Патент на изобретение №2305752

(54) ПАКЕР

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинным устройствам для многократной поинтервальной опрессовки колонны труб в скважине. Обеспечивает опрессовку труб в колоннах малого диаметра, низкую себестоимость. Пакер состоит из ствола 1 с фигурным пазом 2 на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким 3 и длинным 4 участками. Сверху на стволе 1 установлена самоуплотняющаяся манжета 5, под которой расположена опора 6. Под опорой 6 на стволе 1 последовательно расположены уплотнительный элемент 7, выполненный в виде самоуплотняющейся манжеты, не пропускающей жидкость сверху вниз, и конус 8. На стволе 1 ниже конуса 8 с возможностью осевого перемещения расположена обойма 9 с направляющим штифтом 10, размещенным в пазу 2 ствола 1. Обойма 9 по окружности снабжена пружинными центраторами 11 и шлипсами 12, подпружиненными с помощью пружинных пластин 13. К верхнему концу ствола 1 жестко присоединен наконечник 14 с грузом 15. Наконечник сверху оснащен радиальными отверстиями 16, выше которых выполнена заглушка 17, оснащенная радиальным штифтом 18. Груз 15 выполнен в виде стакана, надетого на наконечник 14 и герметично перекрывающего его радиальные отверстия 16, выполненные с возможностью открытия при перемещении наконечника 14 вниз. На наружной поверхности груза 15 выполнены сквозные осевые проточки 19, в которых размещен радиальный штифт 18 заглушки 17 наконечника 14. В грузе 15 выполнены радиальные каналы 20, постоянно сообщающие внутреннее пространство 21 груза 15 с наружным пространством. На стволе 1 выполнены нижние радиальные каналы 23. 2 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинным устройствам для многократной, в том числе поинтервальной опрессовки колонны труб в скважине.

Известно пакерное устройство (а.с. №1795080, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. Бюл. №6 от 15.02.1993 г.), включающее телескопически установленные друг относительно друга полые наружный ствол с радиальными каналами и уплотнительным элементом и внутренний ствол с уплотнением для перекрытия радиальных каналов наружного ствола, сообщающих гидравлически полость внутреннего ствола с пространствами над и под уплотнительным элементом, и плашки с плашкодержателем, при этом оно снабжено жестко связанной с верхней частью внутреннего ствола полой головкой с радиальными каналами и кольцевым выступом на наружной поверхности, жестко связанным с плашкодержателем цилиндром с калибровочным каналом на нижнем торце, обратным клапаном, перекрывающим нижний торец наружного ствола, размещенной над уплотнительным элементом манжетой с конусным наконечником, установленным подвижно на наружном стволе с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом головки, и стопорами, фиксирующими наружный и внутренний стволы при спуске и подъеме пакера и наружный ствол с плашкодержателем при пакеровке, при этом наружный ствол выполнен с окнами под стопоры, а внутренний ствол и плашкодержатель – с кольцевыми канавками для последовательного размещения в них стопоров при спуске и подъеме устройства и в процессе пакеровки.

Известен пакер (свидетельство на полезную модель №29090, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003 г.), 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 пакер 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.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому является пакер (патент на полезную модель №37763, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. Бюл. №13 от 10.05.2004 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, самоуплотняющуюся манжету, установленную 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, сообщенную с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном, причем груз дополнительно снизу оборудован жестко соединенной с ним втулкой, имеющей радиальные каналы, соответствующие радиальным каналам штока, и внизу конусную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью самоуплотняющейся манжеты, при этом наружный диаметр втулки больше диаметра самоуплотняющейся манжеты в транспортном положении, причем фигурный паз выполнен замкнутым с одной стороны наружной поверхности ствола.

