ПАКЕР

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для разобщения полости скважин.
Известен пакер разбуриваемый, содержащий посадочный инструмент, состоящий из гидроцилиндра с нижним упором, поршня с переводником вверху, верхнего и нижнего штоков, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия, с перфорированным ниппелем, уплотнительного узла, включающего манжету, деформируемую гильзу и дорн с расширяющим углом вверху, соединенный в нижней части при помощи насадки через срезное кольцо с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками, отсекающего клапана и заглушки, фиксируемой в насадке стопорным кольцом, причем наконечник телескопически вставлен непосредственно в деформируемую гильзу и нижний упор, относительно которого наконечник в транспортном положении зафиксирован срезным винтом, а отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, имеющим расширяющий угол 20-25° относительно оси пакера и единый цилиндрический наружный участок с выборкой, имеющей конусную фаску вверху, в которой расположены шлицы, выполненные с возможностью взаимодействия с деформируемой гильзой снаружи и с конусной фаской выборки изнутри, при этом на дорне снаружи снизу срезными элементами зафиксирована втулка с фасками по торцам, наружный диаметр которой превосходит наружный диаметр цилиндрического участка дорна, а внутренняя цилиндрическая поверхность деформируемой гильзы выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром вверху (патент RU №2395669, E21B 33/12, опубл. 27.07.2010).
Недостатками данного пакера являются:
- высокая стоимость, так как не отсоединяется посадочный инструмент в процессе прокачки жидкости, то есть для окончания технологических операций посадочный инструмент остается присоединенным к пакеру, через него идет прокачка жидкости, что негативно влияет на продолжительность службы посадочного инструмента, а также на каждый пакер при проведении технологических операций требуется отдельный посадочный инструмент, что требует наличия нескольких посадочных инструментов для проведения аналогичных операций;
- узкая область применения, так как невозможно отбирать продукцию нижнего пласта, так как после отсоединения посадочного инструмента проходной канал герметично перекрывается пробкой;
- большое сопротивление потоку прокачиваемой жидкости из-за малого проходного сечения для нее, так как невозможно сделать его большим из-за наличия большого количества вставленных в друг друга деталей (гильза с уплотнительными кольцами снаружи, дорн, наконечник, причем наконечник и дорн должны иметь достаточную толщину для исключения их разрушения при лорнировании гильзы).
Известна также система отсекателя пласта, спускаемая в скважину на колонне труб, состоящей из верхней и нижней колонн, содержащая пакер, насос, разъединитель, расположенный над пакером, имеющий возможности размещения в скважине на глубину установки пакера нижней колонны труб и замены верхней колонны труб, и ниппель, выполненный на разъединителе, причем система содержит клапанный блок, включающий клапан-отсекатель и замковое устройство, размещенный в ниппеле, расположенном на нижней колонне труб в виде хвостовика, и соединенный с приспособлением для его установки (снятия), снабженным яссом, имеющим возможность установки клапанного блока в ниппеле посредством замкового устройства, отсоединения от него и подъема из скважины, содержащим установочную цангу, расположенную с упором в заходную фаску трубы, соединяющей приспособление установки (снятия) с замковым устройством, содержащим захватную цангу, расположенную на торце ниппеля, и фиксирующую цангу, подпружиненную пружиной относительно оси клапан-отсекателя и имеющую возможность сопряжения с ниппелем, система содержит также ловитель механических примесей, выполненный в виде трубы с перегородкой в средней части и рядами отверстий в его верхней и нижней частях и снабженный в верхней его части уплотнительным резиновым кольцом (патент ПМ RU №84456, E21B 43/00, опубл. 10.07.2009).
Недостатками данного устройства являются:
- высокая стоимость как самого оборудования, так и сложных технологических операций, из-за конструктивной сложности всех элементов оборудования и операций;
- низкая надежность, из-за отсутствия у пакера с нерасширяемым корпусом якорных элементов, что приводит, как показал опыт, к «сползанию» якоря из интервала установки в 90% случаев, при этом сложный клапанный узел непосредственно находится в потоке скважинной жидкости имеющей абразивные включения, что приводит к выходу из строя до 50% подобных конструкций в течение первых двух месяцев эксплуатации;
- большое сопротивление потоку прокачиваемой жидкости из-за малого проходного сечения для нее, так как невозможно сделать его большим из-за наличия большого количества вставленных в друг друга деталей (не расширяемый пакер с уплотнительными кольцами снаружи, сложный корпус и клапанный узел с многими элементами, вставленными в друг друга).
