Результат интеллектуальной деятельности: ПАЗ НА СТВОЛЕ ПРОТИВОПОЛЕТНОГО УСТРОЙСТВА ИЛИ ПАКЕРА

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для предотвращения падения скважинного оборудования на забой скважины (якорях) или пакерах.

Одной из проблем при насосной эксплуатации скважин является обрыв и падение на забой (так называемый «полет») скважинного оборудования. Для предотвращения полета на забой применяются противополетные устройства.

Для герметичного длительного разобщения интервалов ствола эксплуатационной колонны и защиты ее от динамического воздействия рабочей среды в процессе проведения различных технологических операций применяют пакера, в частности механического принципа действия. В конструкциях пакеров механического принципа действия, устанавливаемых в скважине путем осевых перемещений колонны труб, имеется фигурный паз.

Известно противополетное устройство, содержащее верхний и нижний переводники, ствол. На стволе в верхней части установлено опорное кольцо, а ниже с возможностью взаимодействия - амортизирующий узел с конусом и заякоривающий механизм. На стволе ниже конуса выполнены симметричные фигурные пазы. Фигурные пазы имеют короткий и длинный участки. Эти участки соединены между собой переходным участком с углом наклона 45°. Длинный участок выполнен от нижней части конуса до нижнего переводника. Длина короткого участка равна удвоенной длине минимального подрыва инструмента при спуско-подъемных операциях. Расстояние от нижней части конуса до верхней части короткого участка фигурного паза равно высоте заякоривающего механизма. В фигурном пазу при входе переходного участка в длинный установлено замковое устройство одностороннего действия (патент №2175048, МПК E21B 23/00, приор. 12.01.2000, опубл. 20.10.2001).

Недостатком известного технического решения относится наличие в конструкции противополетного устройства амортизирующего узла и жесткая фиксация устройства при работе насосного скважинного оборудования.

Известен механический пакер радиально-осевого действия (патент RU 77338 U1, МПК E21B 33/12, приор. 28.04.2008, опубл. 20.10.2008). Фигурный паз данного пакера выполнен на наружной поверхности патрубка в виде соединенных между собой горизонтальной и вертикальной проточек. Для перевода пакера из транспортного положения в рабочее производят поворот колонны труб по часовой стрелке на длину, большую длины развертки горизонтальной проточки фигурного паза, и разгружают вес колонны труб на пакер.

Известен пакер (патент RU 25757 U1, МПК E21B 33/12, приор. 06.05.2002, опубл. 20.10.2002), содержащий ствол с фигурным пазом. Фигурный паз данного пакера выполнен криволинейным и имеет длинную и короткую части.

К недостатку известных технических решений (патенты №77338, №25757) относится выполнение фигурного паза, при котором для установки пакера в рабочее положение необходимо произвести подъем инструмента и затем повернуть инструмент по часовой стрелке. В глубоких, искривленных и наклонных скважинах перевод пакера из транспортного положения в рабочее будет затруднен, а распакеровка в случаях присыпки головы пакера, прихвата колонны труб практически невозможна. Также поступательно-вращательная установка пакера усложняет технологический процесс работы ремонтной бригады.

Известен механический пакер, содержащий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с продольными коротким и длинным участками (патент RU 2232869 U1, МПК E21B 33/12, приор. 16.09.2002, опубл. 20.07.2004). Недостатком данного паза является выполнение его на стволе по окружности непрерывно, что ослабляет тело ствола и может привести к поломке.

Известен пакер (патент RU 2305749 C1, МПК E21B 33/12, приор. 08.12.2005, опубл. 10.09.2007), в котором паз на поверхности кольцевой выборки выполнен несквозным в виде двух коротких продольных пазов, и между ними одного длинного продольного паза, соединенных последовательно между собой фигурными пазами, один из которых соединяет низ первого из коротких продольных пазов с серединой длинного продольного паза, а другой - низ длинного продольного паза с другим коротким продольным пазом, расположенным в районе середины длинного продольного паза.

Известен паз на наружной поверхности ствола пакера, включающий укороченный и удлиненный пазы, связанные наклонным пазом, причем замыкающая пазы часть выполнена в виде смещенных в разные стороны относительно укороченного паза соответственно левого Е и правого Г продольных пазов, соединенных в нижней части наклонным пазом Д, при этом левый продольный паз длиннее правого и связан сверху с укороченным пазом и верхней частью наклонного паза, а правый продольный паз связан сверху с удлиненным пазом и с нижней частью наклонного паза (патент RU 2039205 C1, МПК E21B 33/12, приор. 10.11.1992, опубл. 09.07.1995).

Известен паз на стволе пакера, состоящий из укороченного и удлиненного участков, связанные наклонным пазом, укороченный паз имеет «Л»-образную форму, между пазами: левым продольным, наклонным и правым продольным имеется замкнутый «D»-образный выступ на поверхности ствола пакера. Пересекающиеся боковые образующие выступа сопряжены дугой (заявка №2012105208 от 14.02.2012, заявитель ООО НПФ «Пакер»).

