Пакер гидронадувной
HYDRO INFLATABLE PACKER

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано для оперативного разобщения ствола скважины при проведении ремонтно-профилактических работ в скважине.
Известен уплотнительный элемент к гидравлическому надувному пакеру, включающий надувную часть, выполненную в форме полого цилиндра, с присоединительной металлической концевой арматурой, состоящей из ниппеля и муфты, муфта насажена снаружи, а ниппель устанавливается вовнутрь. Надувная часть включает внутренний герметизирующий слой из маслоабразивостойкой резины, по меньшей мере, один парный силовой слой из взаимоперекрещивающихся навитых под углом 24-26 градусов к оси стальных латунированных пружинных проволок. Между слоями проволоки наложены промежуточные резиновые слои. На проволочные слои под углом 24-26 градусов наложен один парный слой из кордной капроновой ткани, на которую нанесен наружный защитный герметизирующий резиновый слой. Муфта выполнена из конструкционной легированной стали с последующей термической обработкой методом закалки. На внутренней поверхности муфты и наружной поверхности ниппеля имеются кольцевые проточки и выступы, образующие при сборке соединение типа «шип-паз». (Патент RU 2686562 С1. Уплотнительный элемент к гидравлическому надувному пакеру и способ его изготовления. - МПК: Е21В 33/127. - 29.04.2019).
Известен клапан запорный электромагнитный, содержащий корпус, входной и выходной патрубки, седло, сердечник, якорь электромагнита, поршень, запорный орган, пружину и шток. Поршень расположен в корпусе. Запорный орган расположен в поршне. Один конец штока соединен с запорным органом, а другой конец соединен с якорем электромагнита. Указанный якорь имеет возможность осевого перемещения. Сердечник и якорь электромагнита установлены в направляющем цилиндре. Между сердечником и якорем образована камера пневмоторможения. В якоре выполнено осевое отверстие, внутри которого установлен жиклер с дроссельным каналом, шарик и пружина. В поршне выполнено дроссельное отверстие, соединяющее полость входного патрубка и внутреннюю полость поршня. (Патент RU 2477408 С2. Клапан запорный электромагнитный. - МПК: F16K 31/02. - 10.03.2013).
Известен надувной гидравлический пакер, содержащий полый ствол и уплотнительный элемент, концентрично установленный на нем и образует с ним основную гидравлическую полость. Он состоит из наружного и внутреннего эластичных слоев с расположенным между ними силовым кордом и концевых опор, подвижный внутренний поршень и гидравлическую полость. На стволе концентрично размещен корпус. Корпус и уплотнительный элемент закреплены на стволе посредством опоры и гайки. В опоре выполнены продольные каналы. Подвижный внутренний поршень и наружный поршень установлены между полым стволом и корпусом и образуют с ними и внутренней гильзой гидравлические полости, верхнюю, среднюю и нижнюю. На стволе в верхней и нижней гидравлических полостях выполнены радиальные каналы. (Патент RU 2128279 С1. Надувной гидравлический пакер. - МПК: Е21В 33/12. - 27.03.1999).
Известен надувной гидравлический пакер, содержащий корпус, закрепленный па нем уплотнительный элемент типа упругорасширяющегося рукава, соосно размещенный в корпусе полый ствол и основной поршень. Они образуют нагнетательную гидравлическую камеру. Между корпусом и стволом над основным поршнем установлен наружный поршень. Он образует с основным поршнем дополнительную полость. Эта полость через радиальные отверстия в стволе сообщается с внутритрубным пространством. Ствол имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса и уплотнительного элемента. На стволе имеется буртик для упора в основной поршень. На стволе концентрично установлена пружина, упирающаяся в корпус. Нагнетательная камера заполнена чистой гидравлической жидкостью при сборке пакера. Дополнительная полость заполнена рабочей смесью скважины. (Патент RU 2155857 С1. Надувной гидравлический пакер. - МПК: Е21В 33/12. - 10.09.2000).
Известен надувной пакер многоразового применения, содержащий ствол: по меньшей мере один рукав манжетный с уплотнительным элементом, установленный на стволе и закрепленный с двух концов концевыми коническими крышками, препятствующими выдавливанию уплотнительного элемента и выходу армирующих стальных пластинок из выточек, расположенных с обоих концов рукава манжетного: нижнюю крышку, неподвижно закрепленную на стволе и фиксирующую манжету от осевых перемещений; верхнюю крышку, закрепленную на стволе путем соединения с манжетой и имеющую возможность перемещения вдоль оси по стволу; уплотнительный элемент, закрепленный на манжете с обоих концов и армированный двумя слоями стальных пластинок, расположенных в шахматном порядке, закрепленных на обоих концах рукава манжетного в выточках и перекрывающих весь периметр слоя армирования; рабочую кольцевую полость, расположенную между стволом и уплотнительным элементом манжеты; канал, позволяющий осуществлять подачу рабочей жидкости под давлением в рабочую полость; уплотнения, герметизирующие рабочую полость. (Патент RU 167386 U1. Надувной пакер многоразового применения. - МПК: Е21В 33/12. - 10.01.2017). Данное техническое решение принято за прототип.