Наиболее близким является пакер, включающий корпус в виде расширяемого гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями и гидропривод с расширяющим конусом, отличающийся тем, что эластичные уплотнители размещены в кольцевых цилиндрических канавках и выполнены с наружным размером не более наружного диаметра патрубка, расширяющий конус установлен на нижнем конце гидропривода и выполнен с углом наклона конической поверхности 10-40° и диаметром основания, меньшим по величине, чем разница внутреннего диаметра эксплуатационной колонны и удвоенной толщины стенки патрубка, на нижнем конце корпуса установлен соединительный узел, а штанга гидропривода снабжена освобождающимся ловителем, зацепленным за соединительный узел (патент RU №2227202, E21B 33/00, опубл. 20.04.2004).
Недостатками данного пакера являются:
- низкая надежность, из-за отсутствия у пакера с расширяемым патрубком якорных элементов, что приводит, как показал опыт, к «сползанию» якоря из интервала установки в 40% случаев в течение первых месяцев, и в 80% - в течение двух лет;
- большое сопротивление потоку прокачиваемой жидкости из-за малого проходного сечения для нее, так как невозможно сделать его большим из-за необходимости выполнения большой толщины у соединительной втулки (соединительного узла) с полированной внутренней поверхностью, так как штанга гидропривода опирается на ее нижний торец для лорнирования патрубка расширяемым конусом.
Технической задачей предлагаемой полезной модели являются повышение надежности установки пакера за счет наличия якорного узла и снижение сопротивление потоку прокачиваемой жидкости из-за увеличения проходного сечения, благодаря исключению больших осевых нагрузок в соединительной втулке при установке пакера.
Техническая задача решается пакером, включающим корпус в виде расширяемого гладкого патрубка с эластичными наружными уплотнителями и расположенной снизу втулки с внутренней полированной поверхностью под ниппель, гидропривод с одним или несколькими поршнями, соединенными полой штангой, и с расширяющим конусом, выполненным с углом наклона конической поверхности 10-40° и диаметром основания, меньшим по величине, чем разница внутреннего диаметра эксплуатационной колонны и удвоенной толщины стенки патрубка.
Новым является то, что расширяемый патрубок снизу и выше втулки оснащен расширением под вставленный в нее расширяющий конус, соединенный жестко со штангой гидропривода, который в свою очередь выполнен с возможностью упора в верхний торец расширяемого патрубка, втулка сверху оборудована конусными, расширяющимися вверх направляющими, наружными поперечными штифтами и размещенным снаружи якорем, состоящим из верхних подпружиненных внутрь плашек, выполненных с возможностью продольного перемещения относительно втулки и взаимодействия с конусными направляющими в рабочем положении для фиксации относительно стенок скважины, и пружинного центратора, установленного с возможностью поворота относительно плашек и снабженного снизу открытыми скобами, выполненными с возможностью взаимодействия снизу с соответствующими штифтами втулки в транспортном положении.
На фиг. 1 изображен пакер с частичным продольным разрезом.
На фиг. 2 изображен разрез А-А (см. фиг. 1)
На фиг. 3 изображен разрез Б-Б (см. фиг. 1)
Пакер включает корпус в виде расширяемого гладкого патрубка 1 (фиг. 1) с эластичными наружными уплотнителями 2 и расположенной снизу втулки 3 с внутренней полированной поверхностью 4 под ниппель (на фиг. 1 не показан), гидропривод 5 с одним или несколькими поршнями 6, соединенными полой заглушенной снизу штангой 7, и с расширяющим конусом 8, выполненным с углом наклона конической поверхности 10°-40° и диаметром основания В, меньшим по величине, чем разница внутреннего диаметра эксплуатационной колонны (на фиг. 1 не показана) и удвоенной толщины h стенки патрубка 1. Расширяемый патрубок 1 снизу и выше втулки 3 оснащен расширением 9 под вставленный в нее расширяющий конус 8, соединенный жестко со штангой 7 гидропривода 5, который в свою очередь выполнен с возможностью упора в верхний торец 10 расширяемого патрубка 1. Втулка 3 сверху оборудована конусными расширяющимися вверх направляющими 11, наружными поперечными штифтами 12 и размещенным снаружи якорем 13. Якорь 13 состоит из верхних подпружиненных внутрь плашек 14, выполненных с возможностью продольного перемещения относительно втулки 3 и взаимодействия с конусными направляющими 11 в рабочем положении для фиксации относительно стенок эксплуатационной колонны, и пружинного центратора 15, установленного с возможностью поворота относительно плашек 14 и снабженного снизу открытыми скобами 16, выполненными с возможностью взаимодействия снизу с соответствующими штифтами 12 втулки 3 в транспортном положении.
