Результат интеллектуальной деятельности: ПАКЕР

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного отключения продуктивных пластов при проведении ремонтно-изоляционных работ в скважинах, а также для отключения нижних пластов при переходе на верхние.

Известен пакер (см. патент RU №2170808, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №20 от 20.07.2001 г.), включающий ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, конус со шлипсами, корпус и шток посадочного инструмента, установочный фиксатор и съемный узел с зубчатой насечкой, при этом ствол в верхней части выполнен с кольцевой выборкой по наружной поверхности с кольцевым выступом наверху, вертикальными сквозными каналами и радиальными отверстиями, в которой установлена втулка с возможностью продольного перемещения с наружным кольцевым выступом в нижней части и снабжена сферической кольцевой выборкой, обращенной к оси устройства, в которой установлены фиксирующие шарики, взаимодействующие через посредство радиальных отверстий в стволе со съемным узлом, а также снабжена вертикальными сквозными пазами в верхней части, причем съемный узел через палец и пазы в стволе взаимодействует со втулкой и соединен со стволом через срезаемый элемент, а фиксатор положения уплотнительного элемента выполнен в виде пружинной шайбы, взаимодействующей с кольцевой насечкой на втулке, выполненной под пружинную шайбу.

Недостатками данной конструкции являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей;

- во-вторых, при посадке пакера уплотнительный элемент работает на сжатие, что требует создания больших усилий и применения мощных фиксаторов положения, кроме того, при больших перепадах давления велика вероятность разрушения фиксатора положения.

Наиболее близким по технической сущности является пакер (см. патент RU №2137901, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №26 от 20.09.1999 г.), содержащий полый ствол с заглушкой и упором, установочный фиксатор, приводной корпус и шток установочного гидроцилиндра, размещенные на стволе конус со шлипсами, уплотнительный элемент и фиксатор положения уплотнительного элемента с удерживающими губками, при этом между шлипсами и конусом размещены срезные штифты, фиксатор положения уплотнительного элемента снабжен съемным кожухом, выполненным с возможностью взаимодействия с установочным фиксатором, который выполнен в виде стопорного кольца с соответствующими ему кольцевыми проточками в полом в корпусе и штоке, а конус снабжен дополнительной конической опорной поверхностью, противоположно направленной основной и выполненной с возможностью взаимодействия с удерживающими губками через конические вкладыши, при этом конические вкладыши и удерживающие губки выполнены самоцентрирующимися.

Недостатками данной конструкции являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей;

- во-вторых, высока вероятность заклинивания шлипсов в процессе их фиксации в заданном интервале скважины;

- в-третьих, при высоком давлении снизу вверх плашки могут сдвинутся и поползти, в связи с чем пакер теряет герметичность.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности фиксации пакера в требуемом интервале скважины.

Техническая задача решается предлагаемым пакером, содержащим полый ствол с заглушкой и упором, установочный фиксатор, приводной корпус, конус, шлипсы, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента и съемный кожух.

Новым является то, что заглушка установлена сверху полого ствола, а упор выполнен с возможностью перемещения вверх относительно полого ствола и оснащен снизу конусом с хвостовиком, при этом на наружной поверхности хвостовика установлен съемный кожух с фиксатором положения в виде пальца и выполнена проточка с возможностью взаимодействия с пальцем, причем проточка выполнена в виде длинной и короткой продольных проточек, которые соединены сложной замкнутой проточкой так, что при осевом перемещении хвостовика относительно съемного кожуха палец поочередно перемещался то в короткую проточку - транспортное положение, то в длинную проточку - рабочее положение, при этом съемный кожух дополнительно оснащен пружинными центраторами и пружинными пластинами, соединенными со шлипсами, выполненными с возможностью взаимодействия с конусом в рабочем положении, причем полый ствол выше уплотнительного элемента оснащен расширяющим конусом, выше которого расположен якорный узел, который выполнен в виде полой вставки с подпружиненными внутрь плашками, выполненными в виде поршней с возможностью радиального перемещения наружу при избыточном давлении внутри полого ствола, внутренняя полость которого сообщена через хвостовик с наружным пространством ниже уплотнительного элемента, упор в транспортном положении зафиксирован относительно полого ствола срезным винтом, при этом установочный фиксатор выполнен в виде срезного элемента, соединяющего приводной корпус с верхней частью полого ствола.

На фиг.1 изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе в транспортном положении.

На фиг.2 изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе в процессе запакеровки.

На фиг.3 изображена развертка проточки - «а», выполненной на наружной поверхности хвостовика.

Пакер (см. фиг.1) содержит полый ствол 1 с заглушкой 2 и упором 3, установочный фиксатор 4, выполненный в виде срезного элемента. Заглушка 2 установлена вверху полого ствола 1, а упор 3 выполнен с возможность перемещения вверх относительно полого ствола 1 и оснащен снизу конусом 5 и хвостовиком 6.

Над упором 3 размещен уплотнительный элемент 7, над которым установлен расширяющий конус 8, жестко соединенный с нижним концом полого ствола 1, выше которого расположен якорный узел 9. Якорный узел 9 выполнен в виде полой вставки с подпружиненными внутрь, посредством пружин 10, плашками 11, выполненными в виде поршней, герметично установленных в якорном узле 9 с возможностью радиального перемещения наружу при избыточном давлении во внутренней полости 12 полого ствола 1.

