пакер

Формула изобретения

Пакер, включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким и длинным участками, опору, уплотнительный элемент, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, груз, соединенный сверху со стволом, при этом осевые короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола направляющий штифт будет расположен то в осевом коротком участке - транспортное положение, то в осевом длинном участке фигурного паза - рабочее положение, отличающийся тем, что обойма снабжена по окружности пружинными центраторами, а ствол снабжен выше обоймы и ниже опоры соответственно верхними и нижними радиальными каналами, а также по наружной поверхности - кольцевой выборкой в районе нижних радиальных каналов, превосходя их по осевой длине, при этом уплотнительный элемент расположен на наружной поверхности ствола и зафиксирован снизу опорой, а сверху - обоймой, выполненной с возможностью осевого перемещения относительно ствола в пределах кольцевой выборки ствола, причем ствол снизу заглушен и оборудован дополнительным грузом, при этом фигурный паз между коротким и длинным участками в нижней части оснащен выборкой вверх, в которой размещен направляющий штифт при спуске пакера вниз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинным устройствам для многократной поинтервальной опрессовки колонны труб в скважине.

Известно пакерное устройство (авторское свидетельство №1795080, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №6 от 15.02.1993 г.), включающее телескопически установленные друг относительно друга полые наружный ствол с радиальными каналами и уплотнительным элементом, и внутренний ствол с уплотнением для перекрытия радиальных каналов наружного ствола, сообщающих гидравлически полость внутреннего ствола с пространствами над и под уплотнительным элементом, и плашки с плашкодержателем, при этом оно снабжено жестко связанной с верхней частью внутреннего ствола полой головкой с радиальными каналами и кольцевым выступом на наружной поверхности, жестко связанным с плашкодержателем цилиндром с калибровочным каналом на нижнем торце, обратным клапаном, перекрывающим нижний торец наружного ствола, размещенной над уплотнительным элементом манжетой с конусным наконечником, установленным подвижно на наружном стволе с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом головки и стопорами, фиксирующими наружный и внутренний стволы при спуске и подъеме пакера и наружный ствол с плашкодержателем при пакеровке, при этом наружный ствол выполнен с окнами под стопоры, а внутренний ствол и плашкодержатель - с кольцевыми канавками для последовательного размещения в них стопоров при спуске и подъеме устройства и в процессе пакеровки.

Известен пакер (свидетельство на полезную модель №29090, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом пакер снабжен самоуплотняющейся манжетой, установленной на стволе выше опоры, и жестко соединенным с ним наконечником, через который пропущен шток, выполненный с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отверстий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном, в качестве средства для подъема и спуска используют канат.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пакер (патент на полезную модель №37763, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №13 от 10.05.2004 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, самоуплотняющуюся манжету, установленную на стволе выше опоры, жестко соединенный со стволом наконечник, через который пропущен шток с радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, при этом шток выполнен с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном, причем груз дополнительно снизу оборудован жестко соединенной с ним втулкой, имеющей радиальные каналы, соответствующие радиальным каналам штока, и внизу конусную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью самоуплотняющейся манжеты, при этом наружный диаметр втулки больше диаметра самоуплотняющейся манжеты в транспортном положении, причем фигурный паз выполнен замкнутым с одной стороны наружной поверхности ствола.

Устройствам, как по аналогам, так и по прототипу, присущи общие недостатки конструкции:

- во-первых, металлоемкость и большое количество технологически сложных деталей, ведущих к высокой стоимости изготовления и, как следствие, удорожанию конструкции пакера в целом;

во-вторых, ограниченные функциональные возможности, поскольку невозможна работа пакера в колоннах малого диаметра;

в-третьих, основной рабочий элемент конструкции, а именно самоуплотняющаяся манжета, имеет возможность контакта в процессе спускоподъемных операций с внутренней стенкой колонны труб, что ведет к ее быстрому износу.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение себестоимости изготовления пакера, а также расширение его функциональных возможностей, а именно проведение опрессовки в колоннах малого диаметра.

Техническая задача решается предлагаемым пакером, включающим ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким и длинным участками, опору, уплотнительный элемент, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, груз, соединенный сверху со стволом, при этом осевые короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола направляющий штифт будет расположен то в осевом коротком участке - транспортное положение, то в осевом длинном участке фигурного паза - рабочее положение.

