Результат интеллектуальной деятельности: ПАКЕР СКВАЖИННЫЙ НАБУХАЮЩИЙ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к пакерам с разбухающими материалами, которые применяются для разобщения затрубного пространства скважины.

Известен пакер (патент на полезную модель RU №108095, МПК E21B 33/12, опубл. Бюл. №25 от 26.05.2011), включающий полый ствол, установленный на стволе уплотнительный элемент из разбухающего в скважинных жидкостях эластомера, выполненный в форме полого цилиндра, один, по крайней мере, концевой участок которого имеет наружную коническую поверхность, упорные кольца, размещенные у концевых участков уплотнительного элемента и жестко связанные со стволом, и противоэкструзионную защиту уплотнительного элемента, выполненную в виде ступенчатой втулки и взаимодействующей с ней кольцевой цилиндрической манжеты из ненабухающей резины, установленных на стволе между упорным кольцом и концевым участком уплотнительного элемента, имеющим наружную коническую поверхность, при этом один из концевых участков манжеты имеет внутреннюю коническую поверхность, взаимодействующую с наружной конической поверхностью концевого участка уплотнительного элемента, а другой размещен во внутренней полости, образованной верхней ступенью втулки и стволом, при этом верхняя ступень выполнена тонкостенной с возможностью деформирования в радиальном направлении.

Недостатком данной конструкции пакера является то, что усилие от набухающей манжеты передается на уплотнительное кольцо, выполненное из эластичного материала, и поэтому не происходит жесткого заякоривания. Кроме того, со временем усилие прижатия будет уменьшаться, так как уплотнительное кольцо изготовлено из аморфного материала, прижатие к стенкам скважины будет ослабевать и пакер будет негерметичным.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является якорь разбухающих пакеров (патент RU №2477365, МПК E21B 33/12, E21B 23/06, опубл. Бюл. №7 от 10.03.2013), содержащий цилиндрический полый корпус с установленными снаружи разбухающей манжетой, способной увеличиваться в объеме под воздействием по меньшей мере одной предварительной определенной текучей среды, и одним или двумя якорями, выполненными в виде соединенных с корпусом пакера пластин, которые снабжены снаружи насечками и выполнены с возможностью охвата снаружи соответствующих концов манжеты после ее набухания с фиксацией при этом относительно стенок скважины.

Недостатки данной конструкции пакера:

- прижатие якорей к стенкам скважины происходит напрямую от разбухающей манжеты, т.е. давление передается на каждую пластину в отдельности, вследствие чего прижатие может происходить неравномерно по периметру;

- по мере прижатия пластин якоря к стенкам скважины между ними образуются зазоры, в которые может затекать разбухающая манжета и деформироваться, в результате чего не будет достаточной герметизации и прижатия к стенкам скважины;

- разбухающая манжета является аморфным материалом и со временем усилие прижатия якоря к стенке скважины будет ослабевать, и пакер будет негерметичным.

Технической задачей предлагаемого пакера скважинного набухающего является создание надежной конструкции, позволяющей надежно заякорить пакер в скважине, получить максимальное прижатие набухающего элемента, а также исключить вероятность ослабевания фиксации и прижатия пакера по истечении времени.

Техническая задача решается пакером скважинным набухающим, содержащим цилиндрический полый корпус с установленными снаружи разбухающей манжетой, способной увеличиваться в объеме под воздействием по меньшей мере одной предварительной определенной текучей среды, и одним или двумя якорями, выполненными в виде соединенной с корпусом пакера втулки с пластинами, которые снабжены снаружи насечками и выполнены с возможностью охвата снаружи соответствующих концов манжеты после ее набухания с фиксацией при этом относительно стенок скважины.

Новым является то, что между втулкой якоря и торцом манжеты установлен конусный толкатель, выполненный с возможностью продольного перемещения относительно корпуса в сторону втулки при набухании манжеты с расширением пластин до прижатия их к стенкам скважины, при этом в толкателе выполнены отверстия, сообщающие пространство у торца манжеты с внутрискважинным пространством.

Кроме этого манжета выполнена сборной, состоящей из верхней и нижней частей, между которыми установлен упор, зафиксированный относительно корпуса.

На фиг. 1 изображен пакер в транспортном положении с частичным осевым разрезом.

На фиг. 2 изображен якорный узел пакера в транспортном положении.

На фиг. 3 изображен якорный узел в рабочем состоянии после разбухания манжеты и фиксации к стенкам скважины.

Пакер скважинный набухающий состоит из цилиндрического полого корпуса 1 (фиг. 1, 2, 3) с установленной снаружи разбухающей манжетой 2, способной увеличиваться в объеме под воздействием по меньшей мере одной предварительной определенной текучей среды (на фиг. не показана), и одним или двумя якорями 3, выполненными в виде жестко соединенной с корпусом пакера втулки 4 с пластинами 5, которые снабжены снаружи насечками 6 (фиг. 2, 3) и выполнены с возможностью охвата снаружи соответствующих концов манжеты 2 после ее набухания, с фиксацией при этом относительно стенок скважины 7. Между втулкой 4 якоря 3 и торцом манжеты 2 установлен конусный толкатель 8, выполненный с возможностью продольного перемещения относительно корпуса 1 в сторону втулки 3 при набухании манжеты 2 с расширением пластин 5 до прижатия их к стенками скважины 7.

Манжета 2 выполнена сборной, состоящей из верхней и нижней частей, между которыми установлен упор 9, зафиксированный относительно корпуса 1. Кроме этого в толкателе 8 могут быть выполнены отверстия 10, сообщающие пространство у торца манжеты 2 с внутрискважинным пространством 11.

Устройство работает следующим образом.

Пакер в составе обсадной колонны спускают в заданный интервал скважины, где необходимо разобщить пласт. Через определенное время под воздействием внутрискважинной жидкости (вода или нефть) манжета 2, установленная снаружи полого корпуса 1, начинает увеличиваться в объеме. Сначала манжета 2 (фиг. 1, 2) увеличивается в объеме в радиальном направлении, затем, прижавшись к стенкам скважины 7, начинает увеличиваться в осевом направлении, смещая при этом конусный толкатель 8 в сторону якоря 3. Смещаясь, конусный толкатель 8 скользит по ответной конусной поверхности пластин 5, жестко закрепленных по периметру на втулке 4 якоря 3, и плотно прижимает их к стенкам скважины 7 (см. фиг. 3). Чем дольше пакер находится в скважине, тем сильнее происходит заякоривание его относительно стенок скважины 7. Для исключения неравномерного прижатия манжеты 2 при большой длине (более 3 м) на корпусе 1 может быть установлен упор 9. Для того чтобы манжета 2 (толщиной более 5 мм) была сообщена с внутрискважинным пространством 11 и постоянно подпитывалась жидкостью, в конусном толкателе 8 могут быть выполнены отверстия 10. Насечки 6, которыми снабжены пластины 5, создают дополнительную нагрузку и увеличивают усилие страгивания пакера, т.е. пакер на страгивание удерживает не только манжета 2, но и насечки 6 пластин 5 якоря 4. Конусный толкатель 8 держит пластины 5 в прижатом состоянии, даже если усилие давления манжеты 2 ослабевает, так как на конусный толкатель 8 нет внешнего воздействия с обратной стороны.

Предлагаемая конструкция пакера скважинного набухающего позволяет надежно разобщить пласт за счет максимального прижатия набухающего элемента, а также исключить вероятность ослабевания фиксации и прижатия пакера по истечении времени.