пакер

Формула изобретения

1. Пакер, включающий уплотнительный узел, состоящий из деформируемого патрубка, эластичной манжеты и расширяющего элемента, соединенного через срезной элемент с цилиндром, связанным с приводом через тягу, при этом внутренний диаметр расширяющего элемента выбран под наружный диаметр плунжера, установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб, с уплотнительным элементом для взаимодействия с внутренней стенкой расширяющего элемента, отличающийся тем, что плунжер снабжен якорным узлом, включающим клин, установленный в его кольцевой расточке с возможностью радиального перемещения и упирающийся верхним торцом в кольцевой выступ и взаимодействующий снизу с плашками, а последние - с опорным патрубком, свободно посаженным на плунжер и соединенным с ним срезным элементом и взаимодействующим с уплотнительным элементом плунжера, выполненным в виде набора повторяющихся металлических колец и самоуплотняющихся манжет.

2. Пакер по п. 1, отличающийся тем, что уплотнительный узел снабжен опорной втулкой, верхний торец которой выполнен с внутренней конической расточкой, а с нижнего торца имеет наружную цилиндрическую выборку, в которой с втулкой соединен деформируемый патрубок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадной колонны от воздействия высокого давления.

Известен "Пакер", включающий корпус, установленный в корпусе патрубок с расположенным на его наружной поверхности уплотнителем и связанный с приводом расширяющий конус (1).

Недостатком данной конструкции является большое усилие посадки, большой ход расширяющего конуса при посадке, что приводит к увеличению массы и габаритов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является "Пакер", содержащий уплотнительный узел, состоящий из деформируемого патрубка, эластичной манжеты и расширяющего элемента, соединенного через срезной элемент с цилиндром, связанным с приводом через тягу, при этом внутренний диаметр расширяющего элемента выбран под наружный диаметр плунжера, установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб, с уплотнительным элементом для взаимодействия с внутренней стенкой расширяющего элемента (2).

Недостатки известного пакера.

Закачка воды в пласт, как правило, происходит в пульсирующем режиме. Посадка плунжера в расширяющий элемент в известной конструкции осуществляется без должного контроля, она может быть как со слабой, так и с высокой нагрузкой со стороны НКТ. В первом случае, при пульсирующем режиме закачки, может происходить отход расширяющего элемента от упорного торца плунжера и постоянное биение последнего о расширяющий элемент, что в конечном итоге приведет к расшатыванию уплотнительного узла и его разгерметизации. Во втором случае - при перенагрузке, уплотнительный узел может быть сдвинут со своего места, что также приведет к разгерметизации. В обоих случаях создается аварийная ситуация, ликвидация которой связана с проведением разбуривания уплотнительного узла и с последующим повторным спуском нового оборудования и т.д. Все это приводит к задалживанию значительного количества времени на непроизводительные работы и расходованию материальных средств.

Задачей изобретения является создание конструкции пакера, обладающего высокой надежностью и долговременностью в работе и позволяющего сэкономить значительные материальные средства.

Указанная задача решается предлагаемым пакером, включающим уплотнительный узел, состоящий из деформируемого патрубка, эластичной манжеты и расширяющего элемента, соединенного через срезной элемент с цилиндром, связанным с приводом через тягу, при этом внутренний диаметр расширяющего элемента выбран под наружный диаметр плунжера, установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб, с уплотнительным элементом для взаимодействия с внутренней стенкой расширяющего элемента.

Новым является то, что плунжер снабжен якорным узлом, включающим клин, установленный в его кольцевой расточке с возможностью радиального перемещения и упирающийся верхним торцом в кольцевой выступ и взаимодействующий снизу с плашками, а последние - с опорным патрубком, свободно посаженным на плунжер и соединенным с ним срезным элементом и взаимодействующим с уплотнительным элементом плунжера, выполненным в виде набора повторяющихся металлических колец и самоуплотняющихся манжет.

Новым также является то, что уплотнительный узел снабжен опорной втулкой, верхний торец которой выполнен с внутренней конической расточкой, а с нижнего торца имеет наружную цилиндрическую выборку, в которой с втулкой соединен деформируемый патрубок.