Внутренняя полость 12 полого ствола 1 сообщена через хвостовик с наружным пространством 13 ниже уплотнительного элемента 7.

На наружной поверхности хвостовика 6 выполнена проточка 14 и установлен съемный кожух 15 с фиксатором положения в виде пальца 16, который имеет возможность взаимодействия с вышеупомянутой проточкой 14 (см. фиг.3).

Проточка 14 выполнена в виде короткой 17 и длинной 18 продольных проточек, которые соединены сложной замкнутой проточкой 19 так, чтобы при осевом перемещении хвостовика 6 относительно съемного кожуха 15 палец 16 поочередно перемещался то в короткую проточку 17 - транспортное положение, то в длинную проточку 18 - рабочее положение.

Съемный кожух 15 (см. фиг.1) оснащен пружинными центраторами 20 и пружинными пластинами 21, соединенными со шлипсами 22, выполненными с возможностью взаимодействия с конусом 5 в рабочем положении.

Упор 3 в транспортном положении зафиксирован относительно полого ствола 1 срезным винтом 23. Установочный фиксатор 4 соединяет приводной корпус 24, представляющий собой патрубок с верхней частью полого ствола 1.

Пакер работает следующим образом.

В зависимости от цели работ (например, для временного отключения нижнего пласта) пакер на устье (на фиг.1 и 2 не показано) скважины посредством приводного корпуса 24 соединяют с колонной труб 25 (см. фиг.1), при этом палец 16 устанавливают в транспортное положение - короткую проточку 17 проточки 14, выполненную на наружной поверхности хвостовика 6 и спускают в требуемый интервал скважины с таким условием, чтобы пакер находился между нижним 26 и верхним 27 пластами.

После спуска пакера в требуемый интервал его приподнимают вверх примерно на 1,5 метра и опускают, при этом палец 16 (см. фиг.3) из короткой проточки 17 по сложной замкнутой проточке 19 попадает в длинную проточку 18 - рабочее положение. В результате съемный кожух 15 (см. фиг.2), оснащенный пружинными центраторами 20 и пружинными пластинами 21, соединенными со шлипсами 22, остаются на месте, а все остальные детали пакера совершают осевое возвратно-поступательное движение и при движении пакера вниз конус 5 вступает во взаимодействие со шлипсами 22, которые прижимаются ко внутренней стенке скважины (на фиг.1, 2, 3 не показано), жестко фиксируя пакер в рабочем положении.

Далее разгружают колонну труб 25 на пакер, который жестко зафиксирован в требуемом интервале скважины. В итоге срезной винт 23, фиксирующий упор 3 относительно полого ствола 1 в транспортном положении, разрушается и расширяющий конус 8 начинает запакерововать уплотнительный элемент 7, прижимая его к внутренней стенке скважины. Процесс запакеровки продолжается до тех пор, пока расширяющий конус 8 своим нижним концом не упрется во внутренний торец упора 3. После этого разгрузку колонны труб 25 продолжают до тех пор, пока не разрушится установочный фиксатор 4. Затем колонну труб 25 вместе с приводным корпусом 24 извлекают на поверхность.

Далее спускают в скважину глубинно-насосное оборудование и снижают уровень жидкости в скважине до тех пор, пока не будет выполняться следующая зависимость:

P₁>P₂>P_ур,

где P₁ - давление нижнего пласта, МПа;

Р₂ - давление верхнего пласта, МПа;

Р_ур - давление уровня (столба жидкости над пакером, МПа).

В процессе дальнейшей работы жидкость из наружного пространства 13 пакера под избыточным давлением, равным давлению P₁ нижнего пласта 26, через нижнюю часть хвостовика 6 попадает во внутреннюю полость 12 полого ствола 1 с заглушкой 2 сверху и далее во внутреннее пространство якорного узла 9, выполненного в виде полой вставки с подпружиненными внутрь, посредством пружин 10 плашками 11. Плашки 11, выполненные в виде поршней, герметично установленных в якорном узле 9, радиально перемещаются наружу под действием давления P₁ нижнего пласта 26 и врезаются во внутреннюю стенку скважины, обеспечивая динамическую фиксацию уплотнительного элемента 7 с внутренней стенкой скважины.

При необходимости извлечения пакера его вновь приподнимают вверх примерно на 1,5 метра и опускают, при этом палец 16 (см. фиг.3) из длинной проточки 18 верхней части сложной замкнутой проточки 19 попадает в короткую проточку 17 - транспортное положение. В результате съемный кожух 15 (см. фиг.2), оснащенный пружинными центраторами 20 и пружинными пластинами 21, соединенными со шлипсами 22, остаются на месте, а все остальные детали пакера совершают осевое возвратно-поступательное движение и при движении пакера вниз конус 5 перестает взаимодействовать со шлипсами 22, которые возвращаются в транспортное положение благодаря пружинным пластинам 21 (см. фиг.1).

Предлагаемый пакер имеет простую конструкцию и обеспечивает надежную работу якорного узла при небольшом усилии за счет динамической фиксации уплотнительного элемента под избыточным давлением жидкости, что позволяет избежать повторных и преждевременных работ, связанных с разгерметизацией пакера, а это позволяет исключить дополнительные затраты.