ПАКЕР РАЗБУРИВАЕМЫЙ С ПОСАДОЧНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ, СПУСКАЕМЫЙ НА КАБЕЛЕ

ПАКЕР РАЗБУРИВАЕМЫЙ С ПОСАДОЧНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ, СПУСКАЕМЫЙ НА КАБЕЛЕ
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметичного разобщения интервалов ствола обсадной колонны в процессе проведения различных технологических операций и эксплуатации нагнетательных и добывающих скважин.
Позволяет расширить функциональные возможности за счет гарантированной герметичности посадочного инструмента, открытия сбивного клапана только после подачи электрического сигнала по кабелю за счет разрушения сбивного штыря сбивного клапана путем вращения срезного устройства электропривода, не содержащего редуктора и тягового механизма, регулирования времени срабатывания посадочного инструмента за счет изменения диаметра отверстия сбивного клапана с целью исключения гидроудара, простоты монтажа при перезарядке.
Известен посадочный инструмент (аналог) (1), патент RU 2110667 МПК Е21В 33/12, дата подачи заявки 09.08.1996 г., опубликовано 10.05.1996 г. Устройство включает корпус с размещенными в нем рабочими шлипсами и толкающими клиньями. С возможностью взаимодействия с ним предусмотрен исполнительный механизм со штангой, рабочей головкой, уплотнителем и тяговым канатом. Устройство имеет также опорную втулку. Она выполнена с возможностью взаимодействия с рабочей головкой и клиньями. С корпусом жестко соединен гидроцилиндр. Его поршень соединен со штангой, выполненной с внутренней полостью, и поршневым насосом с всасывающим и нагнетательным клапанами. Они размещены в полости штанги. Всасывающий и нагнетательный клапаны размещены с возможностью сообщения через них соответственно надпоршневой полости гидроцилиндра с его подпоршневой полостью при возвратно-поступательных перемещениях поршня поршневого насоса. Недостатками устройства являются недостаточная герметичность посадочного инструмента и надежность рабочих частей.
Известен пакер отцепляющийся двухстороннего действия на канате (аналог) (2), патент РФ №2352763, дата подачи заявки 2007.08.07 г., опубликовано 20.04.2009 г. Пакер отцепляющийся двухстороннего действия на канате включает посадочный инструмент на канате, неподвижную втулку с основным седлом и подвижным центральным штоком, который оснащен основными упорной гайкой и клапаном, взаимодействующим с основным седлом, подвижную втулку, два конуса, противоположно направленных друг другу, плашки, соединенные между собой в осевом направлении и выполненные с возможностью взаимодействия с соответствующими конусами, пакерную манжету, бобышку, выполненную с возможностью взаимодействия с узлом извлечения. Неподвижная втулка оснащена в средней части продольной проточкой, а по концам - основным и дополнительным седлами и верхним и нижним упорами с перепускными каналами. При этом пакерная манжета выполнена в виде верхней самоуплотняющейся манжеты, допускающей перемещение снизу вверх и расположенной между верхним конусом и верхним упором. Между нижним конусом и нижним упором расположена нижняя самоуплотняющаяся манжета, допускающая перемещение сверху вниз, подвижная втулка размещена на неподвижной втулке, оснащена штырем, вставленным в продольную проточку неподвижной втулки. Причем плашки установлены на подвижной втулке, поджаты внутрь пружинными кольцами и оснащены каждая центраторами, подпружиненными наружу.
