УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ ПАКЕРА
DEVICE FOR PACKER INSTALLATION

Изобретение относится к оборудованию для ремонта и эксплуатации буровых скважин и может быть использовано при установке пакеров в буровые, в том числе, нефтяные и газовые скважины для проведения в них ремонтных, изоляционных и геофизических работ.
Известен электромеханический пакер [патент RU на изобретение №2087672], размещенный на кабеле и имеющий полый цилиндрический корпус, нижняя часть которого служит упором для пакерующего элемента, тягу и электропривод.
Известно также устройство для установки пакера в скважине [патент RU на изобретение №2170805]. Устройство состоит из посадочного инструмента, включающего цилиндрический корпус с герметичной крышкой, к которой крепится канат. Корпус перегородкой разделен на части, верхняя из которых образует камеру под атмосферным давлением и нижнюю камеру, заполненную жидкостью. В последней установлен поршень со штоком. В нижней части камеры выполнены радиальные каналы, сообщающие подпоршневую полость со скважинным пространством. В перегородке установлен перепускной клапан, закрепленный фиксатором. Клапан перекрывает канал, соединяющий камеры с атмосферным давлением и заполненный жидкостью.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является гидравлическое устройство для установки пакера [патент US на изобретение №4493374]. Данное устройство имеет частично заполненный гидравлической жидкостью насосный блок с цилиндрическим корпусом, в котором размещены соединенные валом электрический мотор и гидравлический насос. В состав устройства также входит гидравлический блок, представляющий собой гидроцилиндр с двумя камерами, верхней и нижней, и двумя соединенными штоком поршнями, имеющими одинаковое поперечное сечение. Устройство приводится в действие давлением гидравлической жидкости, которую насос подает по каналу в верхнюю камеру гидравлического блока. Для возврата устройства в исходное положение имеется перепускной канал с клапаном, соединяющим верхнюю камеру гидравлического блока с внутренним объемом насосного блока, который соединен с поршнями. В нижней части корпуса гидравлического блока выполнен упор для корпуса пакера.
Однако данное устройство имеет значительные размеры. Резервуаром для гидравлической жидкости служит внутренняя полость насосного блока. Ее объем должен быть достаточно большим, чтобы на длительное время обеспечить работу устройства.
При работе устройства объем гидравлической жидкости в насосном блоке постоянно уменьшается, что приводит к снижению давления в полости насосного блока. Снижение давления на входе гидравлического насоса, расположенного в насосном блоке, может привести к уменьшению производительности насоса и даже к его отказу.
Уменьшение объема и, соответственно, уровня гидравлической жидкости в насосном блоке ухудшает охлаждение и увеличивает трение работающих в нем узлов и деталей.
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности и долговечности устройства при уменьшении его габаритов и веса.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в устройстве для установки пакера, содержащем насосный и гидравлический блоки, которые выполнены в виде полых тел и соединены, перепускной канал для гидравлической жидкости, имеющий перекрывающий клапан, в насосном блоке помещен гидравлический насос, соединенный с электромотором, а в гидравлическом блоке размещены верхняя и нижняя камеры, шток, на который насажены соответственно верхний и нижний поршни, шток сформирован полым со сквозным каналом внутри него для перемещения гидравлической жидкости между нижней камерой и полостью насосного блока.
Кроме того, заявляется изобретение с вышеописанными признаками, в котором перепускной канал выполнен в боковой стенке корпуса гидравлического блока на участке между нижней и верхней камерами с возможностью их соединения.
Технический результат изобретения заключается в повышении срока службы устройства при уменьшении габаритов и снижении веса устройства в целом, что является немаловажным, учитывая то, что корпусные узлы выполнены из толстостенного металла. Размещение гидравлической жидкости не только в насосном блоке, как в наиболее близком аналоге, но и в камерах гидравлического блока и внутри штока, соединяющего поршни, значительно сокращает габариты насосного блока до заранее планируемых размеров. Практически нерастрачиваемая гидравлическая жидкость, перетекающая по организованной авторами данной заявки системе, а именно через участок от внутренней полости насосного блока до верхней камеры посредством гидравлического канала, затем через отверстие в нижней части нижней камеры к сквозному каналу в штоке, посредством которого гидравлическая жидкость возвращается в полость насосного блока, сохраняя уровень гидравлической жидкости на прежнем уровне, обеспечивает бесперебойную работу узлов в насосном блоке, не позволяя им перегреваться, оставаться без смазки, разрушаться и выходить из строя устройству в целом, чем повышается не только долговечность, но и надежность заявляемой конструкции. Перепускной канал в боковой стенке гидравлического блока между камерами и являющийся элементом данной организованной системы позволяет после окончания работы быстро привести установку в исходное положение и вернуть гидравлическую жидкость обратно в нижнюю камеру.