Новым является то, что обойма снабжена по окружности пружинными центраторами, а ствол выше обоймы и ниже опоры снабжен соответственно верхними и нижними радиальными каналами, а также по наружной поверхности - кольцевой выборкой в районе нижних радиальных каналов, превосходя их по осевой длине, при этом уплотнительный элемент расположен на наружной поверхности ствола и зафиксирован снизу опорой, а сверху - обоймой, выполненной с возможностью осевого перемещения относительно ствола в пределах кольцевой выборки ствола, причем ствол снизу заглушен и оборудован дополнительным грузом, при этом фигурный паз между коротким и длинным участками в нижней части оснащен выборкой вверх, в которой размещен направляющий штифт при спуске пакера вниз.

На фиг.1 изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.

На фиг.2 - развертка фигурного паза, выполненного на наружной поверхности ствола.

Пакер состоит из ствола 1 (см. фиг.1) с фигурным пазом 2 на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким 3 (см. фиг.2) и длинным 4 участками, опоры 5 (см. фиг.1), уплотнительного элемента 6, а также установленной на стволе 1 с возможностью осевого перемещения обоймы 7 с направляющим штифтом 8. Направляющий штифт 8 размещен в вышеупомянутом фигурном пазе 2 ствола 1. Обойма 7 по окружности снабжена пружинными центраторами 9.

Осевые короткий 3 (см. фиг.2) и длинный 4 участки фигурного паза 2 соединены между собой замкнутым фигурным участком 10 так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы 7 относительно ствола 1 направляющий штифт 8 будет расположен то в осевом коротком участке 3 - транспортное положение, то в осевом длинном участке 4 фигурного паза 2 - рабочее положение. Ствол 1 выше обоймы 7 (см. фиг.1) и ниже опоры 5 оснащен соответственно верхними 11 длиной L1 и нижними 12 длиной L2 радиальными каналами, а по наружной поверхности - кольцевой выборкой 13 длиной L3, выполненной в районе нижних радиальных каналов 12. Кольцевая выборка 13 больше верхних 11 и нижних 12 радиальных каналов по осевой длине (L3>L1; L3>L2).

Уплотнительный элемент 6 расположен на наружной поверхности ствола 1 и зафиксирован снизу опорой 5, а сверху - обоймой 7, выполненной с возможностью осевого перемещения относительно ствола 1 в пределах его кольцевой выборки 13.

Сверху со стволом 1 соединен груз 14, а снизу ствол 1 заглушен и оборудован дополнительным грузом 15.

Ствол 1 на наружной поверхности выше верхних радиальных каналов 11 снабжен центраторами 16 с диаметром - D ₁, описываемой вокруг них окружности, большим диаметра - D₂ уплотнительного элемента в транспортном положении.

Фигурный паз 2 между коротким 3 и длинным 4 участками в нижней части оснащен выборкой 17 вверх, в которой размещен направляющий штифт 8 при спуске пакера вниз.

Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях исключаются уплотнительным кольцом 18.

Пакер работает следующим образом.

Пакер на канате 19 (см. фиг.1) спускают в колонну труб (на фиг.1, 2 и 3 не показано) в интервал, где необходимо провести опрессовку, при этом груз 14 и дополнительный груз 15, расположенные соответственно на верхнем и на нижнем конце ствола 1, препятствуют выталкивающей силе, которая возникает после погружения пакера под уровень жидкости в колонне труб и преодолевают усилие сопротивления пружинных центраторов 9 о стенки колонны труб. В процессе спуска пакера пружинные центраторы 9 обоймы 7 находятся в постоянном контакте со стенками колонны труб, исключая складывание уплотнительного элемента 6 и сохраняя последний в вытянутом состоянии в транспортном положении, причем находящаяся в скважине жидкость при спуске пакера свободно перетекает снизу вверх через нижние радиальные каналы 12 внутреннего пространства ствола 1 и верхние радиальные каналы 11.

Диаметр D₁ описываемой вокруг центраторов 16 окружности больше диаметра D₂ уплотнительного элемента 6 в транспортном положении (D₁>D₂), благодаря чему он не контактирует во время спускоподъемных операций со стенками колонны труб и не истирается.

