Патент на изобретение №2305749

(54) ПАКЕР

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного перекрытия ствола скважины. Обеспечивает упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей, исключение контакта уплотнительного элемента со стенками скважины в процессе спуска пакера. Пакер соединен с колонной труб 24 и включает заглушенный снизу заглушкой 1 ствол 2 с выполненными на нем кольцевой выборкой 3 и упорами 23 для уплотнительного элемента 4. Втулка 13 установлена на кольцевой выборке 3 ствола 2 и может перемещаться вдоль паза, выполненного на поверхности кольцевой выборки 3. Выше и ниже кольцевой выборки 3 ствола 2 расположены конусы 15, 16, которые могут взаимодействовать со шлипсами 17, 18, установленными на втулке 13. Паз на поверхности кольцевой выборки выполнен фигурным с размещением жестко связанного с втулкой пальца 14. Уплотнительный элемент 4 расположен выше конуса 15 между упорами 23 и выполнен в виде двух разнонаправленных самоуплотняющихся манжет. Фиксатор положения 5 уплотнительного элемента 4 выполнен в виде стакана, соединенного сверху с колонной труб 24 и прижимающего в транспортном положении самоуплотняющиеся манжеты к стволу 2, а установочный фиксатор 6 соединяет стакан со стволом 2. 2 ил.

Изобретение 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 (патент РФ №2137901, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. в 1999 г.), 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.

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 (патент РФ №2170808, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. в 2001 г.), включающий ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, конус со шлипсами, корпус и шток посадочного инструмента, установочный фиксатор и съемный узел с зубчатой насечкой, при этом ствол в верхней части выполнен с кольцевой выборкой по наружной поверхности с кольцевым выступом наверху, вертикальными сквозными пазами и радиальными отверстиями, в которой установлена втулка с возможностью продольного перемещения с наружным кольцевым выступом в нижней части и снабжена сферической кольцевой выборкой, обращенной к оси устройства, в которой установлены фиксирующие шарики, взаимодействующие через посредство радиальных отверстий в стволе со съемным узлом, а также снабжена вертикальными сквозными пазами в верхней части, причем съемный узел через палец и пазы в столе взаимодействует с втулкой и соединен со стволом через срезаемый элемент, а фиксатор положения уплотнительного элемента выполнен в виде пружинной шайбы, взаимодействующей с кольцевой насечкой на втулке, выполненной под пружинную шайбу.

Недостатками пакера являются:

– во-первых, ограниченные функциональные возможности, так как пакер держит давления только в одну сторону, сверху вниз, а при давлении, направленном снизу вверх, плашки могут сдвинуться с места;

– во-вторых, сложность “конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

– в-третьих, для срыва пакера нужен специальный ловильный инструмент;

– в-четвертых, в процессе спуска пакера в скважину уплотнительный элемент изнашивается вследствие его трения о стенки скважины, в результате чего снижается качество герметизации.

Задачей изобретения является упрощение конструкции пакера и расширение его функциональных возможностей, а также исключение контакта уплотнительного элемента со стенками скважины в процессе спуска пакера.

Технический результат достигается пакером, соединенным с колонной труб, включающим заглушенный снизу заглушкой ствол с выполненными на нем кольцевой выборкой и упорами для уплотнительного элемента, втулку, установленную на кольцевой выборке ствола, имеющую возможностью перемещения вдоль паза, выполненного на поверхности кольцевой выборки, посредством расположенного в пазу пальца, а также конус, шлипсы и установочный фиксатор, выполненный в виде срезного элемента.

Новым является то, что конус расположен выше кольцевой выборки ствола, который ниже кольцевой выборки оснащен дополнительным конусом, причем конусы выполнены с возможностью взаимодействия со шлипсами, установленными на втулке сверху и снизу и оснащенными подпружиненными от втулки центраторами, при этом паз на поверхности кольцевой выборки выполнен несквозным в виде двух коротких продольных пазов с возможностью размещения в первом из них жестко связанного со втулкой пальца при транспортном положении пакера, и между ними одного длинного продольного паза, соединенных последовательно между собой фигурными пазами, один из которых соединяет низ первого из коротких продольных пазов с серединой длинного продольного паза, а другой – низ длинного продольного паза с другим коротким продольным пазом, расположенного в районе середины длинного продольного паза, при этом уплотнительный элемент расположен выше конуса и выполнен в виде двух самоуплотняющихся манжет, которые направлены в разные стороны и расположены между упорами, пакер снабжен фиксатором положения уплотнительного элемента, который выполнен в виде стакана, соединенного сверху с колонной труб и прижимающего в транспортном положении самоуплотняющиеся манжеты к стволу, а установочный фиксатор соединяет стакан со стволом.

На фиг.1 изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.

На фиг.2 – развертка пазов.

