пакер-якорь

Формула изобретения

Пакер-якорь, содержащий корпус, якорный узел, состоящий из конуса и плашек, уплотнительный элемент, верхний подвижный и нижний неподвижный упоры и привод, причем якорный узел размещен на корпусе под уплотнительным элементом, отличающийся тем, что привод выполнен в виде поршня, установленного внутри корпуса, с рычагами и нажимными элементами, выполненными в виде зубчатых реек, установленных с возможностью перемещения в осевом и радиальном направлениях, на наружной поверхности корпуса выполнены ответные зубчатые кольца под зубчатые рейки, а на внутренней поверхности корпуса выполнен выступ для ограничения хода поршня, верхняя часть корпуса снабжена срезной втулкой под сбросной шар, при этом якорный узел расположен над неподвижным упором, зубья плашек выполнены наклонно, причем верхняя половина зубьев направлена под углом наклона навстречу углу наклона нижней половины зубьев плашек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике подземного ремонта скважины, а именно к устройствам для разобщения межтрубного кольцевого пространства при водоизоляции призабойной зоны, гидроразрыва пластов и других работах в газовых, нефтяных и водяных скважинах.

Известен пакер с якорем типа ПШ, который состоит из штока, на который надеты конус, дюралюминиевые кольца и резиновые манжеты. На верхний конец навинчена головка, на нижний - короткий хвостовик, на котором укреплен фонарь, имеющий плашки пружины и замок. Фонарь зафиксирован на хвостовике замком при помощи штифта (В.Ф.Будников и др. Диагностика и капитальный ремонт обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах. М.: Недра, 1997, с.43-44).

Недостатком известного элемента является низкая надежность в работе.

Так, пакерующий элемент (манжета) обеспечивает герметизацию кольцевого пространства (разобщение) и якорение за счет нагрузки, создаваемой массой колонны труб, величина которой не всегда может быть достаточной для сжатия манжет и якорения плашек в неглубоких скважинах, или когда пакер устанавливается на небольшой глубине. В таких случаях пакер не срабатывает и разобщения кольцевого пространства не обспечивается.

Кроме того, пружины фонаря не гарантируют удержание инструмента (НКТ) от его собственной массы в момент якорения плашек к эксплуатационной колонне, т.к. их функции - обеспечивать центрацию пакера для сохранения от повреждения манжеты при спуске инструмента, но для временного удержания инструмента при якорении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому пакеру-якорю является пакер-якорь, содержащий переводник, верхний шток с верхним и нижним радиальными выступами, нижний шток с пазом, жестко соединенные между собой, верхний корпус с подпружиненными плашками, конус разрезной с внутренней радиальной выборкой, уплотнительный элемент, размещенные над уплотнительным элементом упор и кожух, размещенные под уплотнительным элементом конус, нижний корпус с подпружиненными плашками и планками, фиксатор, дифференциальный шток, жестко связанный с верхним и нижним штоками, дифференциальную втулку, жестко соединенную с кожухом и упором уплотнительного элемента, при этом дифференциальная втулка установлена свободно на дифференциальном штоке с возможностью фиксации-зацепления ее с дифференциальным штоком, а конус разрезной подпружинен относительно дифференциальной втулки (Патент РФ №2179228, Е21В 33/12, опубл. 2002 г.).

Недостатками известного пакера-якоря являются сложность конструкции и низкая надежность в работе.

Так, якорение и пакеровка обеспечиваются создаваемой нагрузкой инструмента (колонной труб). Такое решение не всегда достигает положительного результата, а тем более на небольших глубинах скважин.

Кроме того, нет уверенности перевода фиксатора из транспортного положения в рабочее состояние вращением на весу инструмента даже при наличии подпружиненных планок, тем более на небольших глубинах не позволяет разгрузить инструмент и произвести пакеровку (разобщение кольцевого пространства). Имеется вероятность не запакероваться или запакероваться не в заданном интервале, т.е. отсутствует уверенность в надежности эксплуатации пакера-якоря.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что известный пакер-якорь, содержащий корпус, якорный узел, состоящий из конуса и плашек, уплотнительный элемент, верхний подвижный и нижний неподвижный упоры и привод, причем якорный узел размещен на корпусе под уплотнительным элементом, согласно изобретению привод выполнен в виде поршня, установленного внутри корпуса с рычагами и нажимными элементами, выполненными в виде зубчатых реек, установленных с возможностью перемещения в осевом и радиальном направлениях, на наружной поверхности корпуса выполнены ответные зубчатые кольца под зубчатые рейки, а на внутренней поверхности корпуса выполнен выступ для ограничения хода поршня, верхняя часть корпуса снабжена срезной втулкой под сбросной шар, при этом якорный узел расположен над неподвижным упором, зубья плашек выполнены наклонно, причем верхняя половина зубьев направлена под углом наклона навстречу углу наклона нижней половине зубьев плашек.

