пакер

Формула изобретения

Пакер, включающий корпус в виде расширяемого гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями и гидропривод с расширяющим конусом, отличающийся тем, что эластичные уплотнители размещены в кольцевых цилиндрических канавках и выполнены с наружным размером не более наружного диаметра патрубка, расширяющий конус установлен на нижнем конце гидропривода и выполнен с углом наклона конической поверхности 10-40° и диаметром основания, меньшим по величине, чем разница внутреннего диаметра эксплуатационной колонны и удвоенной толщины стенки патрубка, на нижнем конце корпуса установлен соединительный узел, а штанга гидропривода снабжена освобождающимся ловителем, зацепленным за соединительный узел.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для разобщения полости скважины.

Известен пакер [а.с. СССР №295867, Е 21 В 33/12, опубл. 12.02.71, бюл. №8], содержащий корпус с размещенными на нем уплотнительными кольцами.

Его недостатком является низкая степень герметичности из-за расширения корпуса давлением, т.к. в этом случае сила прижатия невелика и не гарантирована.

Наиболее близок по своей технической сущности к предлагаемому является пакер [см. патент №1627663, Е 21 В 33/12, опубл. 15.04.92, бюл. №14], содержащий корпус в виде патрубка, с надетыми на него эластичными уплотнителями, расширяемого конусом с гидроприводом.

Его недостатками являются низкие надежность и срок службы из-за растекания и снижения упругости эластичного уплотнителя, а также возможности потери его при спуске пакера в скважину.

Целью предлагаемого изобретения является повышение срока службы и надежности пакера.

Эта цель достигается тем, что в известном пакере, включающем корпус в виде расширяемого гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями и гидропривод с расширяющим конусом, эластичные уплотнители размещены в кольцевых цилиндрических канавках и выполнены с наружным размером не более наружного диаметра патрубка, расширяющий конус установлен на нижнем конце гидропривода и выполнен с углом наклона конической поверхности 10-40 и диаметром основания, меньшим по величине, чем разница внутреннего диаметра эксплуатационной колонны и удвоенной толщины стенки патрубка, на нижнем конце корпуса установлен соединительный узел, а штанга гидропривода снабжена освобождающимся ловителем, зацепленным за соединительный узел.

Сущность изобретения основана на эффекте дополнительного расширения патрубка при расширении его пуансоном (Аверкиев Ю.А., Аверкиев Л.Ю. Технология холодной штамповки: Учебник для вузов по специальностям "Машины и технология обработки металлов давлением" и "Обработка металлов давлением". - М.: Машиностроение, 1989, с. 210-211).

Этот эффект заключается в том, что расширенный пуансоном, представляющим собой усеченный конус, патрубок имеет внутренний диаметр больше, чем диаметр основания конуса у пуансона на несколько миллиметров (до 5-6). Соответственно, и наружный диаметр больше, чем сумма удвоенной толщины стенки патрубка и диаметра пуансона. Причем величина этого прироста увеличивается с увеличением угла конуса.

При углах менее 10 этот прирост незначителен, а при углах конуса более 40 сильно возрастают усилия протягивания пуансона.

При расширении патрубка в ограниченном пространстве, т.е. в обсадной трубе, патрубок расширяется до упора в нее, а неизрасходованная часть дополнительного прироста создает натяг как по металлу, так и по эластичному уплотнителю, обеспечивая закрепление патрубка и герметичность соединения.

На фиг.1 показан пакер в транспортном положении, на фиг.2 - в процессе посадки, а на фиг.3 - увеличенная в масштабе схема выполнения эластичного уплотнителя.

Пакер содержит корпус 1, выполненный в виде патрубка из пластичного металла, в цилиндрических канавках которого размещены уплотнители 2.

На нижнем конце корпуса 1 установлен соединительный узел 3, выполненный, например, в виде втулки с полированной внутренней поверхностью.

Пакер устанавливают в помощью трехцилиндрового гидропривода 4 с поршнями 5, штоками 6 и цилиндрами 7. Верхний шток 8 соединен с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 9. Штанга 10 гидропривода снабжена ловителем 11, собачки 12 которого зацеплены за нижний торец соединительного узла 3.

На нижнем конце гидропривода установлен расширяющий конус 13, направляющая часть 14 которого вставлена в верхний конец корпуса 1.

Работает пакер следующим образом.

Пакер спускают в скважину на колонне НКТ 9 до места установки.

Для посадки пакера в колонну НКТ 9 закачивают сверху жидкость под давлением, которая через штоки 8 и 6 попадает в подпоршневые полости гидропривода 4. Под действием этого давления цилиндры 7 перемещаются относительно поршней 5 и штоков 6 вниз, а штоки 6 удерживают через штангу 10 и ловитель 11 пакер. Расширяющий конус 13, центрируясь направляющей частью 14 в корпусе 1, расширяет его и уплотнители 2 до плотного прижатия к стенкам эксплуатационной колонны 15. Это продолжается до полного прохождения поршнями 5 всей длины цилиндров 7, к этому времени конус 13 доходит до низа корпуса 1, полностью его расширив и прижав к стенке эксплуатационной колонны. После этого давление в НКТ сбрасывают и опускают гидропривод 4 вниз, собачки 12 ловителя 11 прячутся внутрь него, обеспечивая отделение от пакера и возможность извлечения гидропривода 4.

После извлечения гидропривода, в скважину спускают на колонне НКТ плунжер с уплотнениями, который, войдя внутрь соединительного узла 3, уплотняется, по его внутренней полированной поверхности и завершает разобщение скважины на две полости.

Плунжер и соединительный узел 3 могут иметь взаимодействующие между собой элементы замкового соединения при необходимости жесткого соединения колонны НКТ и пакера.

Благодаря тому, что в пакере происходит прижатие непосредственно металлического патрубка к стенке эксплуатационной колонны, обеспечивается прочное закрепление пакера. К тому же при необходимости поверхность патрубка может быть выполнена зубчатой или со впаянными твердосплавными зубьями.

Эластичный уплотнитель оказывается в полностью замкнутом пространстве, что предотвращает его растекание, а также снижает требования к его материалу - он может быть помягче и даже обладать пластичными свойствами.

Все это в целом приводит к повышению надежности и долговечности пакера.