Патент на изобретение №2313653

(54) ПАКЕР ДЛЯ ОПРЕССОВКИ КОЛОННЫ ТРУБ

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для опрессовки колонны труб в скважинах. Опрессовочный пакер колонны труб содержит посадочный инструмент, спускное устройство, выполненное в виде кабельной головки с кабелем, цилиндрический корпус с седлом и центральным осевым и радиальными каналами, соединяющими наружное пространство корпуса с его центральным осевым каналом, установленный на корпусе уплотнительный элемент, подвижную в осевом направлении и вставленную в корпус втулку с опорными сухарями. Колонна труб ниже интервала опрессовки снабжена опрессовочной муфтой, оснащенной калиброванным центральным каналом с внутренним диаметром d, меньшим внутреннего диаметра d₁ колонны труб и расположенной выше кольцевой выборки с большим продольным размером технологических стыков муфт колонны труб. Опорные сухари изготовлены с продольным размером В, соответствующим продольному размеру L кольцевой выборки опрессовочной муфты, и выполнены подпружиненными наружу посредством пружинных пластин и вставлены в радиальные каналы корпуса, оснащенного сверху технологическим патрубком. Седло корпуса выполнено ниже радиальных каналов в виде сужения центрального осевого канала, снаружи которого на корпусе размещен уплотнительный элемент, выполненный с возможностью герметичного взаимодействия с центральным каналом опрессовочной муфты. Втулка снаружи оснащена утолщением в средней части и нижним и верхним концами уменьшенного диаметра. Нижний конец уменьшенного диаметра втулки изнутри взаимодействует с опорными сухарями и герметично вставлен в седло корпуса. Верхний конец уменьшенного диаметра втулки изнутри взаимодействует с технологическим патрубком, выше которого втулка оснащена последовательно радиальными отверстиями и заглушкой. Заглушка снабжена ловильной головкой. Утолщение в средней части втулки выполнено с возможностью взаимодействия изнутри с опорными сухарями при их взаимодействии с кольцевой выборкой опрессовочной муфты. На наружной поверхности вверху технологического патрубка выполнены продольные короткая и длинная проточки, соединенные снизу фигурной проточкой. Длинная проточка выполнена до края технологического патрубка, при этом посадочный инструмент выполнен в виде толкателя, соединенного со спускным устройством и взаимодействующего сверху с ловильной головкой втулки, и патрубка, установленного на толкателе с возможностью вращения и осевого перемещения, а также охватывающего нижней частью технологический патрубок. Патрубок оснащен внутренним штифтом, взаимодействующим с проточками технологического патрубка с начальной установкой в короткой проточке. Предлагаемый пакер позволяет произвести опрессовку в колоннах труб малого диаметра, а снижение металлоемкости конструкции ведет к экономии материальных и финансовых средств на его изготовление, 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для опрессовки колонны труб в скважинах.

Известен опрессовочный пакер (патент RU № 2153570, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. 27.07.2000 г.), включающий корпус, узел герметизации с упорным элементом, нижней втулкой и камерой уплотнения, перепускное устройство и обратный клапан, при этом он имеет клапанный узел со срезными элементами, шаровым клапаном и седлом под этот клапан в виде цилиндрической втулки, а корпус имеет кольцевой бурт ограничения перемещения нижней втулки, кольцевую проточку, ступенчатую кольцевую выточку и радиальные отверстия для установки срезных винтов, при этом перепускное устройство выполнено в виде золотника с внутренней ступенчатой выточкой, соответствующей внутренней ступенчатой выточке корпуса, пружиной и регулировочной гайкой, устанавливающей усилие пружины и длину хода золотника, а камера уплотнения образована уплотнительным элементом и кольцевой проточкой корпуса.

Наиболее близким по технической сущности является пакер (патент RU №2125148, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. 20.01.1999 г.), содержащий цилиндрический корпус с центральным осевым каналом и седлом на внутренней поверхности, установленный на корпусе уплотнительный элемент с нижней опорой и распорным кольцом, кожух, образующий внутренней поверхностью с наружной поверхностью корпуса кольцевое пространство, поршень, размещенный в кольцевом пространстве, подпружиненный толкатель, связанный с поршнем, клапанный узел, размещенный на седле корпуса и выполненный в виде подвижной в осевом направлении втулки с опорными сухарями, срезным элементом и седлом на верхнем торце, шаровой запорный элемент, установленный в седле втулки, при этом корпус выполнен с осевыми каналами, соединяющими кольцевое пространство с центральным осевым каналом, а срезной элемент установлен на втулке с возможностью ограничения продольного перемещения шарового элемента.