Признак - зубья плашек выполнены наклонно, причем верхняя половина зубьев направлена под углом наклона навстречу углу наклона нижней половине зубьев плашек - позволяет увеличить силу сопротивления (трения) пакера-якоря сдвигу по эксплуатационной колонне от гидравлического давления и веса инструмента (НКТ), соответственно, как снизу, так и сверху и, как следствие, повысить надежность эксплуатации пакера-якоря.

Признак - расположение якорного узла над неподвижным упором - позволяет обеспечить якорение и разгрузку инструмента с последующей пакеровкой уплотнительного элемента для разобщения кольцевого пространства в скважине.

Признак - выполнение привода в виде поршня с рычагами и зубчатых реек - позволяет упростить конструкцию пакера и обеспечить надежную его эксплуатацию.

На фиг.1 представлен общий вид заявляемого пакера-якоря в продольном разрезе.

На фиг.2 представлена плашка в разрезе.

Пакер-якорь содержит корпус 1, привод, состоящий из поршня 2, установленного внутри корпуса 1 с рычагами 4 и нажимными элементами, выполненными в виде зубчатых реек 5, установленных с возможностью перемещения в осевом и радиальном направлениях и входящих в зацепление с ответными зубчатыми кольцами 6, выполненными на наружной поверхности корпуса 1, срезной втулки 3, установленной в верхней части поршня 2, верхнего подвижного упора 7, пружинами 8 для подпружинивания реек 5, уплотнительного элемента 9, якорного узла, состоящего из конуса 10 и зубчатых плашек 11, установленных с возможностью перемещения по пазам конуса 10, выполненных в виде "ласточкиного хвоста", нижнего неподвижного упора 12, зафиксированного на корпусе 1 срезными штифтами 13 (либо левой резьбой) и сбросного шара 14. В средней части корпуса 1 на внутренней его поверхности выполнен выступ 15 для ограничения хода поршня. При этом якорный узел установлен под уплотнительным элементом 9 и над неподвижным упором 12.

Зубья плашек 11 выполнены наклонно, причем верхняя половина зубьев направлена под углом наклона навстречу углу наклона нижней половине зубьев плашек.

Пакер-якорь работает следующим образом.

После спуска пакера-якоря на насосно-компрессорных трубах или других трубах в скважину к месту его установки в эксплуатационной колонне 16 сбрасывают шар 14, который садится во втулку 3. Затем создают давление в НКТ путем закачки жидкости. При этом поршень 2 перемещается вниз в корпусе 1, до упора в выступ 15, и посредством рычагов 4 передает усилие на зубчатые рейки 5, которые перемещаются вниз по ответным зубчатым кольцам 6, и передают усилие на подвижный упор 7 и далее через уплотнительный элемент 9 на конус 10, который перемещается вниз и перемещает плашки 11 в радиальном направлении до сопряжения (заякоревания) с эксплуатационной колонной 16. После якорения происходят окончательное сжатие уплотнительного элемента 9 и герметизация кольцевого пространства.

Сопряжение пакера-якоря со стенкой эксплуатационной колонны 16 четко фиксируется по ГИВу изменением веса в сторону уменьшения. При этом допускается разгружать инструмент (НКТ) на пакер-якорь до нуля.

Для открытия проходного канала связи в пакере создают расчетное гидравлическое давление на срезную втулку 3. Штифты 13 срезаются и втулка 3 с шаром 14 падают на забой.

По окончании технологического процесса при ремонте или другом виде работ в скважине освобождение пакера-якоря от колонны 16 может быть осуществлено:

- при фиксации нижнего неподвижного упора 12 срезными штифтами 13 осевой нагрузкой вверх на НКТ;

- при фиксации нижнего неподвижного упора 12 левой резьбой на корпусе 1 поворотом НКТ вправо.

В случае, если по технологическим или другим причинам требуется поднять НКТ и оставить пакер-якорь в скважине в рабочем состоянии, фиксацию нижнего неподвижного упора 12 обеспечивают срезными штифтами 13, а над пакером-якорем предусматривают переводник с левым поворотом.

Использование предлагаемого пакера-якоря позволяет повысить надежность при его эксплуатации в разных геологических условиях, различными видами назначения и технологическими процессами ремонта и эксплуатации скважин.

Экономический эффект от использования данного технического решения в глубоких и термальных скважинах ориентировочно составит 30-40% на одну операцию в сравнении с существующими устройствами.