Патент на изобретение №2386784

(54) ПАКЕР РАЗБУРИВАЕМЫЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты эксплуатационной колонны от высокого давления при проведении изоляционных работ. Пакер разбуриваемый, содержит посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с нижним упором, поршнем с переводником, верхним и нижним штоками. Нижний шток снабжен радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия, с перфорированным ниппелем, имеющим перфорированные окна. Уплотнительный узел включает манжету, деформируемую гильзу и дорн. Внутри наконечника установлен отсекающий клапан, а перфорированный ниппель снизу заглушен заглушкой со стопорным кольцом. Наконечник телескопически вставлен непосредственно в деформируемую гильзу и в нижний упор, относительно которого наконечник в транспортном положении зафиксирован срезным винтом. Отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой. Наконечник выше перфорированного участка изнутри оснащен подпружиненным клапаном с седлом, пропускающим сверху вниз, при этом седло сверху выполнено наклонным к оси клапана. Наличие подпружиненного клапана в конструкции разбуриваемого пакера позволяет производить порционную закачку последовательно нескольких типов растворов под избыточным давлением. 2 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты эксплуатационной колонны от высокого давления при проведении изоляционных работ.

Известен «Пакер» (см. RU 2162137, МПК 7 Е21В 32/12, Бюл. 1 от 20.01.01), включающий патрубок с размещенным на его наружной поверхности уплотнителем в виде эластичной оболочки и расширяющий конус, связанный с приводом через тягу, при этом расширяющий конус выполнен составным из цилиндра и концентрично установленного на нем расширяющего элемента, связанных между собой разъединяющим элементом для освобождения расширяющего элемента от цилиндра и спуска эксплуатационной колонны насосно-компрессорных труб с установленным на их нижнем конце плунжером с уплотнительными элементами для взаимодействия с внутренней стенкой расширяющего элемента, внутренний диаметр которого выбран под наружный диаметр плунжера.

Известен «Пакер разбуриваемый» (см. свидетельство на полезную модель 20342, МПК 7 Е21В 32/12, Бюл. 29 от 26.10.01), содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с поршнем, верхним и нижним штоками, причем последний имеет радиальные каналы и жестко соединен с переходником и перфорируемым ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу, дорн, соединенный в верхней части с установочной втулкой, а в нижней части через срезное кольцо – с насадкой с внутренней цилиндрической выборкой, заглушку со стопорным кольцом и срезным винтом и отсекающий элемент, установленный в центральном канале в зоне переходника, при этом отсекающий элемент выполнен в виде пробки, а установочная втулка – с кольцевой выборкой, переходник снабжен фиксатором, который до запакеровки одним концом взаимодействует с отсекающим элементом, а другим – с дорном, а после запакеровки – с кольцевой выборкой установочной втулки.

Обоим вышеописанным устройствам присущи общие недостатки:

во-первых, нет защиты от гидроударов, возникающих в посадочном инструменте при спуске, что может привести к несанкционированной посадке пакера;

во-вторых, низкая надежность посадки, так как при повышении давления внутри колонны труб, на которых спускается устройство в скважину, они вытягиваются и оказывают сдвигающее воздействие на устанавливаемый пакер.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является «Пакер разбуриваемый» (см. свидетельство на полезную модель 28371, МПК 7 Е21В 33/12, Бюл. 8 от 20.03.2003), содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с поршнем, верхним и нижним штоками, один из которых выполнен с радиальными каналами, соединенный с патрубком, а последний – с упором, уплотнительный узел, включающий эластичную манжету, деформируемую гильзу и дорн с конически-цилиндрическими участками на наружной поверхности, соединенный в нижней части с насадкой, а сверху – с установочной втулкой, наконечник, установленный телескопически в дорне, ниппель, отсекающий клапан и заглушку со стопорным кольцом, при этом нижний торец упора выполнен со сферической кольцевой выборкой, обращенной к периферии и взаимодействующей в рабочем положении с деформируемой гильзой, причем наружный диаметр цилиндрических участков дорна увеличивается сверху вниз.

