пакер

Формула изобретения

ПАКЕР, содержащий шток с пазом на наружной поверхности, включающим укороченный и удлиненный пазы, связанные наклонным пазом, и замыкающую пазы часть, установленные на штоке уплотнительный элемент с конусом, подпружиненные плашки, корпус, размещенный в корпусе подпружиненный центратор и втулку с фиксатором, концевая часть которого размещена в пазу штока, отличающийся тем, что замыкающая пазы часть выполнена в виде смещенных в разные стороны относительно укороченного паза соответственно левого Е и правого Г продольных пазов, соединенных в нижней части наклонным пазом Д, при этом левый продольный паз длиннее правого и связан сверху с укороченным пазом и верхней частью наклонного паза, а правый продольный паз связан сверху с удлиненным пазом и с нижней частью наклонного паза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для зацепления и герметизации ствола скважины без упора на забой.

Известен пакер, совмещенный с якорем типа ЗПД-ЯГ. Это оборудование состоит из верхнего и нижнего заякоривающих устройств, уплотнителей, гидроцилиндров, срезных фиксирующих винтов и штоков. Для установки пакера в скважине внутрь труб сбрасывают шар, который садится на седло пакера. Под действием внутритрубного давления срезается винт, размещенный под нижним плашкодержателем. Плашки нижнего якоря зацепляются со стенками скважины, удерживая пакер от вертикального перемещения вниз. Уплотнительные элементы деформируются, герметизируя затрубное пространство. При дальнейшем возрастании давления срезаются другие винты, размещенные над верхним якорем. При использовании предлагаемого пакера не требуется вращение колонны труб. Поэтому это оборудование может быть использовано в обсаженных скважинах с применением насосно-компрессорных труб на глубоких скважинах [1] Однако это оборудование рассчитано для проведения только одной операции, т.к. для повторной операции необходимо поднять колонну труб с оборудованием и снова установить все срезные винты и седло.

Известен пакер, совмещенный с якорем типа ПН-ЯМ. Пакер содержит уплотнительный элемент с конусом, подпружиненные плашки, шток с пазом, на наружной поверхности, включающим продольные укороченный и удлиненный пазы, корпус, установленный на штоке, подпружиненный центратор, фиксатор (палец). Для установки пакера в скважине колонну труб приподнимают, затем поворотом вправо и одновременным спуском вниз фиксатор выводят из укороченного паза в удлиненный паз. Конус, опускаясь, радиально раздвигает плашки, которые заякориваются на стенке скважины. При дальнейшем опускании ствола уплотнительные элементы деформируются и герметизируют кольцевое пространство. Для перевода оборудования в транспортное положение инструмент приподнимают. При этом конус со штоком перемещаются вверх, фиксатор входит в расширенную часть фигурного паза и занимает прежнее положение [2]

Так как для установки пакера в скважине требуется вращение колонны труб, что практически осуществляется вручную, то использование этого оборудования в обсаженной скважине с насосно-компрессорными трубами (НКТ) в глубоких, а также в наклонных (искривленных) и горизонтальных скважинах затруднено из-за большого веса труб или возникновения больших сил трения между НКТ и стенкой скважины. Поэтому это оборудование используют на небольших глубинах в вертикальных скважинах.

Известен пакер, совмещенный с якорем. Он содержит шток с пазом на наружной поверхности, включающий укороченный и удлиненный пазы, связанные с наклонным пазом и замыкающую пазы часть, установленные на штоке уплотнительный элемент с конусом, подпружиненные плашки, корпус, размещенный в корпусе подпружиненный центратор, втулку с фиксатором с возможностью вращения, концевая часть которого размещена в пазу штока [3]

