ПАКЕР

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного перекрытия ствола скважины при исследовании пластов.
Известен пакер, содержащий полый ствол с заглушкой и упором, установочный фиксатор, приводной корпус и шток установочного гидроцилиндра, размещенные на стволе конус со шлипсами, уплотнительный элемент и фиксатор положения уплотнительного элемента с удерживающими губками (Патент РФ №2137901, МПК 7 Е 21 В 33/12, 1999).
Недостатком пакера является сложность конструкции, обусловленная наличием сложных деталей, таких как конус, фиксатор положения уплотнительного элемента с удерживающими губками, конические вкладыши, которые требуют высокой точности при изготовлении и значительно усложняют сборку, что возможно выполнить только в специализированных мастерских. Невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы пакера.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пакер (Патент РФ №2170808, МПК 7 Е 21 В 33/12, 2001 г.), включающий ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, основной конус, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», съемный узел, фиксирующие шарики, установленные в отверстиях ствола и взаимодействующие со съемным узлом, корпус и шток посадочного инструмента и срезные элементы. Недостатками пакера являются:
- ограниченные функциональные возможности. Пакер держит давление только в одну сторону, сверху вниз. При давлении, направленном снизу вверх, плашки сдвинутся с места;
- большая площадь соприкосновения сопряженных деталей (ствола и съемного узла), что приводит к их «закипанию» и, следовательно, возникают большие нагрузки при страгивании пакера перед его извлечением, что чревато его «прихватом» и может создать проблему при извлечении.
Задачей полезной модели является создание конструкции пакера, обладающего более широкими функциональными возможностями и снижение страгивающих нагрузок при извлечении пакера.
Указанная задача решается предлагаемым пакером, включающим ствол с заглушкой, основной конус, упор, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, шлипсы.
Новым является то, что съемный узел выполнен в виде патрубка и телескопически герметично вставлен в основной конус, который снизу жестко соединен с верхним концом ствола, при этом на наружной поверхности ствола выполнен фигурный паз в виде продольных короткого и длинного участков, при этом шлипсы подпружинены внутрь и размещены в обойме с направляющем штифтом, причем обойма установлена на стволе напротив фигурного паза, при этом направляющий штифт размещен в фигурном пазе, поэтому обойма имеет возможность перемещения по траектории фигурного паза, причем на съемном узле выполнен наружный кольцевой выступ, а ниже изготовлена внутренняя кольцевая выборка, при этом выше наружного кольцевого выступа на съемном узле выполнена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз, при этом уплотнительный элемент размещен на съемном узле и взаимодействует сверху с упором, соединенным со съемным узлом пружинным стопорным кольцом, установленным во внутренней кольцевой выборке съемного узла, причем фиксатор положения уплотнительного элемента, выполнен в виде разрезного конуса, сужающегося снизу вверх и плашек, жестко соединенных с кольцом, установленным на съемном узле выше конусной поверхности, причем кольцо подпружинено вверх относительно кожуха, жестко установленного на съемном узле над кольцом, причем разрезной конус подпружинен внутрь оболочкой, установленной на упоре снаружи, а плашки также подпружинены внутрь кожухом, при этом упор жестко соединен с разрезным конусом, причем в рабочем положении разрезной конус при осевом перемещении вверх взаимодействует с конусной поверхностью съемного узла и внутренней поверхностью плашек, вызывая радиальное перемещение плашек наружу, при этом на верхний конец съемного узла навернут левый переводник.
На фиг.1 изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.
На фиг.2 - развертка фигурного паза, выполненного на стволе пакера.
Пакер состоит (см. фиг.1) из ствола 1 с заглушкой 2, основного конуса 3 и съемного узла 4.
Съемный узел 4 выполнен в виде в виде патрубка и телескопически герметично вставлен в основной конус 3, который снизу жестко соединен с верхним концом ствола 1.
На наружной поверхности ствола 1 выполнен фигурный паз 5 в виде продольных короткого 6 и длинного 7 участков (см. фиг.2). На стволе 1 напротив фигурного паза 5 установлена обойма 8 с направляющем штифтом 9.
В обойме 8 (см. фиг.1) размещены подпружиненные внутрь шлипсы 10, причем направляющий штифт 9 размещен в фигурном пазе 5.
Обойма 8 посредством направляющего штифта 9 имеет возможность перемещения по траектории фигурного паза 5.
На съемном узле 4 выполнен наружный кольцевой выступ 11, а ниже изготовлена внутренняя кольцевая выборка 12. Выше наружного кольцевого выступа 11 на съемном узле 4 выполнена конусная поверхность 13, сужающаяся сверху вниз.
На нижнем конце съемного узла 4 размещен уплотнительный элемент 14, взаимодействующий сверху с упором 15. Упор 15 соединен со съемным узлом 4 пружинным стопорным кольцом 16, выполненным разрезным и установленным во внутренней кольцевой выборке 12 съемного узла 4.
Фиксатор положения уплотнительного элемента 14, выполнен в виде разрезного конуса 17, сужающегося снизу вверх и плашек 18, жестко соединенных с кольцом 19, установленным на съемном узле 4 выше конусной поверхности 13.
Кольцо 19 подпружинено вверх относительно кожуха 20, жестко установленного на съемном узле 4 над кольцом 19, причем разрезной конус 17 подпружинен внутрь оболочкой 21, жестко установленной на упоре 15 снаружи.
Плашки 18, также подпружинены внутрь кожухом 20 и пружиной 22, при этом упор 15 жестко соединен с разрезным конусом 17.
