ПАКЕР-ПРОБКА

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного перекрытия ствола скважины при проведении изоляционных работ при капитальном ремонте скважин, исследовании пластов, эксплуатации или закачке в них жидкости.
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 6 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, 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 (Патент РФ №2170808, МПК 7 Е 21 В 33/12, 2001).
Недостатками пакера являются:
- ограниченные функциональные возможности. Пакер держит давление только в одну сторону, сверху вниз. При давлении, направленном снизу вверх, плашки сдвинутся с места;
- для срыва пакера нужен специальный ловильный инструмент;
- большая площадь соприкосновения сопряженных деталей (ствола и съемного узла), что приводит к их «закипанию» а, следовательно, возникают большие нагрузки при снятии пакера, что чревато осложнениями «прихватом» и может создать проблему при извлечении пакера.
Задачей полезной модели является создание конструкции пакера, позволяющего снизить усилие его снятия, используя серийно выпускаемый ловильный инструмент, и при этом расширить функциональные возможности пакера.
Указанная задача решается предлагаемым пакером-пробкой, включающим 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 тяговый узел посадочного инструмента и срезные элементы
Новым является то, что пакер снабжен дополнительным конусом, установленным, как и основной, на стволе, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», причем последние имеют насечки противоположного направления основным шлипсам, а также - упорным кольцом с продольными окнами со стороны ствола, расположенным между основными и дополнительными шлипсами, связанными с торцами упорного кольца Т-образным соединением; при этом ствол снабжен упорами, установленными по периметру и на одном уровне между дополнительными шлипсами с возможностью прохода через окна в упорном кольце и взаимодействующими в рабочем положении с основным конусом; также ствол имеет на внутренней поверхности верхнюю и нижнюю цилиндрические выборки, а съемный узел выполнен в виде полого патрубка заглушенного сверху с наружными верхней и нижней цилиндрическими выборками, при этом верхняя цилиндрическая выборка ствола и верхняя наружная цилиндрическая выборка съемного узла и нижняя наружная цилиндрическая выборка съемного узла и нижняя цилиндрическая выборка ствола образуют соответственно верхнюю и нижнюю полости постоянного объема, а нижняя цилиндрическая выборка ствола и верхняя наружная цилиндрическая выборка съемного узла между верхними и нижними полостями образуют полость переменного объема, сообщающуюся с внутренним пространством съемного узла, причем основной конус со стволом соединен через срезные элементы, при этом
тяговый узел посадочного инструмента выполнен в виде полого цилиндра охватывающего ствол, с которым соединен через автоотцеп, а внутреннее пространство полого цилиндра сообщается с внутренними пространством съемного узла.
На фиг.1 изображен предлагаемый пакер-пробка в продольном разрезе.
На фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.
На фиг.3 - вид I крупным планом.
Пакер-пробка состоит из ствола 1 (фиг.1) с наружной стороны которого установлены уплотнительный элемент 2 с упором 3. Выше последнего находится упорная втулка 4, а между ней и упором 3 - фиксирующее кольцо 5 с насечками (фиг.3). На стволе 1 напротив упора 3 выполнены кольцевые насечки 6 противоположного направления насечкам фиксирующего кольца 5. Ниже уплотнительного элемента 2 расположены основной конус 7 со шлипсами 8, упорное кольцо 9 и дополнительный конус 10 с дополнительными шлипсами 11. Шлипсы с конусами связаны соединением «ласточкин хвост», а с торцами упорного кольца - Т-образным соединением.
Ствол 1 снабжен упорами 12 (фиг.2), расположенными по периметру и на одном уровне между дополнительными шлипсами 11 с возможностью прохода через окна 13 в упорном кольце 9 (фиг.1) и взаимодействующими в рабочем положении с основным конусом 7.
На внутренней поверхности ствола 1 выполнена верхняя цилиндрическая выборка 14 и нижняя цилиндрическая выборка 15.
Внутри ствола 1 телескопически установлен съемный узел 16 в виде патрубка заглушенного сверху посредством глухой заглушки 17.
