ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПАКЕР
HYDRAULIC PACKER

Изобретение относится к строительной области и нефтегазодобывающей промышленности. В строительной области гидравлический пакер может использоваться для устройства буроинъекционных свай, выполнения цементации грунтового основания по манжетной технологии. В нефтегазодобывающей промышленности гидравлический пакер может использоваться для выполнения технологических и ремонтно-восстановительных работ внутри скважин с обсадными колоннами небольшого диаметра.
Известна конструкция пакера (патент RU 178974 U1 МПК E21B 33/12, опубл. 24.04.2018), принятая за прототип, рабочий модуль которой состоит из одной рабочей и двух торцевых полых секций, свободно наращиваемых по длине за счёт резьбовых соединений при помощи центральной секции. Конструкция торцевых секций разделяется на фиксационные и прижимные фитинги. В рабочих секциях в месте закрепления эластичных мембран фиксационными фитингами на поверхности выполняются округлые буртики, значение выступа которых определяется в зависимости от требуемой степени обжатия эластичных мембран в месте соединения.
Главные недостатки прототипа заключаются:
- в недостаточной степени герметичности перекрываемого внутритрубного пространства трубы-инъектора или обсадной колонны по причине ограниченной контактной поверхности между эластичной мембраной и трубой-инъектором или обсадной колонной в месте выхода инъекционного раствора внутри герметизирующего модуля и, как следствие, проскальзывание пакера в процессе работы;
- в неравномерном раскрытии эластичных мембран рабочих секций в зависимости от их расположения по глубине (нижерасположенные эластичные мембраны быстрее раскрываются под давлением инъекции), из-за чего не обеспечивается исправная работа пакера;
- при увеличении длины герметизирующего модуля увеличивается время полного включения пакера в работу, поскольку выход раствора осуществляется через одно поперечное наполняющее отверстие на рабочей секции.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении герметичности перекрываемого внутритрубного пространства трубы-инъектора или обсадной колонны за счет увеличения количества поперечных наполняющих отверстий на рабочих секциях, прямо пропорционально зависящих от длины герметизирующих модулей. При этом выше расположенные герметизирующие модули должны иметь большее количество поперечных наполняющих отверстий по сравнению с ниже расположенными, в том числе и при одинаковой длине этих модулей, а также конусных сбегов, имеющихся на рабочей секции герметизирующего модуля гидравлического пакера, расположенных в направлении поперечных наполняющих отверстий, и за счет того, что рабочие секции герметизирующих модулей имеют различные диаметры и расположены таким образом, что внутренний диаметр рабочей секции каждого ниже расположенного герметизирующего модуля выполнен меньшим, чем у рабочей секции расположенного выше герметизирующего модуля.
Причинно-следственная связь между заявленными существенными признаками и техническим результатом следующая. Предусмотренные на рабочих секциях пакера конусные сбеги, выполненные в направлении поперечных наполняющих отверстий и увеличение количества поперечных наполняющих отверстий, прямо пропорционально зависящих от длины герметизирующих модулей позволит увеличить степень герметичности перекрываемого внутритрубного пространства трубы-инъектора или обсадной колонны за счёт более полного и равномерного наполнения внутреннего пространства эластичных мембран инъекционным раствором для увеличения контактной поверхности между эластичной мембраной и трубой-инъектором или обсадной колонной. Уменьшение внутреннего диаметра рабочей секции каждого ниже расположенного герметизирующего модуля, по сравнению с выше расположенными модулями, приводит к увеличению скорости и уменьшению расхода инъекционного раствора. В результате происходит одновременное раскрытие резиновых мембран рабочих секций всех герметизирующих модулей и повышается герметичность перекрываемого внутритрубного пространства трубы-инъектора или обсадной колонны во время работы нескольких модулей гидравлического пакера. Количество поперечных наполняющих отверстий на рабочих секциях прямо пропорционально зависит от длины герметизирующих модулей, при этом, выше расположенные модули должны иметь большее количество поперечных наполняющих отверстий по сравнению с нижерасположенными, в том числе и при одинаковой длине этих модулей.
В зависимости от применяемого инъекционного оборудования гидравлический пакер может работать в двух режимах: непрерывной и прерывистой инъекции.
Для работы пакера в режиме непрерывной инъекции инъекционные отверстия инъекционного модуля не закрываются манжетами.
Для работы пакера в режиме прерывистой инъекции инъекционные отверстия инъекционного модуля закрываются манжетами. Манжеты выполняют функцию обратного клапана и позволяют выходить раствору при определенном давлении (подбирается в зависимости от жесткости манжеты).
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена конструкция гидравлического пакера, состоящая из двух герметизирующих и одного инъекционного модуля, как в собранном виде, так и в процессе работы - инъекции раствора;
На фиг. 2 изображена конструкция герметизирующего модуля пакера;
На фиг. 3 изображена конструкция инъекционного модуля пакера для двух режимов инъекции: непрерывной и прерывистой;
На фиг. 4 изображены герметизирующие модули пакера с различным количеством поперечных наполняющих отверстий;
На фиг. 5 изображена конструкция гидравлического пакера, состоящая из трех герметизирующих и двух инъекционных модулей с различными внутренними диаметрами рабочих секций герметизирующих модулей.
