пакер гидравлический

Формула изобретения

1. Пакер гидравлический, содержащий ствол, соединенный с муфтой, расположенное на стволе кольцевое уплотнение, канал в стенке ствола, круговую жидкостную камеру, сообщающуюся через канал с полостью ствола, клапан и манжеты, отличающийся тем, что пакер содержит цилиндр, соединенный с одного торца посредством манжеты с заглушкой, в последней установлен клапан, и с противоположного торца - с нажимным тарельчатым упором кольцевого уплотнения, временно зафиксированным на стволе срезными штифтами, причем неподвижный тарельчатый упор кольцевого уплотнения выполнен на муфте, при этом на внутренней поверхности цилиндра выполнена расточка, образующая со стволом вышеупомянутую круговую жидкостную камеру, а в расточенной стенке цилиндра выполнены сквозные отверстия, сообщающие подпакерную полость скважины с жидкостной камерой, и в цилиндре с помощью манжет размещен поршень, соединенный со стволом и образующий с заглушкой герметичную газовую камеру, при этом в расточке цилиндра размещено стопорное устройство, фиксирующее на стволе посредством цилиндра положение нажимного тарельчатого упора при сжатом кольцевом уплотнении.

2. Пакер по п.1, отличающийся тем, что срезные штифты в нажимном тарельчатом упоре кольцевого уплотнения выполнены с параметрами (количество, диаметр и материал), интегрированными с усилием среза, адекватным давлению жидкости на глубине погружения пакера в скважине.

3. Пакер по п.1, отличающийся тем, что стопорное устройство состоит из разрезного пружинящего кольца с внутренней упорной резьбой, взаимодействующей с ответной наружной резьбой, выполненной на стволе, и стопорного кольца, выполненного с внутренним конусом, временно зафиксированным срезными штифтами, установленными в стенке цилиндра, и взаимодействующим с ответным наружным конусом пружинящего кольца с внутренней упорной резьбой.

4. Пакер по п.1, отличающийся тем, что клапан выполнен в виде болта, а со стороны газовой камеры на торце заглушки выполнена выемка, в которой с зазором к торцу выемки размещена гайка болта, последний зафиксирован в выемке срезным штифтом и установлен в заглушке с помощью манжеты, а на теле болта выполнен тупиковый паз, сообщающий газовую камеру с подпакерной полостью скважины после смещения болта на величину зазора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтедобывающей промышленности, и может быть использовано для одновременно-раздельной добычи жидкости из нефтяных скважин.

Известен пакер, включающий корпус с центральным каналом, сообщающимся с впускным каналом, перекрытым обратным клапаном, и размещенную на корпусе оболочку, выполненную из растяжимого упругого материала. Центральная часть оболочки выполнена в виде призмы, боковые поверхности которой снабжены наружным слоем из высокоэластичного материала с толщиной, превышающей размеры неровностей на поверхности скважины. Концевые участки оболочки выполнены в виде усеченных конусов. Внутри оболочки установлено с возможностью взаимодействия с ней средство для обеспечения создания равномерного давления жидкости на оболочку. В верхней и нижней частях корпуса закреплены конические перфорированные кожухи с условием перекрытия концевых участков оболочки для предотвращения трения оболочки о стенки скважины при спуске и подъеме пакера в скважине и разобщения полости скважины при подаче жидкости под давлением внутрь оболочки. Корпус снабжен перекрытыми обратными клапанами, регулирующими каналы, посредством которых заколонное пространство над и под пакером сообщено с внутренним объемом оболочки. (Патент RU № 2224872 C1. Пакер. - МПК: E21B 33/12. - 27.02.2004). Недостатком известного технического решения является сложность конструкции и трудность установки пакера в скважинах, связанная с дополнительной закачкой жидкости для создания гидравлического давления на оболочку, разобщающую полость скважины.

