двухпакерное устройство

Формула изобретения

Двухпакерное устройство, включающее ствол с радиальными каналами и обратным клапаном, верхний уплотнительный элемент, установленный на стволе и образующий с ним рабочую камеру, нижний уплотнительный элемент, жестко связанный со стволом посредством наружной трубы, отличающееся тем, что внутри ствола размещен полый подпружиненный подвижный шток, имеющий радиальные отверстия и проточки, в котором между отверстиями для подвода рабочей жидкости в рабочие полости уплотнительных элементов и в пласт жестко установлен дроссель, а на верхней части штока закреплен поршень, при этом рабочая полость, образованная между штоком с поршнем и стаканом, закрепленным на верхней части ствола, соединена с надпакерным пространством скважины радиальным отверстием, выполненным в стенке стакана, а рабочие полости верхнего и нижнего уплотнительных элементов сообщены осевым каналом, выполненным в стволе, и кольцевым каналом, образованным между внутренней и наружной трубами, соединяющими нижний уплотнительный элемент со стволом, причем на верхней части внутренней трубы выполнены сквозные радиальные отверстия и цилиндрическая выточка, соответствующая диаметру штока, в которой установлена заглушка, а наружный диаметр верхней концевой части штока равен наружному диаметру нижней части штока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к пакерующим устройствам для поинтервальной закачки в пласты скважины изоляционных материалов, кислотных реагентов в периоды бурения, исследования и эксплуатации скважины.

Известно устройство для закачки реагентов в скважину (А.С. СССР №1714080, МКИ Е 21 В 33/12, опубл. БИ №7 23.02.92, аналог), включающее ствол с осевым каналом и радиальными отверстиями, подпружиненную телескопически установленную на стволе дифференциальную втулку с радиальными отверстиями, жестко связанный с нижней частью ствола и заглушенный снизу корпус с радиальными отверстиями и выступами на концевых участках, телескопически установленную на верхнем выступе корпуса ступенчатую втулку, уплотнительный элемент с закрепленным верхним концевым участком на ступенчатой втулке, втулку-толкатель, взаимодействующую с дифференциальной втулкой, ступенчатую втулку-тягу с окнами, в которых размещены подпружиненные к корпусу шлипсы.

Недостатком данного устройства является то, что оно применимо только для раздельной закачки реагентов в верхний пласт скважины и не позволяет раздельно обрабатывать нижележащие пласты и осуществлять промывку скважины с целью очистки ее от шлама и отложений на ее стенках по всей длине устройства для обеспечения герметичности пакерования.

Известен также пакер (А.С. СССР №1788209, МКИ Е 21 В 33/12. Опубл. БИ №2 15.01.93 г., аналог), включающий полый ствол с седлом на нижнем торце под бросовый запорный элемент, радиальными каналами и верхним и нижним продольными пазами на наружной поверхности, установленный на стволе уплотнительный элемент с верхней концевой арматурой, образующей со стволом кольцевую полость, и нижней концевой арматурой, установленной с возможностью продольного перемещения относительно ствола, кольцевой подпружиненный поршень, установленный в кольцевой полости между стволом и верхней концевой арматурой, надпоршневое пространство которого связано через радиальные каналы с полостью ствола, а подпоршневые через верхние продольные пазы ствола с рабочей камерой уплотнительного элемента, выполненной с возможностью сообщения при пакеровке через верхние продольные пазы, надпоршневое пространство и радиальные каналы ствола с полостью ствола, а при распакеровке - через нижние продольные пазы с пространством под уплотнительным элементом и фиксатор ствола относительно верхней концевой арматуры уплотнительного элемента, подпружиненный якорь, установленный на наружной поверхности верхней концевой арматуры уплотнительного элемента, дополнительный нижний уплотнительный элемент, образующий со стволом камеру, гидравлически связанную с полостью ствола.

