пакер для насосно-компрессорных труб

Формула изобретения

Пакер для насосно-компрессорной трубы, содержащий корпус в виде трубы, резиновую оболочку с арматурой и устройство силового воздействия на оболочку для ее пакерования, отличающийся тем, что в корпусе выполнены два канала, закрытые размещенными в насосно-компрессорных трубах съемными поршнями, один из которых выполнен в виде втулки с проходным отверстием, арматура выполнена в виде тонкостенного волнообразного каркаса с продольными прорезями, образующими упругие лепестки, резиновая оболочка выполнена в виде двухсторонней облицовки каркаса, в том числе в прорезях, при этом силовой привод выполнен в виде соединенного с каркасом цилиндра с каналами для выхода в затрубное пространство, стаканом, установленным в зоне каналов, поршнем со штоком, при этом цилиндр прикреплен к корпусу с условием предоставления степени свободы каркасу в осевом направлении при его деформациях от давления скважинной жидкости в затрубном пространстве и имеет возможность выхода внутрь насосно-компрессорных труб над поршнем для подачи жидкости с высоким давлением в резиновую оболочку и под штоком для сбора давления в резиновой оболочке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а конкретнее к технике пакерования насосно-компрессорных труб (НКТ) в колонне нефтяных и газовых скважин.

Известны пакеры для НКТ разных конструкций, основу которых составляют толстостенные резиновые втулки (оболочки), установленные на НКТ и сжимаемые различными способами для увеличения их в диаметре до плотного прилегания к внутренней стенке колонны и тем самым до герметизации затрубного пространства между НКТ и колонной (Д. С. Варламов. Испытатели пластов многоциклового действия. М., Недра, 1982, с. 92-101).

Пакеры широко используются для герметизации скважин, однако они контактируют с поверхностью колонны лишь узкими поясками, образованными зоной деформации сжатых резиновых втулок. В результате этого при большой разности давлении скважинной жидкости над пакером и под пакером жидкость прорывается через зону контакта резиновой втулки с колонной, образуя перетоки.

Известен также пакер, принятый за прототип, содержащий корпус в виде трубы, резиновую оболочку с арматурой и устройство силового воздействия на оболочку для ее пакерования (Е.И. Бухаленко, В.Е. Бухаленко. Оборудование и инструмент для ремонта скважин. М., Недра, 1991, с.253-264). Такой пакер с раздутой резиновой оболочкой прилегает к колонне по всей его длине, улучшая герметизацию стыка в контактной зоне.

Однако из-за большой площади контакта приходится прилагать значительные усилия для достижений контактных напряжений, превышающих давление скважинной жидкости. Поскольку такое условие для резины, мягкой по сравнению с металлом, трудно выполнимо, для повышения жесткости в резину размещают арматуру в виде клиньев, стержней и т.п. Но требующиеся усилия от этого не уменьшаются, а, напротив, возрастают. По этой причине устройство силового воздействия на оболочку получается громоздким и сложным, а габариты пакера по длине составляют до нескольких метров. Не исключается также срыв пакера давлением жидкости и появление в связи с этим ее перетоков.

Задачей заявляемого изобретения является создание пакера, лишенного недостатков прототипа.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является большая величина контактных напряжений в зоне контакта пакера с колонной, превышающая давление скважинной жидкости, большая жесткость пакера в этой зоне, обеспечивающая достаточные контактные напряжения, силовое сцепление пакера с колонной, предотвращающее его срывы давлением скважинной жидкости, простота конструкции и малые габариты пакера и силового привода при отсутствии двигателей и подводимой в скважину энергии, простота установки и снятия пакера, надежность от осевых срывов пакера скважинным давлением.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что в пакере для НКТ, содержащем корпус в виде трубы, резиновую оболочку с арматурой и устройство силового воздействия на оболочку для ее пакерования, согласно изобретению, в корпусе выполнены два канала, закрытые размещенными в насосно-компрессорных трубах съемными поршнями, один из которых выполнен в виде втулки с проходным отверстием, а арматура выполнена в виде тонкостенного волнообразного каркаса с продольными прорезями, образующими упругие лепестки, резиновая оболочка выполнена в виде двухсторонней облицовки каркаса, в том числе в прорезях, при этом силовой привод выполнен в виде соединенного с каркасом цилиндра с каналами для выхода в затрубное пространство, стаканом, установленным в зоне этих каналов, поршнем со штоком, при этом цилиндр прикреплен к корпусу с условием предоставления степени свободы каркасу в осевом направлении при его деформациях от давления скважинной жидкости в затрубном пространстве и имеет возможность выхода внутрь насосно-компрессорных труб над поршнем, для подачи жидкости с высоким давлением в резиновую оболочку, и под штоком, для сброса давления в резиновой оболочке.

Выполнение каналов в корпусе необходимо для подвода скважинной жидкости к поршню и штоку и использования ее давления: на поршне - для его перемещения и подачи жидкости с высоким давлением в резиновую оболочку, а на штоке - для сброса давления в резиновой оболочке перед подъемом пакера. Закрытие каналов съемными поршнями обеспечивает: возможность спуска пакера в скважину с последующим снятием поршня и подводом жидкости через канал к поршню; возможность подъема пакера снятием поршня-втулки и открытием канала к штоку для сброса давления в штоковой камере и резиновой оболочке. Изготовление поршня в виде втулки с проходным отверстием позволяет поднимать и опускать через НКТ приборы, перфораторы, аппаратуру и т.п., так как втулку снимают только перед поднятием пакера на поверхность.