Центральный шток оснащен верхней и нижней кольцевыми проточками, дополнительными упорной гайкой и клапаном. Основной и дополнительный клапаны расположены в соответствующих верхней и нижней проточках с возможностью ограниченного перемещения между соответствующими упорами и внутренними кромками соответствующих кольцевых проточек и поджаты от упоров к соответствующим основному и дополнительному седлам. Основная и дополнительная упорные гайки размещены на одинаковом расстоянии от штыря подвижной втулки с возможностью взаимодействия с ним, при этом бобышка жестко соединена с верхом центрального штока, выполнена в виде заостренного сверху цилиндра, на наружной поверхности которого выполнен замкнутый фигурный паз с проточкой, соединяющей его с верхней кромкой бобышки. Посадочный инструмент выполнен в виде патрубка с штифтом, установленным в фигурный паз, который выполнен так, что при возвратно-поступательном перемещении посадочного инструмента относительно бобышки на длину, превосходящую высоту фигурного паза, штифт будет расположен в пределах фигурного паза, а если меньше - то штифт при перемещении вверх попадает в проточку фигурного паза.
Недостатками устройства являются сложность конструкции, недостаточная герметичность посадочного инструмента и надежность рабочих частей.
1
Известен пакер для опрессовки колонны труб в скважине (аналог) (3), патент RU №58162, начало действия патента 15.06.2006 г. опубликовано 10.11.2006 г. Опрессовочный пакер колонны труб в скважине содержит посадочный инструмент, спускное устройство, выполненное в виде кабельной головки с кабелем, цилиндрический корпус с седлом и центральным осевым и радиальными каналами, соединяющими наружное пространство корпуса с его центральным осевым каналом, установленный на корпусе уплотнительный элемент, подвижную в осевом направлении и вставленную в корпус втулку с опорными сухарями. Колонна труб ниже интервала опрессовки снабжена опрессовочной муфтой, оснащенной калиброванным центральным каналом с внутренним диаметром-d, меньшим внутреннего диаметра-d  колонны труб и расположенной ниже кольцевой выборкой с большим продольным размером L, чем длина технологических стыков муфт колонны труб. Опорные сухари изготовлены с продольным размером-b, соответствующим продольному размеру - L кольцевой выборки опрессовочной муфты, причем L>b, при этом опорные сухари выполнены подпружиненными наружу посредством пружинных пластин и вставлены в радиальные каналы корпуса, оснащенного сверху технологическим патрубком. Седло корпуса выполнено ниже радиальных каналов в виде расширения центрального осевого канала, снаружи которого на корпусе размещен уплотнительный элемент, выполненный с возможностью герметичного взаимодействия с центральным каналом опрессовочной муфты. Втулка снаружи оснащена утолщением в нижней части и верхним концом уменьшенного диаметра, которым втулка изнутри взаимодействует с технологическим патрубком, выше которого втулка оснащена последовательно радиальными отверстиями и заглушкой. Заглушка снабжена ловильной головкой, снабженной фигурной выборкой снаружи. Утолщение втулки выполнено с возможностью взаимодействия изнутри с опорными сухарями при их взаимодействии с кольцевой выборкой опрессовочной муфты. На наружной поверхности вверху технологического патрубка выполнены продольные короткая и длинная проточки, соединенные снизу фигурной проточкой. Длинная проточка выполнена до края технологического патрубка, при этом посадочный инструмент выполнен в виде толкателя, соединенного со спускным устройством и взаимодействующего сверху с ловильной головкой втулки, и патрубка, установленного на толкателе с возможностью вращения и осевого перемещения, а также охватывающего нижней частью технологический патрубок. Патрубок оснащен внутренним штифтом, взаимодействующим с проточками технологического патрубка с начальной установкой в короткой проточке.
Недостатками устройства являются сложность конструкции, недостаточная герметичность посадочного инструмента и надежность рабочих частей.