Недостатком данного пакера является то, что он применим для установки его в обсаженном стволе скважины в период ее освоения и эксплуатации, а использование его в необсаженном стволе скважины может привести либо к зависанию пакера при спуске его в скважину, либо к поломке подпружиненных якорей, либо к несрабатыванию пакера при операциях по приведению его в исходное положение из-за наличия в необсаженном стволе скважины локальных искривлений и каверн. Также данный пакер не позволяет осуществлять промывку скважины с целью очистки ее от шлама и отложений на ее стенках по всей длине пакера, в том случае, если потребуется провести, не поднимая пакер на поверхность, закачку реагента в пласт, находящийся на интервале скважины ниже первоначального интервала установки пакера, а многоэлементность данного пакера усложняет его конструкцию и снижает надежность его работы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является пакер (А.С. СССР №2010947, МКИ Е 21 В 33/12. Опубл. БИ №7 15.04.94 (прототип), включающий полый ствол с заглушкой на нижнем торце, радиальными каналами и верхним и нижним продольными пазами на наружной поверхности, установленный на стволе и образующий с ним рабочую камеру уплотнительный элемент с верхней концевой арматурой, образующей со стволом кольцевую полость, и нижней концевой арматурой, установленной с возможностью продольного перемещения относительно ствола, фиксатор ствола относительно верхней концевой арматуры и кольцевой подпружиненный поршень, установленный в кольцевой полости между стволом и верхней концевой арматурой с возможностью сообщения при пакеровке рабочей камеры уплотнительного элемента с полостью ствола, установленного с возможностью осевого перемещения относительно уплотнительного элемента при его распакеровке, и сообщения при этом рабочей камеры уплотнительного элемента с полостью ствола и пространством под пакером, подпружиненный якорь, установленный на наружной поверхности верхней концевой арматуры уплотнительного элемента, подпружиненную дифференциальную втулку, установленную в полости ствола и имеющую кольцевую канавку на наружной поверхности, пальцы - фиксаторы и пружинный фиксатор ствола.

Недостатком данного пакера является то, что он применим для установки его в обсаженном стволе скважины в период ее освоения и эксплуатации, а использование его в необсаженном стволе скважины может привести либо к зависанию пакера при спуске его в скважину, либо к поломке подпружиненных якорей, либо к несрабатыванию пакера при операциях по приведению его в исходное положение из-за наличия в необсаженном стволе скважины каверн и локальных искривлений. Также данный пакер не позволяет осуществлять промывку скважины с целью очистки ее от шлама и отложений на ее стенках по всей длине пакера для обеспечения герметичного пакерования, а многоэлементность данного пакера усложняет его конструкцию и снижает надежность его работы.

Цель изобретения - повышение надежности работы двухпакерного устройства и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в двухпакерном устройстве, включающем ствол с радиальными каналами и обратным клапаном, верхний уплотнительный элемент, установленный на стволе и образующий с ним рабочую камеру, нижний уплотнительный элемент, жестко связанный со стволом посредством наружной трубы, внутри ствола размещен полый подпружиненный подвижный шток, имеющий радиальные отверстия и проточки, в котором между отверстиями для подвода рабочей жидкости в рабочие полости уплотнительных элементов и в пласт жестко установлен дроссель, а на верхней части штока закреплен поршень, при этом рабочая полость, образованная между штоком с поршнем и стаканом, закрепленным на верхней части ствола, соединена с надпакерным пространством скважины радиальным отверстием, выполненным в стенке стакана, а рабочие полости верхнего и нижнего уплотнительных элементов сообщены осевым каналом, выполненным в стволе и кольцевым каналом, образованным между внутренней и наружной трубами, соединяющими нижний уплотнительный элемент со стволом, причем на верхней части внутренней трубы выполнены сквозные радиальные отверстия и цилиндрическая выточка, соответствующая диаметру штока, в которой установлена заглушка, а наружный диаметр верхней концевой части штока равен наружному диаметру нижней части штока.

Патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем. Новым в предлагаемом двухпакерном устройстве является то, что внутри ствола размещен полый подпружиненный подвижный шток, имеющий радиальные отверстия и проточки, в котором между отверстиями для подвода рабочей жидкости в рабочие полости уплотнительных элементов и в пласт жестко установлен дроссель, а на верхней части штока закреплен поршень, при этом рабочая полость, образованная между штоком с поршнем и стаканом, закрепленным на верхней части ствола, соединена с надпакерным пространством скважины радиальным отверстием, выполненным в стенке стакана, а рабочие полости верхнего и нижнего уплотнительных элементов сообщены осевым каналом, выполненным в стволе, и кольцевым каналом, образованным между внутренней и наружной трубами, соединяющими нижний уплотнительный элемент со стволом, причем на верхней части внутренней трубы выполнены сквозные радиальные отверстия и цилиндрическая выточка, соответствующая диаметру штока, в которой установлена заглушка, а наружный диаметр верхней концевой части штока равен наружному диаметру нижней части штока.

Совокупность существенных признаков, характеризующих предлагаемое двухпакерное устройство, позволит устранить недостатки, присущие прототипу, и, таким образом, повысить надежность работы и упростить конструкцию устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого двухпакерного устройства в исходном положении при спускоподъемных операциях.

На фиг.2 показано предлагаемое двухпакерное устройство в рабочем положении, после установки его в скважине.

Двухпакерное устройство (фиг.1 и 2) состоит из полого штока 1, подпружиненного пружиной 2, на котором жестко закреплены дроссель 3 и поршень 4, ствола 5, к которому жестко прикреплены верхний уплотнительный элемент 6, стакан 7, обратный клапан 8, внутренняя труба 9 и наружная труба 10, к которой жестко прикреплен нижний уплотнительный элемент 11. На верхней части устройства установлен верхний переводник 12. На штоке 1 выполнено отверстие 13 для подачи рабочей жидкости в пласт, отверстие 14 для подачи рабочей жидкости в рабочие полости 15 и 16 верхнего 6 и нижнего 11 уплотнительных элементов, проточка 17 для отвода рабочей жидкости из рабочих полостей уплотнительных элементов, и установлены уплотнительные кольца 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24. Рабочие полости 15 и 16 верхнего и нижнего уплотнительных элементов уплотнены уплотнительными кольцами 26 и 27. На стволе 5 выполнено отверстие 28 для нагнетания рабочей жидкости в пласт, отверстие 29 для отвода рабочей жидкости из рабочих полостей уплотнительных элементов и осевой канал 30, соединяющий рабочие полости 15 и 16 верхнего и нижнего уплотнительных элементов. Между штоком 1 с поршнем 4 и стаканом 7 образована рабочая полость 31, соединенная с надпакерным пространством скважины отверстием 32, выполненным в стенке стакана. Между внутренней 9 и наружной 10 трубами образован кольцевой канал 33. На верхней части внутренней трубы 9 выполнены радиальные отверстия 34 для осуществления промывки, цилиндрическая выточка 35, соответствующая по диаметру штоку 1, и герметично установлена заглушка 36. Ход штока 1 вниз ограничивается выполненным на нем уступом 37.

Двухпакерное устройство работает следующим образом. Двухпакерное устройство спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах и размещают в заданном интервале ствола скважины. В процессе спуска элементы устройства находятся в положении, показанном на фиг.1. При этом шток 1 поджат к верхнему переводнику 12 усилием предварительного сжатия пружины 2, радиальные отверстия 13, 14, 28 и обратный клапан 8 перекрыты, отверстия 34 на внутренней трубе открыты, а рабочие полости 15 и 16 верхнего 6 и нижнего 11 уплотнительных элементов через отверстие 29 в стволе, проточку 17 на штоке и отверстие 32 в стакане сообщены с надпакерным пространством скважины. В процессе спуска устройства в скважину внутренняя полость устройства и насосно-компрессорные трубы заполняются жидкостью из скважины через внутреннюю трубу 9, отверстия 34 и дроссель 3. Перед запакеровкой устройства производят промывку и очистку скважины от шлама. Для этого включают насос на заданную производительность, при этом поток рабочей жидкости будет проходить через центральный канал в штоке, дроссель 3, отверстия 34 и по внутренней трубе 9 будет поступать в скважину, осуществляя промывку и очистку ее от шлама, при этом на шток 1 будет действовать сила, возникающая за счет перепада давления рабочей жидкости на дросселе 3, недостаточная при заданном расходе промывочной жидкости для преодоления усилия предварительного сжатия пружины 2. При промывке скважины допускается любое гидравлическое сопротивление скважины в месте установки двухпакерного устройства, так как при этом шток останется неподвижным и, следовательно, не произойдет запакерование устройства, потому что наружный диаметр верхней концевой части штока равен наружному диаметру нижней части штока.

