пакер

Формула изобретения

Пакер, включающий головку, корпус, конус, шток, камеру, уплотнители, пакерующий элемент и опорную пяту, отличающийся тем, что головка, имеющая уравнительные отверстия, корпус и шток, телескопически связанные между собой, образуют герметичную воздушную камеру, находящуюся под атмосферным давлением, имеющую возможность изменяться в объеме, с одной стороны, а корпус, конус и шток с другой стороны образуют герметичную воздушную полость, находящуюся под атмосферным давлением при спуске в скважину и имеющую в сжатом состоянии связь с давлением гидростатического столба жидкости скважины через связующее отверстие корпуса.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к конструкциям фиксирующихся пакеров, предназначенных для строительства, эксплуатации и исследования в скважинах, заполненных жидкостью.

Известны: взрывпакер (a.c. SU №1768748, Е 21 В 33/12, бюл. №38, 15.10.92 г.), пакер (а.с. SU №1726730, Е 21 В 33/12, бюл. №14, 15.04.92 г.).

Сущность этих устройств при решении тех или иных задач сводится к тому, что за счет деформации металла упругий пакерующий материал прижимается к стенкам скважины.

Недостатком этих устройств является то, что они одноразового использования и по мере утраты необходимости нахождения их в скважине создаются дополнительные трудности по их извлечению на поверхность.

Другим недостатком является то, что пакерующий элемент прижимается к стенкам скважины за счет деформации металла, который всегда имеет упругие остаточные деформации и в результате этого при снятии нагрузки с металла сила прижатия упругого материала к стенкам скважин ослабевает, что приводит к нарушению герметичности пакеровки. Кроме того, при длительной нагрузке упругость резины теряется, сила прижатия к стенкам скважины снижается и герметичность пакеровки нарушается.

Наиболее близким аналогом предложения является механический пакер (патент RU №2139408, МПК 7 Е 21 В 33/12, 10.10.99 г.), содержащий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные над ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленный с возможностью осевого перемещения относительно ствола, расположенную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе, установленные в обойме, равномерно по ее окружности, шлипсы, подпружиненные относительно обоймы в радиальном направлении и выполненные в виде двуплечих рычагов, согласно изобретения дополнительно содержит кольцо, установленное в нижней части обоймы с возможностью радиального вращения относительно обоймы и жестко связанное с ней в осевом направлении, на внутренней поверхности кольца выполнена канавка прямоугольного профиля, а на наружной поверхности обоймы в виде секторов выполнены буртики прямоугольного профиля, причем направляющий штифт установлен жестко по посадке с натягом во внутренней части кольца, где диаметрально противоположно ему установлен, жестко по посадке с натягом, дополнительно направляющий штифт; продольные короткие и продольные длинные участки фигурного паза выполнены обоюдно симметричными относительно ствола, а передний угол буртиков равен 10°.

Недостатком известного устройства является то, что при снятии части нагрузки веса инструмента герметичность пакеровки нарушается, кроме того, якорное устройство не фиксирует пакер, а является только опорой для создания нагрузки на пакер. Недостатком является и то, что якорное устройство приводится в действие вращением инструмента, что создает дополнительные сложности, а в горизонтальных скважинах практически не осуществимо.

Кроме того, отсутствие определенной нагрузки срыва пакера исключает возможность использования его для исследования скважин с испытателями пластов на трубах при управление клапанной системой вытяжкой инструмента.

Технической задачей предложения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение надежности пакеровки при полном снятии веса инструмента за счет использования давления гидростатического столба жидкости для пакеровки и поддерживания постоянной нагрузки на пакерующий элемент, многократной самопакеровки в любом интервале ствола скважины от забоя до устья, определенной нагрузки срыва и перемещения пакера по стволу скажины.

Пакер, включающий головку, корпус, конус, шток, камеру, уплотнители, пакерующий элемент и опорную пяту, отличающийся тем, что головка, имеющая уравнительные отверстия, корпус и шток, телескопически связанные между собой, образуют герметичную воздушную камеру, находящуюся под атмосферным давлением, имеющую возможность изменяться в объеме, с одной стороны, а корпус, конус и шток, с другой стороны, образуют герметичную воздушную полость, находящуюся под атмосферным давлением при спуске в скважину и имеющую в сжатом состоянии связь с давлением гидростатического столба жидкости скважины через связующее отверстие корпуса.

На чертеже представлен пакер, общий вид.