Устройствам как по аналогам, так и по прототипу присущи общие недостатки конструкции:

– во-первых, металлоемкость и большое количество технологически сложных деталей, ведущих к высокой стоимости изготовления и, как следствие, удорожание конструкции пакера в целом;

– во-вторых, ограниченные функциональные возможности, поскольку невозможна работа пакера в колоннах малого диметра;

– в-третьих, основной рабочий элемент конструкции, а именно самоуплотняющаяся манжета имеет возможность контакта в процессе спускоподъемных операций с внутренней стенкой скважины, что ведет к ее быстрому износу.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение себестоимости изготовления пакера, а также расширение его функциональных возможностей, а именно проведение опрессовки в колоннах малого диаметра.

Техническая задача решается предлагаемым пакером, включающим ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с коротким и длинным продольными участками, жестко связанную со стволом опору, последовательно расположенные под ней уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, установленные в обойме по ее окружности центраторы и шлипсы, подпружиненные соответственно наружу и внутрь в радиальном направлении, самоуплотняющуюся манжету, установленную на стволе выше опоры, жестко соединенный со стволом наконечник и груз, расположенный сверху ствола, при этом продольные короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола направляющий штифт будет расположен то в коротком осевом участке – транспортное положение, то в длинном осевом участке фигурного паза – рабочее положение.

Новым является то, что уплотнительный элемент выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты, не пропускающей сверху вниз, а наконечник сверху оснащен радиальными отверстиями, выше которых выполнена заглушка, оснащенная радиальным штифтом, при этом груз выполнен в виде стакана, надетого на наконечник и герметично перекрывающего его радиальные отверстия, выполненные с возможностью открытия при перемещении наконечника вниз относительно груза, на наружной поверхности которого выполнены сквозные осевые проточки под радиальный штифт заглушки наконечника, причем выше сквозных осевых проточек выполнены радиальные каналы, постоянно сообщающие внутреннее пространство груза с наружным пространством, при этом ствол снизу оснащен дополнительным грузом, выше которого на стволе выполнены нижние радиальные каналы.

На фиг.1 – изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.

На фиг.2 – развертка фигурного паза, выполненного на наружной поверхности ствола.

Пакер состоит из ствола 1 (см. фиг.1) с фигурным пазом 2 на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким 3 (см. фиг.2) и длинным 4 участками. Сверху на стволе 1 установлена самоуплотняющаяся манжета 5, под которой расположена опора 6 (см. фиг.1). Под опорой 6 на стволе 1 последовательно расположены уплотнительный элемент 7, выполненный в виде самоуплотняющейся манжеты, не пропускающей сверху вниз, и конус 8. На стволе 1 ниже конуса 8 с возможностью осевого перемещения расположена обойма 9 с направляющим штифтом 10. Направляющий штифт 10 размещен в вышеупомянутом фигурном пазе 2 ствола 1. Обойма 9 по окружности снабжена пружинными центраторами 11 и шлипсами 12, подпружиненными соответственно наружу и внутрь в радиальном направлении с помощью пружинных пластин 13. К верхнему концу ствола 1 жестко присоединен наконечник 14 с грузом 15.

Наконечник 14 сверху оснащен радиальными отверстиями 16, выше которых выполнена заглушка 17, оснащенная радиальным штифтом 18.

Груз 15 выполнен в виде стакана, надетого на наконечник 14 и герметично перекрывающего его радиальные отверстия 16, выполненные с возможностью открытия при перемещении наконечника 14 вниз относительно груза 15.

На наружной поверхности груза 15 выполнены сквозные осевые проточки 19, в которых размещен радиальный штифт 18 заглушки 17 наконечника 14. Выше сквозных осевых проточек 19 в грузе 15 выполнены радиальные каналы 20, постоянно сообщающие внутреннее пространство 21 груза 15 с наружным пространством (на фиг.1 и 2 не показано). Ствол 1 снизу оснащен дополнительным грузом 22, выше которого на стволе 1 выполнены нижние радиальные каналы 23.

Осевые короткий 3 (см. фиг.2) и длинный 4 участки фигурного паза 2 соединены между собой замкнутым фигурным участком 24 так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы 9 относительно ствола 1 направляющий штифт 10 будет расположен то в осевом коротком участке 3 – транспортное положение, то в осевом длинном участке 4 фигурного паза 2 – рабочее положение.

Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях исключаются уплотнительньми элементами 25, 26.

Пакер работает следующим образом.

На устье скважины направляющий штифт 10 обоймы 9 (см. фиг.2) устанавливают в осевой короткий участок 3 фигурного паза 2 – транспортное положение.

Затем пакер на канате 27 (см. фиг.1) спускают в колонну труб (на фиг.1, 2 не показано) в интервал, где необходимо провести опрессовку, при этом груз 15 и дополнительный груз 22, расположенные соответственно на верхнем и на нижнем конце ствола 1, противодействуют выталкивающей силе, которая возникает после погружения пакера под уровень жидкости в колонне труб.

В процессе спуска пакера пружинные центраторы 11 обоймы 9, подпружиненные наружу, находятся в постоянном контакте со стенками колонны труб. Жидкость, находящаяся в скважине в процессе спуска пакера, свободно перетекает снизу вверх через нижние радиальные каналы 23 ствола 1 во внутреннее пространство ствола 1 и далее через радиальные отверстия 16 наконечника 14 в наружное пространство выше пакера, поскольку груз 15, выполненный в виде стакана, не перекрывает радиальные отверстия 16 наконечника 14, при этом радиальный штифт 18 заглушки 17 наконечника 14 уперт в нижние торцы сквозных осевых проточек 19 груза 15.

Достигнув необходимого интервала опрессовки, колонну труб заполняют технологической жидкостью. Далее пакер приподнимают примерно на 1 метр вверх и опускают, в результате проделанной операции направляющий штифт 10 (см. фиг.2) при подъеме перемещается из верхней части осевого короткого участка 3 в его нижнюю часть и далее через нижнюю часть замкнутого фигурного участка 24 в нижнюю часть осевого длинного участка 4 фигурного паза 2, а затем (при спуске) направляющий штифт 10 перемещается из нижней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 в его верхнюю часть.

При этом пакер за исключением деталей 9, 10, 11, 12 и 13 (см. фиг.1), которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 11 обоймы 9 со стенками колонны труб (на фиг.1 и 2 не показано), перемещается относительно деталей 9, 10, 11, 12 и 13 сначала вверх, а затем вниз.

Движение вверх направляющего штифта 10 из нижней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 в его верхнюю часть продолжается до тех пор, пока шлипсы 12 обоймы 9, подпружиненные внутрь в радиальном направлении посредством пружинных пластин 13, не войдут в контакт с конусом 8, жестко соединенным со стволом 1. После взаимодействия с конусом 8 шлипсы 12 обоймы 9 под действием веса пакера расходятся в радиальном направлении и прижимаются к стенкам опрессовываемой колонны труб (на фиг.1, 2 не показано), фиксируя неподвижно ствол 1. При дальнейшей разгрузке пакера сначала груз 15, выполненный в виде стакана, опускается вниз относительно находящихся неподвижно заглушки 17 с наконечником 14, жестко связанньм со стволом 1, причем груз 15 посредством уплотнительных элементов 25 и 26 герметично перекрывает радиальные отверстия 16, при этом радиальный штифт 18 упрется в верхний торец сквозных осевых проточек 19 груза 15.

Затем заполняют скважину технологической жидкостью и герметизируют устье скважины. С помощью насосного агрегата (на фигурах 1, 2 не показано) внутри опрессовываемой колонны труб поднимают давление до необходимого, которое действует на самоуплотняющуюся манжету 5 сверху, причем чем выше давление опрессовки колонны труб, тем большее давление оказывается на самоуплотняющуюся манжету 5 и тем сильнее прижимает ее к стенкам опрессовываемой колонны труб. Самоуплотняющаяся манжета 7 выполняет страховочную роль и исключает пропуски жидкости сверху вниз в случае появления негерметичности в самоуплотняющейся манжете 5.