Известен гидростатический посадочный инструмент пакера, спускаемый на кабеле (прототип) (4), патент RU 154514 U1 Е21В 33/12, Е21В 23, дата подачи заявки 10.03.2015 г., опубликовано 27.08.2015 г. Гидростатический посадочный инструмент пакера, спускаемый на кабеле, включает ствол с поршнем, уплотнительный элемент с верхним и нижним упорами, обтекатель, разделенный на заполненный жидкостью нижний цилиндр с полостью высокого давления и верхний цилиндр с полостью низкого давления, оснащенный сверху пробкой для сообщения при перемещении вверх полости низкого давления с пространством скважины, верхний якорный узел, взаимодействующий с нижним цилиндром и содержащий коническую втулку со шлипсами, которые установлены с возможностью радиального расширения между верхним упором и конической втулкой при их сближении. Ствол жестко соединен с поршнем и нижним упором. Ствол выполнен сборным, состоящим из соединенных срезным элементом корпуса пакера и тяги, соединенной с поршнем, обтекатель разделен поршнем, изготовленным полым и жестко соединенным с верхним цилиндром, который снабжен дополнительным поршнем, а нижний цилиндр выполнен с возможностью ограниченного перемещения вниз относительно поршня и опоры толкателем на верхний упор. Тяга изготовлена полой и заглушенной снизу, полость которой сообщена с камерой высокого давления - подпоршневой полостью нижнего цилиндра, коническая втулка изготовлена расширяющейся сверху вниз и выполнена с возможностью взаимодействия с уплотнительным элементом сверху, причем верхний упор выполнен с возможностью фиксации положения после перемещения вниз относительно корпуса, дополнительный поршень оснащен штоком, герметично вставленным в полость поршня, и размещен в верхнем цилиндре с возможностью перемещения вниз при перемещении вверх пробки, при этом обтекатель соединен с кабелем через электрический тяговый механизм, подвижная часть которого соединена с пробкой для перемещения ее вверх при подаче соответствующего сигнала по кабелю.
Недостатками прототипа являются возможность разгерметизации пробки клапана посадочного инструмента и преждевременного открытия при рывках и затяжках во время спуска на кабеле.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение надежности и эффективности работы пакера разбуриваемого за счет гарантированного срабатывания посадочного инструмента, надежности герметизации клапана посадочного инструмента при спуске.
Цель предлагаемой полезной модели достигается тем, что посадочный инструмент пакера разбуриваемого содержит сбивной клапан, что обеспечивает гарантированную герметичность посадочного инструмента, открытие сбивного клапана за счет разрушения сбивного штыря сбивного клапана путем вращения срезного устройства электропривода только после подачи электрического сигнала по кабелю, позволяет регулировать время срабатывания посадочного инструмента за счет изменения диаметра отверстия сбивного клапана с целью исключения гидроудара, а присоединение пакера к посадочному инструменту осуществлено резьбовым соединением, отрыв пакера после посадки происходит за счет выполнения шейки малого диаметра на верхней части корпуса пакера в месте присоединения корпуса к посадочному инструменту. Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, решается пакером разбуриваемым с посадочным инструментом, спускаемым на кабеле, который содержит ствол с полым поршнем, обтекатель, разделенный полым поршнем на заполненный жидкостью нижний цилиндр с полостью высокого давления и верхний цилиндр с полостью низкого давления, уплотнительный элемент пакера с верхним и нижним упорами, верхний якорный узел, взаимодействующий с нижним цилиндром. Верхний якорный узел оснащен конической втулкой и шлипсами, которые установлены с возможностью радиального расширения между верхним упором и конической втулкой при их сближении. Ствол жестко соединен