Результат интеллектуальной деятельности: КОМПЛЕКТ РАЗВИЖНЫХ ОПОР ПАКЕРА

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в пакерах для защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера.

Известно перекрывающее устройство к пакеру, включающее установленные на штоке над и под уплотнительным элементом с конусами и основаниями раздвижные элементы (РЭ). РЭ имеют входящие в выточку основания выступы и проточку с размещенным в ней с натяжением эластичным кольцом. Количество РЭ более четырех (патент РФ на изобретение №2223384, МПК Е21В 33/12, опубл. 10.02.2004 г.).

Недостатком данного перекрывающего устройства является затрудненность его использования при повышенных температурах, т.к. резина эластичного кольца теряет свои первоначальные свойства, вследствие чего происходит разрушение кольца, при этом возврат раздвижных элементов в исходное положение становится невозможным. Также при возврате раздвижных элементов в транспортное положение произойдет защемление эластичного кольца смыкающимися опорами. Кусочки эластичного кольца останутся в зазоре между раздвижными элементами и перевод пакера в транспортное положение будет затруднен. В этом случае раздвижные элементы, контактируя с внутренней стенкой обсадной колонны, будут препятствовать извлечению пакера из скважины.

Известно перекрывающее устройство к пакеру, включающее ствол, уплотнитель, направляющий конус, толкатель, конус и установленные на конусе четыре нижние и четыре верхние плашки, которые своими выступами типа ласточкин хвост входят в направляющие пазы конуса. Нижний ряд плашек находится в зацеплении с толкателем, а верхний связан со штифтами с нижним рядом. Боковые поверхности плашек выполнены под углом к центральной оси конуса (авторское свидетельство №670720, МПК Е21В 33/12, опубл. 30.06.1979 г.).

В данном перекрывающем устройстве используются нижние и верхние плашки, взаимосвязь между которыми осуществляется при помощи штифтов, что ведет к усложнению конструкции пакера и снижению ее надежности. Штифты являются наиболее хрупкой частью конструкции, поэтому при их разрушении движение верхних плашек вслед за нижними плашками будет невозможно, таким образом, переход плашек в транспортное положение окажется затрудненным. Кроме того, имеется возможность преждевременного срабатывания плашек при спуске пакера в скважину вследствие того, что плашки удерживаются в сложенном состоянии под действием веса колонны труб ниже пакера.

Известен пакер, содержащий шток, уплотнительный элемент с конусами и переводники. С переводниками жестко связаны втулки с внутренними выступами, подпружиненные с помощью пружины. Устройство имеет упоры с плашками, взаимодействующие коническими поверхностями. В малогабаритных пакерах с малыми диаметральными размерами и для обсаженных скважин плашки в утолщенной части выполнены с обеих сторон по боковым поверхностям в виде разрезанного из цилиндрической трубы конуса (патент РФ на изобретение №2144129, МПК Е21В 33/12, опубл. 10.01.2000 г.).

Недостатком известного пакера является усложнение конструкции пакера и снижение ее надежности вследствие наличия пальцев. Пальцы являются хрупкой частью пакера, их разрушение повлечет за собой заклинивание плашек, из-за чего перевод пакера в транспортное положение будет затруднен. Кроме того, плашка между хвостовиком и основанием выполнена утонченной, из-за чего происходит ослабление тела плашки, которое может привести к слому плашки в ее утонченной части.

Известен пакер, включающий ствол, уплотнительный элемент с конусами, плашки с пазами, переводники и жестко связанные с ними втулки с выступами на внутренней поверхности для зацепления с плашками, подпружиненные упоры с выступами, расположенные внутри втулок. Взаимодействующие поверхности плашек и выступов упоров выполнены коническими, причем плашки установлены на выступах втулок и имеют пальцы, а упоры втулок - пазы под них (патент SU на изобретение №1016484, МПК Е21В 33/12, опубл. 07.05.1983 г.).

Известен пакер, раздвижные опоры которого выбраны в качестве прототипа, содержащий шток, уплотнительный элемент с конусами, подпружиненные упоры, переводники и жестко связанные с ними втулки с выступами. Пакер отличается тем, что имеет раздвижные опоры с хвостовиком. Эти опоры размещены на выступах втулки. Выступ втулки выполнен с внутренними пазами, а хвостовик раздвижной опоры - с боковыми пазами и боковыми выступами. Хвостовик раздвижной опоры размещен внутри паза выступа втулки и находится в зацеплении с ним боковыми выступами (патент РФ на изобретение №2105864, МПК Е21В 33/12, Е21В 33/06, опубл. 27.02.1998 г.). Патентообладателем и автором патента №2105864 является М.М.Нагуманов.

