заколонный самоуплотняющийся манжетный пакер

Формула изобретения

Заколонный самоуплотняющийся пакер, включающий уплотнительную манжету, опирающуюся на нижний конусообразный упор с жесткими лепестками, зафиксированный на колонне труб, отличающийся тем, что манжета зафиксирована относительно колонны труб, выполнена из набухающего материала и изготовлена сборной, состоящей как минимум из двух последовательно установленных уплотнений, каждое из которых набухает в определенной жидкости (например, в воде или нефти), причем на верхних сопрягаемых конусных поверхностях уплотнений равномерно по окружности выполнены радиальные каналы.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для разобщения затрубного пространства в скважине.

Известны водонефтенабухающие пакеры фирм, например, Easywell, Tendeka, ТАМ international и др., главными составляющими которых являются корпус в виде трубы определенного диаметра с резьбовыми соединениями по концам и установленный на нем резиновый элемент в виде цилиндрического рукава, выполненного из эластичного набухающего материала или включающего элементы набухающего материала. Резиновый элемент может состоять из двух и более раздельных участков, изготовленных из материала, набухающего в заданной скважинной жидкости (например, в нефти или воде).

Существенным недостатком этих пакеров является проблематичность их использования в цементируемом интервале скважины. Ввиду многократного превышения времени срабатывания (набухания) пакера по сравнению со временем твердения цементного раствора, к моменту пролонгированного времени срабатывания пакера, между резиновым элементом пакера и стенкой скважины образуется прочный цементный камень, который препятствует набуханию резинового элемента и соприкосновению его со стенкой скважины. Таким образом, герметичность крепи скважины в интервале пакера зависит от герметичности цементного камня, образующегося между пакером и стенкой скважины. Не исключено, что набухание резинового элемента вызовет образование трещин в цементном камне, причем в основном продольного направления, что может вызвать разгерметизацию крепи. Разнокалиберность же размеров образовавшихся трещин, включая капиллярные каналы, может быть препятствием для затекания эластичного набухающего материала во все щели с целью их герметизации.

Известно устройство манжетного цементирования модернизированное (УМЦМ) (см. полезная модель РФ № 51393, МПК Е21В 33/13, 33/12, опубл. в бюл. № 4 10.02.2008 г.), содержащее уплотнительную манжету, размещенную в конусообразном упоре с жестко выполненными наклонными относительно центральной оси упора лепестками.

Это устройство по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Недостатком данного устройства является то, что после цементирования обсадной колонны в скважине и затвердевания цементного раствора плотность контакта уплотнительной манжеты со стенкой скважины ограничена, не меняется во времени и в случае установки устройства не в номинальном стволе скважины может быть недостаточной для сохранения герметичности сформированной крепи.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности разобщения затрубного пространства в скважине при ее креплении, освоении и эксплуатации, снижение стоимости работ по разобщению пластов и ускорение проведения работ по строительству скважины.

Поставленная техническая задача решается описываемым заколонным самоуплотняющимся манжетным пакером, включающим конусообразный упор с жесткими лепестками, зафиксированный на колонне труб и эластичную уплотнительную манжету, установленные на обсадной трубе, спускаемой в скважину в составе обсадной колонны.

Новым является то, что манжета зафиксирована относительно колонны труб, выполнена из набухающего материала и изготовлена сборной, состоящей как минимум из двух последовательно установленных уплотнений, каждая из которых набухает в определенной жидкости, причем на верхних сопрягаемых конусных поверхностях уплотнений равномерно по окружности выполнены радиальные каналы.

На фиг. 1 изображен заколонный самоуплотняющийся манжетный пакер, включающий конусообразный упор 1 и опирающуюся на него сборную манжету, выполненную из набухающего материала и состоящую из двух и более эластичных уплотнений 2 и 3, набухающих в заданных скважинных жидкостях (например: вода, нефть). На верхних сопрягаемых конусных поверхностях уплотнений 2 и 3 равномерно по окружности выполнены радиальные каналы (на чертеже не показаны). Конусообразный упор и манжета установлены и совместно зафиксированы на обсадной трубе 4, спускаемой в скважину в составе обсадной колонны, верхней 5 и нижней 6 ограничительными кольцами и стопорными клиньями 7.

Заколонный самоуплотняющийся манжетный пакер работает следующим образом.

Пакер устанавливают в продуктивном интервале скважины на обсадной трубе 4 в составе обсадной колонны с целью отсечения друг от друга заданных интервалов затрубного пространства скважины 8 в процессе и после ее цементирования. В непосредственной близости от пакера, выше и ниже его, устанавливают жесткие центраторы (на чертеже не показаны) для центрирования пакера относительно ствола скважины 8. При этом уплотнения 2 и 3 манжеты пакера приходят в упругое соприкосновение со стенкой скважины 8, которое усиливается за счет седиментации твердой фазы цементного раствора 9 на верхнее уплотнение 2 манжеты и разницы гидростатического давления над и под пакером при фильтрации жидкой фазы цементного раствора 9 в проницаемый пласт (на чертеже не показан) ниже пакера. Цементный раствор из пространства между уплотнениями 2 и 3 манжеты вытесняется по радиальным каналам, выполненным на верхних сопрягаемых конусных поверхностях уплотнений. Кроме того, указанные радиальные каналы служат для увеличения эластичности уплотнений 2 и 3 при гофрировании их во время промывки скважины и прокачивании цементного раствора, в то же время, сохраняя их достаточную толщину и упругую прочность в радиальном направлении. После затвердевания цемента уплотнения 2 и 3 манжеты остаются защемленными между конусообразным упором пакера 1, цементным камнем, сформировавшимся из цементного раствора 9, обсадной трубой 4 и стенкой скважины 8, создавая сборное уплотнительное кольцо, прижатое к стенке скважины. Далее, каждое уплотнение 2 и 3 манжеты или группа уплотнений (при их установке в количестве более двух) начинают набухать в заданной жидкости (например, в воде или нефти), появляющейся в интервале манжеты в свое время. При этом уплотнения 2 и 3 манжеты раздаются по объему во все стороны, в том числе и в направлении стенки скважины 8, повышая градиент давления гидропрорыва пакера, его герметичность и предотвращая движение различных скважинных жидкостей вдоль стенки скважины вверх и вниз при разгерметизации цементного камня и возникновении перепадов давлений между скважинными флюидами, находящимися выше и ниже пакера. Таким образом, пакер надежно герметизирует заколонное пространство скважины и служит разобщению затрубного пространства в процессе всего периода освоения и эксплуатации скважины.

Предлагаемый заколонный самоуплотняющийся манжетный пакер позволяет повысить надежность разобщения затрубного пространства в скважине при ее креплении, освоении и эксплуатации, предотвращая движение различных по природе жидкостей (например: нефти и воды) вверх или вниз по затрубному пространству скважины, снизить стоимость работ по разобщению затрубного пространства ввиду ее малой себестоимости и простоты установки в скважине, требующей не больше времени, чем для установки на обсадной колонне центратора, а также ускорить проведение работ по строительству скважины в целом.