Пакер чашечный двусторонний
CUP DOUBLE-SIDE PACKER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к пакерам, разделяющим пластовую жидкость от жидкости прошедшие систему фильтрации, в составе скважинных фильтров погружных электроприводных центробежных насосов (ЭЦН).
Предлагаемый пакер скважинных фильтров погружных электроприводных центробежных насосов предназначен для перекрытия и герметизации отдельных зон буровой скважины в условиях разницы давлений в них (разделения пластовой жидкости и жидкости прошедшей системы фильтрации). Причем в классе пакерных устройств предлагаемый пакер относится к подклассу двусторонних пакеров, то есть обеспечивает изоляцию независимо от расположения зон высокого и низкого давления друг относительно друга.
На сегодняшний день широко известны разделители для скважинных фильтров электроприводных центробежных насосов, предназначенные для разобщения отдельных участков ствола скважины, разобщения пластов и изоляции подъемной колонны труб от воздействия среды в процессе эксплуатации скважин и при ремонтно-изоляционных работах в них. Их широко применяют при проведении многих технологических операций: гидроразрыве, кислотных и термических обработках пласта, изоляционных работах и т.д.
Так, из уровня техники известен пакер, описанный в патенте РФ № RU 2021486 (Е21В 33/12, публикация 15.10.1994), включающий два уплотнительных элемента, последовательно размещенных на полом корпусе. Верхний уплотнительный элемент установлен с возможностью осевого перемещения, а нижний уплотнительный элемент жестко связан с корпусом. Оба уплотнительных элемента имеют коническую расточку на верхнем торце т коническую расточку на нижнем конце. Дополнительно пакер снабжен обратным клапаном, размещенным в корпусе под нижним уплотнительным элементом. На внутренних поверхностях уплотнительных элементов выполнены продольные пазы с возможностью их гидравлической связи через обратный клапан с полостью корпуса. При этом уплотнительные элементы армированы металлическими стержнями, а нижняя часть нижнего уплотнительного элемента имеет защитный кожух.
Данный пакер имеет громоздкую конструкцию и сложный технологический процесс взаимосвязи элементов. Кроме этого, данный пакет невозможно многократно использовать с извлечением из скважины.
Известно устройство для опрессовки колонны насосно-компрессорных труб (патент РФ №2310057, Е21В 17/00, 33/12, публикация 10.11.2007), содержащее кольцевой разделитель с уплотнительным узлом. Уплотнительный узел состоит из уплотнителя и механизма посадки. Полый корпус состоит из подвижной и неподвижной частей уплотнительного узла. На подвижной части полого корпуса предусмотрен выполненный заодно с ним кольцевой разделитель. С одной стороны этого разделителя установлен вспомогательный уплотнитель механизма посадки в виде манжеты L-образного сечения. Открытый торец манжеты обращен к полости высшего давления. С другой стороны кольцевого разделителя установлен сальниковый уплотнитель, контактирующий с неподвижной частью полого корпуса. По мере возрастания давления в полости открытый торец вспомогательного уплотнителя прижимается к стенке колонны и одновременно смещается вниз вместе с подвижной частью полого корпуса. При этом основной уплотнитель, расположенный в кольцевом пространстве, подвергается обжатию.
Для селективного разобщения в скважине зон обсадных колонн при проведении ремонтных, изоляционных и исследовательских работ известен пакер манжетный с центральным проходным каналом, описанный в патенте РФ №2657651 (Е21В 33/12, публикация 14.06.2018), содержащий верхний переходник, верхнюю и нижнюю оправки, закрепленные расширяющимися частями навстречу друг другу самоуплотняющиеся манжеты, центраторы, нижний переходник и клапан, согласно предлагаемому техническому решению снабжен дополнительным кольцевым проходным каналом, при этом кольцевой проходной канал посредством радиальных отверстий связан с наружным пространством между манжетами, центральный и кольцевой проходные каналы образованы двумя концентрично установленными трубами, наружная труба установлена на верхней и нижней оправках, а внутренняя труба установлена в верхнем и нижнем переходниках, снабженных поперечными каналами, связывающими центральный проходной канал внутренней трубы с пространством над и под манжетами, и вертикальными пазами, связывающими кольцевой проходной канал с внутренней полостью оборудования, установленного выше пакера, и пространством под манжетами ниже пакера, при этом центральный проходной и кольцевой проходной каналы связаны между собой в пространстве ниже манжет посредством клапана.
Недостатком известных устройств является сложность конструкции, ненадежность и малая эффективность работы.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является пакер чашечный (патент Китая CN 2923989, публикация 18.07.2007), состоящий из корпуса с осевым каналом и не менее двух чашечных манжет конусообразной формы, закрепленными расширяющимися частями навстречу друг другу.
