пакер

Формула изобретения

Пакер, включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким и длинным участками, уплотнительный элемент и конус с наконечником, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, соединенные с обоймой по ее окружности шлипсы, подпружиненные внутрь в радиальном направлении, груз, соединенный сверху со стволом, при этом осевые короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола направляющий штифт будет расположен то в коротком осевом участке - транспортное положение, то в длинном осевом участке фигурного паза - рабочее положение, отличающийся тем, что ствол сверху снабжен жестко установленным на нем стаканом с центраторами, у которых диаметр описываемой вокруг них окружности больше диаметра уплотнительного элемента в транспортном положении, причем ствол ниже стакана оснащен цилиндрической проточкой, в пределах которой с возможностью осевого перемещения расположены конус с наконечником, причем наконечник и стакан жестко соединены между собой рассеченной вдоль продольными разрезами по всему диаметру гильзой, на которой расположен уплотнительный элемент, жестко соединенный снизу с наконечником, причем длина уплотнительного элемента превышает половину длины рассеченной части гильзы, при этом ствол снизу оборудован заглушкой, а обойма оснащена пружинными центраторами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинным устройствам для многократной поинтервальной опрессовки колонны труб в скважине.

Известно пакерное устройство (авторское свидетельство №1795080, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №6 от 15.02.1993 г.), включающее телескопически установленные друг относительно друга полые наружный ствол с радиальными каналами и уплотнительным элементом и внутренний ствол с уплотнением для перекрытия радиальных каналов наружного ствола, сообщающих гидравлически полость внутреннего ствола с пространствами над и под уплотнительным элементом, и плашки с плашкодержателем, при этом оно снабжено жестко связанной с верхней частью внутреннего ствола полой головкой с радиальными каналами и кольцевым выступом на наружной поверхности, жестко связанным с плашкодержателем цилиндром с калибровочным каналом на нижнем торце, обратным клапаном, перекрывающим нижний торец наружного ствола, размещенной над уплотнительным элементом манжетой с конусным наконечником, установленным подвижно на наружном стволе с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом головки и стопорами, фиксирующими наружный и внутренний стволы при спуске и подъеме пакера и наружный ствол с плашкодержателем при пакеровке, при этом наружный ствол выполнен с окнами под стопоры, а внутренний ствол и плашкодержатель - с кольцевыми канавками для последовательного размещения в них стопоров при спуске и подъеме устройства и в процессе пакеровки.

Известен пакер (свидетельство на полезную модель №29090, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом пакер снабжен самоуплотняющейся манжетой, установленной на стволе выше опоры и жестко соединенным с ним наконечником, через который пропущен шток, выполненный с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отверстий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном, в качестве средства для подъема и спуска используют канат.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пакер (патент на полезную модель №37763, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №13 от 10.05.2004 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, самоуплотняющуюся манжету, установленную на стволе выше опоры, жестко соединенный со стволом наконечник, через который пропущен шток с радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, при этом шток выполнен с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном, причем груз дополнительно снизу оборудован жестко соединенной с ним втулкой, имеющей радиальные каналы, соответствующие радиальным каналам штока, и внизу конусную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью самоуплотняющейся манжеты, при этом наружный диаметр втулки больше диаметра самоуплотняющейся манжеты в транспортном положении, причем фигурный паз выполнен замкнутым с одной стороны наружной поверхности ствола.

Устройствам как по аналогам, так и по прототипу, присущи общие недостатки конструкции:

- во-первых, металлоемкость и большое количество технологически сложных деталей, ведущих к высокой стоимости изготовления и, как следствие, удорожание конструкции пакера в целом;

во-вторых, ограниченные функциональные возможности, поскольку невозможна работа пакера в колоннах малого диаметра.

в-третьих, основной рабочий элемент конструкции, а именно самоуплотняющаяся манжета, имеет возможность контакта в процессе спускоподъемных операций с внутренней стенкой скважины, что ведет к ее быстрому износу.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение себестоимости изготовления пакера, а также расширение его функциональных возможностей, а именно проведение опрессовки в колоннах малого диаметра.

Техническая задача решается предлагаемым пакером, включающим ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким и длинным участками, уплотнительный элемент и конус с наконечником, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, соединенные с обоймой по ее окружности шлипсы, подпружиненные внутрь в радиальном направлении, груз, соединенный сверху со стволом, при этом осевые короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола направляющий штифт будет расположен: то в коротком осевом участке - транспортное положение, то - в длинном осевом участке фигурного паза - рабочее положение.