Съемный узел 16 снабжен наружными верхней 18 и нижней 19 цилиндрическими выборками, при этом верхняя цилиндрическая выборка 14 ствола 1 и верхняя наружная цилиндрическая выборка 18 съемного узла 16 и нижняя наружная цилиндрическая выборка 19 съемного узла 16 и нижняя цилиндрическая выборка 15 ствола 1 образуют соответственно верхнюю 20 и нижнюю 21 полости постоянного объема. Между верхними 20 и нижними 21 полостями имеется полость переменного объема 22, сообщающаяся с внутренним пространством съемного узла 16 посредством радиального отверстия 23. Верхняя 20 и нижняя 21 полости постоянного объема перед проведением работ в процессе сборки пакер-пробки заполняют рабочей жидкостью (например, маслом).
В нижней части ствола 1 расположены радиальные отверстия 24, в которых установлены фиксирующие шарики 25, взаимодействующие с одной стороны со съемным узлом 16, а с другой стороны - с боковой стенкой 26 заглушки 27, жестко соединенной с дополнительным конусом 10. Срезными элементами 28 ствол 1 соединен с основным конусом 7. Для исключения несанкционированных перетоков жидкости сопрягаемые детали снабжены уплотнительными кольцами 29, 30, 31.
На упор 3 сверху опирается корпус 32 посадочного инструмента, а его тяговый узел 33 соединен со стволом 1 с помощью автоотцепа 34, выполненного в виде разрушаемого элемента, кроме того ствол 1 снабжен радиальным отверстием 35 для перепускания жидкости из полости переменного объема 22 во внутреннее пространство скважины (на фиг. не показано) при снятии пакер-пробки.
Работает устройство следующим образом.
Пакер-пробку в транспортном положении (фиг.1) опускают в требуемый интервал скважины, после чего приводят в действие посадочный инструмент. При этом его корпус 32 оказывает давление на упор 3, а тяговый узел 33 тянет вверх ствол 1 и детали 7, 8, 9, 10, и 11. В этот момент происходит сжатие уплотнительного элемента 2 и прижатие его к обсадной колонне (на фиг. не показано). При расчетной нагрузке происходит разрушение срезных элементов 28, после чего конусы 7 и 10 наезжают на плашки 8 и 11, раздвигают их, последние приходят в соприкосновение с обсадной колонной, происходит фиксация устройства в скважине. При дальнейшей натяжке тягового узла 33 осуществляется досжатие уплотнительного элемента 2. Кольцо 5 фиксирует положение уплотнительного элемента 2 в окончательном запакерованном состоянии.
По достижении расчетной нагрузки посадки пакера автоотцеп 34 разрушается, освобождая тем самым посадочный инструмент, который после этого извлекается из скважины, а пакер-пробка остается в изолированном интервале скважины, после чего в скважине проводят запланированный объем работ.
Для снятия пакера-пробки в скважину спускают ловильный инструмент (на фиг. не показан) и соединяют его со съемным узлом 16 за нижний торец глухой заглушки 17. Делают натяжку ловильного инструмента вверх, при этом съемный узел 15 приподнимают на величину «L» (фиг.1), изменяя объем полости переменного объема 22, при этом жидкость, находящаяся в ней посредством радиального отверстия 23 и
радиальное отверстие 35 съемного узла 16 вытесняется во внутреннее пространство скважины (на фиг. не показано). При этом шары 25 выпадают во внутрь устройства, а ствол 1 освобождается от смежных деталей. При дальнейшем подъеме съемного узла 16 вместе со стволом 1 снимается нагрузка с уплотнительного элемента 2, и он возвращается в исходное положение. Упоры 12 воздействуют на основной конус 7, в результате чего он приподнимается и снимает нагрузку со шлипсов 8, которые сдвигаются к центру, отходя от обсадной колонны. Затем подъем прекращается, ловильный инструмент (на фиг. не показано) подают вниз и съемным узлом 16 ударяют о заглушку 27, благодаря чему она вместе с дополнительным конусом 10 опускается вниз и освобождает шлипсы 11 от зацепления с обсадной колонной. Пакер-пробка распакерован и его можно поднимать на поверхность.
Благодаря тому, что в конструкции предлагаемой пакер-пробки имеются две полости постоянного объема заполненные рабочей жидкостью, а площадь сопрягаемых деталей (ствола и съемного узла) минимальна, таким образом при снятии пакера используя серийно выпускаемый ловильный инструмент, значительно снижается усилие снятия, а используемый при этом спаренный шлипсовый узел, установленный ниже уплотнительного элемента обеспечивает высокую надежность в запакеровке и распакеровке и расширяет его функциональные возможности, т.к. поддерживает его в рабочем состоянии как при давлениях, направленных вниз, так и вверх.