Результат интеллектуальной деятельности: ПАКЕР РАЗБУРИВАЕМЫЙ

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадной колонны от высокого давления.

Известен «Пакер» (см. RU №2162137, МПК 7 Е21В 32/12, Бюл. №1 от 20.01.01), включающий патрубок с размещенным на его наружной поверхности уплотнителем в виде эластичной оболочки и расширяющий конус, связанный с приводом через тягу, при этом расширяющий конус выполнен составным из цилиндра и концентрично установленного на нем расширяющего элемента, связанных между собой разъединяющим элементом для освобождения расширяющего элемента от цилиндра и спуска эксплуатационной колонны насосно-компрессорных труб с установленным на их нижнем конце плунжером с уплотнительными элементами для взаимодействия с внутренней стенкой расширяющего элемента, внутренний диаметр которого выбран под наружный диаметр плунжера.

Известен «Пакер разбуриваемый» (см. свидетельство на полезную модель №20342, МПК 7Е21В 32/12, Бюл. №29 от 26.10.01), содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с поршнем, верхним и нижним штоками, причем последний имеет радиальные каналы и жестко соединен с переходником и перфорируемым ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу, дорн, соединенный в верхней части с установочной втулкой, а в нижней части через срезное кольцо - с насадкой с внутренней цилиндрической выборкой, заглушку со стопорным кольцом и срезным винтом и отсекающий элемент, установленный в центральном канале в зоне переходника, при этом отсекающий элемент выполнен в виде пробки, а установочная втулка - с кольцевой выборкой, переходник снабжен фиксатором, который до запакеровки одним концом взаимодействует с отсекающим элементом, а другим - с дорном, а после запакеровки - с кольцевой выборкой установочной втулки.

Обоим вышеописанным устройствам присущи общие недостатки:

во-первых, нет защиты от гидроударов, возникающих в посадочном инструменте при спуске, что может привести к несанкционированной посадке пакера;

во-вторых, низкая надежность посадки, так как при повышении давления внутри колонны труб, на которых спускается устройство в скважину, они вытягиваются и оказывают сдвигающее воздействие на устанавливаемый пакер.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является «Пакер разбуриваемый» (см. свидетельство на полезную модель №28371, МПК 7 Е21В 33/12, Бюл. №8 от 20.03.2003), содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с поршнем, верхним и нижним штоками, один из которых выполнен с радиальными каналами, соединенный с патрубком, а последний - с упором, уплотнительный узел, включающий эластичную манжету, деформируемую гильзу и дорн с конически-цилиндрическими участками на наружной поверхности, соединенный в нижней части с насадкой, а сверху с установочной втулкой, наконечник, установленный телескопически в дорне, ниппель, отсекающий клапан и заглушку со стопорным кольцом, при этом нижний торец упора выполнен со сферической кольцевой выборкой, обращенной к периферии и взаимодействующей в рабочем положении с деформируемой гильзой, причем наружный диаметр цилиндрических участков дорна увеличивается сверху вниз.

Недостатками устройства являются:

во-первых, возможна негерметичность отсекающего клапана, выполненного в виде шарика, за счет засорения седла в процессе спуско-подъемных операций, что ведет к невозможности создания требуемого давления в колонне труб и, соответственно, в посадочном инструменте при посадке разбуриваемого пакера в скважине;

во-вторых, дорн из-за своей несовершенной конструкции формы прижимает гильзу к внутренним стенкам эксплуатационной колонны не равномерно по всей длине, что может привести к негерметичной посадке пакера в заданном интервале и/или к его «сползанию».

Технической задачей предлагаемого изобретения является исключение негерметичности отсекающего клапана при посадке пакера, разбуриваемого в скважине, а также надежная фиксация пакера, разбуриваемого в требуемом интервале скважины за счет изменения формы дорна.

Техническая задача решается пакером разбуриваемым, содержащим посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с нижним упором, поршнем, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с насадкой, соединенный в верхней части с установочной втулкой, телескопически установленной в упор, а в нижней части при помощи насадки через срезное кольцо - с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками с увеличивающимися наружными диаметрами сверху вниз, отсекающий клапан и заглушку, фиксируемую в насадке стопорным кольцом.

Новым является то, что установочная втулка и нижний упор в транспортном положении зафиксированы между собой срезным винтом, отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, цилиндрические наружные участки которого соединены плавным переходом.

На фиг.1 изображен пакер разбуриваемый в сборе с частичным продольным разрезом.

На фиг.2 изображена в разрезе фиксация стопора в разбуриваемом пакере в транспортном положении.

Пакер разбуриваемый содержит посадочный инструмент 1 (см. фиг.1), содержащий гидроцилиндр 2 с нижним упором 3, поршнем 4, верхним 5 и нижним 6 штоками. Нижний шток 6 снабжен радиальными каналами 7 и жестко соединен через наконечник 8, имеющий технологические отверстия 9 (см. фиг 2), с перфорированными окнами 10 (см. фиг.1) ниппелем 11.

Уплотнительный узел 12 включает манжету 13, деформируемую гильзу 14 и дорн 15 с насадкой 16, соединенный в верхней части с установочной втулкой 17, телескопически установленной в упор 3. В нижней части дорн 15 при помощи насадки 16 через срезное кольцо 18 соединен с наконечником 8 и перфорированным ниппелем 11, который телескопически установлен в дорн 15, оснащенный наружными цилиндрическими участками 19 и 20 с увеличивающимися наружными диаметрами D₁ и D₂ сверху вниз, соответственно. Внутри наконечника 8 установлен отсекающий клапан 21, а ниппель 11 заглушен заглушкой 22 со стопорным кольцом 23. Установочная втулка 17 и нижний упор 3 в транспортном положении зафиксированы между собой срезным винтом 24.