Общим недостатком раздвижных опор известных пакеров является наличие зазоров между раздвижными опорами (плашками) в рабочем положении, из-за чего в условиях больших перепадов давления и высокой температуры возможно выдавливание уплотнительного элемента в зазор между раздвижными опорами (плашками), и затем, при переводе раздвижных опор (плашек) из рабочего положения в транспортное происходит вырывание частей уплотнительного элемента, вследствие чего затрудняется возврат раздвижных опор (плашек) в исходное положение.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности конструкции раздвижной опоры, обеспечение простоты и удобства сборки, а именно установки раздвижных опор в пакер, обеспечение надежной герметизации кольцевого пространства между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера, обеспечение гарантированного возврата раздвижных опор в исходное положение и как следствие, обеспечение надежного перевода пакера из рабочего положения в транспортное.

Поставленный технический результат достигается тем, что:

- комплект раздвижных опор состоит из опор первого и второго типа, основание и ножка которых выполнены в виде разрезанного полого цилиндра, усеченного по бокам с образованием одинаковых с обеих сторон плоских поверхностей, внешние цилиндрические поверхности ножки и основания выполнены с переходом в соответствующие плоские поверхности, при этом плоские поверхности нижней части основания раздвижной опоры первого типа выполнены с переходом в козырьки, а по обеим сторонам нижней части основания раздвижной опоры второго типа имеются ответные фигурные выборки под козырьки;

- козырьки раздвижных опор первого типа выполнены остроугольной или трапециевидной или скругленной формы;

- ответные фигурные выборки раздвижных опор второго типа выполнены остроугольной, или трапециевидной, или скругленной формы;

- хвостовик и ножка раздвижных опор первого и второго типа размещены внутри кожуха пакера, внешняя коническая поверхность раздвижных опор первого и второго типа находится во взаимодействии с упором пакера, внутренняя коническая поверхность основания раздвижных опор первого и второго типа находится во взаимодействии с конусом пакера, а внутренняя цилиндрическая поверхность раздвижных опор первого и второго типа - со штоком пакера.

Выполнение основания и ножки в виде разрезанного полого цилиндра, усеченного по бокам с образованием одинаковых с обеих сторон плоских поверхностей, улучшает конструкцию плашки и обеспечивает ее эргономичность, а также упрощает и облегчает процесс сборки, а именно установку раздвижных опор в пакер.

Наличие козырьков и ответных фигурных выборок, имеющих остроугольную, или трапециевидную, или скругленную форму, по обеим сторонам нижней части основания соответственно раздвижных опор первого типа и второго типа уменьшает зазор между обсадной колонной и раздвижными опорами первого и второго типа при их приведении в рабочее положение, предотвращает затекание уплотнительного элемента пакера, а также попадание механических примесей между раздвижными опорами первого и второго за счет исключения образования бокового сквозного зазора вовнутрь между раздвижными опорами первого и второго типа в рабочем положении.

На фиг.1 показан вид спереди раздвижной опоры первого типа. Для пояснения конструкции на фиг.2 приведена 3Д-модель раздвижной опоры первого типа с внешней стороны. Для пояснения конструкции на фиг.3 приведена 3Д-модель вида сзади раздвижной опоры первого типа. Для пояснения конструкции на фиг.4 представлена 3Д-модель вида сзади раздвижной опоры второго типа. Для пояснения конструкции на фиг.5 представлена 3Д-модель раздвижной опоры второго типа с внешней стороны.