Новым является то, что ствол сверху снабжен жестко установленным на нем стаканом с центраторами, у которых диаметр описываемой вокруг них окружности больше диаметра уплотнительного элемента в транспортном положении, причем ствол ниже стакана оснащен цилиндрической проточкой, в пределах которой с возможностью осевого перемещения расположены конус с наконечником, причем наконечник и стакан жестко соединены между собой, рассеченной вдоль продольными разрезами по всему диаметру гильзой, на которой расположен уплотнительный элемент, жестко соединенный снизу с наконечником, причем длина уплотнительного элемента превышает половину длины рассеченной части гильзы, при этом ствол снизу оборудован заглушкой, а обойма оснащена пружинными центраторами.

На фиг.1 изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.

На фиг.2 - развертка фигурного паза, выполненного на наружной поверхности ствола.

Пакер состоит из ствола 1 (см. фиг.1) с фигурным пазом 2 на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким 3 (см. фиг.2) и длинным 4 участками, при этом сверху со стволом 1 соединен груз 5 (см. фиг.1), а снизу ствол 1 оборудован заглушкой 6.

Ствол 1 сверху снабжен жестко установленным на нем стаканом 7 с центраторами 8. Ниже стакана 7 на наружной поверхности ствола 1 выполнена цилиндрическая проточка 9, в пределах которой с возможностью осевого перемещения расположены конус 10 с наконечником 11, жестко соединенные между собой.

Наконечник 11 и стакан 7 жестко соединены между собой рассеченной вдоль продольными разрезами 12 по всему диаметру гильзой 13, на которой расположен уплотнительный элемент 14.

Уплотнительный элемент 14 снизу жестко соединен с наконечником 11. Длина b уплотнительного элемента 14 превышает половину длины а, рассеченной части 12 гильзы 13 (b>a), а вся рассеченная часть 12 гильзы 13 имеет длину 2×а.

Центраторы 8 имеют диаметр D1 описываемой вокруг них окружности, больший, чем диаметр D2 уплотнительного элемента 14 в транспортном положении.

Ниже цилиндрической проточки 9 на наружной поверхности ствола 1 с возможностью осевого перемещения расположена обойма 15, оснащенная пружинными центраторами 16 и направляющим штифтом 17, который размещен в фигурном пазе 2. С обоймой 15 по ее окружности соединены шлипсы 18 (см. фиг.2), подпружиненные внутрь в радиальном направлении посредством пружинных пластин 19 (см. фиг.1).

Осевые короткий 3 и длинный 4 участки фигурного паза 2 соединены между собой замкнутым фигурным участком 20 так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы 15 относительно ствола направляющий штифт 17 будет расположен: то в осевом коротком участке 3 - транспортное положение, то - в осевом длинном участке 4 фигурного паза - рабочее положение.

Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях исключаются уплотнительными кольцами 21.

Пакер работает следующим образом.

На устье скважины канат 22 посредством груза 5 соединяют с пакером, перед этим снизу наворачивают на ствол 1 заглушку 6, выполняющую роль дополнительного груза.

Пакер на канате 22 (см. фиг.1) посредством геофизического подъемника спускают в колонну труб (на фиг.1 и 2 не показано) в интервал, где необходимо провести опрессовку, при этом направляющий штифт 17 обоймы 15 размещен в осевом коротком участке 3 (см. фиг.2) фигурного паза 2.

В процессе спуска пакера в колонну труб уплотнительный элемент 14 (см. фиг.1) прилегает к наружной поверхности гильзы 13, жестко соединяющей расположенные сверху на стволе 1 стакан 7, а снизу - наконечник 11, кроме того, диаметр D₁ описываемой вокруг центраторов 8 (см. фиг.1) окружности больше диаметра D ₂ уплотнительного элемента 14 в транспортном положении (D₁>D₂), благодаря чему он не контактирует во время спускоподъемных операций со стенками колонны и не истирается. При достижении необходимого интервала опрессовки колонну труб заливают технологической жидкостью, после чего пакер посредством каната 22 приподнимают примерно на 1 метр и опускают, в результате проделанной операции направляющий штифт 17 перемещается (при подъеме) из осевого короткого участка 3 посредством нижней части замкнутого фигурного участка 20 в нижнюю часть осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 (см. фиг.2), а затем (при спуске) направляющий штифт 17 перемещается из нижней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 в его верхнюю часть. При этом пакер за исключением деталей 15, 16, 17, 18 и 19, которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 16 обоймы 15 со стенками колонны труб, перемещается относительно деталей 15, 16, 17, 18 и 19 соответственно вверх, а затем вниз.