Выполнение арматуры в виде тонкостенного волнообразного каркаса с выступами и впадинами, с продольными прорезями, образующими гибкие лепестки, позволяет каркасу увеличиваться в диаметре при воздействии на него резинового слоя, находящегося под давлением жидкости. Обрезиненные выступы прижимаются к колонне, уплотняя зазоры между пакером и колонной. При уменьшении давления скважинной жидкости каркас возвращается в исходное состояние упругими силами лепестков. Выступы имеют небольшую площадь контакта, в связи с чем удельные контактные давления легко превышают давление скважинной жидкости. Деформация впадин обеспечивает увеличение диаметров выступов. Заостренные шипы во впадинах внедряются в стенку колонны при увеличении пакера в диаметре под воздействием высокого давления жидкости. Выполнение резиновой оболочки в виде двухсторонней облицовки каркаса, в том числе и в прорезях, обеспечивает герметизацию пакера, передачу усилия на лепестки, уплотнение выступов каркаса.

Создание силового привода в виде соединенного с каркасом цилиндра с каналами, для выхода в затрубное пространство, стаканом, установленным в зоне этих каналов, поршнем со штоком, обеспечивает увеличение давления скважинной жидкости в мультипликаторе поршень- шток. Получение давления внутри резиновой оболочки, превышающего скважинное давление, обеспечивает возможность расширяться резиновой оболочке и волнообразному каркасу, преодолевая скважинное давление. Таким образом, обеспечивается уплотнение затрубного пространства пакером. Стакан предназначен для переключения каналов от получения скважинной жидкости из канала, соединенного с НКТ, на канал, соединенный с затрубным пространством. После этого имеется возможность создавать повышенное давление в затрубном пространстве и выполнять технологические операции внутри НКТ, сопровождающиеся перепадами давления. Пульсация этого давления уже не будет оказывать влияния на степень закрепления и герметизации пакера, так как канал в НКТ закрыт.

Закрепление цилиндра к корпусу, во-первых, совместно с заостренными шипами предотвращает возможность срыва пакера давлением столба жидкости в затрубном пространстве, а во-вторых, позволяет каркасу перемещаться в осевом направлении при его деформациях от давления скважинной жидкости.

Предложенный пакер представлен на чертежах, где изображен его вид в продольном разрезе (фиг. 1) и разрез А-А (фиг. 2). Пакер содержит корпус 1 с каналами 2, закрытыми размещенными в насосно-компрессорных трубах съемными поршнями 3 и 4, последний из которых выполнен в виде втулки с проходным отверстием, резиновую оболочку 5, выполненную в виде двухсторонней облицовки арматуры, которая изготовлена в виде тонкостенного волнообразного каркаса 6 с выступами 7 и впадинами 8, с продольными прорезями 9, образующими лепестки 10, и с заостренными шипами 11 во впадинах 8. Силовой привод выполнен в виде соединенного с каркасом 6 цилиндра 12 с каналами 2, который имеет выход в затрубное пространство, стаканом 15, установленным в зоне канала 2, поршнем 13 со штоком 14. Каналы 2 с выходом внутрь НКТ 17 соединены раздельно с камерами над поршнем 13 и под штоком 14. Цилиндр 12 прикреплен к корпусу 1 из условия предоставления степени свободы в осевом направлении 18 каркасу 6 при его деформациях от давления скважинной жидкости в затрубном пространстве 16.

Пакер работает следующим образом. Все элементы пакера собирают на корпусе 1. Устанавливают также съемные поршни 3 и 4. Стакан 15 ставят в исходное положение. Затем пакер соединяют корпусом 1 с НКТ и опускают НКТ в зону пакерования. Достигнув заданной глубины, в НКТ на кабеле опускают ловитель и извлекают на поверхность поршень 3. Жидкость изнутри НКТ 17 по каналу 2 поступает в камеру над поршнем 13 и внутрь стакана 15. Поршень 13 начинает перемещаться вниз, создавая штоком 14 высокое давление жидкости и раздувая пакер. Стакан 15 перемещается вверх и вначале открывает канал 2, соединенный с затрубным пространством 16, а затем закрывает канал 2, соединенный с пространством внутри НКТ 17. На поршень 13 начинает действовать постоянное давление столба жидкости в затрубье 16. Благодаря этому пакер находится постоянно в рабочем состоянии. После окончания работ на кабеле опускают захват и поднимают на поверхность поршень 4. Поршень 4 открывает канал 2, соединяющий объем внутри НКТ 17 с камерой под штоком 14. Жидкость из-под штока 14 проникает внутрь НКТ 17, давление жидкости под штоком 14 падает до уровня давления жидкости в НКТ, и пакер складывается под действием давления жидкости в затрубном пространстве 16. После этого пакер можно извлекать из скважины вместе с колонной НКТ.

Как видно, предложенный пакер легко включается в работу, легко отключается, имеет надежное закрепление, обеспечивает эффективное уплотнение в зоне закрепления, отсекая затрубное пространство.