Заявляемое изобретение поясняется с помощью Фиг., на которой изображен общий вид устройства для установки пакера. На чертеже позициями 1-28 обозначены:
1 - насосный блок;
2 - гидравлический блок;
3 - электромотор;
4 - гидравлический насос;
5 - входное отверстие гидравлического насоса;
6 - выходное отверстие гидравлического насоса;
7 - редуктор;
8 - сейсмический датчик;
9 - вал, соединяющий электромотор с редуктором;
10 - вал, соединяющий редуктор с гидравлическим насосом;
11 - верхняя часть корпуса насосного блока;
12 - провода для электрического мотора;
13 - провода для сейсмического датчика;
14 - гидравлический канал;
15 - верхняя камера;
16 - нижняя камера;
17 - шток;
18 - верхний поршень;
19 - нижний поршень;
20 - уплотнительное резиновое кольцо нижнего поршня;
21 - уплотнительное резиновое кольцо корпуса гидравлического блока;
22 - уплотнительное резиновое кольцо верхнего поршня;
23 - уплотнительное резиновое кольцо корпуса насосного блока;
24 - перепускной канал;
25 - перекрывающий клапан;
26 - сквозной канал;
27 - электрический контактный выключатель;
28 - участок для присоединения пакера.
Устройство для установки пакера включает два основных блока: насосный блок 1, заполненный гидравлической жидкостью, и гидравлический блок 2. Корпуса данных блоков 1, 2 выполнены с внутренними полостями. Насосный блок 1 выполнен в форме цилиндра и предназначен для подачи гидравлической жидкости под давлением от 20 до 50 МПа в гидравлический блок 2. В насосном блоке 1 размещены: электромотор 3, гидравлический насос 4 с входным 5 и выходным 6 отверстиями, редуктор 7 и сейсмический датчик 8. Электромотор 3, гидравлический насос 4 и редуктор 7 соединены с помощью валов 9, 10. Верхняя часть 11 корпуса насосного блока 1 предназначена для соединения устройства с кабельным геофизическим наконечником и имеет соответствующие ему размеры. Внутренняя полость насосного блока 1 заполнена гидравлической жидкостью и выполняет функции резервуара. Электрическая связь с электромотором 3 и сейсмическим датчиком 8 осуществляется по проводам 12, 13. Входное отверстие 5 предназначено для поступления в гидравлический насос 4 гидравлической жидкости из внутренней полости насосного блока 1. Выходное отверстие 6 соединено с гидравлическим каналом 14, который предназначен для поступления гидравлической жидкости под давлением в гидравлический блок 2.
Гидравлический блок 2 выполнен в форме цилиндра, в корпусе которого размещены: верхняя 15 и нижняя 16 камеры, шток 17, на который насажены верхний 18 и нижний 19 поршни. Последние выполнены с возможностью свободного перемещения вдоль корпуса гидравлического блока 2. В зазоре между поршнями 18, 19, штоком 17 и внутренней поверхностью корпуса гидравлического блока 2 расположены уплотнительные кольца 20, 21, 22, 23 для герметизации. Гидравлический насос 4 соединен с верхней камерой 15 посредством гидравлического канала 14, проходящего через верхний поршень 18. В боковой стенке корпуса гидравлического блока 2 между верхней 15 и нижней 16 камерами с возможностью их соединения сформирован перепускной канал 24 для гидравлической жидкости. В перепускном канале 24 расположен перекрывающий клапан 25. Шток 17 сформирован полым - со сквозным каналом 26 внутри него - для перемещения гидравлической жидкости между нижней камерой 16 и полостью насосного блока 1. В нижней камере 16 на нижнем поршне 19 установлен электрический контактный выключатель 27, соединенный проводами (на Фиг. не показаны) с электромотором 3. Нижний поршень 19 имеет участок 28, предназначенный для присоединения пакера, с соответствующими ему размерами. Все внутренние полости гидравлического блока 2: верхняя камера 15, нижняя камера 16, перепускной канал 24, сквозной канал 26 штока 17 - заполнены гидравлической жидкостью. Насосный блок 1 соединен с верхним поршнем 18 гидравлического блока 2.
Устройство для установки пакера работает следующим образом. К устройству присоединяют пакер. При этом нижняя часть корпуса гидравлического блока 2 служит для пакера в качестве опоры, а нижний поршень 19 выполняет функции тянущего органа. К верхней части корпуса 11 насосного блока 1 присоединяют кабельный наконечник, который осуществляет механическую и электрическую связь устройства с геофизическим кабелем. С помощью геофизического подъемника устройство опускают в скважину на заданную глубину.