Предлагаемый пакер обеспечивает установку пакера в скважине путем осевых перемещений колонны труб. В пакере шток выполнен из двух слоев и состоит из наружного и внутреннего патрубков, закрепленных между собой заклепками, замыкающая часть паза размещена по всей окружности штока между верхним и нижним патрубками. Однако при таком исполнении ослабляются прочностные характеристики штока и уменьшается диаметр проходного канала в штоке пакера. К недостатком предлагаемого пакера следует отнести также трудность управления его работой при спуско-подъемных операциях. Например, в процессе спуска колонны труб при посадке инструмента на ротор фиксатор находится в верхней части укороченного продольного паза. После свинчивания очередной трубы инструмент приподнимают не более чем на длину укороченного паза и спускают. Однако это трудно осуществить из-за ограниченной длины укороченного продольного паза. В случае же подъема труб больше чем на длину укороченного паза, фиксатор упрется на зубы нижнего патрубка и, повернув корпус относительно штока, в процессе спуска инструмента войдет в удлиненный продольный паз и произойдет преждевременная посадка пакера в скважине. Поэтому, чтобы осуществить нормальный спуск инструмента, необходимо иметь достаточно длинномерный укороченный и удлиненный пазы, что приведет к увеличению длины и осложнит технологию изготовления оборудования. Применение в пакере нескольких чередующихся по окружности штока укороченных и удлиненных продольных пазов в верхнем патрубке штока, а также размещение нескольких наклонных пазов в нижнем патрубке штока и их строгое размещение относительно друг друга также осложняет конструкцию и технологию изготовления пакера. Кроме того, в предлагаемом пакере радиальное перемещение фиксатора возможно только при повороте корпусных деталей, а также подпружиненного центратора, постоянно находящегося в трении с колонной труб. В результате фиксатор будет воспринимать значительные поперечные нагрузки, приводящие к преждевременному выходу его из строя. По указанным причинам практическое использование предлагаемого пакера ограничено.

Цель изобретения повышение надежности работы и облегчение технологии изготовления пакера.

Достигается это тем, что в пакере, содержащем шток с пазом на наружной поверхности, включающем укороченный и удлиненный пазы, связанные с наклонным пазом и замыкающую пазы часть, установленные на штоке уплотнительный элемент с конусом, подпружиненные плашки, корпус, размещенный в корпусе подпружиненный центратор, втулку с фиксатором, концевая часть которого размещена в пазу штока, замыкающая часть паза выполнена в виде смещенных в разные стороны относительно укороченного паза соответственно левого и правого продольных пазов, соединенных в нижней части наклонным пазом, при этом левый продольный паз длиннее правого и связан сверху с укороченным пазом и верхней частью наклонного паза, а правый продольный паз связан сверху с удлиненным пазом и с нижней частью наклонного паза.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существующими отличительными признаками в заявляемом пакере, и признать заявленное решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен пакер при спуске в скважину; на фиг.2 паз на штоке (развертка) с различными положениями фиксатора, на фиг.3 устье скважины при спуско-подъемных операциях, на фиг.4 пакер в рабочем положении после пакеровки скважины.

Пакер включает шток 1, установленный на штоке уплотнительный элемент 2 с конусом 3, верхнего 4 и нижнего 5 корпуса, центраторы 6, постоянно прижатые к стенкам скважины (обсадной колонны) с помощью пружины 7. В верхней части верхнего корпуса 4 размещены прижатые во внутрь с помощью пружины 8 плашки 9. Для равномерного радиального перемещения плашек 9 в верхнем корпусе 4 предусмотрены пальцы 10, а в плашках 9 пазы 11. К верхнему концу штока 1 навернут переводник 12.

Шток 1 снабжен пазом 13 на наружной поверхности, включающим укороченный А и удлиненный Б пазы, связанные с наклонным пазом В. В нижней части паз 13 соединен с замыкающим пазом 14, образующим замкнутый выступ 15 на штоке. Замыкающий паз 14 выполнен в виде смещенных в разные стороны относительно укороченного паза А соответственно левого Е и правого Г продольных пазов, соединенных в нижней части наклонным пазом Д. При этом левый продольный паз Е длиннее правого паза Г и связан сверху с укороченным пазом А и верхней частью наклонного паза В, а правый продольный паз Г связан сверху с удлиненным пазом Б и с нижней частью наклонного паза В.

Между штоком 1 и нижним корпусом 2 установлена с возможностью свободного вращения по отношению к ним втулка 16. Внутри втулки 16 размещен фиксатор 17, концевая часть которого постоянно находится внутри одной из части пазов. Усилие прижатия центраторов 6 отрегулировано таким образом, чтобы удержать от осевого перемещения вниз подпружиненные центраторы 6, корпусные детали 4 и 5, втулку 16, плашки 9, вместе взятые, относительно штока 1. При спуске-подъеме пакера плашки 9 сложены во внутрь и преждевременное зацепление их со стенками скважины исключается. Перед спуском пакера в скважину фиксатор устанавливают в укороченной части А паза 13.

