пакерующее устройство

Формула изобретения

Пакерующее устройство, включающее остов, корпус клапанного узла, центральный шток, телескопически связанный с корпусом клапанного узла, гидравлическую камеру, имеющую связь через отверстия центрального штока с его внутренней полостью, при этом центральный шток имеет возможность перемещаться на определенную длину, обеспечивающую сообщение и разобщение через отверстия центрального штока гидравлической камеры с внутренней полостью центрального штока, центральный шток имеет кольцевую проточку и установленное в нее разрезное тарированное кольцо, удерживающее конструкцию от самопроизвольного перемещения по нему, отличающееся тем, что центральный шток выполнен в виде поршня, который образует с корпусом клапанного узла гидравлическую камеру, имеющую одновременно гидравлическую связь через отверстия центрального штока в области камеры с внутренней его полостью и через размещенный в корпусе клапанного узла клапан и выполненные в корпусе клапанного узла отверстия и кольцевую проточку центрального штока и отверстия в остове с полостью между остовом и пакерующим элементом, при этом клапан, обеспечивающий прохождение жидкости из-под- или межпакерного пространства в канал центрального штока заключен в корпус, уступ которого и верхний переводник ограничивают величину перемещения центрального штока, при этом канал центрального штока имеет возможность сообщения с полостью под пакерующим элементом общим каналом связи, посредством периодического совмещения отверстий, выполненных в центральном штоке и остове.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к разобщению пластов с целью селективного исследования в процессе освоения и эксплуатации вертикальных и горизонтальных скважин.

Известен гидравлический пакер по а.с. СССР N 1416666 A1 кл. E 21 B 33/12 для разобщения пластов в глубоких многоколонных по конструкции скважинах с целью сокращения поперечных его габаритов. Срабатывает пакер за счет создания расчетного избыточного внутреннего давления для запакеровки уплотнительного элемента. Для надежности запакеровки избыточное внутреннее давление повышают, например, до 30,0 МПа. Жидкость из колонны поступает под уплотнительный элемент по радиальным каналам, кольцевой проточке и продольным пазам. При избыточном давлении в пакере, равном 30 МПа, срезается штифт и втулка перемещается вверх до упора и фиксируется от возможных перемещений вниз. При этом положении внутренняя полость уплотнительного элемента изолирована от внутренней полости гидравлического пакера. Недостатком данного пакера является то, что для повторной пакеровки требуется подъем оборудования на поверхность для замены разрушенных деталей.

Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому является устройство для разобщения пластов в скважине по патенту Российской Федерации RU N 2072025 кл. E 21 B 33/12, предназначенное для обеспечения возможности многократного использования устройства за одну спуско-подъемную операцию, в том числе в горизонтальных скважинах. Устройство присоединяется к колонне труб и спускается в скважину в интервал разобщения пласта. Затем закачкой жидкости в полостях патрубков создают давление. В результате штуцирования возникает перепад между давлением внутри трубы и в затрубном пространстве. При этом срабатывает клапанная система, и подвижная опора сжимает пружину. Одновременно с этим давление распространяется в гидравлическую камеру и перемещает поршень, который, воздействуя на опору, сжимает уплотнительный элемент до полного прижатия его к стенке скважины. Далее создают натяжение колонны труб, и патрубок 12 выходит из зацепления с верхним упором пакерного узла. При этом происходит разобщение гидравлической камеры от внутренней полости устройства. Подъем колонны труб приостанавливается, как только выступ патрубка нижнего пакерного узла упрется в нижний торец ствола. Затем дальнейшим натяжением колонны труб проверяют надежность запакеровки пакерного узла и в случае ненадежной установки его операцию повторяют. В случае надежной установки пакерного узла натяжение колонны труб продолжают до совмещения отверстий в патрубках. При этом давление жидкости, распространившись в гидравлическую камеру, перемещает поршень, сжимая уплотнительный элемент верхнего пакерного узла до полного прижатия его к стенке скважины. Далее опусканием колонны труб разобщают отверстия в патрубке и стволе, обеспечивая герметизацию гидравлической камеры. Продолжая опускать колонну труб, проверяют надежность запакеровки верхнего пакерующего узла. Распакеровка пакерных узлов осуществляется в обратном порядке.