Недостатками устройства являются:

во-первых, возможна негерметичность отсекающего шарового клапана, из-за засорения седла в процессе спуска, что ведет к невозможности создания необходимого давления в колонне труб и, соответственно, в посадочном инструменте при посадке разбуриваемого пакера в скважине;

во-вторых, дорн и гильза имеют несовершенную конструкцию формы, вследствии чего дорн прижимает гильзу к внутренним стенкам эксплуатационной колонны не равномерно по всей длине, что может привести к не герметичной посадке пакера в заданном интервале и/или к его «сползанию»;

в-третьих, невозможно порционно посредством буферной жидкости, в качестве которой используется, например, пресная вода, закачать несколько типов растворов, например кислотный, полимерный, цементный.

Технической задачей предлагаемого изобретения является исключение негерметичности отсекающего клапана при посадке пакера разбуриваемого в скважине и надежная фиксация пакера разбуриваемого в требуемом интервале скважины за счет изменения формы дорна и деформируемой гильзы, а также с возможностью порционной посредством буферной жидкости последовательной закачки нескольких типов растворов.

Техническая задача решается пакером разбуриваемым, содержащим посадочный инструмент, включающим гидроцилиндр с нижним упором, поршнем с переводником вверху, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с расширяющим углом вверху, соединенный в нижней части при помощи насадки, через срезное кольцо – с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками, отсекающий клапан и заглушку, фиксируемую в насадке стопорным кольцом.

Новым является то, что наконечник телескопически вставлен непосредственно в деформируемую гильзу и нижний упор, относительно которого наконечник в транспортном положении зафиксирован срезным винтом, а отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, причем перфорированный ниппель выше перфорированного участка изнутри оснащен подпружиненным клапаном с седлом, пропускающим сверху вниз, при этом седло сверху выполнено наклонным к оси клапана.

На фиг.1 изображен пакер разбуриваемый в сборе с частичным продольным разрезом.

На фиг.2 изображена в разрезе фиксация стопора в разбуриваемом пакере в транспортном положении.

Пакер разбуриваемый, содержит посадочный инструмент 1 (см. фиг.1), включающий гидроцилиндр 2 с нижним упором 3, поршнем 4 с переводником 5, верхним 6 и нижним 7 штоками. Нижний шток 7 снабжен радиальными каналами 8 и жестко соединен через наконечник 9, имеющий технологические отверстия 10 (см. фиг 2), с перфорированным (см. фиг.1) ниппелем 11, имеющим перфорированный участок 12.

Уплотнительный узел 13 включает манжету 14, деформируемую гильзу 15 и дорн 16 с расширяющимся углом вверху. Расширяющий угол дорна 16 составляет 20-25° относительно оси разбуриваемого пакера, что обеспечивает наиболее плотное (герметичное) взаимодействие уплотнительного элемента 13 раздорнированной деформируемой гильзы со стенками эксплуатационной колонны.

Дорн 16 в нижней части при помощи насадки 17 через срезное кольцо 18 соединен с наконечником 9 и перфорированным ниппелем 11.

Перфорированный ниппель 11 телескопически установлен в дорн 16, оснащенный наружными цилиндрическими участками 19 и 20. Внутри наконечника 9 установлен отсекающий клапан 21, а перфорированный ниппель 11 снизу заглушен заглушкой 22 со стопорным кольцом 23.

Наконечник 9 телескопически вставлен непосредственно в деформируемую гильзу 15 и в нижний упор 3, относительно которого наконечник 9 в транспортном положении зафиксирован срезным винтом 24.

Отсекающий клапан 21 выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой 25 (см. фиг.2), герметично вставленной в наконечник 9 (см. фиг.1 и 2) и зафиксированной стопорами 26, которые вставлены в технологические отверстия 10 наконечника 9 с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца 18 (см. фиг.1) и прохождении дорна 16 (см. фиг.1 и 2), а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой 25 пробки 21, а снаружи – с дорном 16, цилиндрические наружные участки 19 и 20 (см. фиг.1) которого выполнены одинакового диаметра, разделенными как минимум одной кольцевой проточкой 27 с фаской 28, обращенной в сторону уплотнительного узла 13. Внутренняя цилиндрическая поверхность 29 деформируемой гильзы 15 выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром (D₁2) вверху.