Пакер состоит из заглушенного снизу заглушкой 1 ствола 2 (см. фиг.1), имеющего кольцевую выборку 3 на наружной поверхности, размещенного на стволе 1 выше кольцевой выборки 3 уплотнительного элемента 4, фиксатора положения 5 уплотнительного элемента 4, соединенного со стволом 2 посредством установочного фиксатора 6.

На наружной поверхности кольцевой выборки 3 выполнены несквозные продольные пазы (см. фиг.2) в виде двух коротких 7, 8 и между ними одного длинного 9, соединенных последовательно между собой фигурными пазами, один из которых 10 соединяет низ короткого продольного паза 7 с серединой длинного продольного паза 9, а другой 11 – низ длинного продольного паза 9 с серединой короткого продольного паза 8, расположенного в районе середины длинного продольного паза 9 и являющегося съемным узлом 12.

На кольцевой выборке 3 ствола 2 установлена втулка 13 (см. фиг 1), имеющая возможность продольного перемещения и вращения относительно ствола 2 посредством пальца 14, который жестко соединен со втулкой 13. Выше кольцевой выборки 3 ствола 2 расположен конус 15, а ниже кольцевой выборки 3 – дополнительный конус 16.

На втулке 13 сверху и снизу установлены шлипсы 17 и 18 соответсвенно, оснащенные подпружиненными посредством пружин 19 от втулки 13 центраторами 20. Шлипсы 17 и 18 выполнены с возможностью взаимодействия соответственно с конусом 15 и дополнительным конусом 16.

В транспортном положении палец 14 втулки 13 расположен в коротком продольном пазе 7. Уплотнительный элемент 4 расположен выше конуса 15 и выполнен в виде верхней 21 и нижней 22 самоуплотняющихся манжет, которые направлены в разные стороны и расположены между упорами 23.

Фиксатор положения 5 уплотнительного элемента 4 выполнен в виде стакана, соединенного сверху с колонной труб 24 и прижимающего в транспортном положении верхнюю 21 и нижнюю 22 самоуплотняющиеся манжеты к стволу 2. Установочный фиксатор 6 выполнен в виде срезного элемента, соединяющего фиксатор положения 5 уплотнительного элемента 4 со стволом 2.

Работает устройство следующим образом.

На устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано) палец 14 втулки 13 размещают в коротком продольном пазе 7 (см. фиг.2) – транспортное положение, затем пакер (см. фиг.1) на колонне труб 24 спускают в скважину, при этом находящаяся в скважине жидкость по кольцевому пространству между пакером и стенками скважины перепускается снизу вверх выше пакера.

По достижении требуемого интервала установки пакера приподнимают на устье скважины колонну труб 24 на длину, большую длины короткого продольного паза 7 (см. фиг.2), а затем поворачивают по часовой стрелке колонну труб 24 на величину, большую длины развертки фигурного паза 10, соединяющего низ короткого продольного паза 7 с серединой длинного продольного паза 9, при этом все детали пакера совершают осевое и вращательное перемещение, за исключением деталей 13, 14, 17, 18, 19 и 20, остающихся на месте благодаря контакту подпружиненных посредством пружин 19 шлипсов 17 и 18 со стенками скважины (на фиг.1 и 2 не показано).

В результате проделанных операций палец 14 втулки 13 (см. фиг.1), находившийся в транспортном положении в коротком продольном пазу 7, попадает в середину длинного продольного паза 9 (см. фиг.2), принимая рабочее положение, в котором втулка 13 получает возможность осевого перемещения относительно ствола 2 пакера по длинному продольному пазу 9, а шлипсы 17 и 18 (см. фиг.1), расположенные на втулке 13, возможность взаимодействия с конусом 15 и дополнительным конусом 16 соответственно. Продолжают тянуть колонну труб 24 вверх, при этом все детали пакера поднимаются вверх, кроме деталей 13, 14, 17, 18, 19 и 20, остающихся на месте благодаря контакту подпружиненных посредством пружин 19 шлипсов 17 и 18 со стенкам скважины.

В результате палец 14 оказывается в нижней части длинного продольного паза 9 (см. фиг.2). В определенный момент шлипсы 18 (см. фиг.1) своей внутренней конусной поверхностью наезжают на дополнительный конус 16, вследствие чего шлипсы 18 раздвигаются, приходят в соприкосновение со стенками скважины, центрируются посредством центраторов 20 и фиксируют пакер в скважине.

При дальнейшем натяжении колонны труб 24 вверх и достижении расчетной нагрузки разрушения установочного фиксатора 6, выполненного в виде срезного элемента, соединяющего фиксатор положения 5 уплотнительного элемента 4 со стволом 2, происходит разрушение вышеупомянутого установочного фиксатора 6, а фиксатор положения 5 уплотнительного элемента 4 освобождается от ствола 2, при этом шлипсы 18 посредством дополнительного конуса 16 дожимаются к стенкам скважины, а верхняя 21 и нижняя 22 самоуплотняющиеся манжеты уплотнительного элемента 4 принимают рабочее положение, то есть выходят из контакта со стволом 2 и прижимаются к стенкам скважины.

