МЕХАНИЧЕСКИЙ ПАКЕР

Полезная модель относится к нефтегазо добывающей промышленности и может быть использована при освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Известен механический пакер, содержащий ствол, фигурный паз с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленный с возможностью осевого перемещения относительно ствола, расположенную с возможностью осевого перемещения обойму, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе, установленные в обойме, равномерно по ее окружности, шлипсы, подпружиненные относительно нее в радиальном направлении и выполненные в виде двуплечих рычагов, согласно изобретению, дополнительно содержит кодовую втулку, установленную на стволе ниже конуса с возможностью радиального вращения и осевого перемещения, а фигурный паз выполнен на наружной поверхности кодовой втулки, при этом обойма с помощью направляющих штифтов установлена на кодовой втулке, а шлипсы в нижней части выполнены с направляющими кулачками, с возможностью трения последних о стенки скважины и исключения радиального про ворота обоймы со шлипсами в транспортном положении устройства (патент РФ №2148700, МПК Е 21 В 33/12, опубл. 10.05.2000 г.).
Недостатками известного технического решения является ненадежность срабатывания в связи с возможностью заклинивания кодовой втулки в результате образования наклепов на фигурном пазу, а также расположение кодовой втулки под обоймой, приводящее к уменьшению полезного кольцевого пространства, ограниченного с одной стороны стволом, с другой стороны -стенкой обсадной колонны скважины. В этом пространстве размещаются рабочие элементы пакера, для обеспечения требуемой прочности которых приходится
уменьшать диаметр ствола, что в свою очередь приводит к уменьшению его проходного сечения, которое необходимо для прохода геофизического оборудования.
Наиболее близким к предполагаемой полезной модели и выбранным за прототип является устройство для управления шлипсами пакера (а. с. СССР №1065575, МПК Е 21 В 33/12, опубл. 07.01.84 г.), включающее ствол с направляющей обоймой, имеющей пазы, концентрично установленную на обойме с возможностью осевого перемещения муфту пружинного центратора со шлипсами и пальцем для размещения его в пазах обоймы, при этом муфта снабжена дополнительным пальцем, обойма выполнена в виде кольцевого выступа на стволе, пазы выполнены на обоих торцах выступа, а дополнительный палец установлен с возможностью взаимодействия с верхним торцом.
Недостатком известного устройства является ненадежность срабатывания при посадке его в скважине, особенно если спуск произведен на колонне насосно-компрессорных труб, поскольку для посадки требуется поворот ствола относительно муфты пружинного центратора. Поворот ствола затруднен, поскольку он жестко связан с хвостовиком и/или с колонной насосно-компрессорных труб, имеющих значительное сопротивление вращению, а муфта пружинного центратора имеет значительное сопротивление вращению за счет своей массивности и контакта пружинных центраторов со стенкой обсадной колонны.
Задачей, на решение которой направлена предполагаемая полезная модель, является устранение необходимости поворота ствола относительно муфты пружинного центратора при посадке пакера с целью повышения надежности его срабатывания.
Для достижения этого технического результата механический пакер, включающий ствол, направляющую обойму, имеющую пазы, выполненные на обоих торцах, муфту пружинного центратора со шлипсами и пальцем для размещения его в пазах обоймы, дополнительный палец, установленный с
возможностью взаимодействия с верхним торцом обоймы, согласно полезной модели, обойма жестко связана с муфтой пружинного центратора в осевом направлении и установлена на стволе с возможностью радиально-осевого перемещения относительно него, а пальцы жестко установлены на стволе.
Указанный технический результат достигается за счет того, что обойма установлена с возможностью радиально-осевого перемещения относительно ствола и жестко связана с муфтой пружинного центратора в осевом направлении, что позволяет производить посадку пакера без поворота муфты пружинного центратора относительно ствола, так как поворот совершает обойма, имеющая незначительное сопротивление вращению относительно ствола по сравнению с муфтой пружинного центратора за счет своих малых габаритов и массы, а также отсутствия контакта ее с обсадной колонной.
Предполагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами: на фиг.1 представлен механический пакер, общий вид; на фиг.2 - развертка наружной поверхности обоймы.