с полым поршнем и нижним упором и выполнен сборным, состоящим из соединенных резьбовым соединением корпуса пакера и тяги, соединенной с полым поршнем. Полый поршень жестко соединен с верхним цилиндром, который снабжен дополнительным поршнем, а нижний цилиндр выполнен с возможностью перемещения вниз относительно полого поршня и опоры толкателем на верхний упор, ограниченного наружным упором, установленным на тяге. Тяга изготовлена полой, имеет центратор и заглушена снизу пробкой. Полость тяги сообщена с полостью высокого давления -подпоршневой полостью нижнего цилиндра. Коническая втулка выполнена с возможностью взаимодействия с уплотнительным элементом сверху. Верхний упор имеет возможность фиксации после перемещения относительно наружных кольцевых насечек корпуса сухарями или пружинной шайбой, расположенными в кольцевой проточке верхнего упора. Пакер разбуриваемый оснащен также нижним якорным узлом, содержащим коническую втулку и шлипсы, которые установлены с возможностью радиального расширения между нижним упором и конической втулкой при их сближении, Коническая втулка нижнего якорного узла взаимодействует с уплотнительным элементом снизу. Дополнительный поршень оснащен штоком, герметично вставленным в полость полого поршня и размещен в верхнем цилиндре. Шток дополнительного поршня выполнен полым и заглушен снизу, внутренняя полость штока через отверстия сообщена с полостью низкого давления верхнего цилиндра, тем самым увеличивая объем цилиндра и перепад давлений в скважине и полости низкого давления. Присоединение пакера к посадочному инструменту осуществлено резьбовым соединением, отрыв пакера после посадки происходит за счет выполнения шейки малого диаметра на верхней части корпуса пакера в месте присоединения корпуса к посадочному инструменту. Посадочный инструмент оснащен сверху сбивным клапаном для сообщения, после открытия сбивного клапана, полости низкого давления с пространством скважины. Верхний цилиндр обтекателя имеет возможность перемещения вниз после открытия сбивного клапана и соединен с кабелем через электропривод, срезное устройство которого выполнено с возможностью взаимодействия путем вращения со сбивным штырем сбивного клапана и разрушения при подаче электрического сигнала сбивного штыря сбивного клапана посадочного инструмента, открытия отверстия сбивного клапана для сообщения полости низкого давления с пространством скважины только после подачи электрического сигнала по кабелю, зубья на шлипсах выполнены под острым углом с целью уменьшения трения при посадке пакера разбуриваемого. Предлагаемая полезная модель обеспечивает гарантированную герметичность посадочного инструмента, открытие сбивного клапана только после подачи электрического сигнала по кабелю за счет разрушения сбивного штыря сбивного клапана путем вращения срезного устройства электропривода, позволяет регулировать время срабатывания посадочного инструмента за счет изменения диаметра отверстия сбивного клапана с целью исключения гидроудара, простоту монтажа при перезарядке.
Новым является то, что посадочный инструмент пакера разбуриваемого содержит сбивной клапан, что обеспечивает гарантированную герметичность посадочного инструмента, открытие сбивного клапана только после подачи электрического сигнала по кабелю за счет разрушения сбивного штыря сбивного клапана путем вращения срезного устройства электропривода, присоединение пакера к посадочному инструменту осуществлено резьбовым соединением, отрыв пакера после посадки происходит за счет выполнения шейки малого диаметра на верхней части корпуса пакера в месте присоединения корпуса к посадочному инструменту, зубья на шлипсах выполнены под острым углом с целью уменьшения трения при посадке пакера разбуриваемого.
На чертеже в продольном разрезе изображен пакер разбуриваемый с посадочным инструментом, спускаемый на кабеле.
