колонны НКТ заданной величины и срезают винты 22, преодолевая при этом дополнительную нагрузку от трения обечайки 6 (или ступени 30 корпуса якоря 4) об уплотнительный элемент 10. После чего ствол 1 и якорь 4 перемещаются вверх и через стопорное кольцо 16, упорную гайку 14, втулку-толкатель 11, цилиндр 23 и поршень-переводник 19 вытягивают конус 17 из-под плашек 21, освобождая их от зацепления с эксплуатационной колонной. Затем пакер извлекают из скважины на поверхность.
При съеме пакера (фиг.1), у которого обечайка 6 установлена с возможностью осевого перемещения относительно ствола 1 и верхней упорной гайки 8 (фиг.3), дополнительная осевая нагрузка от трения запакерованного уплотнительного элемента 10 и обечайки 6 действует на колонну НКТ после среза винтов 22, что облегчает съем пакера и снижает риски возникновения осложнений. Кроме того, выполнение радиальных отверстий 31 и 32 соответственно в стволе 1 и верхней упорной гайке 8 (фиг.4) обеспечивает при съеме такого пакера сообщение трубного и межтрубного пространства, выравнивание в них давления и возможность промывки над пакером для удаления шлама, осевшего в процессе эксплуатации пакера, что также способствует подъему пакера из скважины без осложнений.