Результат интеллектуальной деятельности: ПАКЕР РАЗБУРИВАЕМЫЙ С ПОСАДОЧНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ, СПУСКАЕМЫЙ НА КАБЕЛЕ

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметичного разобщения интервалов ствола обсадной колонны в процессе проведения различных технологических операций и эксплуатации нагнетательных и добывающих скважин.

Известен посадочный инструмент [пат. RU 2110667, МПК Е21B 33/12, опубл. 10.05.1998 г.], включающий корпус с размещенными в нем рабочими шлипсами и толкающими клиньями. С возможностью взаимодействия с ним предусмотрен исполнительный механизм со штангой, рабочей головкой, уплотнителем и тяговым канатом. Устройство имеет также опорную втулку. Она выполнена с возможностью взаимодействия с рабочей головкой и клиньями. С корпусом жестко соединен гидроцилиндр. Его поршень соединен со штангой, выполненной с внутренней полостью, и поршневым насосом с всасывающим и нагнетательным клапанами. Они размещены в полости штанги. Всасывающий и нагнетательный клапаны размещены с возможностью сообщения через них соответственно надпоршневой полости гидроцилиндра с его подпоршневой полостью при возвратно-поступательных перемещениях поршня поршневого насоса. Недостатками устройства являются недостаточная герметичность посадочного инструмента и ненадежность рабочих частей.

Известен пакер отцепляющийся двухстороннего действия на канате [пат. RU 2352763, МПК E21B 33/12, опубл. 20.04.2009 г.], включающий посадочный инструмент на канате, неподвижную втулку с основным седлом и подвижным центральным штоком, который оснащен основными упорной гайкой и клапаном, взаимодействующим с основным седлом, подвижную втулку, два конуса, противоположно направленных друг другу, плашки, соединенные между собой в осевом направлении и выполненные с возможностью взаимодействия с соответствующими конусами, пакерную манжету, бобышку, выполненную с возможностью взаимодействия с узлом извлечения. Неподвижная втулка оснащена в средней части продольной проточкой, а по концам - основным и дополнительным седлами и верхним и нижним упорами с перепускными каналами. При этом пакерная манжета выполнена в виде верхней самоуплотняющейся манжеты, допускающей перемещение снизу вверх и расположенной между верхним конусом и верхним упором. Между нижним конусом и нижним упором расположена нижняя самоуплотняющаяся манжета, допускающая перемещение сверху вниз, подвижная втулка размещена на неподвижной втулке, оснащена штырем, вставленным в продольную проточку неподвижной втулки. Причем плашки установлены на подвижной втулке, поджаты внутрь пружинными кольцами и оснащены каждая центраторами, подпружиненными наружу. Центральный шток оснащен верхней и нижней кольцевыми проточками, дополнительными упорной гайкой и клапаном. Основной и дополнительный клапаны расположены в соответствующих верхней и нижней проточках с возможностью ограниченного перемещения между соответствующими упорами и внутренними кромками соответствующих кольцевых проточек и поджаты от упоров к соответствующим основному и дополнительному седлам. Основная и дополнительная упорные гайки размещены на одинаковом расстоянии от штыря подвижной втулки с возможностью взаимодействия с ним, при этом бобышка жестко соединена с верхом центрального штока, выполнена в виде заостренного сверху цилиндра, на наружной поверхности которого выполнен замкнутый фигурный паз с проточкой, соединяющей его с верхней кромкой бобышки. Посадочный инструмент выполнен в виде патрубка с штифтом, установленным в фигурный паз, который выполнен так, что при возвратно-поступательном перемещении посадочного инструмента относительно бобышки на длину, превосходящую высоту фигурного паза, штифт будет расположен в пределах фигурного паза, а если меньше, то штифт при перемещении вверх попадает в проточку фигурного паза.

Недостатками устройства являются сложность конструкции, недостаточная герметичность посадочного инструмента и ненадежность рабочих частей.

