пакер

Формула изобретения

1. Пакер, содержащий шток с радиальным выступом, установленный на штоке уплотнительный элемент, размещенные над уплотнительным элементом верхний конус и верхние плашки, размещенные под уплотнительным элементом нижний конус, нижние плашки, фиксатор и подпружиненные планки, отличающийся тем, что над уплотнительным элементом размещены верхний толкатель, гидравлическая демпферная система и срезные штифты, расположенные в теле верхнего толкателя, а верхний конус жестко прикреплен к колонне труб и к верхнему концу штока, при этом под уплотнительным элементом размещены нижний толкатель, пружина с регулируемым сжатием, контактирующая с нижним толкателем, а фиксатор выполнен в виде стопорного шарика, размещенного до ввода пакера в работу одновременно в горизонтальном пазу установленного на штоке с возможностью перемещения патрубка и в выборке в теле толкателя, а после ввода пакера в работу - в вертикальном пазу патрубка, при этом все элементы устройства вводятся в рабочее состояние под воздействием пружины с регулируемым сжатием.

2. Пакер по п.1, отличающийся тем, что верхний и нижний конусы выполнены в виде усеченного конуса с четырьмя плоскими гранями и трапециевидными пазами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к пакеру, совмещенному с якорем двухстороннего действия.

Известны пакеры двухстороннего действия типа ПД-ЯГ и 2ПД-ЯГ, состоящие из верхнего и нижнего заякоривающих устройств, гидроцилиндров, уплотнительных элементов, фиксаторов, срезных элементов и плашкодержателей (Пакеры, якоря, разъединители колонн, инструменты и принадлежности для них, каталог. - М.: ЦИНТИХИМНефтемаш, 1984, с.10). Особенностью пакеров данного вида является наличие постоянного заякоривающего усилия на плашки верхнего якоря благодаря сообщению полости под плашками с подпакерной зоной через отверстия. Недостатком пакеров данного типа является то, что плашки гидравлического якоря, предназначенные для удержания пакера от перемещения вверх, передвигаясь в корпусе в радиальном направлении, открывают доступ к попаданию внутрь каждого гнезда абразивных реагентов. Поэтому внутренняя часть гнезда, имеющая точно обработанную поверхность под герметичное уплотнение, быстро изнашивается, что приводит к нарушению герметичности уплотнения и разрушению. В пакере для срабатывания нижнего заякоривающего устройства применены три срезных винта и гидроцилиндры с точно обработанными поверхностями под уплотнительные кольца, которые в абразивной среде быстро коррелируют и выходят из строя. Срезание винтов при установке устройства создает большую динамическая нагрузку на верхние плашки, которые быстро изнашиваются и снижают надежность работы устройства в целом.

Известен пакер типа ПН-ЯМ, содержащий шток, переводник, прикрепленный к верхнему концу штока, установленный на штоке уплотнительный элемент, конус, подпружиненные плашки и башмаки (планки), гайку с фигурным пазом и палец-фиксатор (Пакеры, якоря, разъединители колонн, инструменты и принадлежности для них, каталог. М.: ЦИНТИХИМНефтемаш, 1984, с.6).

Недостатком данного пакера является сложность его установки. При этом осуществление взаимосвязи через нерегулируемые пружины снижает надежность работы устройства и ограничивает область применения на различных скважинах. В рассматриваемом устройстве герметичность затрубного пространства обеспечивается за счет осевой сжимающей нагрузки от массы колонны подъемных труб. Однако при использовании этого устройства, если при создании избыточного давления под пакером вес труб недостаточен для удержания пакера, колонна труб с пакером будет перемещаться вверх на значительное расстояние (до нескольких метров), что приведет к чрезмерному изгибу колонны труб над пакером, а устьевое оборудование будет воспринимать большую сжимающую нагрузку, направленную снизу вверх.

Известен также пакер двухстороннего действия, содержащий шток с пазом, переводник, уплотнительный элемент, размещенные над уплотнительным элементом конус, верхний корпус с подпружиненными верхними плашками, размещенные под уплотнительным элементом конус, фиксатор, нижний корпус с подпружиненными планками и нижними плашками (патент РФ N 2120023, 6 Е 21 В 33/12, 1998, БИ N 28).

Недостатком данного пакера является сложность его конструкции и установки в скважине. При этом в процессе установки устройства от веса труб и усилий от пружины возникает большая динамическая нагрузка на конструктивные элементы верхнего заякоривающего устройства, что приводит к быстрому его изнашиванию и снижению эксплуатационной надежности устройства. Наиболее остро этот недостаток проявляется в малогабаритных пакерах.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции пакера и снижении нагрузки на узел верхнего заякоривающего устройства. Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем шток с радиальным выступом, установленный на штоке уплотнительный элемент, размещенные над уплотнительным элементом верхний конус и верхние плашки, размещенные под уплотнительным элементом нижний конус, нижние плашки, фиксатор и подпружиненные планки, над уплотнительным элементом размещены верхний толкатель, гидравлическая демпферная система и срезные штифты, расположенные в теле верхнего толкателя, а верхний конус жестко прикреплен к колонне труб и к верхнему концу штока, при этом под уплотнительным элементом размещены: патрубок, установленный на штоке с возможностью перемещения, нижний толкатель, пружина с регулируемым сжатием, контактирующая с нижним толкателем, а фиксатор выполнен в виде стопорного шарика, размещенного до ввода пакера в работу одновременно в горизонтальном пазу патрубка и в выборке в теле толкателя, при этом все элементы устройства вводятся в рабочее состояние под воздействием пружины с регулируемым сжатием. В устройстве верхний и нижний конусы выполнены в виде усеченного конуса с четырьмя плоскими гранями и трапециевидными пазами.

