пакер

Формула изобретения

Пакер, содержащий уплотнительную манжету и гидроцилиндр с кольцевой камерой, в которой установлен поршень, отличающийся тем, что пакер включает ствол, шток, верхний и нижний переводники, установленную на стволе уплотнительную манжету и гидроцилиндр, причем последним и штоком образована кольцевая камера, в которой установлен поршень, причем полость кольцевой камеры выше поршня сообщена с колонной насосно-компрессорных труб через выполненное в штоке отверстие, гидроцилиндром и штоком образована заполненная жидкостью гидравлическая камера, между последней и кольцевой камерой в гидроцилиндре установлена кольцевая втулка, в которой выполнено продольное отверстие, посредством которого полость гидравлической камеры сообщена с полостью кольцевой камеры, продольное отверстие перекрыто установленным в кольцевой камере ниже кольцевой втулки клапаном, последний установлен с упором в установленный ниже него в кольцевой камере поршень, зафиксированный относительно гидроцилиндра в его исходном верхнем положении посредством срезных винтов, а уплотнительная манжета установлена на стволе между верхней и нижней защитными втулками, причем верхняя защитная втулка установлена с упором в верхний переводник, а нижняя защитная втулка установлена с упором в гидроцилиндр через размещенную между ними гайку-упор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к насосным установкам для подъема жидкостей из скважин с использованием расположенных на колонне насосно-компрессорных труб насосной установки и пакера, и может быть использовано для добычи жидких полезных ископаемых.

Известна насосная установка, содержащая установленный на колонне насосно-компрессорных труб скважинный струйный насос и расположенный ниже него на колонне насосно-компрессорных труб пакер (см. авторское свидетельство SU №1779800, кл. F04F 5/02, 07.12.1992).

Однако данная насосная установка может быть использована только для добычи из скважины различных сред из одного пласта, поскольку перекрытие затрубного пространства возможно только в период работы скважинного струйного насоса, что сужает функциональные возможности установки.

Известен пакер, содержащий ствол, шток, верхний и нижний переводники, установленную на стволе уплотнительную манжету и гидроцилиндр, причем последним и штоком образована кольцевая камера, в которой установлен поршень, причем полость кольцевой камеры выше поршня сообщена с колонной насосно-компрессорных труб через выполненное в штоке отверстие (см. патент RU №2241114, кл. Е21В 33/12, 20.12.2003).

Использование данного пакера дает возможность перекрывать затрубное пространство колонны насосно-компрессорных труб независимо от наличия насосного оборудования на колонне насосно-компрессорных труб. Однако при подаче под давлением жидкой или газообразной среды по колонне труб происходит срабатывание пакера, что не позволяет проводить опрессовку расположенного ниже пакера оборудования, например нижерасположенного пакера, что сужает функциональные возможности данного пакера.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является пакер, содержащий уплотнительную манжету и гидроцилиндр с кольцевой камерой, в которой установлен поршень (см. патент RU №2140019, кл. F04D 13/10, 20.10.1999).

В данной установке достигается возможность размещения оборудования на заданной глубине в скважине и распакеровка пакера после установки в скважине. Однако данный пакер также не представляет возможности проведения различных технологических операций путем подачи рабочей среды по колонне насосно-компрессорных труб, поскольку это вызывает распакеровку пакера и перекрытие им заколонного пространства скважины.

Задачей, решаемой изобретением, является обеспечение возможности подачи по колонне насосно-компрессорных труб различных рабочих или технологических сред с обеспечением возможности распакеровки пакера независимо от проводимых в скважине работ.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение эффективности проводимых в скважине работ, особенно при проведении работ в скважинах с несколькими пластами и селективной их обработке с использованием нескольких пакеров.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что пакер, содержащий уплотнительную манжету и гидроцилиндр с кольцевой камерой, в которой установлен поршень, включающий ствол, шток, верхний и нижний переводники, установленную на стволе уплотнительную манжету и гидроцилиндр, причем последним и штоком образована кольцевая камера, в которой установлен поршень, причем полость кольцевой камеры выше поршня сообщена с колонной насосно-компрессорных труб через выполненное в штоке отверстие, при этом гидроцилиндром и штоком образована заполненная жидкостью гидравлическая камера, между последней и кольцевой камерой в гидроцилиндре установлена кольцевая втулка, в которой выполнено продольное отверстие, посредством которого полость гидравлической камеры сообщена с полостью кольцевой камеры, продольное отверстие перекрыто установленным в кольцевой камере ниже кольцевой втулки клапаном, последний установлен с упором в установленный ниже него в кольцевой камере поршень, зафиксированный относительно гидроцилиндра в его исходном верхнем положении посредством срезных винтов, а уплотнительная манжета установлена на стволе между верхней и нижней защитными втулками, причем верхняя защитная втулка установлена с упором в верхний переводник, а нижняя защитная втулка установлена с упором в гидроцилиндр через размещенную между ними гайку-упор.