Известен пакер гидравлический, содержащий корпус с центральным и впускным каналами и внутреннюю втулку, соединенную с корпусом, уплотнительный элемент, полый срезной элемент, установленный на корпусе и выступающий в центральный канал корпуса, клапанный узел, размещенный между корпусом и наружной втулкой, соединенной с корпусом клапанного узла и внутренней втулкой. Клапанный узел состоит из четырех выполненных за одно целое поршней-клапанов, расположенных по окружности через 90 , упирающихся в подпружиненный переключатель, выполненный в виде втулки с четырьмя симметрично расположенными по ее образующей, через 90 , фигурными пазами, в которых размещены четыре штифта, жестко закрепленные на внутренней втулке с возможностью перемещения переключателя с поворотом относительно штифтов при возвратно-поступательных перемещениях поршней - клапанов. Края уплотнительного элемента закреплены стаканами и подстаканниками. К стаканам прикреплены втулки, имеющиеконические участки, расположенные в сторону открытого участка уплотнительного элемента, с возможностью пластической деформации конических участков втулок при рабочем положении уплотнительного элемента, а на корпусе, по окружности через 90⁰, установлены четыре полых срезных элемента, на которые надеты резиновые манжеты. (Патент RU № 2443850 C1. Гидравлический пакер. - МПК: E21B 33/12. - 27.02.2012). Недостатком известного технического решения является низкая эффективность эксплуатации скважины из - за сложности конструкции пакера и его герметизирующей способности.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, известен пакер, содержащий ствол, верхний и нижний переводники, оболочку, размещенную вокруг ствола с образованием гидравлической камеры, которая соединена с полостью ствола каналом, выполненным в стенке ствола под углом, выход со стороны гидравлической камеры которого выше входа со стороны полости ствола, обратный клапан, перекрывающий полость ствола, и манжеты. Ствол установлен с возможностью осевого перемещения относительно оболочки для перекрытия канала в стенке ствола (Патент RU № 95734 U1. Пакер. МПК: E21B 33/12. - 10.07.2010).

Недостатком известного пакера является сложность конструкции и трудность установки пакера в скважинах, требующая дополнительную закачку жидкости для создания гидравлического давления на оболочку, разобщающую полость скважины.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции и снижение трудоемкости посадки пакера в скважине.

Техническим результатом является упрощение конструкции и снижение трудоемкости посадки пакера в скважине.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном пакере гидравлическом, содержащем ствол, соединенный с муфтой, расположенное на стволе кольцевое уплотнение, канал в стенке ствола, круговую жидкостную камеру, сообщающуюся через канал с полостью ствола, клапан и манжеты, согласно предложенному техническому решению,

пакер содержит цилиндр, соединенный с одного торца посредством манжеты с заглушкой, в последней установлен клапан, и с противоположного торца - с нажимным тарельчатым упором кольцевого уплотнения, временно зафиксированным на стволе срезными штифтами, причем неподвижный тарельчатый упор кольцевого уплотнения выполнен на муфте, при этом на внутренней поверхности цилиндра выполнена расточка, образующая со стволом вышеупомянутую круговую жидкостную камеру, а в расточенной стенке цилиндра выполнены сквозные отверстия, сообщающие подпакерную полость скважины с жидкостной камерой, и в цилиндре с помощью манжет размещен поршень, соединенный со стволом и образующий с заглушкой герметичную газовую камеру, при этом в расточке цилиндра размещено стопорное устройство, фиксирующее на стволе посредством цилиндра положение нажимного тарельчатого упора при сжатом кольцевом уплотнении;

срезные штифты в нажимном тарельчатом упоре кольцевого уплотнения выполнены с параметрами (количество, диаметр и материал), интегрированными с усилием среза, адекватным давлению жидкости на глубине погружения пакера в скважине;

стопорное устройство состоит из разрезного пружинящего кольца с внутренней упорной резьбой, взаимодействующей с ответной наружной резьбой, выполненной на стволе, и стопорного кольца, выполненного с внутренним конусом, временно зафиксированным срезными штифтами, установленными в стенке цилиндра, и взаимодействующим с ответным наружным конусом пружинящего кольца с внутренней упорной резьбой;

клапан выполнен в виде болта, а со стороны газовой камеры на торце заглушки выполнена выемка, в которой с зазором к торцу выемки размещена гайка болта, последний зафиксирован в выемке срезным штифтом и установлен в заглушке с помощью манжеты, а на теле болта выполнен тупиковый паз, сообщающий газовую камеру с подпакерной полостью скважины после смещения болта на величину зазора.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного пакера гидравлического, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение может быть реализовано на любом предприятии машиностроения из общеизвестных материалов и принятой технологии и успешно использовано на нефтегазовых скважинах. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

На представленной фиг.1 показан общий вид пакера гидравлического.