Перфорированный ниппель 11 выше перфорированного участка 12, то есть перфорированных окон 12, изнутри оснащен подпружиненным клапаном 30 с седлом 31, пропускающим сверху вниз, при этом седло 31 сверху выполнено наклонным поверхностью 32 к оси клапана 30. Несанкционированные перетоки жидкости исключены установкой уплотнительных колец 33, 34, 35, 36, 37.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим пример работы разбуриваемого пакера при ремонте скважины с целью изоляции пласта.

Пакер разбуриваемый в сборе с посадочным инструментом 1 спускают в скважину (на фиг.1 и 2 не показано) на колонне труб 38. Во время спуска возникают удары дорна 16 о внутренние стенки эксплуатационной колонны скважины (на фиг.1 и 2 не показано). Для исключения возможного перемещения дорна 16 относительно деформируемой гильзы 15 и несанкционированного срабатывания устройства установлен срезной винт 24, фиксирующий наконечник 9 относительно нижнего упора 3.

По достижении интервала установки пакера разбуриваемого колонна труб 38 заполняется технологической жидкостью, после чего внутри колонны труб 38 создается избыточное давление, которое через верхний шток 6 и радиальные каналы 8 нижнего штока 7 передается в гидроцилиндр 2 и воздействует на поршень 4, который удерживается в начальном положении до достижения усилия разрушения срезного винта 24, при этом колонна труб 38 вытягивается под действием избыточного давления.

После разрушения винтов 24 (например, при давлении 4-5 МПа) поршень 4 перемещается вверх относительно гидроцилиндра 2, увлекая за собой нижний шток 7, наконечник 9 с перфорированным ниппелем 11, дорн 16 через срезное кольцо 18 при помощи насадки 17, при этом деформируемая гильза 15 с манжетой 14 удерживаются нижним упором 3 на месте относительно эксплуатационной колонны (на фиг.1 и 2 не показано).

В результате дорн 16 своим углом при вершине, равным 20-25°, входит в деформируемую гильзу 15, расширяя ее до плотного прилегания манжеты 14 к внутренним стенкам эксплуатационной колонны, причем сначала дорн 16 цилиндрическим участком 19 дорнирует по внутренней цилиндрической поверхности 29 деформируемую гильзу 15 на участке ее большего диаметра D₂, прижимая плотно манжету 14 к внутренним стенкам эксплуатационной колонны и далее по мере перемещения дорна 16 вверх благодаря кольцевой проточке 27 с фаской 28 этот же участок большего диаметра D₂ деформируемой гильзы 15 дорнирует цилиндрический участок 20 дорна 16, благодаря чему манжета 14 еще сильней прижимается к внутренним стенкам колонны.

Дорнирование дорном 16 деформируемой гильзы 15 продолжается и уже дорн 16 своим углом при вершине, равным 20-25°, начинает дорнировать по внутренней цилиндрической поверхности 29 участок меньшего диаметра D₁ деформируемой гильзы 15, плотно прижимая манжету 14 к внутренним стенкам эксплуатационной колонны, и далее по мере перемещения дорна 16 вверх благодаря кольцевой проточке 27 с фаской 28 этот же участок большего диаметра D₁ деформируемой гильзы 15 дорнирует цилиндрический участок 20 дорна 16, благодаря чему манжета 14 еще сильней прижимается к внутренним стенкам скважины.

Дорнирование продолжается и в определенный момент наконечник 9 своим верхним торцом упирается в нижний торец гидроцилиндра 2, ограничивая дальнейшее перемещение дорна 16 вверх. Далее повышается давление внутри колонны труб 38 до разрушения срезного кольца 18 (например, 14-15 МПа), после чего происходит освобождение наконечника 9 с перфорированным ниппелем 11 от дорна 16. В результате наконечник 9 перемещается вверх относительно дорна 16 и стопоры 26, вставленные в технологические отверстия 10 наконечника 9, перемещаются наружу в сторону дорнируемой гильзы 15, так как выходят из взаимодействия с внутренними стенками дорна 16 и одновременно освобождаются от наружной кольцевой выборки 25 отсекающего клапана (пробки) 21, который падает в низ перфорированного ниппеля 11 на наклонную поверхность 32 седла 31 подпружиненного клапана 30. Отсекающий клапан (пробка) 21 скатывается по наклонной поверхности 32 седла 31 к внутренним стенкам перфорированного ниппеля 11.