Описание заявляемого технического решения
Гидравлический пакер состоит из герметизирующих 1 и инъекционных 2 модулей, сращиваемых при помощи резьбовых соединений.
Герметизирующий модуль 1 пакера состоит из рабочей секции 3, двух торцевых полых секций 4 и эластичной мембраны 5. Рабочие секции 3 герметизирующих модулей 1 имеют различные диаметры и расположены таким образом, что внутренний диаметр рабочей секции 3 каждого ниже расположенного герметизирующего модуля 1 выполнен меньшим, чем у рабочей секции 3 расположенного выше герметизирующего модуля 1.
Рабочая секция 3 представляет собой полый металлический цилиндр, на поверхности которого имеются округлые буртики 6, конусные сбеги 7 и поперечные наполняющие отверстия 8 для наполнения эластичных мембран 5 инъекционным раствором. Величина внутреннего диаметра полого металлического цилиндра зависит от места расположения герметизирующего модуля 1 в составе конструкции пакера.
Торцевые секции 4 состоят из фиксационных 9 и прижимных 10 фитингов.
Фиксационные фитинги 9 имеют на внутренней поверхности скосы 11.
Прижимные фитинги 10 имеют наружную резьбу для сращивания с инъекционным модулем 2 (съёмной заглушкой 14 или рукавом высокого давления 15) и внутреннюю резьбу для соединения с рабочей секцией 3. Во время соединения прижимного фитинга 10 с рабочей секцией 3 фиксационные фитинги 9 прижимают эластичную мембрану 5 к округлым буртикам 6 рабочей секции 3 за счёт скосов 11.
Инъекционный модуль 2 представляет собой полый цилиндр, который имеет несколько рядов инъекционных отверстий 12. В зависимости от режима инъекции раствора (непрерывной или прерывистой) инъекционные отверстия 12 могут быть открытыми или закрываться манжетами 13.
Съемную заглушку 14, которая закрывает нижнюю часть собранной конструкции гидравлического пакера (прижимной фитинг 10 торцевой секции 4 нижнего герметизирующего модуля 1), используют во время инъекции раствора и отсоединяют при промывке гидравлического пакера.
Верхнюю часть собранной конструкции гидравлического пакера соединяют с рукавом высокого давления 15, через который осуществляется инъекция раствора.
Последовательность сборки (разборки) конструкции гидравлического пакера следующая. Сборку необходимо начинать с герметизирующих модулей 1. Вначале эластичные мембраны 5 устанавливаются на рабочие секции 3. Затем эластичная мембрана 5 на рабочей секции 3 по торцам защемляется торцевыми секциями 4 посредством фиксационных 9 и прижимных фитингов 10. Далее собранные герметизирующие модули 1 сращиваются между собой через инъекционные модули 2 при помощи резьбовых соединений в таком порядке, что внутренний диаметр рабочей секции 3 каждого ниже расположенного герметизирующего модуля 1 выполнен меньшим, чем у рабочей секции 3 расположенного выше герметизирующего модуля 1.
Описание принципа работы гидравлического пакера
Предусмотренные на рабочих секциях 3 пакера конусные сбеги 7 в направлении поперечных наполняющих отверстий 8 и увеличенное количество поперечных наполняющих отверстий 8, прямо пропорционально зависящих от длины герметизирующих модулей 1 позволит увеличить степень герметичности перекрываемого внутритрубного пространства трубы-инъектора или обсадной колонны путём более полного и равномерного наполнения внутреннего пространства эластичных мембран 5 инъекционным раствором для увеличения контактной поверхности между эластичной мембраной 5 и трубой-инъектором или обсадной колонной.
Уменьшение внутреннего диаметра рабочей секции 3 каждого ниже расположенного герметизирующего модуля 1, по сравнению с выше расположенными герметизирующими модулями 1, приводит к увеличению скорости и уменьшению расхода инъекционного раствора в результате чего происходит одновременное раскрытие резиновых мембран 5 рабочих секций 3 всех герметизирующих модулей 1.
При поступлении инъекционного раствора в пакер во время инъекции эластичные мембраны 5 рабочих секций 3 герметизирующих модулей 1 под давлением увеличиваются в размерах (раскрываются) и герметично (плотно) перекрывают внутритрубное пространство трубы-инъектора или обсадной колонны. После прекращения инъекции давление в гидравлическом пакере уменьшается, эластичная мембрана 5 возвращается в исходное положение и его можно свободно перемещать внутри трубы-инъектора или обсадной колонны, а также извлекать из них. Завершив работу необходимо открутить съёмную заглушку 14, которая закрывает нижнюю часть собранной конструкции гидравлического пакера и промыть его от раствора.