Признаками, отличающими предлагаемый пакер от наиболее близкого к нему известному по патенту РФ N 2120023 (прототипа), являются следующие:

- над уплотнительным элементом размещены: верхний толкатель, упирающийся своей верхней торцевой частью в верхние плашки, а нижней - в уплотнительный элемент, гидравлическая демпферная система и срезные штифты, расположенные в теле верхнего толкателя;

- верхний конус жестко прикреплен к колонне труб и к верхнему концу штока, являясь одновременно соединительным элементом;

- под уплотнительным элементом размещены: нижний толкатель, пружина с регулируемым сжатием, контактирующая с нижним толкателем, а фиксатор выполнен в виде стопорного шарика, размещенного до ввода пакера в работу одновременно в горизонтальном пазу установленного на штоке с возможностью перемещения патрубка и в выборке в теле толкателя, а после ввода пакера в работу - в вертикальном пазу патрубка. При этом все элементы устройства вводятся в рабочее состояние под воздействием пружины с регулируемым сжатием;

- верхний и нижний конусы выполнены в виде усеченного конуса с четырьмя плоскими гранями и трапециевидными пазами.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».

Так как из уровня техники не известны решения, обладающие представленной совокупностью существенных признаков, следует считать изобретение соответствующим критерию «изобретательский уровень»

На фиг.1 представлен общий вид пакера в исходном положении в разрезе по вертикальной плоскости; на фиг.2- горизонтальный разрез по плоскости А-А; на фиг.3 - горизонтальный разрез по плоскости Б-Б.

Пакер содержит шток 1, установленный на штоке уплотнительный элемент 2. Над уплотнительным элементом размещены верхний конус 3 и верхние плашки 4. Под уплотнительным элементом размещены нижний конус 5, нижние плашки 6, фиксатор 7, выполненный в виде шарика и удерживающий пружину 17 в исходном сжатом состоянии, планки 8, подпружиненные пружиной 9. Размещенный над уплотнительным элементом 2 верхний конус 3 жестко прикреплен к колонне труб 10 и к верхнему концу штока 1, верхние плашки 4 расположены в пазах конуса 3, нижней его части. Над уплотнительным элементом 2 размещен верхний толкатель 11, в теле которого образована гидравлическая демпферная система, состоящая из полости 12, заполненной демпферной жидкостью и имеющей нагнетательное отверстие 13 и рабочие отверстия 14 для вытеснения демпферной жидкости в полость за штоком. В средней части верхнего толкателя 11 расположены срезные штифты 15.

Под уплотнительным элементом 2 размещены нижний толкатель 16, пружина 17 с регулирующей гайкой 18. Фиксатор 7 выполнен в виде стопорного шарика и в исходном положении размещен одновременно в горизонтальном пазу 19 патрубка 20 и в выборке в теле толкателя 16. При этом патрубок 20 размещен на штоке 1 с возможностью перемещения. Горизонтальный паз 19 соединен также с вертикальным пазом 21 в теле патрубка 20. Шток 1 выполнен с радиальным выступом 22, взаимодействующим со штифтами 15. Верхний конус 3 и нижний конус 5 выполнены в виде усеченных конусов с четырьмя плоскими гранями 23 и трапециевидными пазами 24, при этом верхний конус 3 дополнительно выполняет функцию соединительного элемента для жесткого крепления штока 1 к колонне труб 10 без изменения диаметра проходного сечения.

Для установки пакера в скважину стопорные плашки 8 поджимают вручную (ввиду малой жесткости пружины 9) и опускают пакер по обсадной трубе на глубину 50-100 метров. Затем колонну эксплуатационных труб с пакером поворачивают вокруг своей оси на 360°. Но при этом толкатель 16, фиксируемый планками 8, подпружиненными пружинами 9, остается неподвижным. Это обеспечивает переход фиксатора 7 из горизонтального паза 19 в вертикальный паз 21 патрубка 20. При этом сжатая гайкой 18 пружина 17 через нижний толкатель 16 передвигает нижние зубчатые плашки 6 по пазам нижнего конуса 5 вверх в рабочее положение до упора о внутреннюю стенку обсадной колонны. Дальнейшее опускание эксплуатационных труб 10 на незначительную величину приводит к сжатию уплотнительного элемента 2 и герметизации затрубного пространства скважины, а затем к срезанию штифтов 15 радиальным выступом 22 штока 1. Срезание штифтов 15 происходит за счет веса труб, так как штифты находятся в теле верхнего толкателя 11, а упираются в радиальный выступ 22 штока 1. При этом верхний толкатель 11 приходит в движение и перемещает вверх по пазам верхнего конуса 3 верхние зубчатые плашки 4 в рабочее положение до упора о внутреннюю стенку обсадной колонны. Движение толкателя происходит плавно и безударно за счет постепенного вытеснения демпфирующей жидкости из полости 12 через отверстия 14 в полость за штоком 1.

Таким образом, установленное устройство надежно перекрывает межтрубное пространство в колонне труб и удерживает их от продольного перемещения, предотвращая их обрыв или выброс.