Направляющий штифт 8 размещен в выборке 17 нижней части замкнутого фигурного паза 10 в транспортном положении (см. фиг.2). Достигнув необходимого интервала опрессовки, колонну труб заполняют технологической жидкостью. После этого пакер приподнимают примерно на 0,5 м вверх и опускают, в результате проделанной операции направляющий штифт 8 перемещается (при подъеме) из нижней части замкнутого фигурного паза 10 в нижнюю часть осевого короткого участка 3, а затем (при спуске) направляющий штифт 8 перемещается из нижней части осевого короткого участка 3 фигурного паза 2 через верхнюю часть замкнутого фигурного паза 10 в верхнюю часть осевого длинного паза 4.

При этом пакер за исключением деталей 5, 6, 7, 8, 9 и 18, которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 9 обоймы 7 со стенками колонны труб, перемещается относительно деталей 5, 6, 7, 8, 9 и 18 соответственно вверх, а затем вниз.

Далее начинают запакеровку пакера. С этой целью пакер посредством каната 19 тянут вверх примерно на 2 метра, при этом детали 5, 6, 7, 8, 9 и 18 остаются на месте, а пакер поднимается вверх. В определенный момент опора 5 вступает во взаимодействие с дополнительным грузом 15, а так как длина L3 кольцевой выборки 13 больше длины L2 нижних радиальных каналов 12, то последние оказываются герметично перекрытыми уплотнительным кольцом 18. При дальнейшем движении пакера вверх опора 5, находящаяся на дополнительном грузе 15, начинает подниматься вверх вместе с пакером, а поскольку пружинные центраторы обоймы 7 находятся в контакте со стенками колонны труб, то происходит складывание уплотнительного элемента 6, который изнутри соприкасается и предварительно прижимается к стенкам колонны труб. Фиксируют канат 19 в верхнем положении посредством геофизического подъемника (на фиг.1, 2 не показано), расположенного на поверхности.

Затем устье скважины герметизируют (на фиг.1, 2 и 3 не показано) и внутри колонны поднимают давление, которое действует на уплотнительный элемент 6 сверху, а также через верхние радиальные каналы 11 длиной L1, внутреннее пространство ствола 1 и через нижние радиальные каналы 12 длиной L2 воздействует на внутреннюю поверхность уплотнительного элемента 6, который раздувается и плотно прижимается к стенкам колонны труб, причем чем выше давление опрессовки колонны труб, тем большее давление воздействует на уплотнительный элемент 6 и тем сильнее прижимается уплотнительный элемент 6 к стенкам спрессовываемой колонны труб.

Установив степень герметичности колонны труб, давление сбрасывают.

Если необходимо спрессовывать колонну труб выше интервала, где находится пакер, то последний посредством каната 19 опускают примерно на 2 метра, при этом направляющий штифт 8 (при спуске) перемещается из нижней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 (см. фиг.2) в выборку 17 нижней части замкнутого фигурного паза 10, при этом опора 5 выходит из взаимодействия с дополнительным грузом 15 (см. фиг.1), а так как пакер опускается вниз, то опора 5 оказывается выше кольцевой выборки 13, причем детали 7, 8, 9, благодаря контакту пружинных центраторов 9 со стенками колонны труб, остаются в неподвижном положении, а уплотнительный элемент 6 вытягивается и отходит от стенок колонны труб, то есть происходит распакеровка уплотнительного элемента 6.

Далее пакер может быть переведен в верхний интервал для последующей опрессовки или извлечен на поверхность.

Если необходимо спрессовывать колонну труб ниже интервала, в котором находится пакер, то последний помимо операции по спуску на 2 метра, описанной выше, дополнительно посредством каната 19 необходимо приподнять на 0,5 метра вверх, при этом направляющий штифт 8 перемещается из выборки 17 нижней части замкнутого фигурного паза 10 (см. фиг.2) в нижнюю часть осевого короткого участка 3 фигурного паза 2, а пакер за исключением деталей 5, 6, 7, 8, 9 и 18 (см. фиг.1), которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 9 обоймы 7 со стенками колонны труб, перемещается вверх.

Далее пакер может быть перемещен в нижний интервал колонны труб для последующей опрессовки.

Предлагаемый пакер имеет небольшие габариты и вес, кроме того, он прост в изготовлении, в связи с чем снижается стоимость пакера, а расширение его функциональных возможностей позволяет производить опрессовки труб в колоннах малого диаметра, что, несомненно, сокращает продолжительность и стоимость ремонтных работ.