пакер с механическим якорем

Формула изобретения

Пакер с механическим якорем, включающий ствол, связанный переводником с колонной труб, нажимную втулку, упор и уплотнители, отличающийся тем, что пакер содержит ползун, размещенный в упоре с одной стороны и жестко закрепленный в нажимной втулке с другой стороны с возможностью перемещения вместе с ней относительно ствола, упор установлен на якоре с возможностью перемещения относительно него, при этом на якоре выполнено кольцо, контактирующее с уступом упора, кроме того, на ползуне установлены два уплотнителя, один из которых связан с нажимной втулкой, другой - с упором, и каждый из них имеет вкладыши, взаимодействующие с общей направляющей, установленной между ними, а на стволе между нажимной втулкой и переводником установлен третий уплотнитель, который снабжен тарельчатыми пружинами, взаимодействующими соответственно с нажимной втулкой и переводником, при этом между уплотнителем и стволом установлено опорное кольцо с уплотнением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и служит для разобщения пластов и изоляции эксплуатационной колонны труб от воздействия среды в процессе эксплуатации нефтяных, газовых, газоконденсатных и нагнетательных скважин, а также для проведения в них ремонтно-профилактических работ.

Известно устройство для разобщения ствола скважины, включающее ствол, связанный переводником с колонной труб, шлипсовый узел и конусы, в котором усилия на уплотнительный элемент передаются непосредственно на нажимную втулку, минуя шлипсовый узел, а между стволом и шлипсовым узлом установлена посадочная втулка (см. патент СССР 953990, кл. Е 21 В 33/12, опубл. 1982 г. ).

Это устройство не надежно при проведении работ по разобщению ствола, оно гидравлически связано с внутритрубным пространством и зависит от давления в нем.

Известен пакер, включающий связанный с колонной труб корпус, уплотнительное устройство в виде секционной кольцевой манжеты с коническими торцами, а в продольном сечении имеющую форму трапеции, взаимодействующую с двумя другими секциями, имеющими ответные торцевые поверхности (см. патент США 3181614, кл. 166-122, опубл. 1962).

Этот пакер сложен по конструкции, при его установке не обеспечивается равномерная этапность уплотнительных процессов.

Известен пакер с механическим якорем, включающий ствол, связанный переводником с колонной труб, нажимную втулку, упор и уплотнители (см. патент США 4078606, кл. Е 21 В 33/13, опубл. 1978).

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения,

Однако оно обладает недостатками.

Пакер прототипа обеспечивает только концентричную, жесткую посадку относительно стенки обсадной трубы, а равномерность уплотнительных процессов, их последовательность и этапность отсутствуют, нет однородности нагружения уплотнительных элементов, это снижает надежность установки пакера при пакеровании.

В основу настоящего изобретения положено решение технической задачи, позволяющей повысить надежность установки пакера за счет обеспечения равномерной этапности процессов и однородности натружения уплотнительных элементов, а также за счет возможности установки пакера концентрично относительно стенки обсадной трубы.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что пакер с механическим якорем включает ствол, связанный переводником с колонной труб, нажимную втулку, упор и уплотнители.

Пакер содержит ползун, размещенный в упоре с одной стороны и жестко закрепленный в нажимной втулке с другой стороны с возможностью перемещения вместе с ней относительно ствола, в свою очередь, упор установлен на якоре с возможностью перемещения относительно него, при этом на якоре выполнено кольцо, контактирующее с уступом упора, кроме того, на ползуне установлены два уплотнителя, один из которых связан с нажимной втулкой, другой с упором, и каждый из них имеет вкладыши, взаимодействующие с общей направляющей, установленной между ними, а на стволе между нажимной втулкой и переводником установлен третий уплотнитель, который снабжен тарельчатыми пружинами, взаимодействующими, соответственно, с нажимной втулкой и переводником, при этом между уплотнителем и стволом установлено опорное кольцо с уплотнением.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

За счет реализации отличительных признаков (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.

В пакере выполнен ползун, который жестко закреплен в нажимной втулке и имеет возможность свободно перемещаться в упоре вместе с нажимной втулкой, в свою очередь упор установлен на якоре, а на якоре выполнено кольцо, контактирующее с упором. Это обеспечивает равномерность установочного процесса от начала движения ствола, нажимной втулки, упора до момента достижения якорем неподвижности и продолжение следующего этапа установки пакера.

Два уплотнителя с вкладышами и с направляющей, установленные на ползуне, и уплотнитель с тарельчатыми пружинами и с опорным кольцом, установленный на стволе, обеспечивают однородность нагружения и надежность уплотнения, при этом два уплотнителя организуют первоочередное эластичное уплотнение, а третий уплотнитель за счет опорного кольца организует жесткое концентричное уплотнение относительно обсадной трубы.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 - пакер с механическим якорем, общий вид (разрез);

на фиг.2 - узел А на фиг.1 (уплотнитель, установленный на стволе);

на фиг.3 - узел Б на фиг.1 (два уплотнителя, установленных на ползуне);

на фиг.4 - узел В на фиг.1 (якорь при взаимодействии с упором);

на фиг.5 - узел Г на фиг.4 (кольцо на якоре при взаимодействии с упором).

