пакер

Формула изобретения

ПАКЕР, включающий переходник, жестко связанный с ним входной патрубок с упором и шлицами в нижней части, телескопически связанный с входным патрубком полый ствол с внутренним выступом в верхней части, шлицами под шлицы входного патрубка и храповыми зубьями на наружной поверхности, установленный на стволе уплотнительный элемент, размещенный над уплотнительным элементом с возможностью осевого перемещения корпус с внутренним выступом в верхней части и фиксатор уплотнительного элемента относительно ствола, взаимодействующий с рабочими участками храповых зубьев, отличающийся тем, что фиксатор уплотнительного элемента относительно ствола выполнен в виде жестко связанной с переходником цанговой втулки с внутренним выступом и наружным для взаимодействия с внутренним выступом корпуса, а храповые зубья на наружной поверхности ствола выполнены в виде левой резьбы, при этом рабочие участки храповых зубьев ствола разделены гладкой поверхностью, длина которой по образующей ствола больше длины шлицы входного патрубка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к скважинным устройствам в нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при различных технологических операциях с разобщением ствола скважины, в частности, при работе с испытателями пластов.

Известен пакер, содержащий полый шток, переходники, корпус с упором и уплотнительный элемент. 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 [1] .

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 некоторых типов испытателей пластов, происходит преждевременная распакеровка, что приводит к нарушению технологического режима и неудачным операциям.

Известен пакер, содержащий шток, уплотнительную манжету, пружину и упор. С помощью этого пакера можно перекрыть ствол скважины путем сбрасывания шарика в полость насосно-компрессорных труб, на которых пакер спускают в скважину. При этом сжатая пружина освобождается и прижимает уплотнительную манжету к стенкам обсадной колонны [2] .

Недостаток этого пакера заключается в том, что невозможно осуществить его распакеровку, т. е. привести уплотнительную манжету в исходное (транспортное) положение по окончании работ. Поэтому его снятие с места и извлечение из скважины сильно затруднено, практически он является пакером одноразового использования.

Известен пакер [3] , принятый за прототип, содержащий корпус, ствол в виде полого штока с заглушками и радиальными отверстиями на концах, установленные на нем катушку и уплотнительный элемент с фиксатором его положения относительно ствола, подвижный в осевом направлении входной патрубок с радиальными отверстиями и заглушкой в нижней части, гидроцилиндр с поршнем и перфорированной втулкой и переходник. В полости гидроцилиндра установлен подпружиненный относительно корпуса золотник, перекрывающий радиальные каналы ствола в верхней части. В нижней части ствола установлен обратный клапан в виде резиновой трубки, перекрывающей радиальные каналы ствола. Фиксатор выполнен в виде сделанных в нижней части ствола кольцевых вырезов, благодаря которым ствол служит храповой рейкой с зубьями, в которые упираются пружинные храповые собачки, заделанные в нижний фланец катушки. С помощью этого пакера можно перекрыть ствол скважины путем прокачки жидкости и создания давления в полости труб, на которых пакер спускают в скважину. Давление нагнетания действует на поршень и перемещает его вниз. Двигаясь вниз, поршень действует через прикрепленную к нему втулку на ствол в виде полого штока и перемещает его вниз. При этом уплотнительный элемент подвергается сжатию в осевом направлении, деформируется и перекрывает ствол скважины. С этого момента независимо от того, сохраняется или не сохраняется сжимающее усилие, уплотнительный элемент остается в деформированном состоянии, так как максимально выдвинутое положение ствола зафиксировано храповым механизмом, элементами которого являются храповые зубья и пружинные храповые собачки. По окончании работ вращением колонны труб вправо отворачивают переходник с входным патрубком и гидроцилиндром от катушки уплотнительной манжеты и извлекают из скважины. Пакер в сжатом состоянии остается в скважине. Затем оставленный в скважине пакер разбуривают.

Недостаток этого пакера заключается в невозможности его снятия и извлечения из скважины, так как уплотнительный элемент остается в сжатом состоянии, упираясь в стенки ствол скважины. Кроме того, пакер имеет сложную конструкцию.

Целью изобретения является обеспечение возможности снятия с фиксированного положения и извлечения пакера из скважины, а также упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что в пакере, включающем переходник, жестко связанный с ним входной патрубок с упором и шлицами в нижней части, телескопически связанный с входным патрубком полый ствол с внутренним выступом в верхней части, шлицами под шлицы входного патрубка и храповыми зубьями на наружной поверхности, установленный на стволе уплотнительный элемент, размещенный над уплотнительным элементом с возможностью осевого перемещения корпус с внутренним выступом в верхней части и фиксатор уплотнительного элемента относительно ствола, взаимодействующий с рабочими участками храповых зубьев, фиксатор уплотнительного элемента относительно ствола выполнен в виде жестко связанной с переходником цанговой втулки с внутренним выступом корпуса, а храповые зубья на наружной поверхности ствола выполнены в виде левой резьбы, при этом рабочие участки храповых зубьев ствола разделены гладкой поверхностью, длина которой по образующей ствола больше длины шлицы входного патрубка.

