ПАКЕР

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах для поинтервальной опрессовки их стволов.
Известен «Пакер» (А.с. №1686128, МКИ Е 21 В 33/11, 1991), содержащий ствол с кольцевым фигурным пазом на наружной поверхности, жестко связанную со стволом опору, нажимной уплотнительный элемент и конус, обойму и установленные в ней шлипсы, подпружиненные относительно обоймы в радиальном направлении.
Недостатком устройства является его ненадежность в работе ввиду того, что при распакеровке посредством осевого перемещения производится проворот вокруг своей оси обоймы со шлипсами, а так как после длительного нахождения пакера в рабочем положении шлипсы всегда заклинивают, при провороте происходит их срыв. При этом пакер заклинивает в колонне, создается аварийная ситуация.
Известен так же «Пакер» (Патент RU №2139408, МПК Е 21 В 33/12, 1999), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазу и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении.
Недостатками пакера являются:
- необходимость создания большой нагрузки на уплотнительный элемент, что невозможно будет сделать при небольших глубинах;
- низкая надежность герметизации, обусловленная тем, что при воздействии давления снизу на уплотнительный элемент возможен изгиб НКТ и страгивание уплотнительного элемента и, тем самым, потеря герметизации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является «Пакер», (Св. на ПМ RU №29090 МПК Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003). включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную
на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом он снабжен самоуплотняющейся манжетой, установленной на стволе выше опоры и жестко соединенным с ним наконечником, через который пропущен шток, выполненный с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отверстий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном; в качестве средства для подъема и спуска используют канат.
Недостатками данного пакера являются:
- возможность спуска только на канате что снижает область применения (например: на небольших глубинах выигрыш во времени незначителен, причем требуется использования специального оборудования для спуска на канате);
- фигурный паз с чередующимися короткими и длинными пазами по всей наружной поверхности ствола с точными координатными размерами сложен в изготовлении;
- самоуплотняющаяся манжета для качественной работы при спуске контактирует с эксплуатационной колонной, что при спуске на большие (более 900 м) глубины вызывает ее истирание;
- шлипсы при спуске постоянно контактируют с внутренней эксплуатационной колонны, что вызывает при спуске на большие глубины их износ, что может привести к несрабатыванию устройства.
Технической задачей предложения является расширение универсальной, простой в изготовлении и обеспечивающей надежную герметизацию конструкции пакера, за счет возможности спуска как на канате так и на колонне труб, а также отсутствием контакта самоуплотняющей манжеты и шлипсов с эксплуатационной колонной при спуске пакера.
Указанная техническая задача решается предлагаемым пакером, включающим ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися продольным коротким и длинным участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойма с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, самоуплотняющаяся манжета, установленная на стволе выше опоры, жестко соединенный со стволом наконечник, через который пропущен шток с радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника,
при этом шток выполнен с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, изолированную от внутреннего пространства штока.
Новым является то, что груз дополнительно снизу оборудован жесткосоединенной. с ним втулкой, имеющей радиальные каналы, соответствующие радиальным отверстиям штока, и внизу конусную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью самоуплотняющейся манжеты, при этом наружный диаметр втулки больше наружного диаметра самоуплотняющейся манжеты в транспортном положении, причем фигурный паз выполнен замкнутым с одной стороны наружной поверхности ствола, при этом обойма выполнена сборной, состоящий из стакана с пружинными центраторами и направляющим штифтом и держателя, в котором размещены шлипсы, поджатые внутрь и выполненные с возможностью поворота наружу.
Новым является так же то, что шлипсы поджаты внутрь эластичным кольцом.
Анализ известных аналогичных решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков сходных с отличительными признаками в заявляемом устройстве, т.е. о соответствии заявляемого решения критериям «новизна» и «промышленная применимость».
На фиг.1 изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.
На фиг.2 - развертка формы фигурного паза ствола пакера.
Пакер содержит ствол 1 (см. Фиг.1) с фигурным пазом 2 на наружной поверхности с чередующимися продольным коротким и длинным участками, жестко связанную со стволом 1 опору 3, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент 4 и конус 5. На стволе 1 установлены с возможностью осевого перемещения обойма 6. Направляющий штифт 7 обоймы 6 размещен в фигурном пазе 2. В обойме 6 по ее окружности установлены шлипсы 8. Самоуплотняющаяся манжета 9 установлена на стволе 1 выше опоры 3. Жестко соединен со стволом 1 наконечник 10, через который пропущен шток 11 с радиальными отверстиями 12, расположенными выше наконечника 10. Шток 11 выполнен с кольцевым уступом 13 внизу, взаимодействующим с наконечником 10, и соединен с грузом 14, имеющим камеру 15 в нижней части, изолированную от внутреннего пространства 16 штока 11, осевой канал 17 которого перекрыт заглушкой 18. Груз 14 дополнительно снизу оборудован жесткосоединенной с ним втулкой 19, имеющей радиальные, каналы 20, соответствующие радиальным отверстиям 12 штока 11, и внизу конусную поверхность 21, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью 22 самоуплотняющейся манжеты 9 в рабочем положении. Наружный диаметр 23 втулки 19 больше наружного диаметра 24 самоуплотняющейся манжеты 9 в транспортном положении.