Как аналогу, так и прототипу в той или иной степени присущи общие недостатки:

– во-первых, невозможность проведения опрессовки в колоннах труб малого диаметра (например, опрессовки колонны насосно-компрессорных труб диаметром 48 мм);

– во-вторых, сложность изготовления, обусловленная большим количеством технически сложных деталей, что ведет к удорожанию конструкции в целом и, как следствие, высокой ее стоимости.

Технической задачей изобретения является возможность опрессовки колонны труб малого диметра, а также снижение металлоемкости конструкции и, как следствие, ее стоимости.

Поставленная техническая задача решается пакером для опрессовки колонны труб, содержащим посадочный инструмент, спускное устройство, цилиндрический корпус с седлом на внутренней поверхности и центральным осевым и радиальными каналами, соединяющими наружное пространство корпуса с его центральным осевым каналом, установленный на корпусе уплотнительный элемент, подвижную в осевом направлении и вставленную в корпус втулку с опорными сухарями.

Новым является то, что колонна труб ниже интервала опрессовки снабжена опрессовочной муфтой, оснащенной калиброванным центральным каналом с внутренним диаметром, меньшим внутреннего диаметра колонны труб, и расположенной выше кольцевой выборкой с большим продольным размером технологических стыков муфт колонны труб, а опорные сухари, изготовленные с продольным размером, соответствующим продольному размеру кольцевой выборки опрессовочной муфты, выполнены подпружиненными наружу и вставлены в радиальные каналы корпуса, оснащенного сверху технологическим патрубком, причем седло корпуса выполнено ниже радиальных каналов в виде сужения центрального осевого канала, снаружи которого на корпусе размещен уплотнительный элемент, выполненный с возможностью герметичного взаимодействия с центральным каналом опрессовочной муфты, при этом втулка снаружи оснащена утолщением в средней части и нижним и верхним концами уменьшенного диаметра, нижний из которых изнутри взаимодействует с опорными сухарями и герметично вставлен в седло корпуса, а верхний конец втулки изнутри взаимодействует с технологическим патрубком, выше которой оснащен последовательно радиальными отверстиями и заглушкой, снабженной ловильной головкой, причем утолщение втулки выполнено с возможностью взаимодействия изнутри с опорными сухарями при их взаимодействии с кольцевой выборкой опрессовочной муфты, а на наружной поверхности вверху технологического патрубка выполнены продольные короткая и длинная проточки, соединенные снизу фигурной проточкой, причем длинная проточка выполнена до края технологического патрубка, при этом посадочный инструмент выполнен в виде толкателя, соединенного со спускным устройством и взаимодействующего сверху с ловильной головкой втулки, и патрубка, установленного на толкателе с возможностью вращения и осевого перемещения, а также охватывающего нижней частью технологический патрубок, причем патрубок оснащен внутренним штифтом, взаимодействующим с проточками технологического патрубка с начальной установкой в короткой проточке.

На фигуре 1 в продольном разрезе изображен пакер для опрессовки колонны труб.

На фигуре 2 в продольном разрезе изображен ловильный инструмент.

На фигуре 3 изображена развертка проточек.

Опрессовочный пакер колонны труб 1 содержит посадочный инструмент 2, спускное устройство 3, выполненное в виде кабельной головки с кабелем, цилиндрический корпус 4 с седлом 5 и центральным осевым 6 и радиальными 7 каналами, соединяющими наружное пространство корпуса 4 с его центральным осевым каналом 6, установленный на корпусе 1 уплотнительный элемент 9, подвижная в осевом направлении и вставленная в корпус 4 втулка 10 с опорными сухарями 11.

Колонна труб 1 ниже интервала опрессовки снабжена опрессовочной муфтой 12, оснащенной калиброванным центральным каналом 13 с внутренним диаметром d, меньшим внутреннего диаметра d₁ колонны труб 1, и расположенной выше кольцевой выборкой с большим продольным размером технологических стыков муфт колонны труб 1.

Опорные сухари 11 изготовлены с продольным размером b, соответствующим продольному размеру L кольцевой выборки 14 опрессовочной муфты 12, и выполнены подпружиненными наружу посредством пружинных пластин 15 и вставлены в радиальные каналы 7 корпуса 4, оснащенного сверху технологическим патрубком 16.