Пакер гидравлический содержит ствол 1, соединенный с муфтой 2, расположенное на стволе кольцевое уплотнение 3, цилиндр 4, соединенный с одного торца посредством манжеты 5 с заглушкой 6, в последней установлен клапан 7, и с противоположного торца - с нажимным тарельчатым упором 8 кольцевого уплотнения, временно зафиксированным на стволе срезными штифтами 9, круговую жидкостную камеру 10, образованную расточкой внутренней поверхности цилиндра 4 и сообщающуюся с полостью ствола 1 через канал 11, выполненный в стенке ствола 1, и подпакерной полостью скважины через сквозные отверстия 12, выполненные в стенке расточенного цилиндра 4. На муфте 2 выполнен неподвижный тарельчатый упор 13 кольцевого уплотнения 3. В цилиндре 4 с помощью манжет 14 размещен поршень 15, соединенный со стволом 1 и образующий с заглушкой 6 герметичную газовую камеру 16. В расточке цилиндра 4 размещено стопорное устройство, фиксирующее на стволе посредством цилиндра 4 положение нажимного тарельчатого упора 8 при сжатом кольцевом уплотнении 3. Стопорное устройство состоит из разрезного пружинящего кольца 17 с внутренней упорной резьбой, взаимодействующей с ответной наружной резьбой, выполненной на стволе 1, и стопорного кольца 18, выполненного с внутренним конусом, временно зафиксированным срезными штифтами 19, установленными в стенке цилиндра 4, и взаимодействующим с ответным наружным конусом пружинящего кольца 18 с внутренней упорной резьбой. Срезные штифты 9 в нажимном тарельчатом упоре 8 кольцевого уплотнения 3 выполнены с параметрами (количество, диаметр и материал), интегрированными с усилием среза , адекватным давлению p жидкости на глубине погружения пакера в скважине. Клапан выполнен в виде болта 19, а со стороны газовой камеры 16 на торце заглушки 6 выполнена выемка 20, в которой с зазором к торцу выемки 20 размещена гайка 21 болта 19, последний установлен в заглушке 6 с помощью манжеты 22 и зафиксирован в выемке срезным штифтом 23. На теле болта 19 выполнен тупиковый паз 24, сообщающий газовую камеру 16 с подпакерной полостью скважины после смещения болта 19 на величину зазора .

Пакер гидравлический работает следующим образом.

С помощью муфты 2 на колонне насосно - компрессорных труб пакер устанавливают в определенном интервале скважины, соответствующему интервалу разобщения пластов с давлением p жидкости. По мере спуска пакера в скважину жидкость поступает через отверстия 12 в расточенной стенке цилиндра 4 в круговую жидкостную камеру 10 и через канал 11 в полость ствола 1, создавая вокруг пакера нарастающее давление скважинной жидкости, которое давит на поршень 15 изнутри пакера и заглушку 6 снаружи его, создавая тем самым нагрузку на срезные штифты 9. С достижением определенного давления p скважинной жидкости, превышающим допустимое интегрированное усилие среза срезных штифтов 9 с параметрами (количество, диаметр и материал), срезные штифты 9 срезаются, поршень 15 и заглушка 6 сжимают газовую камеру 16, нажимной упор 8 сдавливает кольцевое уплотнение 3 относительно неподвижного упора 13 на муфте 2 и радиальным расширением разобщает полость скважины. При этом одновременно цилиндр 4 смещает через срезные штифты 19 стопорное кольцо 18 и уступом расточки разрезное пружинящее кольцо 17 с внутренней упорной резьбой, скользящей по ответной наружной резьбе на стволе 1. Сдавливая газовую камеру 16 поршень нажимает на торец болта 19, срезает о заглушку 6 срезной штифт 23 и смещает болт 19 до упора гайки 21 в стенку выемки 20 на величину зазора , открывается тупиковый паз 24, сообщающий газовую камеру 16 с подпакерной полостью скважины. После этого давление снаружи и внутри пакера, в том числе и в газовой камере 16, выравнивается, кольцевое уплотнение 3 через нажимной тарельчатый упор 8 нажимает на цилиндр 4, последний через срезные штифты 9 смещает стопорное кольцо 18 в обратном направлении, надвигается внутренним конусом на наружный конус разрезного пружинящего кольца 17, последнее, сжимаясь с внутренней упорной резьбой, взаимодействует с ответной наружной резьбой на стволе 1, фиксирует нажимным тарельчатым упором 8 сжатое положение кольцевого уплотнения 3. Для извлечения пакера необходимо поднять его, при этом срезаются срезные штифты 19, освобождается стопорное кольцо 18 и конусом смещается с наружного конуса разрезного пружинящего кольца 17, последнее освобождается от зацепления с ответной резьбой на стволе 1, вследствие чего кольцевое уплотнение 3 разжимается, поршень 4 смещается, всасывая скважинную жидкость в газовую камеру 16 через тупиковый паз 24 на болте 19 клапана 7 и пакер освобождается для подъема его на поверхность скважины.

Использование предложенного пакера гидравлического в нефтедобывающей промышленности может повысить надежность посадки пакеров в скважинах и улучшить герметизацию межтрубного пространства, что значительно повысит эффективность эксплуатации скважин в соответствие с требованиями Правил охраны недр, утвержденных постановлением Госгортехнадзора РФ № 71 от 06 июня 2003 г.