Комплект раздвижных опор пакера состоит из опор первого и второго типа, устанавливаемых в пакере с чередованием между собой. Раздвижные опоры пакера первого (фиг.1, фиг.2, фиг.3) и второго типа (фиг.4, фиг.5) выполнены в виде симметрично разрезанной по боковым поверхностям цилиндрической трубы. Раздвижные опоры пакера первого и второго типа содержат хвостовик 1, ножку 2 и основание 3 (фиг.1, фиг.4). Хвостовик 1 имеет внешнюю коническую поверхность 4 (фиг.2, фиг.5), внешнюю цилиндрическую поверхность 5, боковые поверхности 6, 7 (фиг.3, фиг.4). Ножка 2 имеет внешнюю цилиндрическую поверхность 8 (фиг.2, фиг.5), боковые поверхности 9, 10 (фиг.3, фиг.4). Основание 3 имеет внешнюю цилиндрическую поверхность 11 (фиг.2, фиг.5), внутреннюю коническую поверхность 12 (фиг.3, фиг.4) и боковые поверхности 13, 14. Внутри плашки имеется внутренняя цилиндрическая поверхность 15, находящаяся во взаимодействии со штоком пакера (на фигурах не показан). Внешняя коническая поверхность 4 (фиг.2, фиг.5) хвостовика 1, параллельная внутренней конической поверхности 12 (фиг.3, фиг.4) основания 3, выполнена с переходом во внешнюю цилиндрическую поверхность 8 (фиг.2 фиг.5) ножки 2. Ножка 2 и основание 3 выполнены в виде разрезанного полого цилиндра, усеченного по бокам с образованием одинаковых с обеих сторон плоских поверхностей 16, 17 и 18, 19 (фиг.1, фиг.5). Внешние цилиндрические поверхности 5, 11 соответственно хвостовика 1 и основания 3 выполнены с переходом в плоские поверхности 16, 17 и 18, 19 (фиг.1, фиг.4). При этом плоские поверхности 18, 19 нижней части основания 3 раздвижной опоры первого типа выполнены с переходом в козырьки 20, 21 (фиг.1, фиг.2, фиг.3). Козырьки 20, 21 могут иметь остроугольную, или трапециевидную, или скругленную форму. По обеим сторонам нижней части основания 3 раздвижной опоры второго типа выполнены ответные фигурные выборки 22 (фиг.4) под козырьки 20, 21 (фиг.1) в виде выборки. Ответные фигурные выборки 22 могут иметь остроугольную, или трапециевидную, или скругленную форму.

Комплект раздвижных опор пакера работает следующим образом.

Раздвижные опоры первого и второго типа (фиг.1, фиг.4) устанавливают на штоке пакера между конусом и упором (на фигурах не показаны) с чередованием между собой, при этом хвостовик 1 и ножка 2 раздвижных опор первого и второго типа находятся внутри, а основание 3 снаружи кожуха (на фигурах не показан).

Пакер спускают в скважину на колонне труб на требуемую глубину вместе с другим необходимым оборудованием, например якорем (на фигурах не показан).

После достижения требуемой глубины скважины производят перевод пакера в рабочее положение известным способом. При этом происходит постепенное расширение уплотнительных элементов пакера (на фигурах не показан) до диаметра скважины, сопровождающееся приведением в действие раздвижных опор первого и второго типа (фиг.1, фиг.4).

Процесс выдвижения раздвижных опор первого и второго типа по мере возрастания прикладываемой на пакер нагрузки происходит следующим образом. Внешняя коническая поверхность 4 (фиг.2, фиг.5) хвостовика 1, размещенного внутри кожуха пакера (на фигурах не показан), взаимодействует с упором пакера (на фигурах не показан). Внутренняя коническая поверхность 12 (фиг.3, фиг.4) основания 3 взаимодействует с конусом пакера (на фигурах не показан), а внутренняя цилиндрическая поверхность 15 раздвижных опор - со штоком пакера (на фигурах не показан). Боковые поверхности 6, 7 хвостовика 1 и боковые поверхности 13, 14 основания 3 раздвижных опор первого типа прекращают соприкасаться с соответствующими боковыми поверхностями соседних раздвижных опор второго типа. Козырьки 20, 21 (фиг.2) раздвижных опор первого типа выходят из фигурных выборок 22 (фиг.5) раздвижных опор второго типа. Происходит раскрытие раздвижных опор первого и второго типа и герметизация кольцевого пространства. Размеры козырьков 20, 21 и фигурных выборок 22 подобраны с таким расчетом, чтобы при их раскрытии было исключено образование зазора между раздвижными опорами первого и второго типа.

После проведения необходимых работ производят перевод пакера (на фигурах не показан) в транспортное положение. Уплотнительные элементы (на фигурах не показаны) принимают исходную форму. Раздвижные опоры переходят в первоначальное положение. При этом боковые поверхности 6, 7 (фиг.3, фиг.4) хвостовика 1 и боковые поверхности 13, 14 основания 3 раздвижных опор первого типа снова соприкасаются с соответствующими боковыми поверхностями соседних раздвижных опор второго типа. Козырьки 20, 21 раздвижных опор первого типа входят в ответные фигурные выборки 22 раздвижных опор второго типа. Происходит распакеровка.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности конструкции раздвижной опоры, обеспечение простоты и удобства сборки при установке раздвижных опор в пакер, обеспечение надежной герметизации кольцевого пространства между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера, обеспечение гарантированного возврата раздвижных опор в исходное положение и, как следствие, обеспечение надежного перевода пакера из рабочего положения в транспортное.