Пакер с механическим якорем содержит:

- ствол 1;

уступ (на стволе 1) 2;

паз Г-образный (на стволе 1) 3;

- якорь 4;

подпружиненные сухари (на якоре 4) 5;

клинья (на якоре 4) 6;

кольцо (на якоре 4) 7;

палец (в пазе 3) 8;

- нажимную втулку (на стволе 1) 9.

- ползун (закреплен в нажимной втулке 9 с возможностью перемещения с ней по стволу 1) 10;

торцевая поверхность (ползуна 10 взаимодействует с уступом 2) 11;

- упор (установлен на якоре 4 и на ползуне 10) 12;

конусная поверхность (на упоре 12) 13;

уступ (на упоре 12 взаимодействует с кольцом 7) 14.

- уплотнители (два) (на ползуне между упором 12 и нажимной втулкой 9) 15;

разрезные вкладыши (в уплотнителях 15) 16;

направляющая (между вкладышами 16) 17;

- переводник 18;

втулка переводника (на стволе 1) 19.

- уплотнитель (на стволе 1) 20;

тарельчатая пружина (между уплотнителем 20 и втулкой 19) 21;

тарельчатая пружина (между уплотнителем 20 и нажимной втулкой 9) 22;

опорное кольцо (между уплотнителем 20 и стволом 1) 23;

уплотнение (для кольца 23) 24.

Пакер работает следующим образом:

- якорь 4 поворачивают на стволе 1 таким образом, чтобы палец 8 в Г-образном пазе 3 занял место в короткой его части;

- пакер спускают в скважину, при этом подпружиненные сухари 5 скользят по стенкам обсадной трубы, притормаживая спуск пакера и удерживая палец 8 в короткой части паза 3;

- на необходимой для пакеровки глубине колонну труб поворачивают, при этом палец 8 переходит по пазу 3 на его длинную часть;

- вновь продолжают спуск, и так как палец 8 свободно перемещается по пазу 3, то якорь 4, удерживаемый на обсадной трубе сухарями 5, остается неподвижным, а ствол 1 с установленными на нем остальными деталями спускается до контакта конусом 13 упора 12 с клиньями 6, при этом кольцо 7 неподвижного якоря 4 прекратит контактировать с уступом 14 упора 12. Клинья 6 начнут раздвигаться до контакта со стенками обсадной трубы и внедрения в нее, после чего произойдет остановка упора 12;

- при дальнейшем движении ствола 1 его уступ 2 прекратит контактировать с торцевой поверхностью 11 ползуна 10, давая возможность перемещения ползуна 10 вдоль ствола 1 и неподвижного упора 12;

- переводник 18, перемещаясь со стволом 1 вниз, через втулку 19 начнет сжимать пакет деталей, находящихся между упором 12 и им, при этом нажимная втулка 9 деформирует уплотнители 15, которые передают усилие на разрезные вкладыши 16, а те скользят по направляющей 17 до упора в обсадную трубу. Вкладыши 16 одновременно прижимают уплотнители 15 к трубе и являются опорой для них при работе пакера под давлением, т.е. активным уплотнением по трубе. Уплотнитель 20 также деформируется в сторону обсадной трубы, но посредством опорного кольца 23, соскальзывая с него, образует более резкую форму пятна контакта, повышающую надежность уплотнения и обеспечивающую самоустанавливаемость пакера по оси обсадной трубы.

В процессе деформации уплотнителя 20 тарельчатые пружины 21 и 22, выпрямляясь, увеличиваются в диаметре и уменьшают зазор между пакером и обсадной трубой, являясь тем самым опорой уплотнителю 20, предохраняющей его от затекания в большой первоначальный зазор между пакером и трубой при работе под давлением.

Вместе три уплотнителя организуют более надежную схему уплотнения, при этом при одинаковой твердости материала, из которого они изготовлены, уплотнители 15 образуют первоочередное и эластичное уплотнение, а уплотнитель 20 - жесткое уплотнение во вторую очередь с центрующими опорными функциями.

Предложенный пакер с механическим якорем может быть изготовлен промышленным способом, что подтверждено испытаниями опытного образца, и это обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию "промышленная применимость".

Использование пакера с заявленными конструктивными элементами позволяет повысить надежность установки пакера:

- за счет равномерной этапности процесса с помощью ползуна и его взаимосвязи с упором, нажимной втулкой, якорем, уплотнителями;

- за счет однородности нагружения уплотнительных элементов с помощью трех уплотнителей, снабженных вкладышами, направляющей, тарельчатыми пружинами;

- за счет возможности установки пакера концентрично относительно стенки обсадной трубы с помощью опорного кольца в одном из уплотнителей.