пакер для ступенчатого цементирования обсадной колонны

Формула изобретения

1. Пакер для ступенчатого цементирования обсадной колонны, содержащий трубчатый ствол с радиальными отверстиями, размещенные на стволе ниже радиальных отверстий уплотнительные элементы с нижней и верхней опорами, прикрепленный к верхней опоре гидроцилиндр, уплотненную в гидроцилиндре выше радиальных отверстий ствола втулку и прикрепленное к гидроцилиндру разрезное кольцо с внутренней насечкой для фиксации на стволе, отличающийся тем, что разрезное кольцо с внутренней насечкой размещено в верхней опоре, а на стволе выше втулки установлена самоуплотняющаяся манжета с наружным диаметром больше диаметра скважины.

2. Пакер по п.1, отличающийся тем, что внутри ствола выше радиальных отверстий уплотнена и зафиксирована срезными штифтами гильза, причем часть ствола ниже радиальных отверстий выполнена с внутренним диаметром, обеспечивающим прессовую посадку гильзы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к пакерам для ступенчатого цементирования обсадной колонны, в частности технической колонны, перекрывающей зоны поглощения тампонажного раствора.

Известен пакер, включающий трубчатый ствол с размещенными на нем уплотнительными элементами и нажимной втулкой, размещенное внутри ствола посадочное седло и пропущенные через прорези ствола рычаги, связывающие посадочное седло с нажимной втулкой (см. а.с. СССР N 1698420, кл. E 21 B 33/12, 1989). Недостатками этого пакера является усложнение процесса цементирования из-за необходимости применения сбрасываемого клапана, образование большой зоны смешения тампонажного раствора с продавочной жидкостью из-за невозможности посадки сбрасываемого клапана на седло после посадки разделительной пробки на стоп-кольцо на нижнем конце обсадной колонны и опасность схватывания тампонажного раствора во время ожидания перекрытия седла сбрасываемым клапаном.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является пакер, содержащий трубчатый ствол с радиальными отверстиями, размещенные на стволе ниже радиальных отверстий уплотнительные элементы с нижней и верхней опорами, прикрепленный к верхней опоре гидроцилиндр, уплотненную в гидроцилиндре выше радиальных отверстий ствола втулку и прикрепленное к гидроцилиндру разрезное кольцо с внутренней насечкой для фиксации на стволе, известный из описания изобретения к патенту России N 2021486, кл. E 21 В 33/12, опубл. 15.10.94, бюлл. N 19. Недостатками этого пакера являются сложность, невысокая надежность конструкции и ограниченная область применения. Конструкцию его усложняют упорное и фиксирующие кольца, полые разрушаемые пробки с обратными клапанами, трубки для подвода жидкости из центрального канала ствола под уплотнительные элементы. Область его применения ограничивает отсутствие возможности перепуска тампонажного раствора из центрального канала ствола в наружное пространство выше уплотнительных элементов. Для проведения ступенчатого цементирования обсадной колонны этот пакер должен снабжаться дополнительным сложным и дорогостоящим устройством - муфтой ступенчатого цементирования.

Изобретение направлено на обеспечение возможности применения пакера при ступенчатом цементировании обсадной колонны, упрощение его конструкции и повышение его надежности.

Для решения поставленной задачи в пакере, содержащем трубчатый ствол с радиальными отверстиями, размещенные на стволе ниже радиальных отверстий уплотнительные элементы с нижней и верхней опорами, прикрепленный к верхней опоре гидроцилиндр, уплотненную в гидроцилиндре выше радиальных отверстий ствола втулку и прикрепленное к гидроцилиндру разрезное кольцо с внутренней насечкой для фиксации на стволе, разрезное кольцо с внутренней насечкой размещено в верхней опоре, а на стволе выше втулки установлена самоуплотняющаяся манжета с наружным диаметром больше диаметра скважины.

Поставленная задача решается также тем, что внутри ствола выше радиальных отверстий уплотнена и зафиксирована срезными штифтами гильза, причем часть ствола ниже радиальных отверстий выполнена с внутренним диаметром, обеспечивающим прессовую посадку гильзы.

