пакер

Формула изобретения

1. Пакер, содержащий уплотнительный узел, состоящий из деформируемого патрубка, эластичной манжеты и расширяющего элемента, взаимодействующего через срезной элемент с цилиндром, связанным с приводом, включающим шток, при этом внутренний диаметр расширяющего элемента выбран под наружный диаметр плунжера, снабженного кольцевым уступом, установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), с уплотнительными элементами для взаимодействия с внутренней стенкой расширяющего элемента, отличающийся тем, что он снабжен опорной трубой с радиальными каналами, опирающейся на забой скважины, с которой при запакеровке жестко соединен шток привода, соединенный с НКТ, а в рабочем положении - плунжер, причем уплотнительный узел снабжен опорной втулкой, в рабочем положении взаимодействующей сверху с кольцевым уступом плунжера, а снизу - с расширяющим элементом.

2. Пакер по п. 1, отличающийся тем, что верхний торец опорной втулки выполнен с внутренней конической расточкой, а с нижнего торца она имеет наружную цилиндрическую выборку, в которой с втулкой соединен деформируемый патрубок.

3. Пакер по п. 1, отличающийся тем, что длина опорной трубы при запакеровке равна длине опорной трубы в рабочем положении.

4. Пакер по п. 1, отличающийся тем, что длина плунжера от кольцевого уступа до торца муфты опорной трубы равна длине от нижнего торца установочного кольца до торца муфты опорной трубы.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадной колонны от высокого давления.

Известен пакер, включающий корпус, установленный в корпусе патрубок с расположенным на его наружной поверхности уплотнителем и связанный с приводом расширяющий конус (1).

Недостатком данной конструкции является большое усилие посадки, большой ход расширяющего конуса при посадке, что приводит к увеличению массы и габаритов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является "Пакер", содержащий уплотнительный узел, состоящий из деформируемого патрубка, эластичной манжеты и расширяющего элемента, взаимодействующего через срезной элемент с цилиндром, связанным с приводом, включающим шток, при этом внутренний диаметр расширяющего элемента выбран под наружный диаметр плунжера, снабженного кольцевым уступом, установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), с уплотнительными элементами для взаимодействия с внутренней стенкой расширяющего элемента (2).

Недостатки известного пакера.

При его посадке, под давлением жидкости колонна НKT удлиняется, а так как НКТ жестко соединены с цилиндром, в который упирается деформируемый патрубок, происходит сдвиг последнего и разгерметизация пакера.

Закачка воды в пласт, как правило, происходит в пульсирующем режиме. Посадка плунжера в расширяющий элемент в известной конструкции осуществляется без должного контроля, она может быть как со слабой, так и с высокой нагрузкой со стороны НКТ. В первом случае может происходить отход расширяющего элемента от упорного торца плунжера и постоянное биение последнего о расширяющий элемент, что в конечном итоге приведет к расшатыванию уплотнительного узла и его разгерметизации. Во втором случае - при перенагрузке, уплотнительный узел может быть сдвинут со своего места, что также приведет к разгерметизации. В обоих случаях создается осложненная обстановка, ликвидация которой связана с проведением операции по разбуриванию уплотнительного узла и с последующим повторным спуском нового оборудования и т.д. Все это приводит к большим затратам времени на непроизводительные работы и расходованию материальных средств.

Чтобы точно установить пакер относительно забоя скважины, надо вызывать каротажную партию, а это связано с большими материальными затратами.

Задачей изобретения является создание конструкции пакера, обладающего высокой надежностью и долговременностью в работе и позволяющего сэкономить значительные материальные средства.

Указанная задача решается предлагаемым пакером, включающим уплотнительный узел, состоящий из деформируемого патрубка, эластичной манжеты и расширяющего элемента, взаимодействующего через срезной элемент с цилиндром, связанным с приводом, включающим шток, при этом внутренний диаметр расширяющего элемента выбран под наружный диаметр плунжера, снабженного кольцевым уступом, установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб, с уплотнительными элементами для взаимодействия с внутренней стенкой расширяющего элемента.

Новым является то, что он снабжен опорной трубой с радиальными каналами, опирающейся на забой скважины, с которой при запакеровке жестко соединен шток привода, соединенный с НКТ, а в рабочем положении - плунжер, причем уплотнительный узел снабжен опорной втулкой, в рабочем положении взаимодействующей сверху с кольцевым уступом плунжера, а снизу - с расширяющим элементом.