Недостатком аналога и других известных технических решений является накопление шлама внутри чашек при спускоподъемных операциях. Это препятствует правильному функционированию манжет вследствие их деформации, что приводит к невозможности многократного использования подобных устройств без замены чашечных манжет.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в обеспечении отсутствия шлама внутри чашек, что приводит к возможности многоразового использования предлагаемого устройства за один спуск обсадной колонны, а также в достижении свойства самопакеровки, заключающегося в повышении изолирующих свойств предлагаемого устройства с ростом разницы давлений в изолируемых зонах. Пакер выполнен без дополнительной активации, что уменьшает время на установку и перепосадку оборудования.
Указанный технический результат достигается за счет того, что манжеты сдвинуты друг к другу, образуя замкнутую полость, заполненную пластичной смазкой, а внутри полости установлен защитный элемент, препятствующий вымыванию смазки.
В частности, технический результат достигается за счет использования предложенного чашечного пакера, который состоит из корпуса с осевым каналом и не менее двух чашечных манжет конусообразной формы, закрепленными расширяющимися частями навстречу друг другу. При этом чашечные манжеты установлены с возможностью центровки вдоль оси корпуса и размещены таким образом, что образуют своими внутренними поверхностями полость, которая заполнена пластичной смазкой, при этом расширяющиеся части манжет опираются на упругий защитный элемент, установленный в образованной полости.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения манжеты закреплены на установочной трубе, которая установлена на корпусе и содержит внешнюю резьбу с гайкой-центратором.
В другом предпочтительном варианте защитный элемент выполнен в виде упругой втулки из эластомера.
Защитный элемент препятствует «схлопыванию» чашечных манжет, но не препятствует эластичной деформации периферии (расширяющихся частей) манжеты.
Чашечные манжеты предпочтительно выполнены из скользкого и неразбухающего эластомера.
Далее изобретение поясняется со ссылками на позиции на чертежами где:
Фиг. 1 - Общая схема предложенного разделителя скважинных фильтров погружных электроприводных центробежных насосов.
Фиг. 2 - Вариант крепления манжеты. На фигуре представлены:
1 - чашечные манжеты
2 - корпус
3 - труба установочная
4 - гайка-центратор
5 - проставочное кольцо
6 - втулка
7 - центратор
8 - уплотнительное кольцо
9 - уплотнительное кольцо
10 - муфта
11 - крышка
12 - крышка
13 - защитный элемент
Предлагаемый пакер чашечный скважинных фильтров погружных электроприводных центробежных насосов осуществляется следующим образом.
Общая схема представлена на фиг. 1. Предлагаемое устройство состоит из корпуса (трубы) 2 с установленными на него чашечными манжетами 1, размещенными симметрично друг относительно друга таким образом, что их широкие чашевидные элементы обращены друг к другу.
В настоящем варианте выполнения изобретения манжеты 1 установлены на установочную трубу, которая закреплена на корпусе и удерживаются на установочной трубе при помощи фиксаторов 8, 9. На фиг. 1 изображены две установочные трубы с манжетами, обращенными расширяющимися частями навстречу друг другу. Настоящее изобретение не ограничивает варианты выполнения установочной трубы. В частности, специалисту очевидно, что труба может быть выполнена цельной для обоих манжет.
Для предотвращения истирания чашечных манжет 1 во время спуска изделия в скважину предусмотрены центраторы 7, установленные перед чашечными манжетами. В качестве центраторов могут служить гайки 4.
Согласно изобретению манжеты своими расширяющимися частями сдвинуты почти вплотную друг к другу таким образом, что образует полость, которая заполнена пластичной смазкой.
Для предотвращения вымывания смазки между манжетами 1 в образованной полости установлен упругий защитный элемент 13, выполненный, например, в виде полой втулки. При этом расширяющиеся края манжет 1 опираются на указанную втулку 13.
Под манжетами 1, которые своими широкими краями опираются на втулку 13, образуется замкнутое пространство, заполненное пластичной смазкой.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Пакер монтируется ниже погружного электродвигателя (ПЭД). После чего осуществляется спуск эксплуатационной колонны в скважину. Чашевидные манжеты предлагаемого устройства в процессе спуска находятся в прижатом к корпусу состоянии и не препятствуют движению в процессе спуска.
После установки пакера в заданном интервале начинается использование предлагаемого устройства по прямому назначению. Разделение зон буровой скважины осуществляется за счет раскрытия чашевидных манжет предлагаемого устройства навстречу друг другу таким образом, чтобы обеспечить плотное прилегание кромок манжет к стенкам скважины.
При необходимости сменить интервал размещения предлагаемого устройства путем подъема или спуска, чаши манжет прижимаются к корпусу (трубе), после чего осуществляется смена размещения, после чего в заданной точке манжеты раскрываются повторно, обеспечивая разделение зон буровой скважины в соответствии с функциональным назначением.
Выполнение манжет расширяющимися частями друг к другу и образование под ними по существу замкнутого пространства за счет использования защитного элемента и наполнение этого пространства пластичной смазкой предотвращает попадание шлама (мусора) под манжеты, что способствует многоразовому использованию пакера за один спуск в скважину при ее высокой герметизации.