Недостатком данного устройства является сложность технологического процесса пакеровки и распакеровки устройств. Управление клапанными системами, проверка надежности пакеровки вытяжкой и посадкой инструмента в промысловых условиях отличается особой сложностью, в особенности, в горизонтальных скважинах.

Целью изобретения является повышение надежности пакеровки и упрощение управления технологическим процессом пакеровки и распакеровки устройства за счет автоматического управления клапаном и подачи сигнала на поверхность об окончании пакеровки и герметизации образующейся полости между пакерующим элементом и остовом пакера.

Поставленная цель достигается тем, что предлагается пакерующее устройство, включающее остов, корпус клапанного узла, центральный шток, телескопически связанный с корпусом клапанного узла, гидравлическую камеру, имеющую связь через отверстие центрального штока с его внутренней полостью, при этом центральный шток имеет возможность перемещаться на определенную длину, обеспечивающую сообщение и разобщение через отверстия центрального штока гидравлической камеры с внутренней полостью центрального штока, имеющего кольцевую проточку с установленным в нее разрезным тарированным кольцом, удерживающим конструкцию от самопроизвольного перемещения по нему. Устройство отличается тем, что центральный шток выполнен в виде поршня, который образует с корпусом клапанного узла гидравлическую камеру, имеющую одновременно гидравлическую связь через отверстия центрального штока в области камеры с внутренней его полостью и через размещенный в клапанном узле клапан и выполненные в клапанном узле отверстия и кольцевую проточку центрального штока и отверстия в основе с полостью между остовом и пакерующим элементом, при этом клапан, обеспечивающий прохождение жидкости из под- или межпакерного пространства в канал центрального штока заключен в корпус, уступ которого и верхний переводник ограничивают величину перемещения центрального штока, при этом канал центрального штока имеет возможность сообщения с полостью под пакерующим элементом общим каналом связи посредством периодического совмещения отверстий, выполненных в центральном штоке и остове.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство с частичным разрезом в транспортном положении, на фиг. 2 - в запакерованном виде. Устройство состоит из трех основных узлов, взаимосвязанных посредством центрального штока 3, который соединяется с нижней частью колонны труб переводником 1. Узел, включающий корпус клапанного узла 7, пробку 9, пружину 8, шар 10, служит для удержания избыточного давления внутри полости 19, пакерующего элемента 5, при отсутствии избыточного давления внутри канала центрального штока. Узел, включающий остов 6, пакерующий элемент 5, предназначенный для разобщения пластов скважины. Корпус клапана 11, пружина 14, шарик 13 и седло 12 образуют узел, обеспечивающий прохождение жидкости из под- или межпакерного пространства в центральный канал штока 3. От свободного перемещения корпуса клапанного узла 7, жестко связанного через остов 6 с пакерующим элементом, относительно центрального штока удерживается разрезным тарированным пружинным кольцом 2. Работает устройство следующим образом:

С помощью резьбы через переводник 1 пакерующее устройство присоединяется к колонне труб и спускается в скважину в интервал разобщения пласта. Количество спускаемых пакерующих устройств в скважину зависит от количества исследуемых пластов или участков пласта в горизонтальных скважинах. Причем заглушка 15 устанавливается только на нижнем пакерующем устройстве, а на остальных межпакерных участках, не подлежащих исследованию, верхнее пакерующее устройство спускается с заглушенным седлом 12 клапана. По окончании спуска компоновки пакерующих устройств в заданный интервал инструмент оставляют на крюке подъемника в подвешенном состоянии. Затем закачкой жидкости во внутреннюю полость труб создают давление. Жидкость одновременно через отверстия 16 центрального штока, совмещенные с отверстиями 17 остова, и через отверстия 21 центрального штока, соединяющие внутреннюю полость труб с гидравлической камерой 20, образованной корпусом клапанного узла 7 и центральным штоком 3, сжимая пружину 8, отжимает шар 10, через отверстия 18 остова поступает под пакерующий элемент 5, растягивая его, образует полость 19 между остовом 6 и пакерующим элементом 5, который прижимается к стенке скважины. Давление закачки поднимается до определенного (к примеру 6 МПа), на которое настраивается срабатывание стопорного пружинного кольца 2. При этом давлении пружинное кольцо сжимается и выходит из зацепления. Центральный шток 3 под действием сил, направленных в разные стороны, вызывающих давление жидкости в камере 20, образованной центральным штоком, выполненным в виде поршня, и корпусом клапана, резко перемещается верх потому, что при этом давлении пакерующий элемент 5, жестко связанный с остовом 6 и корпусом клапанного узла 7 прижат к стенке скважины. Резкое перемещение вверх центрального штока, жестко связанного с колонной труб, вызывает резкое снижение веса на крюке, что обеспечивает по индикатору веса визуальный контроль за надежностью пакеровки. Если снижение веса не произошло, это означает, что нет прижатия пакерующего элемента к стенке скважины. При перемещении центрального штока вверх отверстия 16 и отверстия 17 остова 6 пакерующего элемента смещаются друг относительно друга и разделяются уплотнительными кольцами 4, тем самым достигается разобщение полости 19 с внутренней полостью труб. Движение штока вверх ограничивается упором корпуса нижнего клапана 11 в корпус клапанного узла 7. Закачка жидкости в трубы при заданном давлении продолжается до прекращения снижения веса инструмента. Давление в этом случае передается в полость 19 под уплотняющий элемент через клапанный узел. Прекращение снижения веса инструмента означает, что разобщение полости 19 под пакерующим элементом и внутренней полости труб закончено. Далее закачка жидкости прекращается. Избыточное давление в трубах стравливается. Под действием пружины 8 и давления в полости 19 под пакерующим элементом шар 10 плотно прижимается к седлу, удерживает избыточное давление в полости под пакерующим элементом и пакерующее устройство удерживается в запакерованном состоянии. Если при стравливании избыточного давления из внутренней полости труб произошло увеличение веса на крюке, это означает, что нет герметичности между полостью под пакерующим элементом и внутренней полостью труб. При откачке жидкости из труб пластовый флюид из под- или межпакерного пространства под действием пластового давления открывает нижний клапан и жидкость поступает внутрь труб. Снятие пакера производится следующим образом:

Инструмент плавно опускают. При этом центральный шток, жестко связанный с трубами, перемещается вниз до совмещения отверстий 16 центрального штока и отверстий 17 остова 6, которые образуют общий канал связи полости под пакерующим элементом с внутренней полостью труб. Давление в полости 19 и внутри труб выравнивается, пакерующий элемент сжимается, отходит от стенки скважины и принимает свое первоначальное положение. Скачок увеличения веса на крюке означает, что произошла распакеровка. Одновременно с движением центрального штока вниз стопорное пружинное кольцо 2 сжимается в конусной проточке, свободно входит в кольцевую проточку и пакерующее устройство фиксируется в исходном положении. При необходимости перемещением вверх или вниз пакерующее устройство (компоновка пакерующих устройств) устанавливается в любом другом месте и операция повторяется.

Таким образом, пакерующее устройство позволяет:

- с уменьшенными поперечными габаритными размерами за счет гидравлической пакеровки разобщать пласты в скважинах большего диаметра;

- без подъема его из скважины проводить исследования пластов или участков одного пласта, выбирая их селективно;

- соединяя несколько пакерующих устройств в компоновку, можно разобщить сразу несколько пластов или участков одного пласта, расположенных на различных интервалах друг от друга в любых категориях скважин.

Кроме того, обладает дополнительным эффектом, который заключается:

- в обеспечении автоматического закрытия разделительного клапана;

- в визуальном контроле на поверхности за надежностью пакеровки и работы клапанной системы.