Новым также является то, что верхний торец опорной втулки выполнен с внутренней конической расточкой, а с нижнего торца она имеет наружную цилиндрическую выборку, в которой с втулкой соединен деформируемый патрубок.

Новым также является то, что длина опорной трубы при запакеровке равна длине опорной трубы в рабочем положении, а также то, что длина плунжера от кольцевого уступа до торца муфты опорной трубы равна длине от нижнего торца установочного кольца до торца муфты опорной трубы.

На фиг.1 изображен продольный разрез уплотнительного узла пакера с приводом в момент перед запакеровкой.

На фиг.2 - то же самое после запакеровки.

На фиг.3 - пакер в рабочем положении.

Пакер состоит из уплотнительного узла, включающего эластичную манжету 1 (фиг.1), деформируемый патрубок 2 и расширяющий элемент 3. Внутри последнего концентрично установлен цилиндр 4 с вертикальным пазом 5, жестко соединенным с гидроцилиндром 6. Внутри цилиндра 4 и гидроцилиндра 6 концентрично установлен шток 7 с поршнем 8 и радиальными каналами 9. Цилиндр 4 и шток 7 соединены между собой срезным элементом 10. Винтом 11 шток 7 соединен с установочным кольцом 12, установленным в цилиндрической расточке 13 цилиндра 4. Расширяющий элемент 3 нижним торцом опирается на срезное кольцо 14, соединенное с цилиндром 4.

Уплотнительный узел снабжен опорной втулкой 15, верхний торец которой выполнен с внутренней конической расточкой 16, а с нижнего торца имеет наружную цилиндрическую выборку 17, в которой с втулкой соединен деформируемый патрубок 2.

Шток 7 в нижней части жестко соединен с опорной трубой 18 с радиальными каналами 19 и опорной муфтой 20. Гидроцилиндр 6 снабжен уплотнениями 21.

Пакер работает следующим образом.

После спуска его в скважину на колонне НКТ 22 и посадки опорной муфты 20 на забой в трубное пространство закачивают жидкость под давлением, которое воздействует на гидроцилиндр 6. При этом корпус гидроцилиндра поднимается вверх, а вместе с ним цилиндр 4 (срезной элемент 10 разрушается) и связанный с последним расширяющий элемент 3, который, передвигаясь через деформируемый патрубок 2, расширяет его и плотно прижимает эластичную манжету 1 к стенкам обсадной колонны 23. Расширяющий элемент 3 двигается до тех пор, пока не упрется в опорную втулку 15, после чего происходит разрушение срезного кольца 14 и освобождение расширяющего элемента 3 от цилиндра 4 (фиг.2). Затем из скважины на НКТ извлекают все оборудование, кроме уплотнительного узла и опорной втулки 15.

После этого в скважину спускают колонну НКТ с установленным на нижнем конце плунжером 24 (фиг.3) с кольцевым уступом 25 и уплотнительными элементами 26. К плунжеру 24 присоединена опорная труба 18 из ранее поднятого оборудования из скважины.

После вхождения плунжера 24 в уплотнительный узел пакера опорная труба 18 упирается на забой скважины, а кольцевой уступ 25 плунжера - на опорную втулку 15. Скважина готова для эксплуатации по нагнетанию в пласт жидкости.

Чтобы убрать пакер из скважины надо поднять на поверхность плунжер, а затем разбурить уплотнительный узел.

Деформируемый патрубок 2 изготовлен из легкорасширяемого материала (например, сталь 10, алюминиевые сплавы и др.), а втулка 15 и расширяющий элемент 3 - из легкоразрушаемого материала (например, чугуна).

Технико-экономические преимущества предлагаемого пакера заключаются в его высокой надежности и долговременности в работе, т.к. от сдвига под действием давления закачки уплотнительный узел удерживается благодаря его надежной опоре о кольцевой выступ 25 плунжера, жестко соединенного с НKT и опирающегося на забой скважины через опорную трубу 18. Последняя является как бы инструментом точной посадки пакера относительно забоя скважины, что исключает использование каротажной партии и, следовательно, позволяет сэкономить значительные материальные средства.

Использованная информация

1. Аналог. А.с. 1726730, МКИ Е 21 В 33/12, 1992.

2. Прототип. Патент РФ 2162137, МКИ7 Е 21 В 33/12, 2001.