Установив степень герметичности колонны труб, давление сбрасывают, и пакер посредством каната 27 приподнимают на высоту примерно 1 м вверх и опускают вниз.

При этом в начале подъема поднимается только груз 15, а все остальные детали пакера остаются на месте. В процессе подъема груза 15 открываются радиальные отверстия 16 наконечника 14, находящаяся над пакером технологическая жидкость сквозь вышеупомянутые радиальные отверстия 16 наконечника 14 устремляется внутрь ствола 1 и далее сквозь нижние радиальные отверстия ствола 1 выходит в наружное пространство под пакером. Подъем только одного груза 15 продолжается до тех пор, пока радиальный штифт 18 заглушки 17 наконечника 14 не упрется в верхние торцы сквозных осевых проточек 19 груза 15, при этом радиальные каналы 20, постоянно сообщающие внутреннее пространство 21 груза 15 с наружным пространством пакера, исключают “поршневание” груза 15 при его осевом перемещении относительно заглушки 17 с наконечником 14.

При дальнейшем подъеме пакера вверх груз 15 посредством радиального штифта 18 увлекает за собой заглушку 17 с наконечником 14, который в свою очередь жестко соединен со стволом 1 и вызывает перемещение последнего.

Пакер посредством каната 27 продолжают поднимать вверх, при этом уже направляющий штифт 10 перемещается относительно движущегося вверх ствола 1 из верхней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 (см. фиг.2) в верхнюю часть замкнутого фигурного участка 24, а затем при спуске перемещается из верхней части замкнутого фигурного участка 24 в верхнюю часть осевого короткого участка 3 фигурного паза 2, переводя пакер из рабочего положения в транспортное.

При этом пакер за исключением деталей 9, 10, 11, 12 и 13 (см. фиг.1), которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 11 обоймы 9 со стенками колонны труб, перемещается относительно деталей 9, 10, 11, 12 и 13 вниз, а затем вверх.

В процессе подъема пакера находящаяся над пакером жидкость свободно перетекает сверху вниз через открытые радиальные отверстия 16 наконечника 14 сквозь внутреннее пространство ствола 1 и далее через нижние радиальные каналы 23 ствола 1.

Далее пакер может быть перемещен в другой интервал скважины для опрессовки колонны труб или извлечен на поверхность.

Предлагаемый пакер имеет небольшие габариты и вес, кроме того, он дешев в изготовлении, в связи с чем снижается стоимость пакера, а расширение его функциональных возможностей позволяет производить опрессовки труб в колоннах малого диаметра, что несомненно ускоряет процесс ремонтных работ и повышает общую культуру производства.

Формула изобретения

Пакер, включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с коротким и длинным продольными участками, жестко связанную со стволом опору, последовательно расположенные под ней уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, установленные в обойме по ее окружности центраторы и шлипсы, подпружиненные соответственно наружу и внутрь в радиальном направлении, самоуплотняющуюся манжету, установленную на стволе выше опоры, жестко соединенный со стволом наконечник и груз, расположенный сверху ствола, при этом продольные короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола направляющий штифт будет расположен то в коротком осевом участке -транспортное положение, то в длинном осевом участке фигурного паза – рабочее положение, отличающийся тем, что уплотнительный элемент выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты, не пропускающей сверху вниз, а наконечник сверху оснащен радиальными отверстиями, выше которых выполнена заглушка, оснащенная радиальным штифтом, при этом груз выполнен в виде стакана, надетого на наконечник и герметично перекрывающего его радиальные отверстия, выполненные с возможностью открытия при перемещении наконечника вниз относительно груза, на наружной поверхности которого выполнены сквозные осевые проточки под радиальный штифт заглушки наконечника, причем выше сквозных осевых проточек выполнены радиальные каналы, постоянно сообщающие внутреннее пространство груза с наружным пространством, при этом ствол снизу оснащен дополнительным грузом, выше которого на стволе выполнены нижние радиальные каналы.

РИСУНКИ