Основным недостатком известного надувного пакера, принятого за прототип, является низкая надежность разобщения эксплуатационной скважины.
Основной задачей заявляемого технического решения является улучшение эксплуатационных возможностей пакера.
Техническим результатом является улучшение эксплуатационных возможностей и многократное использование пакера.
Указанный технический результат достигается тем, что, в известном пакере гидронадувном, содержащем спускаемые в обсадную колонну ствол с коаксиально установленным на нем упругим уплотнительным элементом, выполненным с гидронадувной полостью, зафиксированном торцами с помощью охватывающих их упоров, исключающие осевые смещения уплотнительного элемента с помощью разрезного кольца и буртика на стволе, при этом верхний упор выполнен с продольным каналом для нагнетания жидкости в гидронадувную полость уплотнительного элемента, согласно предложенному техническому решению,
над верхним упором установлен концентрично размещенный на стволе корпус, зафиксированный разрезным кольцом, и фильтр, образующий с корпусом полость для чистой гидравлической жидкости, поступающей из надпакерного пространства скважины, причем сверху фильтра установлен измерительный модуль, а в корпусе установлены электроприводной насос для нагнетания чистой гидравлической жидкости в гидронадувную полость через ранее указанный продольный канал, оснащенный обратным клапаном, и выполнены радиальный канал, снабженный обратным клапаном, сообщающий насос с полостью для чистой гидравлической жидкости, и полость, в которой установлен датчик измерения давления жидкости в гидронадувной полости, и управляемый спускной клапан для выравнивания давления в гидронадувной полости и надпакерном пространстве скважины через вторые радиальный и продольный каналы, а под нижним упором установлен концентрично размещенный на стволе второй корпус с упором в буртик на стволе, в котором установлен второй управляемый спускной клапан и выполнен радиальный канал, а внизу уплотнительного элемента и в нижнем упоре выполнен продольный канал, сообщающие спускной клапан с гидронадувной полостью и подпакерным пространством скважины, и причем все продольные каналы дополнительно оснащены патрубками, герметично соединяющими уплотнительный элемент с упорами, при этом электроприводы насоса и управляемых спускных клапанов с измерительными модулями связаны со станцией управления электрическим кабелем, для проводки последнего на стволе выполнен продольный паз;
насос и спускные клапаны снабжены индивидуальными средствами электропитания и с измерительными модулями связаны со станцией управления телемеханической системой.
Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного пакера гидронадувного, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявленный пакер гидронадувной может эффективно использован на нефтедобывающих скважинах при проведении ремонтно-профилактических работ. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
На фиг. 1 схематично показан предлагаемый пакер гидронадувной с электрическим кабелем управления; на фиг. 2 - то же, с телемеханической системой.
Пакер гидронадувной содержит спускаемые в обсадную колонну 1 ствол 2 с коаксиально установленным на нем упругим уплотнительным элементом 3, выполненным с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра обсадной колонны 1, образующие между собой радиальный зазор 8 для свободного спуска и подъема пакера в обсадной колонне 1. Уплотнительный элемент 3 выполнен с гидронадувной полостью 4, и закреплен на стволе 2 с помощью верхнего упора 5 и нижнего упора 6, охватывающих торцы уплотнительного элемента 3. (Фиг. 1). Над верхним упором 5 установлен концентрично размещенный на стволе 2 корпус 7, зафиксированный разрезным кольцом 8 от смещения вверх уплотнительного элемента 3 с верхним упором 5, и фильтр 9, образующий с корпусом 7 полость 10 для чистой гидравлической жидкости, поступающей через фильтр 9 из надпакерного пространства 11 скважины. В корпусе 7 установлены электроприводной насос 12 для нагнетания чистой гидравлической жидкости из полости 10 в гидронадувную полость 4 уплотнительного элемента 3 через радиальный канал 13, снабженный обратным клапаном 14, и полость 15, выполненные в корпусе 7, и продольный канал 16, оснащенный обратным клапаном 17, и управляемый спускной клапан 18 для стравливания избыточного давления жидкости из гидронадувной полости 4 уплотнительного элемента 3 в полость 10 через второй продольный канал 19 и радиальный канал 20 при выравнивании давления в гидронадувной полости 4 и надпакерном пространстве 11 скважины. В полости 15 установлен датчик измерения давления жидкости в гидронадувной полости 4 уплотнительного элемента 3 (условно не