разбуриваемый пакер

Формула изобретения

РАЗБУРИВАЕМЫЙ ПАКЕР, содержащий полый ствол с заглушкой на нижнем торце и радиальными окнами, установленный на стволе уплотнительный элемент, фиксатор рабочего положения уплотнительного элемента, выполненный в виде подпружиненных друг относительно друга кулачков со скошенными торцами, связанный со стволом входной патрубок и гидроцилиндр с поршнем, надпоршневая полость которого связана с источником давления, установленные с возможностью отсоединения от ствола после установки уплотнительного элемента в рабочее положение и гильзу, установленную с возможностью осевого перемещения относительно ствола, отличающийся тем, что он снабжен связанными с торцом уплотнительного элемента шлипсами и конусом, который жестко связан с гильзой, при этом гильза выполнена с внутренним конусным выступом на верхнем торце, а подпружиненные кулачки установлены в радиальных окнах ствола с возможностью взаимодействия в рабочем положении уплотнительного элемента с верхним торцем внутреннего конусного выступа гильзы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к скважинным устройствам в нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при различных технологических операциях с разобщением ствола скважины на длительный период.

Известен пакер, содержащий полый шток, переходники, корпус с упором и уплотнительный элемент [1] . С помощью этого пакера можно осуществить разобщение ствола скважины путем создания осевой сжимающей нагрузки за счет веса колонны труб, на которых его спускают в скважину.

Недостаток этого пакера заключается в том, что он не обеспечивает герметичного разобщения ствола скважины при снятии осевой сжимающей нагрузки, так как при этом происходит распакеровка. Поэтому при натяжении колонны труб, например, для управления работой клапанов технологического оборудования, происходит преждевременная распакеровка, что приводит к нарушению технологического режима и неудачным операциям.

Известен гидромеханический пакер, включающий уплотнительный элемент, полый корпус, конус со шлицами, гидроцилиндр с кольцевым поршнем, гидравлически связанный с внутритрубным пространством, седло под клапан, перекрывающий канал корпуса, и центраторы, связанные жестко с кожухом, установленным с возможностью перекрытия радиальных каналов над клапаном [2] . С помощью этого пакера можно осуществить разобщение ствола скважины (обсадной колонны) путем нагнетания жидкости в колонну труб и создания избыточного давления и последующей разгрузкой части веса колонны труб на пакер. Снятие пакера с места (распакеровка) осуществляется путем снятия сжимающей нагрузки от веса колонны труб, т. е. натяжением колонны труб.

Недостаток этого пакера заключается том, что он не обеспечивает герметичного разобщения ствола скважины или обсадной колонны при снятии осевой сжимающей нагрузки от веса колонны труб.

Известен разбуриваемый пакер, принятый за прототип, содержащий ствол, установленный на нем уплотнительный элемент с фиксатором его положения относительно ствола, подвижный в осевом направлении входной патрубок с радиальными отверстиями, гидроцилиндр с поршнем и перфорированной втулкой, полость над которым через радиальные отверстия входного патрубка сообщается с источником давления, и установленный в нижней части ствола обратный клапан, при этом входной патрубок выполнен в нижней части заглушенным, а ствол заглушен в верхней части и выполнен с наружным буртом и радиальными каналами, подпружиненный относительно корпуса золотник установлен в полости гидроцилиндра под буртом ствола с возможностью перекрытия его радиальных каналов, а перфорированная втулка установлена с возможностью взаимодействия ее нижнего торца с заглушенной частью ствола. С помощью этого пакера осуществляется перекрытие и разобщение ствола скважины путем нагнетания жидкости в колонну труб, на которых пакер спускают скважину, и создания избыточного давления [3] . При этом разжатое до диаметра скважины положение уплотнительного элемента удерживается с помощью фиксатора, выполненного в виде кольцевых вырезов в нижней части ствола, который служит круглой храповой рейкой с зубьями, в которые упираются пружинные храповые собачки, заделанные в нижний фланец уплотнительного элемента, т. е. запакерованное положение сохраняется при снятии осевой сжимающей нагрузки от избыточного давления.

Недостатком этого пакера является ненадежность его в работе, которая обусловлена тем, что, во-первых, сравнительно сложная конструкция приводит к отказам, во-вторых, слабым и ненадежным в скважинных условиях звеном являются пружинные храповые собачки, в-третьих, отсутствует прочное зацепление пакера со стенками скважины или обсадной колонной, поскольку в конструкции отсутствуют металлические шлипсовые элементы.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности работы пакера.