После осуществления промывки скважины начинают закачку реагента в пласт. Для этого повышают производительность насоса до заданной величины. При этом за счет увеличения перепада давления рабочей жидкости на дросселе 3 на шток 1 будет действовать гидравлическое осевое усилие, превышающее усилие сжатия пружины 2, шток 1 переместится вниз до соприкосновения уступа 37 с верхним торцом ствола 5, в результате чего концевая часть штока 1 выйдет из верхнего переводника 12, наружная поверхность поршня 4 уплотнится с внутренней поверхностью стакана 7, уплотнительное кольцо 23 на штоке войдет в ствол, отверстия 14 и 13 на штоке совместятся соответственно с внутренним отверстием обратного клапана 8 и нагнетательными отверстиями 28, а нижний конец штока 1 войдет в выточку 35, выполненную на верхнем конце внутренней трубы 9 (см. фиг.2). В результате рабочая жидкость по внутренней полости штока через отверстия 14 и обратный клапан 8 будет нагнетаться в рабочую полость 15 верхнего уплотнительного элемента 6 и далее, через осевой канал 30 в стволе и кольцевой канал 33 между внутренней 9 и наружной 10 трубами - в рабочую полость 16 нижнего уплотнительного элемента 11, заполняя их до запакеровки устройства, а через дроссель 3 и отверстия 28 будет нагнетаться в пласт. При этом давление жидкости в рабочих полостях уплотнительных элементов будет больше давления жидкости в пласте на величину перепада давления жидкости на дросселе, что обеспечивает надежное пакерование.

Так как рабочая полость 31, образованная между штоком 1 с поршнем 4 и внутренней поверхностью стакана 7, сообщена с надпакерным пространством скважины, то в процессе закачки реагента в пласт на шток будет действовать помимо осевого усилия, возникающего от перепада давления жидкости на дросселе, осевое усилие, возникающее за счет разницы давлений жидкости внутри насосно-компрессорных труб и в надпакерном пространстве скважины. Поэтому при остановке насоса данное двухпакерное устройство останется запакерованным, так как шток останется в крайнем нижнем положении, а рабочая жидкость внутри рабочих полостей 15 и 16 уплотнительных элементов 6 и 11 будет оставаться под давлением за счет обратного клапана 8. По окончании закачки реагента в пласт производят распакеровку устройства. Для этого давление внутри насосно-компрессорных труб уменьшают до нуля путем открытия задвижки на напорной магистрали, при этом за счет пружины 2 шток 1 вернется в исходное положение, показанное на фиг.1, рабочая жидкость из рабочих полостей 15 и 16 верхнего и нижнего уплотнительных элементов отравится через отверстие 29 в стволе, проточку 17 на штоке и отверстие 32 в стакане в надпакерное пространство скважины и произойдет распакеровка устройства.

Техническими преимуществами изобретения в сравнении с прототипом являются более простая конструкция и более высокая надежность работы устройства в необсаженном стволе скважины, так как в заявляемом устройстве имеется возможность осуществления промывки скважины с целью очистки ее от шлама и отложений на ее стенках по всей длине пакера для обеспечения герметичного пакерования и отсутствует подпружиненный якорь.