При движении устройства в скважине сейсмический датчик 8 передает по геофизическому кабелю на дневную поверхность электрические сигналы, которые несут информацию о характеристиках движения устройства: его скорости, ускорениях, колебаниях - в зависимости от типа установленного сейсмического датчика 8. Таким образом можно судить, движется ли устройство и насколько плавно, а при прихвате устройства в скважине вовремя можно остановить спуск и не допустить возникновения аварийных ситуаций.
На заданной глубине скважины по геофизическому кабелю на электромотор 3 подают электрическую энергию. Электромотор 3, соединенный валом 9 с редуктором 7, начинает работать и приводить в движение редуктор 7, который увеличивает вращательный момент электромотора 3 и передает вращение через вал 10 на гидравлический насос 4. Гидравлический насос 4 всасывает гидравлическую жидкость из внутренней полости насосного блока 1 через входное отверстие 5. Через выходное отверстие 6 по гидравлическому каналу 14 гидравлический насос 4 подает гидравлическую жидкость под давлением в верхнюю камеру 15. Перекрывающий клапан 25 перепускного канала 24 при этом закрыт. При увеличении давления гидравлической жидкости в верхней камере 15 возникает сила, действующая на верхний поршень 18 и толкающая его вверх в сторону насосного блока 1. Верхний поршень 18 движется вверх, и вместе с ним перемещаются в ту же сторону соединенные с ним нижний поршень 19 и насосный блок 1. Объем верхней камеры 15 при этом за счет закачиваемой в нее гидравлической жидкости увеличивается, а объем нижней камеры 16, благодаря равной площади поперечного сечения верхнего 18 и нижнего 19 поршней, на эту же величину уменьшается. При этом гидравлическая жидкость из нижней камеры 16 по продольному сквозному каналу 26 в штоке 17 поступает во внутреннюю полость насосного блока 1. Таким образом, сколько гидравлической жидкости выкачивается из внутренней полости насосного блока 1 гидравлическим насосом 4, столько же в нее возвращается из нижней камеры 16, и уровень гидравлической жидкости остается на прежнем уровне.
Нижняя камера 16 выполняет функции дополнительного резервуара гидравлической жидкости, что позволяет уменьшить размеры насосного блока 1, который используется также и в качестве резервуара для гидравлической жидкости.
При работе устройства уровень гидравлической жидкости в насосном блоке 1 остается постоянным. Это позволяет применять в устройстве электромотор 3, редуктор 7 и гидравлический насос 4, рассчитанные на работу в гидравлической жидкости в полностью погруженном состоянии. Погружение в гидравлическую жидкость значительно улучшает охлаждение названных узлов и уменьшает трение между движущимися деталями этих узлов, что повышает надежность устройства в целом и увеличивает срок его службы.
При перемещении нижний поршень 19 тянет присоединенный к нему пакер вверх в сторону насосного блока 1. При этом пакер упирается своими корпусными деталями в нижний торец корпуса гидравлического блока 2 и происходит его плавная деформация, в результате которой пакер устанавливается в виде пробки в скважине, плотно и прочно перекрывая ее. Когда тянущее усилие нижнего поршня 19 достигает определенного уровня, происходит разрушение специального элемента пакера и он отсоединяется от устройства.
При отсоединении пакера устройство испытывает значительные вибрации, фиксируемые сейсмическим датчиком 8, которые наблюдает на своей аппаратуре оператор, находящийся на дневной поверхности. Эти сигналы сейсмического датчика 8 указывают на успешное завершение операции установки пакера в скважине. Питание электромотора 3 отключают. Электрический контактный выключатель 27 срабатывает и отключает питание электромотора 3, когда нижний поршень 19 доходит до своего крайнего положения, что предотвращает выход электрического мотора 3 из строя из-за перегрузок.
Устройство поднимают на дневную поверхность. Для возвращения устройства в исходное состояние готовности к работе открывают перекрывающий клапан 25, находящийся в перепускном канале 24, и, сдвигая насосный 1 и гидравлический блоки 2 вместе навстречу друг другу, возвращают верхний 18 и нижний 19 поршни в исходное положение. При этом гидравлическая жидкость свободно перетекает из верхней камеры 15, которая теперь уменьшается в объеме, в нижнюю камеру 16, которая в объеме увеличивается. После этого перекрывающий клапан 25 закрывают. Устройство снова готово к работе.
Направление движения гидравлической жидкости в устройстве показано на Фиг. стрелками.
Заявляемое устройство собрано, апробируется на одном из предприятий г.Саратова и подтвердило его работоспособность, надежность и долговечность.