Отсекающий клапан 21 выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой 25 (см. фиг.2), герметично вставленной в наконечник 8 (см. фиг.1 и 2) и зафиксированной стопорами 26, которые вставлены в технологические отверстия 9 наконечника 8 с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца 18 (см. фиг.1) и прохождении дорна 15 (см. фиг.1 и 2), а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки 21, а снаружи - с дорном 15, цилиндрические наружные участки 19 и 20 (см. фиг.1) которого соединены плавным переходом 27.

Несанкционированные перетоки жидкости исключены установкой уплотнительных колец 28, 29, 30, 31, 32 и 33.

Устройство работает следующим образом: пакер разбуриваемый в сборе спускают в скважину (на фиг.1 и 2 не показано) на колонне труб 34. Во время спуска возникают удары дорна 15 о внутренние стенки эксплуатационной колонны скважины (на фиг.1 и 2 не показано). Для исключения возможного перемещения дорна 15 относительно деформируемой гильзы 14 и несанкционированного срабатывания устройства установлен срезной винт 24, фиксирующий установочную втулку 17 относительно упора 3.

По достижении интервала установки пакера разбуриваемого колонна труб 34 заполняется технологической жидкостью, после чего внутри колонны труб 34 создается избыточное давление, которое через верхний шток 5 и радиальные каналы 7 нижнего штока 6 передается в гидроцилиндр 2 и воздействует на поршень 4, который удерживается в начальном положении до достижения усилия разрушения срезного винта 24.

При этом колонна труб 34 вытягивается под действием избыточного давления. После разрушения винтов 24 (например, при давлении 4-5 МПа) поршень 4 перемещается вверх относительно гидроцилиндра 2, увлекая за собой нижний шток 6, наконечник 8 с перфорированным ниппелем 11, дорн 15 (через срезное кольцо 18 при помощи насадки 16) и установочную втулку 17. При этом деформируемая гильза 14 с манжетой 13 удерживаются упором 3 на месте относительно эксплуатационной колонны (на фиг.1 и 2 не показано).

В результате дорн 15 входит в деформируемую гильзу 14, расширяя ее до плотного прилегания манжеты 13 к внутренним стенкам эксплуатационной колонны, причем дорн 15 сначала дорнирует деформируемую гильзу 14 цилиндрическим участком 19 меньшего диаметра D₁, прижимая плотно манжету 13 к внутренним стенкам эксплуатационной колонны, и далее по мере перемещения дорна 15 вверх благодаря плавному переходу 27 уже продолжает дорнировать нижний участок деформируемой гильзы 14 цилиндрическим участком 20 большего диаметра D₂, благодаря чему манжета 13 еще сильней прижимается к внутренним стенкам скважины. Дорнирование дорном 15 деформируемой гильзы 14 происходит до тех пор, пока установочная втулка 17 (см. фиг.2) не упрется вниз гидроцилиндра 2, ограничивая дальнейшее перемещение дорна 15 вверх. Далее повышается давление внутри колонны труб 34 до разрушения срезного кольца 18 (например, 14-15 МПа), при этом происходит освобождение наконечника 8 с перфорированным ниппелем 11 от дорна 15.

В результате наконечник 8 перемещается вверх относительно дорна 15 и стопоры 26, вставленные в технологические отверстия 9 наконечника 8, перемещаются наружу, так как выходят из взаимодействия с внутренними стенками дорна 15, до упора во внутренние стенки установочной втулки 17 и одновременно освобождаясь от наружной кольцевой выборкой 25 отсекающего клапана (пробки) 21, которая падает вниз перфорированного ниппеля 11 на верхний торец заглушки 22.

В итоге открывается канал 35, позволяющий прохождение жидкости по колонне труб 34 через перфорированные окна 10 ниппеля 11 под уплотнительный узел 12 пакера, разбуриваемого в обход отсекающего клапана 21. После чего по колонне труб 34 через верхний 5, нижний 6 штоки, наконечник 8, технологические отверстия 9 и канал 35 можно закачивать тампонирующие материалы в пространство скважины под уплотнительным узлом 12 пакера разбуриваемого. Затем колонну труб 34 приподнимают, в результате заглушка 22 герметично устанавливается в дорн 15, а стопорное кольцо 23 насадки 16 фиксирует заглушку 22 за ее наружную кольцевую выборку 36. По достижении нагрузки, достаточной для разрушения срезных элементов 37, перфорированный ниппель 11 освобождается от заглушки 22 и посадочный инструмент 1 промывается.

По завершении всех технологических операций устройство извлекают из скважины, за исключением уплотнительного узла 12 с насадкой 16 и заглушкой 22. При этом все оставляемые в скважине детали устройства выполнены из легкоразбуриваемых материалов (например, чугун, алюминий и т.п.).

Применение пакера разбуриваемого благодаря усовершенствованной конструкции дорна позволит повысить надежность посадки разбуриваемого пакера в заданном интервале скважины и исключить его «сползание», а также благодаря конструкции отсекающего клапана, выполненного в виде пробки, исключается его негерметичность при посадке пакера, разбуриваемого в скважине.