Для продольного перемещения плашек 14 верхняя часть якоря 13 может оснащаться одним или несколькими внутренними выступами 17 (фиг. 2), вставляемым в продольный паз или продольные пазы 18 (фиг. 1, 2 и 3) втулки 3, или внутренняя поверхность якоря 13 выполнена в виде продольных одной или нескольких проточек (на фиг. не показаны) под продольные выступы (на фиг. не показаны) втулки 3. Также могут быть использованы другие технические решения, позволяющие достигнуть аналогичного результата.
Конусные направляющие 11 (фиг. 1 и 3) под плашки 14 могут быть выполнены плоскими (фиг. 3) или другой произвольной формы (на фиг. не показаны) для продольного скольжения по ним плашек 14 (фиг. 1)
Нижняя часть якоря 13 соединены с верхней частью с возможностью вращения.
Технологические уплотнения и соединения показаны на фиг. 1, 2 и 3 условно или не показаны.
Пакер работает следующим образом.
Пакер спускают в скважину (на фиг. не показана) на колонне труб 19 до интервала установки. При этом конус 8, установленный в расширении 9 патрубка 1, соединяет с гидроприводом 5, пружинный центратор 15 скользит по стенкам эксплуатационной колонны, скобы 16 взаимодействуют в транспортном положении с поперечными штифтами 12 втулки 3, не позволяя плашкам 14 взаимодействовать с конусными направляющими 11. По достижении интервала установки, колонну труб 19 поднимают на 0,5-1,5 м., а затем опускают с поворотом по направлению заворота труб 19, пружинный центратор 15 не поворачивается и удерживает якорь 13 относительно обсадной колонны, штифты 12 выходят из скоб 16, якорь 13, при спуске пакера, перемещается вверх относительно втулки 3, плашки 14, переходя в рабочее положение, начинают взаимодействовать с конусными направляющими 11, взаимодействуя с эксплуатационной колонной и фиксируя пакер относительно нее. Фиксацию пакера контролируют снижением веса на устьевом индикаторе веса (на фиг. не показан), что показывает успешную установку пакера в интервале установки. Для герметизации пакера внутрь колонны труб 19 и штанги 7 закачивают жидкость которая передается в гидропривод 5 под поршни 6, которые перемещаясь вверх вместе со штангой 7 и расширяющим конусом 8, при этом гидропривод 5, упираясь в торец 10, удерживает патрубок 1 от перемещения вверх, конус 8 расширяет (дорнирует) патрубок 1 герметично прижимая его при помощи уплотнений 2 к стенкам эксплуатационной колонны. После завершения расширения патрубка 1 расширяющий конус выходит из него и вместе с гидроприводом 5 на колнне труб 19 извлекается из скважины. Так как втулка 3 не задействуется при лорнировании патрубка 1 конусом 8, то ее можно сделать тонкой, значительно увеличивая проходное сечение для потока жидкости. А наличие якоря 13 исключает «сползание» пакера после установки. После извлечения гидропривода 5, в скважину спускают на колонне труб (на фиг. 1 не показано) плунжер с уплотнениями, который, войдя внутрь и взаимодействуя с полированной внутренней поверхностью 4 втулки 3, завершает разобщение скважины на две полости. После установки плунжера можно нагнетать жидкость и реагенты под пакер по колонне труб или в пространство над пакером по межтрубному пространству, также можно осуществлять отбор продукции из подпакерного пространства по колонне труб, исключая воздействие перепада давления на надпакерное пространство.
Конструкция предлагаемого пакера позволяет повысить надежность установки его в требуемом интервале за счет наличия якорного узла и снизить сопротивление потоку прокачиваемой жидкости из-за увеличения проходного сечения, благодаря исключению больших нагрузок во втулке при установке пакера.