Известен пакер для опрессовки колонны труб в скважине [пат. RU 58162, МПК E21B 33/12, опубл. 10.11.2006 г.], который содержит посадочный инструмент, спускное устройство, выполненное в виде кабельной головки с кабелем, цилиндрический корпус с седлом и центральным осевым и радиальными каналами, соединяющими наружное пространство корпуса с его центральным осевым каналом, установленный на корпусе уплотнительный элемент, подвижную в осевом направлении и вставленную в корпус втулку с опорными сухарями. Колонна труб ниже интервала опрессовки снабжена опрессовочной муфтой, оснащенной калиброванным центральным каналом с внутренним диаметром - d, меньшим внутреннего диаметра - d₁ колонны труб и расположенной ниже кольцевой выборкой с большим продольным размером L, чем длина технологических стыков муфт колонны труб. Опорные сухари изготовлены с продольным размером - b, соответствующим продольному размеру - L кольцевой выборки опрессовочной муфты, причем L>b, при этом опорные сухари выполнены подпружиненными наружу посредством пружинных пластин и вставлены в радиальные каналы корпуса, оснащенного сверху технологическим патрубком. Седло корпуса выполнено ниже радиальных каналов в виде расширения центрального осевого канала, снаружи которого на корпусе размещен уплотнительный элемент, выполненный с возможностью герметичного взаимодействия с центральным каналом опрессовочной муфты. Втулка снаружи оснащена утолщением в нижней части и верхним концом уменьшенного диаметра, которым втулка изнутри взаимодействует с технологическим патрубком, выше которого втулка оснащена последовательно радиальными отверстиями и заглушкой. Заглушка снабжена ловильной головкой, снабженной фигурной выборкой снаружи. Утолщение втулки выполнено с возможностью взаимодействия изнутри с опорными сухарями при их взаимодействии с кольцевой выборкой опрессовочной муфты. На наружной поверхности вверху технологического патрубка выполнены продольные короткая и длинная проточки, соединенные снизу фигурной проточкой. Длинная проточка выполнена до края технологического патрубка, при этом посадочный инструмент выполнен в виде толкателя, соединенного со спускным устройством и взаимодействующего сверху с ловильной головкой втулки, и патрубка, установленного на толкателе с возможностью вращения и осевого перемещения, а также охватывающего нижней частью технологический патрубок. Патрубок оснащен внутренним штифтом, взаимодействующим с проточками технологического патрубка с начальной установкой в короткой проточке. Недостатками устройства являются сложность конструкции, недостаточная герметичность посадочного инструмента и ненадежность рабочих частей.

Наиболее близким по технической сущности является гидростатический посадочный инструмент пакера, спускаемый на кабеле [пат. RU 154514, E21B 33/12, E21B 23/06, опубл. 27.08.2015 г.], который включает ствол с поршнем, уплотнительный элемент с верхним и нижним упорами, обтекатель, разделенный на заполненный жидкостью нижний цилиндр с полостью высокого давления и верхний цилиндр с полостью низкого давления, оснащенный сверху пробкой для сообщения при перемещении вверх полости низкого давления с пространством скважины, верхний якорный узел, взаимодействующий с нижним цилиндром и содержащий коническую втулку со шлипсами, которые установлены с возможностью радиального расширения между верхним упором и конической втулкой при их сближении. Ствол жестко соединен с поршнем и нижним упором. Ствол выполнен сборным, состоящим из соединенных срезным элементом корпуса пакера и тяги, соединенной с поршнем, обтекатель разделен поршнем, изготовленным полым и жестко соединенным с верхним цилиндром, который снабжен дополнительным поршнем, а нижний цилиндр выполнен с возможностью ограниченного перемещения вниз относительно поршня и опоры толкателем на верхний упор. Тяга изготовлена полой и заглушенной снизу, полость которой сообщена с камерой высокого давления - подпоршневой полостью нижнего цилиндра, коническая втулка изготовлена расширяющейся сверху вниз и выполнена с возможностью взаимодействия с уплотнительным элементом сверху, причем верхний упор выполнен с возможностью фиксации положения после перемещения вниз относительно корпуса, дополнительный поршень оснащен штоком, герметично вставленным в полость поршня, и размещен в верхнем цилиндре с возможностью перемещения вниз при перемещении вверх пробки, при этом обтекатель соединен с кабелем через электрический тяговый механизм, подвижная часть которого соединена с пробкой для перемещения ее вверх при подаче соответствующего сигнала по кабелю.

Недостатками гидростатического посадочного инструмента пакера, спускаемого на кабеле, являются возможность разгерметизации пробки клапана посадочного инструмента и возможность преждевременного открытия при рывках и затяжках во время спуска на кабеле.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, технологии изготовления и простоты монтажа при перезарядке, а также повышение надежности и эффективности работы пакера разбуриваемого за счет гарантированного срабатывания посадочного инструмента, надежности герметизации клапана посадочного инструмента при спуске, возможности регулирования времени срабатывания посадочного инструмента с целью исключения гидроудара.