Пакер состоит из головки 1, имеющей уравнительные отверстия а, которые в сжатом положении пакера перекрываются уплотнителем 2. Головка жестко соединена с корпусом 7, имеющем связующие отверстия в. Внутри корпуса находится шток 9 с центральным каналом , имеющий возможность перемещаться телескопически. Удерживается шток внутри корпуса и ограничивается его ход конусом 13, жестко соединенным с корпусом. Головка, корпус и шток образуют атмосферную камеру б, загерметизированную уплотнителями 5, 6, 8, а конус, шток и корпус, с другой стороны, образуют герметичную полость г, герметичность которой обеспечивается уплотнителями 10, 11, 14 и пробкой 12, ввернутой в конус. На нижнюю часть штока устанавливается пакерующий элемент 15 и поджимается опорной пятой 16. Вращение штока относительно головки пакера удерживается шпонкой 3, которая удерживается в пазах втулкой 4.

Работает пакер следующим образом. Пакер спускается в заданный интервал. Средства доставки могут быть любыми в зависимости от вида выполняемых работ. Например, на трубах. Сжимающей нагрузкой в 1-2 т пакер из транспортного положения переводится в рабочее. Такая нагрузка может быть достигнута, например, весом труб с упором в забой, на стенки скважины, на жидкость или закачкой жидкости в трубы, в затрубье, а также любым другим доступным способом. При сжатии шток 9 перемещается относительно корпуса 7, уменьшая объем камеры б и увеличивая объем камеры г. При этом отверстие в смещается за пределы уплотнителя 10, обеспечивая связь гидростатического столба жидкости с камерой г, и она заполняется жидкостью. Давление гидростатического столба жидкости, действуя на неуравновешенную площадь, равную площади кольцевого сечения атмосферной камеры б, перемещает, сжимая камеру б, шток 9, пакерующий элемент 15, опорную пяту 16 относительно головки 1, корпуса 7 и конуса 13. При этом конус 13 внедряется в пакерующий элемент, увеличивает его в диаметре и прижимает к стенкам скважины, чем и достигается пакеровка, а уравнительное отверстие а перекрывается и герметизируется уплотнителем 2. Таким образом, пакерующий элемент находится под нагрузкой гидростатического столба жидкости, которая передается через конус 13, обеспечивая надежную пакеровку. При необходимости перемещения пакера в другой интервал или подъема пакера на поверхность через головку 1 создается дополнительная растягивающая нагрузка, равная произведению давления гидростатического столба жидкости на неуравновешенную площадь кольцевого сечения атмосферной камеры, которая через корпус 7 передается конусу 13, и он выходит из пакерующего элемента, при этом уравнительные отверстия а открываются и межтрубная жидкость через отверстие а центрального канала штока 9 перетекает в подпакерное пространство, давление пакерующего элемента на стенки скважины ослабевает, пакер срывается и имеет возможность свободы движения, пока поддерживается дополнительная нагрузка. Жидкость, заполнившая объем полости г, до уровня связующих отверстий в, не даст возможности зафиксироваться штоку в растянутом положении и связь полости г, через отверстия в, с гидростатикой сохраняется. При остановке движения пакера дополнительная растягивающая нагрузка снимается под действием давления гидростатического столба жидкости, камера б сжимается, шток 9, жестко связанный с опорной пятой 16, смещаются относительно корпуса и надвигают пакерующий элемент на конус с усилием, равным произведению давления гидростатического столба жидкости на неуравновешенную площадь кольцевого сечения атмосферной камеры б, и направленную вдоль оси по ходу движения пакера независимо от его положения в скважине. (Изменение давления в камере пренебрегается из-за несоизмеримо малых величин по отношению к давлению гидростатического столба жидкости.) Конус 13 внедряется в пакерующий элемент 15, прижимая его к стенкам скважины, а уравнительные отверстия а перекрываются уплотнителем 2. Таким образом, при движении под определенной растягивающей нагрузкой пакер находится в распакерованном положении и автоматически пакеруется, за счет давления гидростатического столба жидкости, при остановках. Таким образом, уравнительная система, телескопически связанный шток с корпусными деталями, атмосферная камера и полость со связующим отверстием, имея общую связь через давление гидростатического столба жидкости в скважине, находясь в общем технологическом процессе, работая в одной замкнутой цепи, расширяют функциональные возможности, обеспечивают надежность и качество пакеровки в решении технологических задач при строительстве, эксплуатации и исследовании скважин.