Механический пакер содержит ствол 1, жестко связанные с ним верхний 2 и нижний 3 пальцы, расположенные друг относительно друга через половину шага Т обоймы 4 (фиг.2) в радиальном направлении (в нашем случае через 45°), опору 5, под которой расположен уплотнительный элемент 6. Ниже уплотнительного элемента 6 расположены конус 7 и муфта пружинного центратора 8, установленные с возможностью осевого перемещения относительно ствола. Под муфтой пружинного центратора 8 размещена обойма 9, установленная с возможностью радиально-осевого перемещения относительно ствола 1 и с возможностью радиального вращения относительно муфты пружинного центратора 8, но жестко связанная с последней в осевом направлении. Обойма 9 имеет по торцам пазы, образующие четное число зубцов, одно ребро каждого из которых направлено по вертикали, а другое образует с ним острый угол (фиг.2), причем наклонные ребра зубцов направлены по ходу вращения в одну сторону. Впадины нижних зубцов расположены напротив впадин верхних зубцов. В цилиндрическом теле обоймы 9 выполнены
внутренние продольные пазы 10, проходящие через впадины четных (или нечетных) нижних и верхних зубцов. В муфте пружинного центратора 8 расположены шлипсы 11, поджатые к стволу пружинами 12, и плашки 13, поджатые пружинами 14.
Механический пакер работает следующим образом.
Перед началом работ пакер находится в вертикальном положении (фиг.1), при этом нижний палец 3 устанавливается в одну из точек А обоймы 9 (фиг.2). При спуске пакера в скважину муфта пружинного центратора 8 за счет сил трения плашек 13 о стенку обсадной колонны увлекается вверх относительно ствола 1 пакера. При этом обойма 9 выходит из зацепления с нижним пальцем 3, а верхний палец 2 приходит в сопряжение с наклонным ребром верхнего зубца обоймы 9 и, скользя по его поверхности до упора в одну из точек Б, поворачивает обойму 9 вокруг оси ствола на половину шага Т. Верхний палец 3, находясь в одной из точек Б, соответствующих транспортному положению пакера, удерживает обойму 9 и муфту пружинного центратора 8 от перемещения вверх относительно ствола 1, не позволяя шлипсам 11 войти в контакт с конусом 7.
При достижении заданной глубины пакерования производят подъем пакера вверх. При подъеме ствола 1 муфта пружинного центратора 8 вследствие трения плашек 13 о стенку обсадной колонны стремится сохранить свое положение неизменным, и обойма 9 выходит из зацепления с верхним пальцем 2, а нижний палец 3 приходит в сопряжение с наклонным ребром нижнего зубца обоймы 9 и, скользя по его поверхности до упора в одну из точек В, поворачивает обойму 9 вокруг оси ствола 1 на половину шага Т.
При последующем спуске ствола 1 нижний палец 3 выходит из зацепления с обоймой 9, а верхний палец 2 приходит в сопряжение с наклонным ребром верхнего зубца обоймы 9 и, скользя по его поверхности, поворачивает обойму 9 на вторую половину шага Т и приходит в одну из точек Г, попадая в один из внутренних пазов 10 обоймы 9. При этом муфта пружинного центратора 8, получив свободу движения вверх относительно ствола 1, обеспечивает
контакт шлипсов 11 с конусом 7, которые, раздвигаясь от центра, входят в зацепление со стенкой обсадной колонны. Дальнейшее нагружение пакера осевой нагрузкой вниз обеспечивает перемещение конуса 7 по стволу 1 и сжатие уплотнительного элемента 6. Он деформируется и герметизирует межтрубное пространство скважины.
Для освобождения пакера производят подъем его вверх. Ствол 1, перемещаясь вверх, увлекает за собой конус 7, освобождая шлипсы 11. Уплотнительный элемент 6 восстанавливает свою первоначальную форму. Верхний палец 2 выходит из зацепления с обоймой 9, а нижний палец 3 приходит в сопряжение с наклонным ребром нижнего зубца обоймы 9 и, скользя по его поверхности до упора в точке А, поворачивает обойму 9 вокруг оси ствола 1 на половину шага Т. Пакер готов к перемещению по стволу скважины вверх или вниз. Для повторной установки пакера цикл подъема-спуска повторяется.
Использование предполагаемой полезной модели в сравнении с прототипом повышает надежность срабатывания пакера при переключении его из транспортного положения в рабочее и наоборот за счет того, что при переключении поворот совершает обойма, имеющая значительно меньшее сопротивление вращению по сравнению с муфтой пружинного центратора и ствола за счет своих малых габаритов и массы, а также отсутствия контакта ее с обсадной колонной.