Результат интеллектуальной деятельности: ПАКЕР СКВАЖИННЫЙ

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а точнее к пакерам для герметизации межколонного пространства, или между обсадной трубой и стенкой скважины.

Известен пакер механический, содержащий полый ствол с верхним и нижним упорами, между которыми с возможностью взаимодействия между собой по торцам и ограниченного осевого перемещения установлены две уплотнительные манжеты, а между ними и под нижней манжетой -жесткие диски, якорь со шлипсами, имеющими возможность ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с нижним диском (см. Пат. РФ №2139408, МПК Е21В 33/12,опуб. 11.10.1999 г.).

Недостатком известного устройства является вероятность возникновения утечек через сквозные зазоры между манжетами и уплотняемой поверхностью вследствие неровностей уплотняемой поверхности и значительной твердости материала манжет.

Известен пакер скважинный набухающий, содержащий цилиндрический полый корпус с установленными снаружи разбухающими манжетами между опорами корпуса, между манжетами, а также между манжетами и упорами установлены кольцевые упоры, выполненные с возможностью продольного перемещения относительно корпуса, якорь, установленный с возможностью взаимодействия с торцом крайнего диска (см. Пат. РФ №2605242, МПК Е21В 33/12, опуб. 20.12.2016, бюл. №35).

Недостатком известного устройства является вероятность возникновения утечек через манжеты пакера вследствие снижения механических свойств эластичного материала манжеты при расширении и значительного герметизируемого кольцевого зазора. Так, величина диаметрального зазора между пакером и обсадной трубой составляет от 15 до 20 мм при перепаде давления в пакере 10-100 МПа (см. кн.: Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования. Учебное пособие для вузов. Чичеров Л.Г., Молчанов Г.В., Рабинович А.М и др. - М.: Недра, 1987, с. 49).

Известен пакер скважинный, содержащий цилиндрический полый корпус с установленными снаружи, как минимум, двумя манжетами и кольцевыми упорами между ними и нижней манжетой между двумя опорами корпуса с возможностью продольного ограниченного осевого перемещения относительно корпуса, якорь с конической внутренней поверхностью, ответно выполненной наружной поверхности нижнего упора, снабженный шлипсами на боковой поверхности, и установленный с возможностью ограниченного осевого перемещения с возможностью взаимодействия с нижним упором (см. пат. РФ №№2209927, МПК Е21В 33/12, опуб. 10.08.2003, бюл. №22), который принят за прототип.

Недостатком известного устройства является вероятность возникновения утечек через сквозные зазоры между манжетами и уплотняемой поверхностью вследствие неровностей уплотняемой поверхности и значительной твердости материала манжет.

Целью предлагаемого технического решения является снижение вероятности возникновения утечек в пакере.

Указанная цель достигается тем, что пакере скважинном, содержащем цилиндрический полый корпус с установленными снаружи, как минимум, двумя манжетами и кольцевыми упорами между ними и нижней манжетой между двумя опорами корпуса с возможностью продольного ограниченного осевого перемещения относительно корпуса, якорь с конической внутренней поверхностью, ответно выполненной наружной поверхности нижнего упора, снабженный шлипсами на боковой поверхности, и установленный с возможностью ограниченного осевого перемещения с возможностью взаимодействия с нижним упором, согласно техническому решению, в кольцевом упоре между манжетами выполнена кольцевая расточка с установленной в ней манжетой из разбухающего материала в скважинной среде.

Известны пакеры скважинные, снабженные манжетами из разбухающего в скважинной среде материала (см. Пат. РФ №2605242, МПК Е21В 33/12, опуб. 20.12.2016, бюл. №35). В связи со снижением твердости материала манжет при расширении, значительного радиального уплотняемого зазора, составляющего 7,5-10,0 мм, такие пакеры не обеспечивают требуемую герметичность при повышенном перепаде давления. При этом пакеры с манжетами из не разбухающего материала выдерживают значительный перепад давления. Однако в связи с высокой твердостью материала манжет, значительным отклонением диаметра уплотняемой поверхности, между манжетами и стенкой скважины могут оставаться зазоры (щели). Оснащение же пакера, как минимум двумя манжетами из не разбухающего материала, а в кольцевой расточке упора, установленного между манжетами - манжеты из разбухающего материала, обеспечивают работу пакера при значительном перепаде давления с одновременным снижением вероятности образования щелей. Незначительный радиальный размер щелей позволяет обеспечить их герметизацию манжетой из разбухающего материала. При этом разбухающая манжета, аккумулируя утечки через пакер, герметизирует оставшиеся щели

Таким образом, предлагаемая конструкция пакера обеспечивает высокую нагрузочную способность, герметичность всего кольцевого зазора. При этом герметизация мелких щелей обеспечивается за счет расширения манжеты от поступающих в меж манжетное пространство утечек.