При движении вниз шлипсы 18 обоймы 15 (см. фиг.1), подпружиненные внутрь в радиальном направлении посредством пружинных пластин 19, войдут в контакт с конусом 10, расположенным на нижней кромке цилиндрической проточки 9 ствола 1 с возможностью осевого перемещения, и под действием веса ствола 1 и груза 5 конус 10 отгибает пружинные пластины 19 шлипсов 18 в радиальном направлении наружу, прижимая их зубчатую часть к стенкам колонны труб, при этом происходит фиксация пакера на стенках колонны труб от смещения вниз.

Движение вниз под действием веса ствола 1, груза 5, а также заглушки 6, выполняющей роль дополнительного груза, продолжается, и сначала конус 14, жестко соединенный с наконечником 11 и расположенный в цилиндрической выборке 9 ствола 1, начнет подниматься вверх, передавая при этом осевое усилие вверх через наконечник 11 на гильзу 13, а поскольку верхний конец гильзы 13 жестко зафиксирован стаканом 7, который, в свою очередь, жестко соединен со стволом 1, то стакан 7 остается в неподвижном состоянии относительно ствола 1, а гильза 13, имеющая длину рассеченной части 2×а, изгибается дугой по центру, при этом конус 10 достигает верхней кромки цилиндрической проточки 9, а так как длина b уплотнительного элемента 14 превышает половину длины а, рассеченной части 12 гильзы 13 (b>a), то уплотнительный элемент 14 соприкоснется и прижмется к стенкам колонны труб.

Затем устье скважины герметизируют (на фиг. 1, 2 не показано) и внутри колонны поднимают давление, под воздействием которого уплотнительный элемент 14 плотно прижимается к стенкам колонны труб, при этом давление, воспринимаемое уплотнительным элементом 14, будет дополнительно прижимать зубчатую часть шлипсов 18 к стенкам колонны труб, усиливая фиксацию пакера, а уплотнительный элемент 14 надежно отсекает внутреннее пространство колонны труб. Причем чем выше давление опрессовки колонны труб, тем большее давление воздействует на уплотнительный элемент 14 и тем сильнее фиксация шлипсов 18 пакера на стенках колонны труб.

Установив степень герметичности колонны труб, давление сбрасывают и пакер посредством каната 22 поднимают на высоту примерно 1 м и опускают. При таких действиях сначала (при подъеме) направляющий штифт 17 перемещается из верхней части осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 (см. фиг.2) в верхнюю часть замкнутого фигурного участка 20, при этом как только конус 10 выйдет из контакта со шлипсами 18 (см. фиг.1), воздействующими с ним снизу, то конус 10 с наконечником 7, с которым жестко закреплена нижняя часть гильзы 13, опустятся на нижнюю кромку цилиндрической проточки 9, при этом гильза 13 вытягивается, поскольку стакан 7 неподвижен и возвращается в транспортное положение, а уплотнительный элемент 14, который прилегает к наружной поверхности гильзы 13, также вытягивается и отходит от стенок колонны труб.

Затем (при спуске) направляющий штифт 17 перемещается из верхней части замкнутого фигурного участка 20 в верхнюю часть осевого короткого участка 3 фигурного паза 2, переводя пакер из рабочего положения в транспортное. При этом пакер за исключением деталей 15, 16, 17, 18 и 19 (см. фиг.1), которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 16 обоймы 15 со стенками колонны труб, перемещается относительно деталей 15, 16, 17, 18 и 19 соответственно вниз, а затем вверх.

Далее пакер может быть перемещен в другой интервал скважины для опрессовки колонны труб или извлечен на поверхность.

Предлагаемый пакер имеет небольшие габариты и вес, кроме того, он прост в изготовлении, в связи с чем снижается стоимость пакера, а расширение его функциональных возможностей позволяет производить опрессовку труб в колоннах малого диаметра в процессе эксплуатации скважины и своевременную их ревизию или замену.