Седло 5 корпуса 4 выполнено ниже радиальных каналов 7 в виде сужения центрального осевого канала 6, снаружи которого на корпусе 4 размещен уплотнительный элемент 9, выполненный с возможностью герметичного взаимодействия с центральным каналом 13 опрессовочной муфты 12

Втулка 10 снаружи оснащена утолщением 17 в средней части и нижним 18 и верхним 19 концами уменьшенного диаметра. Нижний конец уменьшенного диаметра 18 втулки 10 изнутри взаимодействует с опорными сухарями 11 и герметично вставлен в седло 5 корпуса 4.

Верхний конец уменьшенного диаметра 19 втулки 10 изнутри взаимодействует с технологическим патрубком 16, выше которой оснащен последовательно радиальными отверстиями 20 и заглушкой 21. Заглушка 21 снабжена ловильной головкой 22.

Утолщение 17 в средней части втулки 10 выполнено с возможностью взаимодействия изнутри с опорными сухарями 11 при их взаимодействии с кольцевой выборкой 14 опрессовочной муфты 12.

На наружной поверхности вверху технологического патрубка 16 выполнены продольные короткая 23 и длинная 24 проточки, соединенные снизу фигурной проточкой 25. Длинная проточка 24 выполнена до края технологического патрубка 16, при этом посадочный инструмент 2 выполнен в виде толкателя 26, соединенного со спускным устройством 3 и взаимодействующего сверху с ловильной головкой 22 втулки 10, и патрубка 27, установленного на толкателе 26 с возможностью вращения и осевого перемещения, а также охватывающего нижней частью технологический патрубок 27.

Патрубок 27 оснащен внутренним штифтом 28, взаимодействующим с проточками 23, 24, 25 технологического патрубка 16 с начальной установкой в короткой проточке 23.

Пакер для опрессовки колонны труб работает следующим образом.

Опрессовочную муфту 12 (см. фиг.1) устанавливают в составе колонны труб 1 в интервале ее опрессовки, после чего колонны труб 1 спускают в скважину.

Подготавливают пакер к спуску в колонну труб 1. Для этого устанавливают внутренний штифт 28 технологического патрубка 27 (см. фиг.3) в продольную короткую проточку 23 технологического патрубка 16.

Далее в колонну труб 1 спускают пакер в сборе на кабеле (на фиг.1, 2, 3 не показано), как показано на фигуре 1. В процессе спуска пакера опорные сухари 11, подпружиненные наружу посредством пружинных пластин 15, находятся в контакте с внутренними стенками колонны труб 1.

В процессе спуска пакера в колонну труб 1 толкатель 26 посадочного инструмента 2 воздействует сверху на ловильную головку 22 втулки 10, при этом нижний конец уменьшенного диаметра 18 втулки 10 изнутри воздействует на опорные сухари 11, вставленные в радиальные каналы 7 корпуса 4, которые в свою очередь вызывают осевое перемещение корпуса 4. Кроме того, опорные сухари 11 центрируют пакер в процессе его спуска в колонну труб 1 и посадки.

В процессе спуска пакер достигает опрессовочной муфты 12 колонны труб 1, при этом уплотнительный элемент 9 (см. фиг.1), установленный на наружной поверхности цилиндрического корпуса 4, герметично вступает во взаимодействие с калиброванным центральным каналом 13 с внутренним диаметром d опрессовочной муфты 12.

Спуск пакера продолжают, при этом опорные сухари 11 выходят из контакта с внутренней стенкой колонны труб 1 и попадают в кольцевую выборку 14 опрессовочной муфты 12, поскольку продольный размер b опорных сухарей 11 меньше продольного размера L кольцевой выборки 14 опорной муфты 12. В кольцевой выборке 14 опорной муфты 12 подпружиненные наружу посредством пружинных пластин 15 опорные сухари 11 радиально расширяются.

В результате втулка 10 перемещается вниз и утолщением 17, выполненным в средней части втулки 10, входит внутрь опорных сухарей 11, при этом вниз смещается и верхний конец уменьшенного диаметра 19 втулки 10, а радиальные отверстия 20 втулки 10 герметично перекрываются технологическим патрубком 16.

