Патент на изобретение №2209295

(54) ПАКЕР

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметичного разобщения затрубного пространства. Технический результат – повышение надежности герметизации затрубного пространства скважины и расширение функциональных возможностей пакера. Пакер состоит из полого ствола, корпуса, уплотнительных манжет, шлипсов. В корпусе выше и ниже уплотнительных элементов выполнены радиальные отверстия. Между корпусом и полым стволом образовано кольцевое пространство, сообщающееся через радиальные отверстия в корпусе с наружным пространством, в верхней части которого размещена подпружиненная втулка, имеющая возможность осевого перемещения и перекрытия верхних радиальных отверстий. Подпружиненная втулка выполнена в виде полого цилиндра, наружной поверхностью взаимодействующего с внутренней поверхностью корпуса и образующего кольцевой зазор между наружной поверхностью ствола и внутренней поверхностью подпружиненной втулки. На верхнем торце подпружиненной втулки выполнен посадочный поясок, а на ее наружной поверхности – проточка. Нижние радиальные отверстия размещены на уровне дна кольцевого пространства. 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметичного разобщения затрубного пространства скважины.

Известен пакер, содержащий полый ствол, связанный с колонной труб, уплотнительные элементы, шлипсы /А.С. 754100/.

Пакер не обеспечивает подачу ингибитора гидратообразования и технологических растворов на забой скважины, возможна подача растворов только в ствол скважины с применением дополнительных устройств: ингибиторного или циркуляционного клапанов.

Известен пакер, содержащий полый ствол, корпус с уплотнительными элементами и радиальными отверстиями выше и ниже уплотнительных элементов, полый ствол, образующий с корпусом кольцевое пространство, соединенное с наружным пространством, подпружиненную втулку, помещенную в верхней части кольцевого пространства, имеющую возможность осевого перемещения, и шлипсы /А.С. 132154/.

Недостатком данного пакера является недостаточная надежность герметизации кольцевого пространства подпружиненной втулкой, приводящая к разгерметизации затрубного пространства скважины из-за попадания твердых частиц или разъедания ими наружных контактирующих между собой поверхностей подпружиненной втулки и седла, а также из-за попадания твердых частиц, находящихся в подаваемой через верхние отверстия и проходящей через витки пружины подпружиненной втулки жидкости, и забивания ими пружины, приводящие к отказу на открытие или закрытие подпружиненной втулки, а также к отказу пакера на запакеровку из-за попадания твердых частиц, находящихся в газовом потоке или жидкости через нижние радиальные отверстия с забоя скважины и оседающих в нижней части кольцевого пространства.

Задача, стоящая при создании пакера, состоит в разработке надежного пакера, обеспечивающего высокую герметизирующую способность при эксплуатации скважин с возможностью кратковременного сообщения затрубного надпакерного и подпакерного пространств при техническом обслуживании и ремонте скважин.

Достигаемый технический результат, который получается в результате создания изобретения, состоит в простоте и высокой надежности узла циркуляции пакера.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известном пакере, включающем корпус с уплотнительными элементами и радиальными отверстиями выше и ниже уплотнительных элементов, полый ствол, образующий с корпусом кольцевое пространство, соединенное с наружным пространством, подпружиненной втулкой, имеющей возможность осевого перемещения, и шлипсы, в отличие от прототипа подпружиненная втулка выполнена в виде полого цилиндра, наружной поверхностью взаимодействующего с внутренней поверхностью корпуса и образующего кольцевой зазор между наружной поверхностью ствола и внутренней поверхностью подпружиненной втулки, на верхнем торце подпружиненной втулки выполнен посадочный поясок, а на наружной поверхности подпружиненной втулки выполнена проточка, при этом нижние радиальные отверстия размещены на уровне дна кольцевого пространства, а верхние радиальные отверстия выполнены с возможностью их перекрытия подпружиненной втулкой.

На фиг.1 показан заявляемый пакер в транспортном положении, на фиг.2 – в процессе добычи газа из пласта, на фиг.3 – в процессе закачки ингибитора гидратообразования или технологических растворов на забой скважины.

Пакер включает полый ствол 1, уплотнительные элементы 2, цилиндр 3 с поршнем 4, верхний 5 и нижний 6 конусы, шлипсы 7, составной корпус 8. Цилиндр 3 с поршнем 4 образуют камеру 9, которая через отверстия 10 соединена с внутритрубным пространством 11. Ствол 1 с корпусом 8 образуют кольцевое пространство 12. В корпусе 8 выше и ниже уплотнительных элементов расположены радиальные отверстия 13 и 14, через которые кольцевое пространство 12 соединено с наружным пространством. В верхней части кольцевого пространства 12 размещена подпружиненная втулка 15, перекрывающая верхние отверстия 13 и имеющая возможность осевого перемещения. Подпружиненная втулка 15 выполнена в виде полого цилиндра, наружной поверхностью взаимодействующего с внутренней поверхностью корпуса 8 и образующего кольцевой зазор 16 между наружной поверхностью ствола 1 и внутренней поверхностью подпружиненной втулки 15. Герметизация подпружиненной втулки 15 с верхним корпусом 8 осуществляется уплотнительным кольцом 17. Пружина 18 размещена в периферийной зоне кольцевого пространства 12 и нижним концом упирается в верхний торец средней части корпуса 8. В верхней части подпружиненной втулки 15 выполнен посадочный поясок 19, взаимодействующий с уплотнителем 20 (из полиуретана), установленным в нижней части втулки 21, размещенной между верхней частью корпуса 8 и стволом 1, а на наружной ее поверхности, в верхней ее части, выполнена проточка 22. Нижние радиальные отверстия 14 выполнены в крайнем нижнем положении, на уровне дна, кольцевого пространства 12.