Поставленная задача решается за счет того, что посадочный инструмент пакера разбуриваемого содержит сбивной клапан, что обеспечивает гарантированную герметичность посадочного инструмента, открытие сбивного клапана только после подачи электрического сигнала по кабелю за счет разрушения сбивного штыря сбивного клапана подвижной частью тягового механизма, позволяет регулировать время срабатывания посадочного инструмента за счет изменения диаметра отверстия сбивного клапана с целью исключения гидроудара.

Пакер разбуриваемый с посадочным инструментом, спускаемый на кабеле содержит ствол с полым поршнем, обтекатель, разделенный полым поршнем на заполненный жидкостью нижний цилиндр с полостью высокого давления и верхний цилиндр с полостью низкого давления, уплотнительный элемент пакера с верхним и нижним упорами, верхний якорный узел, взаимодействующий с нижним цилиндром. Верхний якорный узел оснащен конической втулкой и шлипсами, которые установлены с возможностью радиального расширения между верхним упором и конической втулкой при их сближении. Ствол жестко соединен с полым поршнем и нижним упором и выполнен сборным, состоящим из соединенных срезным элементом корпуса пакера и тяги, соединенной с полым поршнем. Полый поршень жестко соединен с верхним цилиндром, который снабжен дополнительным поршнем, а нижний цилиндр выполнен с возможностью перемещения вниз относительно полого поршня и опоры толкателем на верхний упор, ограниченного наружным упором, установленным на тяге. Дополнительный поршень оснащен штоком, герметично вставленным в полость полого поршня, и размещен в верхнем цилиндре. Тяга изготовлена полой и заглушена снизу пробкой. Полость тяги сообщена с полостью высокого давления - подпоршневой полостью нижнего цилиндра. Коническая втулка выполнена с возможностью взаимодействия с уплотнительным элементом сверху. Верхний упор имеет возможность фиксации после перемещения относительно наружных кольцевых насечек корпуса сухарями или пружинной шайбой, расположенными в кольцевой проточке верхнего упора. Пакер разбуриваемый оснащен также нижним якорным узлом, содержащим коническую втулку и шлипсы, которые установлены с возможностью радиального расширения между нижним упором и конической втулкой при их сближении. Коническая втулка нижнего якорного узла взаимодействует с уплотнительным элементом снизу. Шток дополнительного поршня выполнен полым и заглушен снизу, внутренняя полость штока через отверстия сообщена с полостью низкого давления верхнего цилиндра, тем самым увеличивая объем цилиндра и перепад давлений в скважине и полости низкого давления. Посадочный инструмент оснащен сверху сбивным клапаном для сообщения, после открытия сбивного клапана, полости низкого давления с пространством скважины. Верхний цилиндр обтекателя имеет возможность перемещения вниз после открытия сбивного клапана и соединен с кабелем через тяговый механизм, подвижная часть которого взаимодействует со сбивным штырем сбивного клапана. Тяговый механизм снабжен электродвигателем с парой винт-гайка, связанной с подвижной частью тягового механизма, которая при подаче электрического сигнала разрушает сбивной штырь сбивного клапана посадочного инструмента и открывает отверстие сбивного клапана для сообщения полости низкого давления с пространством скважины.

Новым является то, что посадочный инструмент пакера разбуриваемого содержит сбивной клапан, что обеспечивает гарантированную герметичность посадочного инструмента, открытие сбивного клапана только после подачи электрического сигнала по кабелю за счет разрушения сбивного штыря сбивного клапана подвижной частью тягового механизма, позволяет регулировать время срабатывания посадочного инструмента за счет изменения диаметра отверстия сбивного клапана с целью исключения гидроудара.

На фигуре изображен продольный разрез описываемого пакера разбуриваемого с посадочным инструментом, спускаемого на кабеле.