Недостатками всех известных из уровня техники пазов является отсутствие возможности универсального применения как в противополетных устройствах (якорях), так и в пакерах.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание универсальной конструкции кодового паза, применяемого как в противополетных устройствах (якорях), так и пакерах, устанавливаемых манипуляциями осевых перемещений колонны труб в скважине, причем при наличии заявляемого паза на стволе якоря насосное оборудование не фиксируется жестко в скважине, а якорь срабатывает только при полете оборвавшегося оборудования на забой скважины; повышение эксплуатационной надежности механизма срабатывания якоря или пакера за счет создания паза, гарантирующего надежную фиксацию скважинного оборудования только в случае его полета на забой скважины в первом случае (якорь) или надежную герметизацию межтрубного пространства, а также улучшение перехода пакера из транспортного положения в рабочее, и наоборот, во втором случае (пакер).

Для достижения поставленного технического результата паз, согласно изобретению, имеет следующую конфигурацию: укороченный и удлиненный участки сопрягаются двумя U-образными пазами - верхним и нижним, верхний из которых имеет вертикальный участок, V-образный вырез и через наклонный паз соединен с вертикальным удлиненным участком, а нижний состоит из наклонного, вертикального участков и V-образного выреза, образованного двумя наклонными пазами, также соединенными с вертикальным удлиненным участком.

Изобретение поясняется схемой. На чертеже изображен заявляемый паз (развертка).

Паз на стволе противополетного устройства или пакера включает укороченный A и удлиненный B вертикальные участки, соединенные наклонным пазом F. Участки A и B сопрягаются двумя U-образными пазами - верхним C и нижним D. Верхний U-образный паз C имеет вертикальный участок E, являющийся продолжением паза A, и V-образный вырез, который через паз F соединен с вертикальным удлиненным участком В. Нижний U-образный паз D имеет наклонный участок G, вертикальный участок Н, параллельный пазу Е, и V-образный вырез, образованный двумя наклонными участками K и L. Паз L соединен с вертикальным удлиненным участком В. Между верхним С и нижним D U-образными пазами на теле ствола противополетного устройства или пакера образован выступ М.

Конфигурация паза настоящего изобретения позволяет использовать его как в противополетном устройстве, так и в пакере.

Противополетное устройство, на стволе которого выполнен паз, работает следующим образом. Устройство спускается в скважину на колонне труб совместно с компоновкой насосного подземного оборудования. Перед спуском устройства фиксатор Ф устанавливают в нижнее положение III. При вхождении противополетного устройства (якоря) в обсадную колонну, фиксатор Ф переходит в положение I и удерживает устройство в транспортном положении. При спуске противополетного устройства должно соблюдаться условие - расстояние осевого перемещания фиксатора внутри фигурного паза на участках A и E должно быть меньше величины h, где h - высота перемещения колонны труб над ротором после свинчивания очередной трубы и снятия ее с нижнего элеватора или со спайдера. В процессе спуска колонны труб фиксатор будет находиться в положении I. Для перевода устройства в положение, когда оно готово к использованию (при этом заякоривание не происходит), необходимо приподнять колонну труб на расстояние не менее h (исходя из опыта это ориентировочно 0,5-1,5 м), при этом фиксатор перейдет в положение II. Опустить колонну на расстояние меньше h, при этом фиксатор переходит в удлиненный вертикальный участок В. Оставить устройство во взведенном состоянии. В случае обрыва колонны труб или расчленения насосного агрегата выше противополетного устройства, на шток устройства прикладывается осевая нагрузка вниз от веса колонны труб, происходит автоматическое заякоривание оборвавшегося скважинного оборудования и предотвращение полета его на забой скважины, при этом фиксатор Ф находится на участке B в положении IV. При этом, чем больше будет вес оборвавшегося оборудования, тем сильнее будет фиксироваться противополетное устройство на стенках обсадной колонны, предотвращая полет. Для перевода противополетного устройства в транспортное положение колонну труб приподнимают до полного снятия сжимающей нагрузки на якорь. При этом фиксатор Ф из положения IV перемещается в положение III.

Пакер, на стволе которого выполнен паз, работает следующим образом. Перед спуском фиксатор Ф устанавливают в положение III. Пакер спускают и переводят в рабочее положение описанным выше способом, т.е. из положения I переводят в положение II приподняв пакер вверх. Отличие заключается в том, что при работе с противополетным устройством колонну труб спускают на расстояние меньше h, а при работе с пакером разгружают полностью колонну труб на пакер, при этом осевая нагрузка от веса колонны труб переводит фиксатор в положение IV; тем самым пакер надежно фиксируется в обсадной колонне и находится в рабочем положении. Для перевода пакера в транспортное положение колонну труб приподнимают до полного снятия сжимающей нагрузки. При этом фиксатор Ф из положения IV перемещается в положение III.

Таким образом, благодаря применению новой конфигурации паза, расширяется область его применения, достигается универсальность в конструировании и изготовлении, увеличивается надежность работы противополетного устройства или пакера.