Устройство работает следующим образом.

Пакер спускается в скважину на колонне труб. После его спуска до требуемой глубины и установки на устье фонтанной арматуры во внутритрубное пространство 11 сбрасывается шар, который садится на седло, расположенное ниже пакера (не показано).

При создании давления в колонне труб жидкость через отверстие 10 поступает в камеру 9 цилиндра 3 и начинает перемещать поршень 4 вверх. При этом срезается винт 23, связывающий поршень 4 с верхним конусом 5. Освобожденный верхний конус 5 под действием жидкости перемещается вниз и толкает нижний конус 6 на шлипсы 7, подклинивая их в эксплуатационной колонне. После чего поршень 4 начинает сжимать уплотнительные элементы 2, что приводит к герметизации затрубного пространства. В конце хода поршень 4 стопорится стопорным кольцом 24, которое удерживает уплотнительные элементы 2 от распускания. Одновременно происходит окончательное подклинивание шлипсов 7 верхним конусом 5. В конце хода верхний конус 5 стопорится стопорным кольцом 25, которое удерживает его от возвратного движения. Пакер зафиксирован в обсадной колонне.

При эксплуатации скважины добываемый из пласта газ поступает по внутритрубному пространству 11 на дневную поверхность. Затрубное пространство герметично разобщено уплотнительными элементами 2 на надпакерное и подпакерное. При этом кольцевое пространство 12 герметично перекрыто подпружиненной втулкой 15. Высокая степень герметичности достигается за счет небольших размеров уплотняемых площадей (посадочного пояска 19 и уплотнителя 20) и выполнения уплотнения типа “метал – полиуретан”, а также из-за наличия уплотнительного кольца 17 на наружной поверхности подпружиненной втулки 15.

При создании избыточного давления в надпакерном затрубном пространстве, обеспечивающего большее усилие отжима нежели усилие пружины 18 на закрытие, подпружиненная втулка 15 перемещается вниз, открывая верхние радиальные отверстия 13. Надпакерное и подпакерное пространства скважины временно получают возможность сообщаться (на период закачки технологических растворов или ингибитора гидратообразования). Легкому перемещению подпружиненной втулки 15 вниз и открытию верхних радиальных отверстий 13 способствует проточка 22, выполненная на наружной поверхности подпружиненной втулки 15. Поток жидкости с находящимися в нем твердыми частицами проходит по кольцевому зазору 16 между стволом 1 и верхним корпусом 8, по внутреннему пространству пружины 18, минуя ее витки, и выходит через нижние радиальные отверстия 14 в подпакерное затрубное пространство. Небольшая площадь сопряжения посадочного пояска 19 подпружиненной втулки 15 и уплотнителя 20 втулки 21 не позволяет твердым частицам осесть на контактирующих поверхностях, а тем более разъесть их. Выполнение уплотнения из полиуретана позволяет повысить степень герметизации верхнего радиального отверстия 13 подпружиненной втулкой 15. Размещение пружины 18 в периферийной зоне кольцевого пространства 12, через которую поток жидкости не проходит, не позволяет частицам твердой фазы, находящимся в перекачиваемом через пакер жидкости или в газовом потоке, осесть на пружине или между ее витков и привести к ее отказу на открытие или закрытие втулки 15. Выполнение нижних радиальных отверстий 14 на уровне дна кольцевого пространства 12, в крайнем нижнем положении, позволяет избежать возникновения застойных зон и препятствует попаданию твердых частиц в кольцевое пространство 12 пакера, а значит, устраняет условия возникновения отказа пакера на запакеровку.

По окончании закачки технологического раствора за счет снижения перепада давления втулка 15 под действием пружины 18 вновь вернется в исходное положение и перекроет кольцевое пространство 12 и верхние радиальные отверстия 13 пакера.

Извлечение пакера осуществляется с помощью инструмента, спускаемого во внутритрубное пространство 11.

Формула изобретения

Пакер, включающий корпус с уплотнительными элементами и радиальными отверстиями выше и ниже уплотнительных элементов, полый ствол, образующий с корпусом кольцевое пространство, соединенное с наружным пространством, подпружиненную втулку, имеющую возможность осевого перемещения, и шлипсы, отличающийся тем, что подпружиненная втулка выполнена в виде полого цилиндра, наружной поверхностью взаимодействующего с внутренней поверхностью корпуса и образующего кольцевой зазор между наружной поверхностью ствола и внутренней поверхностью подпружиненной втулки, на верхнем торце подпружиненной втулки выполнен посадочный поясок, а на наружной поверхности подпружиненной втулки выполнена проточка, при этом нижние радиальные отверстия размещены на уровне дна кольцевого пространства, а верхние радиальные отверстия выполнены с возможностью их перекрытия подпружиненной втулкой.

РИСУНКИ