Выполнение фиксатора в виде жестко связанной с переходником цанговой втулки с внутренним выступом и наружным для взаимодействия с внутренним выступом корпуса, храповых зубьев ствола и цанговой втулки в виде левой резьбы обеспечивает возможность расцепления храпового механизма. Разделение рабочих участков храповых зубьев ствола гладкой поверхностью, длина которой по образующей ствола больше длины шлица входного патрубка, обеспечивает возможность вращения переходника и жестко связанных с ним входного патрубка и цанговой втулки относительно ствола до расщепления храповых зубьев.

На фиг. 1 изображен пакер, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Пакер содержит корпус 1, ствол 2 в виде полого штока, установленный на нем уплотнительный элемент 3 с фиксатором его положения относительно ствола, подвижный в осевом направлении входной патрубок 4 с упором 5 и шлицами 6 и жестко связанный с входным патрубком переходник 7. Фиксатор положения уплотнительного элемента 3 выполнен в виде цанговой ступенчатой втулки 8 с внутренним 9 и наружным 10 выступами, жестко связанной с переходником 7. На внутреннем выступе 9 цанговой втулки 8 и на наружной поверхности ствола 2 храповые зубья 11 и 12 выполнены в виде левой резьбы. Ствол 2 в верхней части выполнен с внутренним выступом 13 и подвижно связан с входным патрубком 4 шлицевым соединением, при этом длина l₁ шлица 6 входного патрубка 4 меньше расстояния l₂ длины гладкой поверхности ствола, разделяющей рабочие участки храповых зубьев ствола 2. Снизу к стволу 2 жестко прикреплен переходник 14, который является нижней опорой уплотнительного элемента 3. Корпус 1 в нижней и верхней частях выполнен с внутренними выступами 15 и 16, нижний из которых является опорой для уплотнительного элемента 3. Диаметр d₁ наружного выступа 10 цанговой втулки 8 выполнен больше диаметра d₂ внутреннего выступа 16 корпуса 1.

Пакер работает следующим образом.

Пакер соединяют с узлами применяемого инструмента, например, испытателя пластов и на колонне труб спускают в скважину на требуемую глубину. За счет веса колонны труб создают осевую сжимающую нагрузку. При этом переходник 7 и жестко связанные с ним входной патрубок 4 и цанговая втулка 8 перемещаются вниз, толкают корпус 1, сжимая уплотнительный элемент 3, который расширяется до диаметра скважины и герметично перекрывает ее. При сжатии пакера храповые зубья 11 цанговой втулки 8 входят в зацепление с храповыми зубьями 12 ствола 2 и фиксируют сжатое положение уплотнительного элемента 3 относительно ствола 2. После этого сжимающую нагрузку с пакера можно снять и производить осевые перемещения колонны труб для управления работой клапанной системы испытателя пластов. По окончании работ для снятия пакера колонну труб вращают вправо. При этом переходник 7 с патрубком 4 и цанговой втулкой 8 проворачиваются относительно корпуса 1 и ствола 2, храповые зубья 11 и 12, выполненные в виде левой резьбы, отворачиваются относительно друг друга, цанга 8, отворачиваясь, перемещается вверх, храповые зубья 11 и 12 расцепляются, затем шлицы 6 патрубка 4 входят в зацепление со шлицами внутреннего выступа 13 ствола 2. Поскольку длина l₁ шлиц 6 патрубка 4 меньше расстояния l₂ - длины гладкой поверхности ствола между рабочими участками храповых зубьев, то шлицевое соединение входит в зацепление только после полного расцепления храповых зубьев 11 цанговой втулки 8 ствола 2. Наличие шлицевого зацепления обеспечивает передачу крутящего момента узлам, расположенным ниже пакера. Выполнение диаметра d₁ наружного выступа 10 цанговой втулки 8 больше диаметра d₂ внутреннего верхнего выступа 16 корпуса 1 обеспечивает перемещение корпуса 1 вверх относительно ствола 2 одновременно с перемещением переходника 7, патрубка 4 и цанговой втулки 8 и освобождает от сжатия уплотнительный элемент 3, который из-за упругих свойств принимает исходное положение, после чего инструмент можно поднять из скважины.

Таким образом, предложенный пакер обеспечивает герметичную установку и перекрытие ствола скважины, фиксацию уплотнительного элемента в сжатом положении и возможность снятия сжимающей нагрузки и, в отличие от прототипа, снятие его с места и извлечение из скважины, что обеспечивает его многократное использование и дает технико-экономический эффект. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1027365, кл. Е 21 В 33/12, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР N 829868, кл. Е 21 В 33/12, 1981.

3. Авторское свидетельство СССР N 1222818, кл. Е 21 В 33/12, 1986.