Благодаря совершенной конструкции дорна 16 и деформируемой гильзы 15, которая выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром (D₁2), вверху, на месте расширения (перехода от D₂ к D₁) деформируемой гильзы 15, образуется конус из деформируемой гильзы 15, который дожимает манжету 14 к внутренним стенкам эксплуатационной колонны, гарантированно исключая «сползание» пакера с интервала установки при последующем проведении ремонтных работ.

Дорнирование происходит до тех пор, пока верхний шток 6 верхним торцом поршня 4 не упрется в нижний торец переводника 5 гидроцилиндра 2.

В итоге открывается канал 39, позволяющий прохождение жидкости, закачиваемой с устья скважины (на фиг.1 и 2 не показано) по колонне труб 38 через обратный клапан 30, перфорированный участок 12 перфорированного ниппеля 11 под уплотнительный узел 13, например, в изолируемый пласт (на фиг.1, 2 не показано) в обход отсекающего клапана 21, находящегося у внутренних стенок перфорированного ниппеля 11.

После чего с устья скважины посредством насосного агрегата (на фиг.1, 2, 3 не показано) по колонне труб 38 через верхний 6, нижний 7 штоки, наконечник 9, канал 39, открывшийся под действием давления закачиваемой жидкости, подпружиненный клапан 30 и через перфорированный участок 12 перфорированного ниппеля 11 закачивают порцию кислотного раствора, например НСl, до достижения необходимой приемистости пласта, далее закачивают определенное количество буферной жидкости, после чего полимерной раствор, например водонабухающий полимер (ВНП). Далее через порцию буферной жидкости для закрепления полимерного раствора в пласте закачивают цементный раствор и продавливают его расчетным объемом технологической жидкости (на фиг.1, 2 не показано). Затем колонну труб 38 приподнимают, в результате чего заглушка 22 герметично устанавливается в дорн 16, а стопорное кольцо 23 насадки 17 фиксирует заглушку 22 за ее наружную кольцевую выборку 40. По достижении нагрузки, достаточной для разрушения срезных элементов 41, перфорированный ниппель 12 освобождается от заглушки 22 и посадочный инструмент 1 промывается.

По завершении всех технологических операций устройство за исключением уплотнительного узла 13 с насадкой 17 и заглушкой 22 извлекают из скважины. При этом все оставляемые в скважине детали устройства выполнены из легкоразбуриваемых материалов (например, чугун, алюминий и т.п.).

Применение пакера разбуриваемого благодаря усовершенствованной конструкции дорна, у которого расширяющий угол составляет 20-25° относительно оси пакера, а наружные участки выполнены одинакового диаметра, разделенные как минимум одной кольцевой проточкой с фаской, позволяет дважды за один проход дорна дорнировать расширяемую гильзу, которая, в свою очередь, выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром (D₁2) вверху, что позволяет получить конус, который дожимает манжету к стенкам эксплуатационной колонны, что в свою очередь позволяет повысить надежность посадки разбуриваемого пакера в заданном интервале скважины и исключить его «сползание», а также благодаря конструкции отсекающего клапана, выполненного в виде пробки, исключить его негерметичность.

Кроме того, наличие подпружиненного клапана в конструкции разбуриваемого пакера позволяет производить порционную закачку последовательно нескольких типов растворов под избыточным давлением.

Формула изобретения

Пакер разбуриваемый, содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с нижним упором, поршнем с переводником вверху, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с расширяющим углом вверху, соединенный в нижней части при помощи насадки, через срезное кольцо – с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками, отсекающий клапан и заглушку, фиксируемую в насадке стопорным кольцом, отличающийся тем, что наконечник телескопически вставлен непосредственно в деформируемую гильзу и нижний упор, относительно которого наконечник в транспортном положении зафиксирован срезным винтом, а отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, причем перфорированный ниппель выше перфорированного участка изнутри оснащен подпружиненным клапаном с седлом, пропускающим сверху вниз, при этом седло сверху выполнено наклонным к оси клапана.

РИСУНКИ