Пакер разбуриваемый с посадочным инструментом, спускаемый на кабеле 1, содержит ствол 21 с полым поршнем 13, обтекатель, разделенный полым поршнем 13 на заполненный жидкостью нижний цилиндр 11 с полостью высокого давления 12 и верхний цилиндр 2 с полостью низкого давления 4, уплотнительный элемент 22 пакера с верхним 23 и нижним 24 упорами, верхний якорный узел 26, взаимодействующий с нижним цилиндром 11. Верхний якорный узел 26 оснащен конической втулкой 27 и шлипсами 28, которые установлены с возможностью радиального расширения между верхним упором 23 и конической втулкой 27 при их сближении. Ствол 21 жестко соединен с полым поршнем 13 и нижним упором 24 и выполнен сборным, состоящим из соединенных срезным элементом 20 корпуса 19 пакера и тяги 14, соединенной с полым поршнем 13. Полый поршень 13 жестко соединен с верхним цилиндром 2, который снабжен дополнительным поршнем 5, а нижний цилиндр 11 выполнен с возможностью перемещения вниз относительно полого поршня 13 и опоры толкателем 25 на верхний упор 23, ограниченного наружным упором 29, установленным на тяге 14. Дополнительный поршень 5 оснащен штоком 33, герметично вставленным в полость полого поршня 13, и размещен в верхнем цилиндре 2. Тяга 14 изготовлена полой и заглушена снизу пробкой 15. Полость тяги 14 сообщена с полостью высокого давления 12 - подпоршневой полостью нижнего цилиндра 11. Коническая втулка 27 выполнена с возможностью взаимодействия с уплотнительным элементом 22 сверху. Верхний упор 23 имеет возможность фиксации после перемещения относительно наружных кольцевых насечек корпуса 19 сухарями или пружинной шайбой 30, расположенными в кольцевой проточке 31 верхнего упора 23. Пакер разбуриваемый оснащен также нижним якорным узлом 34, содержащим коническую втулку 35 и шлипсы 36, которые установлены с возможностью радиального расширения между нижним упором 24 и конической втулкой 35 при их сближении. Коническая втулка 35 нижнего якорного узла 34 взаимодействует с уплотнительным элементом 22 снизу. Шток 33 дополнительного поршня 5 выполнен полым и заглушен снизу, внутренняя полость 37 штока 33 через отверстия 38 сообщена с полостью низкого давления 4 верхнего цилиндра 2, тем самым увеличивая объем цилиндра 2 и перепад давлений в скважине и полости низкого давления 4. Посадочный инструмент оснащен сверху сбивным клапаном 6 для сообщения после открытия сбивного клапана 6 полости низкого давления 4 с пространством скважины. Верхний цилиндр 2 обтекателя имеет возможность перемещения вниз после открытия сбивного клапана 6 и соединен с кабелем 1 через тяговый механизм 8, подвижная часть 3 которого взаимодействует со сбивным штырем сбивного клапана 6. Тяговый механизм 8 снабжен электродвигателем с парой винт-гайка, связанной с подвижной частью 3 тягового механизма 8, которая при подаче электрического сигнала разрушает сбивной штырь сбивного клапана 6 посадочного инструмента и открывает отверстие 7 сбивного клапана 6 для сообщения полости низкого давления 4 с пространством скважины.

Технологические элементы, не влияющие на работоспособность системы, показаны условно или не показаны, а уплотнительные элементы, исключающие несанкционированные перетоки жидкости, не пронумерованы.

Пакер разбуриваемый с посадочным инструментом, спускаемый на кабеле работает следующим образом.

Перед спуском устройство приводят в транспортное положение. Для этого в надпоршневую полость верхнего цилиндра 2 обтекателя заливают жидкость (воду или масло), а через технологический канал 9 нагнетают воздух в полость низкого давления 4, приводя дополнительный поршень 5 в верхнее положение (это возможно и механическим воздействием на дополнительный поршень 5). После чего сверху располагают сбивной клапан 6 и соединяют верхний цилиндр 2 через тяговый механизм 8 с кабелем 1, подвижная часть 3 которого взаимодействует со сбивным штырем сбивного клапана 6. Давление в полости низкого давления 4 сбрасывают до атмосферного давления, а технологический канал 9 герметично перекрывают заглушкой 10. После чего полость высокого давления 12 нижнего цилиндра 11 и полости тяги 14 и полого поршня 13 заполняют через золотник 16 с обратным клапаном, установленным в пробке 15 тяги 14, жидкостью (водой или маслом), воздух и излишки жидкости выпускают через канал 17, который герметично перекрывают заглушкой 18. Корпус 19 пакера присоединяют срезными элементами 20 с тягой 14, образуя ствол 21. На корпус 19 устанавливают остальные конструктивные элементы пакера, фиксируют их на корпусе 19 соединением нижнего упора 24 с корпусом 19 ствола 21. Заглушку 18 извлекают и через канал 17 нагнетают жидкость до плотного прижатия без сдвига толкателя 25 к верхнему упору 23, после чего канал 17 опять герметизируют заглушкой 18.

