Пакер набухающий

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к средствам для перекрытия внутренней полости обсадной колонны нефтяных и газовых скважин.
Известен пакер (патент RU №2362006, МПК Е21В 33/12, опубл. 20.07.2009 в Бюл. №20), содержащий ствол пакера, уплотнительный элемент, установленный поверх ствола пакера с образованием с ним кольцевого промежутка, набухающий материал, размещенный в кольцевом промежутке с возможностью захвата, по меньшей мере, части среды, подаваемой между набухающим материалом и уплотнительным элементом в кольцевой промежуток.
Недостатками данного пакера являются небольшая площадь контакта набухающего материала со скважинной средой, что приводит к большому времени набухания, а это непроизводственные затраты времени на установку, перекрытие интервала изоляции пакером монолитным уплотнительным элементом без дублирования, что значительно снижает надежность изоляции, и использование отверждающихся набухающих материалов при снижении эластичности уплотнительного элемента с большой вероятностью приводит к утрате герметичности пакера.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является набухающий пакер с контролируемой скоростью набухания (патент RU №2623411, МПК Е21В 33/12, опубл. 26.06.2017 в Бюл. №18), содержащий сердечник, уплотнительный элемент, расположенный вокруг, по меньшей мере, части сердечника и содержащий материал, поддающийся набуханию при контакте с агентом набухания, рубашку, наложенную на наружную поверхность уплотнительного элемента с обеспечением участков наружной поверхности уплотнительного элемента, покрытых рубашкой, и участков наружной поверхности уплотнительного элемента, не покрытых рубашкой, причем указанная рубашка выполнена по существу непроницаемой для агента набухания и удерживающий покрывающий слой, нанесенный на рубашку и на указанные непокрытые участки наружной поверхности уплотнительного элемента, причем этот удерживающий покрывающий слой позволяет агенту набухания притекать через непокрытые участки наружной поверхности уплотнительного элемента и вступать в контакт с указанным поддающимся набуханию материалом, при этом он дополнительно снабжен одним или более концевых упоров, расположенных вокруг сердечника смежно с уплотнительным элементом, причем эти один или более концевых упоров выполнены с возможностью удержания уплотнительного элемента вокруг части сердечника.
Недостатками данного пакера являются сложность изготовления и подбора материала рубашки, позволяющего избирательно пропускать агент набухания, и перекрытие интервала изоляции пакером целиком без дублирования, что значительно снижает надежность изоляции, при этом скорость установки низкая из-за небольшой площади контакта с агентом набухания.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание простой и надежной конструкции пакера набухающего за счет получения лабиринтного уплотнения, позволяющего дублировать изоляцию на всем протяжении интервала установки пакера, а также обеспечить увеличение скорость установки за счет большой площади контакта с агентом набухания.
Техническая задача решается пакером набухающим, включающим сердечник с упорами, между которыми помещены уплотнительные элементы, набухающие при контакте с агентом набухания, непроницаемые для агента набухания рубашки, перекрывающие и удерживающие снаружи уплотнительные элементы, с участками для пропускания агента набухания.
Новым является то, что каждая рубашка изготовлена жесткой и снабжена сверху кольцевой эластичной манжетой, выполненной с возможностью пропуска внутрь между соответствующими упорами агента набухания и выпуска наружу набухающей части соответствующего уплотнительного элемента, выполненного в виде сыпучего материала для увеличения площади контакта с агентом набухания, при этом сердечник снизу снабжен центратором, выполненным в виде цилиндра с фасками на верхнем и нижнем концах.
На чертеже схематически изображена конструкция пакера набухающего в продольном разрезе.
Пакер набухающий включает сердечник 1 с упорами 2, между которыми помещены уплотнительные элементы 3, набухающие при контакте с агентом набухания (не показан), непроницаемые для агента набухания рубашки 4, перекрывающие и удерживающие снаружи уплотнительные элементы 3, с участками 5 для пропускания агента набухания. Каждая рубашка 4 изготовлена жесткой и снабжена сверху кольцевой эластичной манжетой 6, выполненной с возможностью пропуска внутрь между соответствующими упорами агента набухания и выпуска наружу набухающей части (не показана) соответствующего уплотнительного элемента 3. Уплотнительный элемент 3 выполнен в виде сыпучего материала для увеличения площади контакта с агентом набухания. Сердечник 1 снизу снабжен центратором 7, выполненным в виде цилиндра с фасками 8 на верхнем и нижнем концах. В качестве агента для набухания может быть использована вода или нефть. В качестве уплотнительных элементов 3 может быть использовано любое набухающее под действием агента вещество (например, см. аналоги), обеспечивающее изоляцию внутреннего пространства скважины (не показана).
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность пакера, на чертеже не показаны или показаны условно.
Пакер работает следующим образом.
На сердечник 1 с центратором 7 внизу устанавливают упоры 2 с рубашками 4. Внутрь рубашек 4 через открытые участки 5 засыпают уплотнительные элементы 3 в виде крошек или гранул набухающего вещества. Открытые участки 5 перекрывают эластичными манжетами 6, исключающими высыпание крошек или гранул уплотнительного элемента 3 при транспортировке и спуске в скважину. Сердечник 1 при помощи резьбы, муфтового соединения или т.п.(не показаны) соединяется с колонных труб (не показана), на которой спускается в скважину в интервал установки. Перед спуском скважинную жидкость замещают на жидкость (например, нефть), не реагирующую с уплотнительными элементами 3, для исключения несанкционированного набухания. При спуске фаски 8 центратора 7 позволяют свободно перемещаться пакеру в скважине посередине вверх и вниз без нарушения целостности рубашек 4. После установки пакера в интервале установки жидкость замещают агентом набухания (например, водой), или жидкость замещается естественным путем (например, скважинной жидкостью с агентом набухания: водой или нефтью). В результате агент набухания попадает внутрь рубашек 4, так как рубашки 4 и манжеты 6 не герметичны, и начинает реагировать с уплотнительными элементами 3, которые расширяются и, отгибая соответствующие эластичные манжеты 6, через открытые участки 5 слипаются и выдавливаются наружу, герметизируя при этом внутрискважинное пространство по периметру пакера. Так как открытые участки 5 расположены на расстоянии друг от друга по высоте сердечника 1, то образуются соответствующими уплотнительными элементами 3 несколько герметичных кольцевых зон напротив этих участков 5, то есть - лабиринтное уплотнение. Лабиринтное уплотнение обеспечивает гораздо лучшую изоляцию внутрискважинного пространства, чем сплошной пакер, особенно при высоких перепадах давлений. В случаях прорыва через наружные уплотнительные элементы 3 жидкости с агентом набухания, то за счет реакции агента набухания с внутренними уплотнительными элементами 3 обеспечивается дополнительная изоляция.
Как показала практика, уплотнительные элементы 3 из сыпучих веществ набухают примерно в 3 раза быстрее цельных за счет большей площади контакта с агентом набухания.
Предлагаемый пакер набухающий прост и надежен за счет получения лабиринтного уплотнения, позволяющего дублировать изоляцию на всем протяжении интервала установки пакера, а также позволяет увеличить скорость установки за счет большой площади контакта с агентом набухания.