На фиг.1 изображен продольный разрез уплотнительного узла пакера в транспортном положении.

На фиг.2 - предлагаемый пакер после запакеровки.

На фиг.3 - в рабочем положении.

Пакер состоит из уплотнительного узла, включающего эластичную манжету 1 (фиг.1), деформируемый патрубок 2 и расширяющий элемент 3. Внутри последнего концентрично установлен цилиндр 4, соединенный тягой 5 с приводом 6. Срезным кольцом 7 цилиндр взаимодействует с расширяющим элементом 3. Деформируемый патрубок 2 в верхней части соединен с опорной втулкой 8, выполненной с конической расточкой 9 и цилиндрической выборкой 10 и упирающейся в корпус привода 6, который имеет соединительный элемент для присоединения к колонне НКТ 11.

Пакер работает следующим образом.

После спуска его в скважину в заданный интервал на колонне НКТ 11 в трубное пространство закачивают жидкость под давлением, которое передается приводу 6, заставляя перемещаться вверх тягу 5 вместе с цилиндром 4 и связанным с ним через срезной элемент 7 расширяющим элементом 3. Последний, передвигаясь через деформируемый патрубок 2, расширяет его и плотно прижимает эластичную манжету 1 к стенкам обсадной колонны 12. Расширяющий элемент 3 двигается до тех пор, пока не упрется в опорную втулку 8, после чего происходит разрушение срезного элемента 7 и освобождение расширяющего элемента 3 от цилиндра 4. Затем из скважины извлекают привод 6 вместе с цилиндром 4 и колонной НКТ 11. После этого в скважину спускают колонну НКТ с установленным на нижнем конце плунжером 13 (фиг.2) с уплотнительным элементом, выполненным в виде набора повторяющихся металлических колец 14 и самоуплотняющихся манжет 15 для взаимодействия с внутренней стенкой 16 расширяющего элемента 3. На плунжере свободно установлен опорный патрубок 17, соединенный с ним срезным элементом 18. С патрубком 17 взаимодействует якорный узел, состоящий из плашек 19 и клина 20, расположенного в кольцевой расточке 21 плунжера и упирающегося сверху в кольцевой выступ 22. Снизу на плунжер навернут упорный наконечник 23. Клин 20 установлен с возможностью радиального перемещения на случай овальности обсадной колонны и несоосности оборудования.

Деформируемый патрубок 2 изготовлен из легко расширяемого материала (например, сталь 10, алюминиевые сплавы и др.), а втулка 8 и расширяющий элемент 3 - из легко разрушаемого материала (например, чугуна).

После вхождения плунжера 13 в уплотнительный узел пакера и посадки опорного патрубка 17 на опорную втулку 8 происходит разрушение срезного элемента 18. При дальнейшем опускании плунжера клин 20 также опускается вниз и раздвигает плашки 19 в радиальном направлении, которые врезаются в обсадную колонну и надежно фиксируют пакер в скважине. Скважина готова для эксплуатации по нагнетанию в пласт жидкости.

Чтобы убрать пакер с места, необходимо сделать натяжку НКТ, клин выйдет из зацепления с плашками, после чего плунжер поднимают на поверхность. Если нужно убрать и уплотнительный узел, его разбуривают.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого пакера заключается в его высокой надежности и долговременности в работе, так как от сдвига под действием давления закачки пакер удерживается не только трением плотно прижатой к стенкам обсадной колонны эластичной манжеты, но и якорным узлом, соединенным с плунжером, постоянно поджимаемым как сверху насосно-компрессорными трубами, так и снизу давлением закачки. При этом самоуплотняющиеся манжеты не создают подъемной силы, действующей на плунжер. Все это в конечном счете позволит сэкономить значительные материальные средства.

Использованная информация

1. Аналог. А.с. 1726730, МКИ Е 21 В 33/12, 1992.

2. Прототип. Патент РФ 2162137, МКИ 7 Е 21 В 33/12, 2001.