При спуске инструмента после свинчивания каждой очередной трубы 18 к преды-дущей трубе 19, предыдущую трубу при- поднимают от верхнего торца элеватора 20, установленного на роторе 21 на расстояние Н с таким расчетом, чтобы фиксатор 17 находился только в укороченном пазе А, и чтобы расстояние Н было равно или не превышало длину перемещения L₁ фиксатора 17 из положения I в положение II, т.е. H L₁ (см.фиг.1, 2 3). Затем элеватор 20 снимают и очередную трубу 18 спускают с помощью второго подвешенного элеватора до торца ротора. При этом фиксатор 17 будет перемещаться только в укороченном пазе А из положения II в положение I и т.д.

Если это технологически трудно осуществить, из-за ограниченного расстояния для подъема труб над ротором, тогда используется второй технологический прием управления работой пакером. В этом случае предыдущую трубу 19 приподнимают над ротором с таким расчетом, чтобы расстояние Н было не меньше длины перемещения L₂ фиксатора 17 из положения I в положение III, т.е. Н > L₂. В этом случае фиксатор из укороченного паза А через наклонный паз В переместится в паз Г, затем перейдет в наклонный паз Д и установится в положение III. После этого элеватор 20 снимают из ротора и колонну труб спускают с помощью второго элеватора одетого в трубу 18 сверху и устанавливают верхнюю трубу с элеватором на ротор. При этом фиксатор переместится через пазы Е и К в паз А и установится обратно в положение I и т.д.

Наличие между корпусом и штоком свободно вращающейся по отношению к ним втулки с фиксатором обеспечивает беспрепятственное перемещение фиксатора через пазы вокруг замкнутого выступа 15. При этом исключается вращение корпусных деталей с плашками относительно штока.

Для установки пакера в скважине колонну труб приподнимают на расстояние Н с таким расчетом, чтобы фиксатор переместился через наклонный паз В в паз Г до положения IV на длину не менее чем L₃, или в наклонный паз Д на длину не более L₄ до положения V, т.е. L₃ H L₄. Затем инструмент разгружают. В результате фиксатор переместится из положения IV или V в положение VI и установится в удлиненном пазе Б. При этом, шток 1 вместе с уплотнительным элементом 2, конусом 3 переместится вниз относительно корпусных деталей (фиг. 4). В результате конус 3, соприкасаясь с плашками 9, разжимая упругий элемент 8, переместит их в радиальном направлении до зацепления со стенками скважины. При дальнейшей разгрузке инструмента уплотнительный элемент 2, под действием сжимающей нагрузки, увеличиваясь до диаметра скважины, герметизирует подпакерную зону от остальной часть скважины, как показано на фиг.4.

Для перевода пакера в исходное положение, колонну труб поднимают с расчетом, чтобы фиксатор переместился из положения VI в положение III на длину не менее, чем L₅. При этом шток 1 с конусом 3, уплотнительным элементом 2 приподнимается вверх относительно корпусных деталей, плашки 9 под действием упругого элемента сложится во внутрь и осуществится распакеровка скважины.

При подъеме инструмента, после подъема полностью верхней трубы 18 над ротором 21, очередную нижнюю трубу 19 поднимают над ротором с таким расчетом, чтобы расстояние Н, между нижним торцом муфты 22 нижней трубы 19 и верхним торцом установленного над ротором элеватора 20, не превышало длину перемещения L₆ фиксатора, т.е. H L₆. Затем колонну труб опускают на расстояние Н и сажают муфтой 22 на элеватор. При этом фиксатор переместится из положения III в положение VII.

Если это технологически трудно осуществить, тогда используется второй технологический прием управления. В этом случае, после подъема полностью верхней трубы 18, подъем нижней трубы 19 над ротором осуществляют с таким расчетом, чтобы расстояние Н было не меньше длины L₂, т.е. НL₂. Затем колонну труб спускают и сажают на элеватор. В результате фиксатор переместится из положения III, через пазы Е и К, в укороченный паз А и установится в положение I. При подъеме очередной трубы фиксатор из положения I, через пазы А, В и Г, перейдет в наклонный паз Д и установится снова в положение III и т.д.

При использовании второго технологического приема управления, как при спуске так и при подъеме инструмента, для исключения преждевременной пакеровки скважины достаточно выполнять условие НL₂. При этом фиксатор будет перемещаться из положения I в положение III и наоборот.

Экономический эффект от применения предложенного пакера достигается за счет повышения количества удачных операций в скважине, а также облегчения технологии изготовления пакера.