Затем пакер разбуриваемый с посадочным инструментом, спускаемый на кабеле, в сборе спускают в интервал установки скважины на кабеле 1.

При необходимости в скважину доливают жидкость (если высота уровня жидкости над пакером менее 500 м), чтобы увеличить перепад давлений в скважине и в полости низкого давления 4 верхнего цилиндра 2. После чего по кабелю 1 подают электрический сигнал на тяговый механизм 8, подвижная часть 3 которого разрушает сбивной штырь сбивного клапана 6, открывая отверстие 7 сбивного клапана 6. В результате жидкость из скважины через отверстие 7 сбивного клапана 6 и отверстие 40 поступает в цилиндр 2 и за счет перепада давлений в скважине и в полости низкого давления 4 дополнительный поршень 5 со штоком 33 перемещается. При этом шток 33, перемещаясь вниз, создает избыточное давление в полостях полого поршня 13 и тяги 14 и, как следствие, через отверстия 39 в полости высокого давления 12, приводя в движение вниз нижний цилиндр 11. При перемещении вниз цилиндр 11 воздействует толкателем 20 на верхний упор 23, а нижний упор 24, опирающийся снизу на нижний якорный узел 34 и соединенный стволом 21 с полым поршнем 13, остается на месте. В результате верхний упор 23, перемещаясь по корпусу 19 вниз вместе со шлипсами 28 и конусной втулкой 27, сжимает уплотнительный элемент 22, опирающийся снизу на конусную втулку 35, до герметизации скважинного пространства в интервале установки. После чего верхний 23 и нижний 24 упоры надвигают соответствующие шлипсы 28 и 36 на соответствующие конические втулки 27 и 35. Расширяясь, шлипсы 28 и 36 опираются на стенки скважины, фиксируя верхний 26 и нижний 34 якорные узлы с двух сторон от уплотнительного элемента 22 в интервале установки. При этом верхний упор 23 перемещается вниз относительно корпуса 19 и фиксируется сухарями или пружинными шайбами 30, вставленными в кольцевую проточку 31 верхнего упора 23, относительно наружных кольцевых насечек 32 корпуса 19. Пакер двухстороннего действия хорошо держит высокие давления как сверху, так и снизу. При достижении тягового усилия 18 тонн вверх на ствол 21, срезные элементы 20 разрушаются. Тем самым отсоединяют посадочный инструмент от пакера. После чего посадочный инструмент без пакера извлекают из скважины. При этом наружный упор 29 тяги 14 исключает выпадение нижнего цилиндра 11 в скважину.

Для последующих установок посадочный инструмент ревизируют, приводят в транспортное положение и соединяют с пакером так, как описано выше, в условиях мастерских. Предлагаемый пакер разбуриваемый с посадочным инструментом, спускаемый на кабеле, обеспечивает гарантированную герметичность посадочного инструмента, открытие сбивного клапана только после подачи электрического сигнала по кабелю за счет разрушения сбивного штыря сбивного клапана подвижной частью тягового механизма, позволяет регулировать время срабатывания посадочного инструмента за счет изменения диаметра отверстия сбивного клапана с целью исключения гидроудара.

Технологический и технический результаты при использовании пакера разбуриваемого с посадочным инструментом, спускаемого на кабеле, достигаются расширением функциональных возможностей пакера разбуриваемого за счет гарантированной герметичности посадочного инструмента, открытия сбивного клапана только после подачи электрического сигнала по кабелю за счет разрушения сбивного штыря сбивного клапана подвижной частью тягового механизма, регулирования времени срабатывания посадочного инструмента за счет изменения диаметра отверстия сбивного клапана с целью исключения гидроудара, простоты монтажа при перезарядке.

Экономический эффект от использования изобретения может достигаться за счет увеличения наработки на отказ, ускорения монтажа, что позволяет значительно экономить материальные и трудовые ресурсы.