На чертеже изображен пакер в исходном положении перед спуском в скважину.

Пакер включает трубчатый ствол 1 с радиальными отверстиями 2. На нижней части ствола установлены уплотнительные элементы 3 с нижней 4 и верхней 5 опорами. В верхней опоре размещено разрезное кольцо 6 с внутренней насечкой и эластичное нажимное кольцо 7. К опоре 5 прикреплен гидроцилиндр 8. Выше радиальных отверстий 2 на стволе 1 и в гидроцилиндре 8 уплотнена и зафиксирована срезными штифтами 9 и 10 втулка 11. Выше втулки на стволе установлена самоуплотняющаяся манжета 12 с наружным диаметром больше диаметра скважины и нажимное кольцо 13. Манжета 12 имеет возможность осевого перемещения по стволу на величину, превышающую длину втулки 11. Внутри ствола выше радиальных отверстий 2 уплотнена гильза 14 и зафиксирована срезными штифтами 15. Наружный диаметр гильзы больше внутреннего диаметра ствола ниже радиальных отверстий на величину, обеспечивающую прессовую посадку.

В скважину пакер спускают в составе обсадной колонны, имеющей на нижнем конце обратный клапан и стоп-кольцо для посадки разделительной пробки (на чертеже не показаны). В процессе спуска обсадной колонны, а также закачки и продавки тампонажного раствора верхний край манжеты 12 отгибается и пропускает жидкость вверх. При посадке разделительной пробки на стоп-кольцо давление в обсадных трубах повышается. При заданном значении его срезаются штифты 10 и гидроцилиндр 8 перемещается вниз, уплотняя элементы 3 в скважине. В таком положении гидроцилиндр фиксируется разрезным кольцом 6. При дальнейшем повышении давления срезаются штифты 9 и втулка 11 выдавливается из гидроцилиндра 8. Открытие гидроцилиндра отмечается скачкообразным снижением давления в обсадных трубах. После этого производят закачку и продавку тампонажного раствора для второй ступени с применением разделительной пробки с чугунным запорным элементом на нижнем конце (на чертеже не показана). Разделительная пробка продвигает гильзу 14 вниз, закрывая радиальные отверстия 2, и впрессовывает ее в ствол, обеспечивая плотность и неподвижность соединения.

Плотность закрытия радиальных отверстий 2 проверяют путем стравливания давления в обсадных трубах. Если имеет место обратный переток жидкости из затрубья в трубы через отверстия 2, то под действием напора тампонажного раствора манжета 12 перемещается вниз и закрывает гидроцилиндр 8 втулкой 11. Если имеет место переток тампонажного раствора вокруг уплотнительных элементов 3, например, по трещинам и кавернам в стенке скважины, то самоуплотняющаяся манжета 12 обеспечивает дополнительное уплотнение пакера в скважине, причем уплотнение осуществляется после перемещения манжеты в крайнее нижнее положение, где стенка скважины не подвергнута эрозии потоком тампонажного раствора. После затвердения тампонажного раствора гильзу 14 разбуривают. Возможно применение пакера и без гильзы 14. В этом случае разобщение внутренней полости обсадных труб от затрубного пространства обеспечивается только втулкой 11, которая плотно входит в гидроцилиндр под действием манжеты 12.

Возможно применение пакера для разобщения пластов и при одноступенчатом цементировании. В этом случае штифты 9 изготавливают из более прочного материала или увеличивают их количество таким образом, чтобы при возможном максимальном давлении в трубах они не срезались и гидроцилиндр оставался закрытым сверху. Это исключает возможное нарушение плотности закрытия гидроцилиндра в случае применения обычных срезных штифтов.

Технико-экономический эффект от применения предложенного пакера обеспечивается меньшими затратами на его изготовление, большей надежностью разобщения затрубного пространства за счет дублирования работы уплотнительных и запорных элементов и расширением области его применения.