Конструкция предлагаемого устройства поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображен общий вид пакера в начальный момент срабатывания якоря.

Пакер скважинный состоит из цилиндрического полого корпуса 1 (фиг. 1) в виде патрубка с установленными снаружи, как минимум, двумя манжетами 2 и 3, и кольцевым упором 4 между манжетами 2 и 3. Снизу нижней манжеты 3 установлен нижний кольцевой упор 5 с конической наружной поверхностью 6. Манжеты 2, 3 с упорами 4 и 5 установлены между опорами 7 и 8 корпуса 1.

В кольцевом упоре 4 снаружи выполнена кольцевая проточка 9 с размещением в ней манжеты 10, изготовленной из набухающего материала в скважинной среде.

Корпус 1 в нижней части соединен, например, телескопически, с якорем 11, включающим хвостовик 12, установленный с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса 1, плашки (шлипсы) 13, соединенные с хвостовиком 12 гибким стержнем 14 и установленные с возможностью взаимодействия с конической наружной поверхностью 6 нижнего упора 5. В нижней части хвостовик 12 снаружи снабжен, например, втулкой 15 замка с Г-образным пазом 16 на боковой поверхности, а также штифтом 17 с возможностью относительного перемещения вдоль паза 16.

Пакер спущен в эксплуатационную колонну 18, например, посредством колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) 19.

Втулка 15 замка с хвостовиком 12 соединена с пружинным фонарем 20. Диаметр фонаря 20 в свободном состоянии больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны 18.

Устройство работает следующим образом.

Пакер в составе колонны НКТ 19 (фиг. 1) опускается в эксплуатационную колонну 18 в заданный интервал скважины, где необходимо разобщить кольцевое пространство между колоннами 18 и 19. При спуске пакера штифт 17 находится в нижней части короткого продольного участка Г-образного паза 16.

После остановки пакера, сначала колонну НКТ 19 приподнимают на 300-400 мм вверх. Так как диаметр пружинного фонаря 20 больше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны 18, хвостовик 12 поднимается выше. Штифт 17 оказывается в верхней части короткого участка Г-образного паза 16. Далее колонну НКТ 19 с пакером поворачивают на 1-2 оборота по часовой стрелке. При этом штифт 17 оказывается в верхней части длинного продольного участка паза 16. Затем колонну НКТ 19 с корпусом 1 опускают вниз. При этом хвостовик 12 за счет силы трения пружинного фонаря 20 по стенке колонны 18 остается неподвижным. Плашки 13 перемещаются вверх и в сторону колонны 18 по конической поверхности 6 нижнего упора 5. Расширяясь в диаметре, плашки 13 взаимодействуют со стенкой эксплуатационной колонны 18, и движение хвостовика 12 прекращается. Далее, под действием веса колонны НКТ 19 и пакера, корпус 1 продолжает перемещаться вниз. При этом нижняя опора 8 корпуса 1 отходит от нижнего упора 5. Под действием веса колонны НКТ 19 манжеты 2 и 3, укорачиваясь, увеличиваются в диаметре до взаимодействия с боковой поверхностью колонны 18. Так как твердость материала манжет 2 и 3 достаточно высокая, а диаметр эксплуатационной колонны 18 изготовлен с достаточно большим допуском и без механической обработки, между боковыми поверхностями колонны 18 и манжет 2 и 3 могут оставаться зазоры (на фиг. не показаны).

С течением определенного промежутка времени, под действием перетекающей через образовавшиеся щели между манжетами 2, 3 и колонной 18 скважинной среды (вода, нефть), материал манжеты 10 начинает разбухать. После взаимодействия манжеты 10 со стенкой колонны 18, материал манжеты 10, вследствие возникающего перепада давления от расширения материала манжеты 10, начинает внедряться в зазоры между манжетами 2, 3 и колонны 18. Этим самым оставшиеся негерметичными щели между манжетами 2, 3 и колонной 18 уплотняются разбухающей манжетой 10. При этом интенсивность разбухания манжеты зависит от объема утечек среды через манжеты 2 и 3.

Таким образом, одновременное оснащение пакера с манжетами из твердого материала и разбухающего материала обеспечивает надежное перекрытие кольцевого канала с одновременным предотвращением щелей между пакером и стенкой скважины. При этом разбухающая манжета 10, аккумулируя утечки скважинной среды через манжеты 2, 3 из твердого эластичного материала надежно уплотняет все щели между пакером и стенкой скважины.