В ходе исследования было установлено, что для эффективной работы скважинной насосной установки необходимо проведение различных работ в скважине по интенсификации притока из пласта и, что часто бывает, из нескольких пластов. Для этого необходима установка в скважине нескольких пакеров с последовательной их опрессовкой для организации работ по селективной закачке в пласты технологических жидкостей, например различного рода химических реагентов для повышения проницаемости пластов.

Выполнение пакера с двумя камерами позволило одну из камер использовать в качестве гидравлического замка, который не позволяет проводить распакеровку пакера при подаче через него по колонне насосно-компрессорных труб различных сред под давлением, подача которых только создает условия для подготовки пакера к распакеровке.

В результате исключаются:

- самопроизвольная посадка пакера в процессе его спуска, за счет наличия гидравлического замка;

- самопроизвольная распакеровка (посадка) пакера при опрессовке ниже установленного пакера, поскольку распакеровка пакера возможна только за счет осевого перемещения колонны насосно-компречссорных труб после срабатывания (открытия) гидравлического замка.

Поскольку возможна регулировка количества срезных винтов, удерживающих поршень гидравлического замка пакера, представляется возможность устанавливать последовательно друг над другом несколько пакеров, что в значительной степени расширяет функциональные возможности по проведению различных работ, связанных с селективной обработкой пластов скважины.

На чертеже показан продольный разрез скважинной насосной установки.

Скважинная насосная установка содержит установленный на колонне насосно-компрессорных труб 1 насос 2, ниже которого на колонне насосно-компрессорных труб 1 установлен пакер 3, включающий ствол 4, шток 5, верхний 6 и нижний 7 переводники, установленную на стволе 4 уплотнительную манжету 8 и гидроцилиндр 9. Штоком 5 и гидроцилиндром 9 образована кольцевая камера 10, в которой установлен поршень 11. Полость кольцевой камеры 10 выше поршня 11 сообщена с колонной насосно-компрессорных труб 1 через выполненное в штоке 5 отверстие 12. Гидроцилиндром 9 и штоком 5 образована заполненная жидкостью гидравлическая камера 13. Между последней и кольцевой камерой 10 в гидроцилиндре 9 установлена кольцевая втулка 14, в которой выполнено продольное отверстие 15, посредством которого полость гидравлической камеры 13 сообщена с полостью кольцевой камеры 10. Продольное отверстие 15 перекрыто установленным в кольцевой камере 10 ниже кольцевой втулки 14 клапаном 16. Последний установлен с упором в установленный ниже него в кольцевой камере 10 поршень 11, зафиксированный относительно гидроцилиндра 9 в его исходном верхнем положении посредством срезных винтов 17. Уплотнительная манжета 8 установлена на стволе 4 между верхней 18 и нижней 19 защитными втулками. Верхняя защитная втулка 18 установлена с упором в верхний переводник 6, а нижняя защитная втулка 19 установлена с упором в гидроцилиндр 8 через размещенную между ними гайку-упор 20. Подвижные элементы пакера 3, в частности шток 5 и поршень 11, уплотнены относительно неподвижных элементов пакера 3 посредством уплотнительных колец 21.

После спуска колонны насосно-компрессорных труб 1 с насосом 2 и пакером 3 в скважину на заданную глубину и создания упора нижней части колонны насосно-компрессорных труб 1 на забой, муфту или другой, уже посаженный пакер (не показаны на чертеже) в колонне насосно-компрессорных труб 1 создается избыточное давление, которое обеспечивает срез срезных винтов 17 и перемещение поршня 11 вдоль штока 5 в кольцевой камере 10 до упора в нижний переводник 7. Величины указанного избыточного давления определяются конкретными параметрами скважины, и регулируется путем изменения количества срезных винтов 17.

В результате перемещения поршня 11 клапан 12 также перемещается вниз, открывая продольное отверстие 15, и жидкость, заполнявшая гидравлическую камеру 13, начинает вытекать из последней через продольное отверстие 15 в кольцевую камеру 10. За счет уменьшения количества жидкости в гидравлической камере 13 шток 5 получает возможность продольного перемещения относительно гидроцилиндра 9 и нижнего переводника 7. Продольное перемещение штока 5 и связанного с ним ствола 4 приводит к сжатию уплотнительной манжеты 8. Защитные втулки 18 и 19 обеспечивают защиту от затекания резины, из которой выполнена уплотнительная манжета 8, в зазор между деталями пакера 3 (верхний переводник 6 и гайка-упор 20).

Величина усилия, сжимающего уплотнительную манжету 8, регулируется за счет части веса колонны насосно-компрессорных труб 1, разгружаемой на пакер 3.

Для извлечения пакера 3 достаточно создать осевое усилие, направленное вверх. Это усилие должно только превышать вес колонны насосно-компрессорных труб 1, расположенных над пакером 3.

После этого скважинная насосная установка готова к работе для откачки жидких сред из подпакерного пространства скважины.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, связанных с добычей жидких сред из скважин.