Пакер разбуриваемый с посадочным инструментом, спускаемый на кабеле 1 содержит ствол 21 с полым поршнем 17, обтекатель, разделенный полым поршнем 17 на заполненный жидкостью нижний цилиндр 18 с полостью высокого давления 19 и верхний цилиндр 9 с полостью низкого давления 12, уплотнительный элемент 33 пакера с верхним 29 и нижним 37 упорами, верхний якорный узел 30, взаимодействующий с нижним цилиндром 18. Верхний якорный узел 30 оснащен конической втулкой 32 и шлипсами 31, которые установлены с возможностью радиального расширения между верхним упором 29 и конической втулкой 32 при их сближении. Ствол 21 жестко соединен с полым поршнем 17 и нижним упором 37 и выполнен сборным, состоящим из соединенных резьбовым соединением корпуса 28 пакера и тяги 20, соединенной с полым поршнем 17. Полый поршень 17 жестко соединен с верхним цилиндром 9, который снабжен дополнительным поршнем 7, а нижний цилиндр 18 выполнен с возможностью перемещения вниз относительно полого поршня 17 и опоры толкателем 22 на верхний упор 29, ограниченного наружным упором 4, установленным на тяге 20. Тяга 20 изготовлена полой, имеет центратор 23 и заглушена снизу пробкой 24. Полость тяги 20 сообщена с полостью высокого давления 19 - подпошневой полостью нижнего цилиндра 18. Коническая втулка 32 выполнена с возможностью взаимодействия с уплотнительным элементом 33 сверху. Верхний упор 29 имеет возможность фиксации после перемещения относительно наружных кольцевых насечек корпуса 28 сухарями или пружинной шайбой 26, расположенными в кольцевой проточке 27 верхнего упора 29. Пакер разбуриваемый оснащен также нижним якорным узлом 35, содержащим коническую втулку 34 и шлипсы 36, которые установлены с возможностью радиального расширения между нижним упором 37 и конической втулкой 34 при их сближении, Коническая втулка 34 нижнего якорного узла 35 взаимодействует с уплотнительным элементом 33 снизу. Дополнительный поршень 7 оснащен штоком 10, герметично вставленным в полость полого поршня 17 и размещен в верхнем цилиндре 9. Шток 10 дополнительного поршня 7 выполнен полым и заглушен снизу, внутренняя полость 11 штока через отверстия 8 сообщена с полостью низкого давления 12 верхнего цилиндра 9, тем самым увеличивая объем цилиндра и перепад давлений в скважине и полости низкого давления 12. Присоединение пакера к посадочному инструменту осуществлено резьбовым соединением, отрыв пакера после посадки происходит за счет выполнения шейки малого диаметра 25 на верхней части корпуса пакера 28 в месте присоединения корпуса к посадочному инструменту. Посадочный инструмент оснащен сверху сбивным клапаном 5 с перфорированным патрубком 4 для сообщения, после открытия сбивного клапана 5, полости низкого давления 12 с пространством скважины. Верхний цилиндр 9 обтекателя имеет возможность перемещения вниз после открытия сбивного клапана 5 и соединен с кабелем 1 через электропривод 2, срезное устройство 3 которого выполнено с возможностью взаимодействия путем вращения со сбивным штырем сбивного клапана 5 и разрушения при подаче электрического сигнала сбивного штыря сбивного клапана 5 посадочного инструмента, открытия отверстия 6 сбивного клапана 5 для сообщения полости низкого давления 12 с пространством скважины, зубья на шлипсах 31, 36 выполнены под острым углом с целью уменьшения трения при посадке пакера разбуриваемого.
Технологические элементы, не влияющие на работоспособность системы, показаны условно или не показаны, а уплотнительные элементы, исключающие несанкционированные перетоки жидкости, не пронумерованы.
Пакер разбуриваемый с посадочным инструментом, спускаемый на кабеле работает следующим образом.
Перед спуском устройство приводят в транспортное положение. Для этого в надпоршневую полость верхнего цилиндра 9 обтекателя заливают жидкость (воду или масло), а через технологический канал 13 нагнетают воздух в полость низкого давления 12, приводя дополнительный поршень 7 в верхнее положение (это возможно и механическим воздействием на дополнительный поршень 7). После чего сверху располагают сбивной клапан 5 и соединяют верхний цилиндр 9 через электропривод 2 с кабелем 1, срезное устройство 3 электропривода 2 взаимодействует со сбивным штырем сбивного клапана 5. Давление в полости низкого давления 12 сбрасывают до атмосферного давления, а технологический канал 13 герметично перекрывают заглушкой 14. После чего полость высокого давления 19 нижнего цилиндра 18 и полости тяги 20 и полого поршня 17 заполняют жидкостью (водой или маслом) через технологический канал 15, который герметично перекрывают заглушкой 16. Корпус 28 пакера ввернут в тягу 20, образуя ствол 21. На корпус 28 устанавлены остальные конструктивные элементы пакера, фиксируют их на корпусе 28 соединением нижнего упора 37 с корпусом 28 ствола 21. Заглушку 16 извлекают и через канал 15 нагнетают жидкость до плотного прижатия без сдвига толкателя 22 к верхнему упору 29, после чего канал 15 опять герметизируют заглушкой 16. Затем пакер разбуриваемый с посадочным инструментом, спускаемый на кабеле, в сборе спускают в интервал установки скважины на кабеле 1.