В рабочем положении разрезной конус 17 перемещается осевом направлении вверх и взаимодействует с конусной поверхностью 13 съемного узла 4 и внутренней поверхностью плашек 18, вызывая радиальное перемещение плашек 18 наружу.
На верхний конец съемного узла 4 навернут левый переводник 23.
Пакер работает следующим образом.
На устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано) направляющий штифт 9 (см. фиг.2) обоймы 5 устанавливают в верхнюю часть продольного короткого участка 6 фигурного паза 5, выполненного на наружной поверхности ствола 1 (см. фиг.1). Затем пакер в сборе посредством левого переводника 23 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) (на фиг.1 и 2 не показано) спускают в скважину.
Достигнув интервала перекрытия ствола скважины, пакер приподнимают примерно на 1 метр вверх и опускают вниз.
В результате направляющий штифт 9 (см. фиг.2) перемещается из продольного короткого участка 6 фигурного паза 5 сначала в нижнюю часть продольного длинного участка 7, а затем при подъеме пакера в верхнюю часть последнего, при этом все детали устройства за исключением деталей 8, 9, 10 остающихся на месте, благодаря контакту подпружиненных шлипосов 10 (см. фиг.1) с внутренней стенкой скважины совершают возвратно-поступательное перемещение, при этом основной конус 3, сужающийся сверху вниз входит в подпружиненные шлипсы 10, раздвигая их наружу в радиальном направлении, прижимая их зубчатую часть к внутренней стенке скважины (на фиг.1 и 2 не показано). Затем колонну НКТ, соединенную с посадочным инструментом и пакером разгружают на подпружиненные шлипсы 10, которые уже зафиксировались на внутренней стенке скважины.
Разгрузку колонны НКТ продолжают, в результате этого съемный узел 4, телескопически герметично вставленный в основной конус 3 перемещается вниз относительно пакера, зафиксировавшегося на внутренней стенке скважины посредством шлипсов 10, при этом основной конус 3 верхним торцом, а упор 15 нижним торцом воздействуют на уплотнительный элемент 14, сжимая его и расширяя радиально наружу.
Таким образом, в процессе перемещения съемного узла 4 вниз уплотнительный элемент 14 прижимается к внутренней стенке скважины. В определенный момент, в процессе разгрузки колонны НКТ (при достижении расчетной нагрузки НКТ 90-100 кН) сначала во внутренней кольцевой выборке 12 съемного узла 4 расширяется пружинное стопорное кольцо 16 и выходит на наружную поверхность съемного узла 4.
В результате подпружиненный внутрь посредством верхнего конца упора 15 разрезной конус 17, расположенный на съемном узле 4 перемещается в осевом направлении вверх и вступает во взаимодействие с конусной поверхностью 13 последнего, при этом подпружиненный внутрь разрезной конус 17 расширяется наружу в радиальном направлении и своей наружной поверхностью вступает во взаимодействие с внутренней поверхностью плашек 18. Так как плашки 18 своими верхними торцами уперты в нижний торец верхнего кольцевого выступа 11 съемного узла 4, то плашки 18
под действием радиально расходящегося наружу разрезного конуса 17 расходятся также в радиальном направлении наружу.
Производят полную разгрузку колонны НКТ на пакер, при этом съемный узел 4 нижним торцом наружного кольцевого выступа 11 вступает во взаимодействие с упором 15. В этот момент, запакеровка уплотнительного элемента 14 прекращается и последний плотно прижмется к внутренним стенкам скважины, а плашки 18, разошедшиеся в радиальном направлении наружу под воздействием на них изнутри, раздвигающегося радиально наружу разрезного конуса 17 жестко фиксируются на внутренних стенках скважины, а это предохраняет пакер от страгивания при восприятии им давлений жидкости, как снизу так и сверху.
Вращением колонны НКТ влево освобождаются от левого переводника 23, остающегося на верхнем конце съемного узла 4. В результате пакер надежно и герметично перекрывает ствол скважины и готов к проведению работ (например, исследованию пласта). Для извлечения пакера в скважину спускают колонну НКТ и вращением последней заворачиваются за левый переводник 23 съемного узла 4.
После этого натяжением колонны НКТ перемещают съемный узел 4 вверх, при этом плашки 18 отходят от внутренней стенки скважины, сжимаясь радиально внутрь и воздействуют своей внутренней поверхностью на подпружиненный внутрь разрезной конус 17 снаружи, который также сжимается внутрь и по конусной поверхности 13 съемного узла 4 опускается вниз, освобождая устройство от фиксации в скважине.
Колонну НКТ продолжают поднимать вверх, при этом сначала уплотнительный элемент 14 отходит от внутренних стенок скважины, а затем ствол 1 поднимается вверх относительно обоймы 8 с направляющим штифтом 9 и подпружиненными шлипсами 10, остающихся на месте в следствии их контакта с внутренними стенками скважины, при этом направляющий штифт 9 перемещается вниз по продольному длинному участку 7 (см. фиг.2) фигурного паза 5 и подпружиненные внутрь шлипсы 10 (см. фиг.1) выходят из взаимодействия с основным конусом 3.
В результате пакер распакерован и извлекается на поверхность.
Предлагаемый пакер обеспечивает высокую надежность в запакеровке и распакеровке благодаря фиксации уплотнительного элемента относительно ствола скважины, что расширяет функциональные возможности пакера, так как поддерживает его в рабочем состоянии при давлениях, направленных как вниз, так и вверх. Кроме того, минимальны страгивающие нагрузки при извлечении пакера, поскольку мала площадь сопряженных деталей.