Разгрузку пакера с посадочным инструменом 2 и спускным устройством 3 на ловильную головку 22 продолжают, при этом опорные сухари 11, находящиеся в контакте с кольцевой выборки 14 опрессовочной муфты 12, нижним торцом упираются в нижний торец кольцевой выборки 14 опрессовочной муфты 12. Спуск прекращают.

Затем приподнимают вверх спускное устройство 3 с посадочным инструментом 2, выполненным в виде толкателя 26, соединенного с технологическим патрубком 27, при этом внутренний штифт 28, установленный в технологическом патрубке 27, вместе с вышеупомянутыми деталями перемещается вверх и из фигурной проточки 25 попадает в длинную проточку 24 (см. фиг.3), по которой, перемещаясь вверх, выходит из длинной проточки 24 технологического патрубка 16.

Далее спускное устройство 3 с посадочным инструментом 2, выполненным в виде толкателя 26, соединенного с технологическим патрубком 27 и внутренним штифтом 28, извлекают из колонны труб 1.

Колонну труб 1 доливают технологической жидкостью и производят ее опрессовку. После проведения опрессовки согласно утвержденному плану работ давление в колонне труб 1 стравливают.

Для извлечения пакера в колонну труб 1 спускают ловильный инструмент 28 (см. фиг.2) любой известной конструкции, например наружную труболовку. Производят захват за ловильную головку 22.

Приподнимают ловильную головку 22, а следовательно, и втулку 10, при этом радиальные отверстия 20 втулки 10 выходят из герметичного взаимодействия с технологическим патрубком 16 и сообщают над- и подпакерные пространства, причем подъем втулки происходит при небольшом усилии, поскольку наружный диаметр втулки 10 мал по сравнению с наружным диаметром корпуса 4.

В результате происходит переток жидкости сверху вниз через радиальные отверстия 20 и центральное отверстие втулки 10. Выдерживают пакер в приподнятом положении определенное время до выравнивания давлений над и под пакером и далее полностью извлекают пакер из колонны труб 1.

Предлагаемый пакер позволяет произвести опрессовку в колоннах труб малого диаметра, а снижение металлоемкости конструкции ведет к экономии материальных и финансовых средств на его изготовление.

Формула изобретения

Пакер для опрессовки колонны труб, содержащий посадочный инструмент, спускное устройство, цилиндрический корпус с седлом на внутренней поверхности и центральным осевым и радиальными каналами, соединяющими наружное пространство корпуса с его центральным осевым каналом, установленный на корпусе уплотнительный элемент, подвижную в осевом направлении и вставленную в корпус втулку с опорными сухарями, отличающийся тем, что колонна труб ниже интервала опрессовки снабжена опрессовочной муфтой, оснащенной калиброванным центральным каналом с внутренним диаметром, меньшим внутреннего диаметра колонны труб, и расположенной выше кольцевой выборкой с большим продольным размером технологических стыков муфт колонны труб, а опорные сухари, изготовленные с продольным размером, соответствующим продольному размеру кольцевой выборки опрессовочной муфты, выполнены подпружиненными наружу и вставлены в радиальные каналы корпуса, оснащенного сверху технологическим патрубком, причем седло корпуса выполнено ниже радиальных каналов в виде сужения центрального осевого канала, снаружи которого на корпусе размещен уплотнительный элемент, выполненный с возможностью герметичного взаимодействия с центральным каналом опрессовочной муфты, при этом втулка снаружи оснащена утолщением в средней части и нижним и верхним концами уменьшенного диаметра, нижний из которых изнутри взаимодействует с опорными сухарями и герметично вставлен в седло корпуса, а верхний конец втулки изнутри взаимодействует с технологическим патрубком, выше которой оснащен последовательно радиальными отверстиями и заглушкой, снабженной ловильной головкой, причем утолщение втулки выполнено с возможностью взаимодействия изнутри с опорными сухарями при их взаимодействии с кольцевой выборкой опрессовочной муфты, а на наружной поверхности вверху технологического патрубка выполнены продольные короткая и длинная проточки, соединенные снизу фигурной проточкой, причем длинная проточка выполнена до края технологического патрубка, при этом посадочный инструмент выполнен в виде толкателя, соединенного со спускным устройством и взаимодействующего сверху с ловильной головкой втулки, и патрубка, установленного на толкателе с возможностью вращения и осевого перемещения, а также охватывающего нижней частью технологический патрубок, причем патрубок оснащен внутренним штифтом, взаимодействующим с проточками технологического патрубка с начальной установкой в короткой проточке.

РИСУНКИ