При необходимости в скважину доливают жидкость (если высота уровня жидкости над пакером менее 500 м), чтобы увеличить перепад давлений в скважине и в полости низкого давления 12 верхнего цилиндра 9. После чего по кабелю 1 подают электрический сигнал на электропривод 2, срезное устройство 3 которого путем вращения разрушает сбивной штырь сбивного клапана 5, открывая отверстие 6 сбивного клапана 5. В результате жидкость из скважины через отверстие 6 сбивного клапана 5 и поступает в цилиндр 9 и за счет перепада давлений в скважине и в полости низкого давления 12 дополнительный поршень 7 со штоком 10 перемещается. При этом шток 10, перемещаясь вниз, создает избыточное давление в полостях полого поршня 17 и тяги 20 и, как следствие, через отверстия в полости высокого давления 19, приводя в движение вниз нижний цилиндр 18. При перемещении вниз цилиндр 18 воздействует толкателем 22 на верхний упор 29, а нижний упор 37, опирающийся снизу на нижний якорный узел 35 и соединенный стволом 21 с полым поршнем 17, остается на месте. В результате верхний упор 29, перемещаясь по корпусу 28 вниз вместе со шлипсами 31 и конусной втулкой 32, сжимает уплотнительный элемент 33, опирающийся снизу на коническую втулку 34, до герметизации скважинного пространства в интервале установки. После чего верхний 29 и нижний 37 упоры надвигают соответствующие шлипсы 31 и 36 на соответствующие конические втулки 32 и 34. Расширяясь шлипсы 31 и 36 опираются на стенки скважины, фиксируя верхний 30 и нижний 35 якорные узлы с двух сторон от уплотнительного элемента 33 в интервале установки. При этом верхний упор 29 перемещается вниз относительно корпуса 28 и фиксируется сухарями или пружинными шайбами 26, вставленными кольцевую проточку 27 верхнего упора 29, относительно наружных кольцевых проточек 27 корпуса 28. Пакер двухстороннего действия, хорошо держит высокие давления как сверху, так и снизу. При достижении необходимого тягового усилия вверх на ствол 21, происходит отрыв ствола 21 по шейке малого диаметра 25. Тем самым отсоединяют посадочный инструмент от пакера.
После чего посадочный инструмент без пакера извлекают из скважины. При этом наружный упор 4 тяги 20 исключает выпадение нижнего цилиндра 18 в скважину.
Для последующих установок посадочный инструмент ревизируют, приводят в транспортное положение и соединяют с пакером так, как описано выше, в условиях мастерских.
Технологический и технический результаты при использовании предлагаемой полезной модели достигаются повышением надежности и эффективности работы пакера разбуриваемого за счет гарантированного срабатывания посадочного инструмента, надежности герметизации клапана посадочного инструмента при спуске, открытия сбивного клапана только после подачи электрического сигнала по кабелю за счет разрушения сбивного штыря сбивного клапана путем вращения срезного устройства электропривода.
Экономический эффект от использования изобретения может достигаться за счет увеличения наработки на отказ, ускорения монтажа, что позволяет значительно экономить материальные и трудовые ресурсы.
Использованная литература
1. Патент RU 2110667 МПК Е21В 33/12, дата подачи заявки 09.08.1996, опубликовано 10.05.19
2. Патент РФ №2352763, дата подачи заявки 2007.08.07 г., опубликовано 20.04.2009 г.
3. Патент RU №58162, начало действия патента 15.06.2006 г. опубликовано 10.11.2006 г.
4. Патент RU 154514 U1, дата подачи заявки 10.03.2015 г., опубликовано 27.08.2015 г.