показан). Сверху фильтра 8 установлен измерительный модуль 21 с датчиком давления жидкости в надпакерном пространстве 11 скважины. Под нижним упором 6 установлен концентрично размещенный на стволе 2 второй корпус 22, зафиксированный буртиком 23 на стволе 2 от смещения вниз уплотнительного элемента 3 с нижним упором 6, снабженный вторым измерительным модулем 24, в котором установлены датчик давления жидкости в подпакерном пространстве 25 скважины, и второй управляемый спускной клапан 26 для стравливания избыточного давления жидкости из гидронадувной полости 4 уплотнительного элемента 3 в подпакерное пространство 25 через продольный канал 27, выполненные внизу уплотнительного элемента 3 и в нижнем упоре 6, и радиальный канал 28, выполненные в корпусе 22, сообщающие спускной клапан 26 с гидронадувной полостью 4 уплотнительного элемента 3 и подпакерным пространством 25. Продольные каналы 16, 19 и 27 дополнительно оснащены патрубками, герметично соединяющими уплотнительный элемент 3 с упорами 5 и 6. Электроприводы насоса 12 и управляемых спускных клапанов 18 и 26 с измерительными модулями 21 и 24 связаны с наземной станцией управления электрическим кабелем 29, для проводки которого на стволе 2 выполнен продольный паз 30. Насос 12 и спускные клапаны 18 и 26 также могут быть снабжены индивидуальными средствами электропитания и с измерительными модулями 21 и 24 связаны с наземной станцией управления телемеханической системой. (Фиг. 2).
Пакер гидронадувной работает следующим образом.
Перед спуском пакера гидронадувного закрываются управляемые спускные клапана 18 и 26, а также блокируется обратный клапан 17 насоса 12, при этом гидронадувная полость 4 находится в сжатом состоянии с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра обсадной колонны 1, под действием упругих сил уплотнительного элемента 3, образующая с внутренней стенкой обсадной колонны 1 радиальный зазор ε для свободного спуска пакера в скважину, затем выполняют спуск пакера гидронадувного в обсадную колонну 1 скважины. После спуска пакера на определенную глубину, заполненную скважинной жидкостью, по меньшей мере, на уровне выше посадки пакера, скважинная жидкость через фильтр 9 заполняет полость 10 чистой гидравлической жидкостью. После заполнения полости 10 с наземной станции управления по кабелю 29 включают насос 12, с помощью которого через обратный клапан 17 и продольный канал 16 из полости 10 через радиальный канал 13 с обратным клапаном 14 в гидронадувную полость 4 нагнетают чистую гидравлическую жидкость, которая по мере увеличения давления в гидронадувной полости 4 надувает упругий уплотнительный элемент 3 до полного исключения зазора ε между уплотнительным элементом 3 и внутренней стенкой обсадной колонны 1 и плотного прилегания его внешнего слоя к внутренней стенке обсадной колонны 1 под контролем датчиков давления жидкости в полости 15 и измерительных модулей 21 и 24. За счет избыточного давления в гидронадувной полости 4 достигается герметичное разобщение подпакерной полости 25 от надпакерной полости 11 скважины. При этом прижимающие усилия уплотнительного элемента 3 тем выше, чем выше избыточное давление жидкости в гидронадувной полости 4 относительно давления жидкости в надпакерном 11 и подпакерном 25 межтрубных пространствах, что позволяет пакеру гидронадувному сохранять герметичность разобщения скважины. Для того, чтобы пакер постоянно находился в рабочем состоянии и обеспечивал герметичность разобщения скважины необходимо поддерживать избыточное давление в гидронадувной полости 4 уплотнительного элемента 3 на определенном уровне относительно давления жидкости в надпакерном 11 и подпакерным 25 межтрубных пространствах на протяжении всей внутрискважинной работы под контролем датчиков давления в полости 15 и измерительных модулях 21 и 24. После проведения внутрискважинной работы, избыточное давление жидкости в гидронадувной полости 4 уплотнительного элемента 3 стравливается открытием спускных клапанов 18 и 26 по кабелю 29 до выравнивания давления жидкостей в надпакерном 11 и подпакерным 25 пространствах. При этом уплотнительный элемент 3 своими упругими свойствами сжимается до образования зазора ε между уплотнительным элементом 3 и внутренней стенкой обсадной колонны 1, с которым пакер в транспортном состоянии возвращают на поверхность. После подъема пакера производится ревизия его и, при необходимости, замена уплотнительного элемента 3. Насос 12 и спускные клапаны 18 и 26, снабженные средствами электропитания, также могут управляться телемеханической системой с наземной станции управления.
Использование предлагаемого пакера гидронадувного позволяет улучшить эксплуатационные возможности пакера и многократное его применение.