Фигурный паз 2 (см. Фиг.2) выполнен замкнутым с одной стороны наружной поверхности ствола 1, то есть не замкнутым по окружности наружной поверхности ствола 1. Обойма 6 выполнена сборной, состоящий из стакана 25 с пружинными центраторами 26 и направляющим штифтом 7 и держателя 27, в котором размещены шлипсы 8, поджатые внутрь (например, эластичным кольцом 28) и выполненные с возможностью поворота наружу.
Устройство в транспортном положении (см. Фиг.1) на канате или колонне труб (на Фиг. не показаны) спускают в обсадную колонну (на Фиг. не показана) на необходимую глубину. При этом направляющий штифт 7 размещен на коротком продольном участке фигурного паза 2 (см. Фиг.2). Наружный диаметр 23 втулки 19 в таком положении больше наружного диаметра 24 самоуплотняющейся манжеты 9, а шлипсы 8 при этом поджаты эластичным кольцом 28 во внутрь, в результате, самоуплотняющаяся манжета 9 и шлипсы 8 не контактируют со стенками обсадной колонны и не истираются. Камера 15 груза 14 не заполняется скважинной жидкостью из-за заглушки 18, перекрывающей осевой канал 17. Через радиальный канал 20 и радиальные отверстия 12 заполняется внутреннее пространство 16 штока 11. После чего пакер приподнимают примерно на 1 метр и вновь опускают, в результате направляющий штифт 7 перемещается в длинный участок фигурного паза 2 (см. Фиг.2), так как подпружиненные центраторы 26 (см. Фиг.1) контактируют со стенками обсадной колонны, зафиксировав относительно нее стакан 25 обоймы 6 с направляющим штифтом 7. В результате все детали пакера за исключением деталей 6, 7, 8, 25, 26, 27, 28 перемещаются относительно них вниз. При этом конус 5 входит в шлипсы 8, которые опираются на держатель 27, прижимая зубчатую часть шлипсов 8 к стенкам обсадной колонны. Груз 14 (в качестве груза могут быть использованы 2-3 трубы НКТ при спуске на канате или колонна труб, на которой спускают пакер) со штоком 11 и втулкой переместиться относительно ствола 1, в результате кольцевой уступ 13 выйдет из взаимодействия с наконечником 10, радиальные отверстия 12 перекроются, конусная поверхность 21 втулки 19 начнет взаимодействовать с внутренней поверхностью 22 самоуплотняющейся манжеты 9, раздвигая ее до контакта со стенками обсадной колонны, а груз упрется в верхний торец наконечника 10, через который он действует на ствол 1. Затем устье скважины герметизируют и внутри обсадной колонны поднимают давление, под действием которого самоуплотняющаяся манжета 9 будет толкать опору 3, а через нее ствол 1 и уплотнительный элемент 4 с конусом 5. При этом конус 5 будет дополнительно прижимать зубчатую часть шлипсов 8 к стенкам обсадной колонны, усиливая фиксацию пакера, а нажимной уплотнительный элемент 4 сожмется и надежно перекроет внутреннее пространство обсадной колонны.
Установив степень герметичности скважины, давление сбрасывают и пакер поднимают на высоту примерно 1 м. При этом груз 14 со штоком 11 поднимаются вверх, последний упирается в наконечник 10 и воздействует на ствол 1, который также приподнимается вверх. После чего пакер вновь опускают, при таких действиях направляющий штифт 7 перемещается из длинного продольного участка фигурного паза 2 (см. Фиг.2) в короткий, переводя пакер из рабочего положения в транспортное (см. Фиг.1). Далее пакер может быть перемещен в другой интервал скважины.
Предлагаемый пакер позволяет расширить область применения за счет возможности спуска как на канате, так и на колонне труб, обеспечить надежную герметизацию внутреннего пространства обсадной колонны, за счет отсутствия контакта самоуплотняющейся манжеты и шлипсов с эксплуатационной колонной при спуске пакера, упростить изготовление, за счет упрощения изготовления продольных пазов.