Колонна труб 24 вместе с фиксатором положения 5 уплотнительного элемента 4 извлекается из скважины, а пакер остается в требуемом интервале скважины. При наличии давления снизу нижняя самоуплотняющаяся манжета 22 плотно прижимается к стенкам обсадной колонны, герметично отсекая ту часть скважины, которая находится ниже пакера.

В случае, если давление сверху превышает давление снизу (например, при проведения выше пакера таких работ, как гидроразрыв пласта или кислотная обработка пласта под большим давлением), то по мере проведения таких работ и роста давления сверху, которое воспринимается уже верхней самоуплотняющейся манжетой 21, последняя плотно прижимает ее к стенкам скважины, при этом давление передается снизу на заглушенный заглушкой 1 ствол 2. В результате этого все детали пакера, кроме деталей 13, 14, 17, 18, 19 и 20, остающихся на месте, перемещаются вниз относительно пальца 14 по длинному продольному пазу 9.

В результате палец 14 оказывается в верхней части длинного продольного паза 9. В определенный момент шлипсы 17 своей внутренней конусной поверхностью наезжают на конус 15 и раздвигаются. В итоге шлипсы 17 приходят в соприкосновение со стенками скважины, центрируются посредством центраторов 20 и фиксируют пакер в скважине, при этом верхняя самоуплотняющаяся манжета 21, воспринимающая давление сверху и плотно прижатая к стенкам скважины, держит давление сверху вниз. Далее продолжают ремонтные работы в скважине.

При необходимости извлечения пакера в скважину спускают серийно выпускаемый ловильный инструмент на колонне труб (например, внутреннюю труболовку, не показана), с помощью которого захватывают пакер за внутреннюю поверхность 25 заглушенного снизу заглушкой 1 ствола 2.

После этого поднимают колонну труб 24 с ловильным инструментом и пакером вверх на длину, большую длины длинного продольного паза 9 (см. фиг.2), и поворачивают колонну труб по часовой стрелке на величину, большую длины развертки фигурного паза 11. Затем опускают колонну труб 24 с ловильным инструментом и пакером вниз на длину, большую длины короткого продольного паза 8.

В результате проделанных операций палец 14 из длинного продольного паза 9 попадает в середину короткого продольного паза 8, расположенного в районе середины длинного продольного паза 9 и являющегося съемным узлом 12, при этом все детали пакера, кроме деталей 13, 14, 17, 18, 19 и 20, остающихся на месте, совершают осевое и вращательное перемещение и пакер занимает транспортное положение, в котором исключается возможность контакта шлипсов 17 и 18 (см. фиг.1) с конусом 15 и дополнительным конусом 16. Далее пакер извлекают из скважины.

В предлагаемом пакере исключен контакт уплотнительного элемента со стенками скважины в процессе спуска, что позволяет избежать износ уплотнительного элемента, нарушающий качество герметизации пакера в скважине, кроме того, используется спаренный шлипсовый узел, установленный ниже уплотнительного элемента, что обеспечивает высокую надежность в запакеровке и распакеровке и расширяет его функциональные возможности, так как поддерживает пакер в рабочем состоянии как при давлениях, направленных вниз, так и вверх, при этом для извлечения пакера можно использовать серийно выпускаемый ловильный инструмент.

Формула изобретения

Пакер, соединенный с колонной труб, включающий заглушенный снизу заглушкой ствол с выполненными на нем кольцевой выборкой и упорами для уплотнительного элемента, втулку, установленную на кольцевой выборке ствола, имеющую возможность перемещения вдоль паза, выполненного на поверхности кольцевой выборки, посредством расположенного в пазу пальца, а также конус, шлипсы и установочный фиксатор, выполненный в виде срезного элемента, отличающийся тем, что конус расположен выше кольцевой выборки ствола, который ниже кольцевой выборки оснащен дополнительным конусом, причем конусы выполнены с возможностью взаимодействия со шлипсами, установленными на втулке сверху и снизу и оснащенными подпружиненными относительно втулки центраторами, при этом паз на поверхности кольцевой выборки выполнен несквозным в виде двух коротких продольных пазов с возможностью размещения в первом из них жестко связанного с втулкой пальца при транспортном положении пакера, и между ними одного длинного продольного паза, соединенных последовательно между собой фигурными пазами, один из которых соединяет низ первого из коротких продольных пазов с серединой длинного продольного паза, а другой – низ длинного продольного паза с другим коротким продольным пазом, расположенным в районе середины длинного продольного паза, при этом уплотнительный элемент расположен выше конуса и выполнен в виде двух самоуплотняющихся манжет, которые направлены в разные стороны и расположены между упорами, пакер снабжен фиксатором положения уплотнительного элемента, который выполнен в виде стакана, соединенного сверху с колонной труб и прижимающего в транспортном положении самоуплотняющиеся манжеты к стволу, а установочный фиксатор соединяет стакан со стволом.

РИСУНКИ