Цель достигается тем, что в разбуриваемом пакере, содержащем стол в виде штока, установленный на нем уплотнительный элемент с фиксатором его положения относительно ствола, входной патрубок с радиальными отверстиями и гидроцилиндр с поршнем и втулкой, полость под которой через радиальные отверстия входного патрубка сообщается с источником давления, в отличие от прототипа, фиксатор выполнен в виде подпружиненных кулачков, размещенных в радиальных отверстиях ствола под входным патрубком, и гильзы, установленной на поршне, с возможностью взаимодействия с кулачками и конусами, установленными с возможностью перемещения вдоль ствола, а уплотнительный элемент снабжен шлипсамы, жестко закрепленными на торце уплотнительного элемента.

Новыми признаками устройства являются: выполнение фиксатора в виде подпружиненных кулачков, размещенных в радиальных отверстиях ствола под входным патрубком и гильзы с внутренней конусной поверхностью, установленной на поршне с возможностью взаимодействия с кулачками, и конусов, установленных с возможностью перемещения вдоль ствола; снабжение уплотнительного элемента шлипсами, жестко закрепленными на его торце.

Предложенное техническое решение конструкции фиксатора обеспечивает надежную фиксацию уплотнительного элемента в сжатом положении, а также позволяет упростить конструкцию пакера в целом. Выполнение уплотнительного элемента со шлипсами обеспечивает надежное сцепление пакера с обсадной колонной.

На фиг. 1 изображен разбуриваемый пакер, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - пакер в положении перекрытия обсадной колонны и отсоединенной верхней частью.

Пакер содержит (фиг. 1,2) ствол 1 в виде штока, установленный на нем уплотнительный элемент 2 с фиксатором его положения относительно ствола, заглушенный в нижней части входной патрубок 3 с радиальными отверстиями 4, гидроцилиндр 5 с поршнем 6, втулку 7, полость под которой через радиальные отверстия 4 сообщается с источником давления, и упор 8. Ствол 1 соединен с входным патрубком 3 с помощью левой резьбы 9. Фиксатор выполнен в виде кулачков 10, подпружиненных пружиной 11 и размещенных в радиальных отверстиях ствола 1 под входным патрубком 3, и гильзы 12 с внутренней конусной поверхностью 13, установленной с возможностью взаимодействия с кулачками 10.

Уплотнительный элемент снабжен конусом 14 со шлипсами 15, имеющими острые выступы 16, и удерживается на стволе 1 с помощью опоры 17, связанной со стволом резьбовым соединением.

Пакер работает следующим образом.

Пакер соединяют с узлами применяемого технологического оборудования и на колонне труб спускают в скважину на требуемую глубину. В колонну труб нагнетают жидкость и создают избыточное давление, которое действует на поршень 6 и перемещает гидроцилиндр 5 вниз относительно патрубка 3 и жестко связанного с ним ствола 1. Гидроцилиндр 5 толкает гильзу 12 и связанный с ним конус 14 вниз. При этом уплотнительный элемент 2 сжимается в осевом направлении и одновременно расширяется в радиальном направлении вместе со шлипсами 15 до диаметра скважины и перекрывает обсадную колонну. При перемещении вниз гильза 12 своей конусной поверхностью контактирует с кулачками 10, которые сжимая пружину 11, перемещаются во внутрь ствола 1. После прохождения гильзы 12 под кулачки 10 они снова занимают исходное положение за счет сил упругости сжатой пружины 11 и тем самым фиксируют положение уплотнительного элемента 2 относительно ствола 1 (фиг. 3). Фиксирование происходит после полного перекрытия обсадной колонны 18 уплотнительным элементом 2 и надежного зацепления с колонной шлипсов 15 за счет их острых выступов 16.

По окончании технологических операций, например, опрессовки обсадной колонны или обработки пласта, вращением колонны труб вправо входной патрубок 3 по левой резьбе разъединяют со стволом 1 и вместе с гидроцилиндром 5, втулкой 7 и упором 8 поднимают на поверхность, а пакер, перекрывающий обсадную колонну 18, оставляют в скважине для изоляции нижерасположенных непродуктивных или водоносных пластов.

Если необходимость в перекрытии обсадной колонны пакером отпадает, то в скважину на колонне труб спускают бурильную головку и пакер разбуривают.

Таким образом предложенный пакер по сравнению с прототипом имеет упрощенную конструкцию, обеспечивает герметичную установку и перекрытие обсадной колонны, надежную фиксацию уплотнительного элемента в сжатом положении и прочное сцепление с колонной за счет острых выступов шлипсов, что исключает неудачные операции и дает технико-экономический эффект.