Результат интеллектуальной деятельности: СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ РЕЗИНОВОГО НАДУВНОГО ЭЛЕМЕНТА ПАКЕРА

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для испытания пакера, имеющего в конструкции резиновый надувной элемент, устанавливаемый в скважине.

Известен стенд для испытания резиновых уплотнительных элементов скважинных пакеров (авторское свидетельство SU №240621, МПК Е21В 33/12, 1969), включающий стакан с крышками, внутри которого помещен пакер в сборе, собранный на стволе, при этом стакан снабжен термостатирующей рубашкой и измерительными приборами.

Недостатки стенда:

- во-первых, ограниченные функциональные возможности - стенд приспособлен для испытания пакеров устаревших конструкций;

- во-вторых, неприемлемая монтажеспособность, поскольку для замены пакера требуется демонтаж многих деталей стенда.

Также известен стенд для испытания пакеров (Повышение эффективности буровых работ на нефть и газ: сб. науч. тр. / Укр. НИГРИ. - Львов, 1984. - С.65-71), содержащий имитаторы обсадной и лифтовой колонн с размещенным между ними пакером, средства для обогрева имитатора обсадной колонны, основной гидроцилиндр для осевой нагрузки и разгрузки пакера, насосные установки для создания давления и имитации скважинного давления.

Недостатки стенда:

- во-первых, металлоемкая конструкция испытательного стенда пакеров;

- во-вторых, ограниченная функциональная возможность, обусловленная отсутствием возможности испытания резиновых надувных элементов пакеров.

Наиболее близким по технической сущности является стенд для испытания пакеров (патент RU №2247222, МПК Е21В 33/12, опубл. 27.02.2005, бюл. №6), содержащий имитаторы обсадной и лифтовой колонн с размещенным между ними пакером, средства для обогрева имитатора обсадной колонны, основной гидроцилиндр для осевой нагрузки и разгрузки пакера, насосные установки для создания давления и имитации скважинного давления, при этом стенд снабжен дополнительным гидроцилиндром с пустотелым штоком и цилиндром, связанными со штоком основного гидроцилиндра, дополнительный гидроцилиндр заключен в корпус, жестко соединенный с основным гидроцилиндром и имитатором обсадной колонны, в дополнительный гидроцилиндр помещен кольцевой поршень с конической юбкой, взаимодействующий с сухарями, посаженными на пустотелом штоке с возможностью периодического упора в корпус через окна в указанном цилиндре, а под сухарями на пустотелом штоке подвижно установлен подпружиненный кольцевой толкатель, в полости имитатора лифтовой колонны помещен плавающий поршень, при этом указанная полость и полость пустотелого штока сообщаются между собой, с каналом в переходнике между пустотелым штоком и штоком основного гидроцилиндра и с полостью над кольцевым поршнем, причем плита соединена с имитатором обсадной колонны и зафиксирована к фундаменту с помощью анкерных болтов.

Недостатки стенда:

- во-первых, низкая надежность, обусловленная быстрой наработкой стенда на отказ ввиду наличия в его конструкции быстроизнашивающихся и ломающихся деталей: пружины, конической юбки, сухарей, Г-образного патрубка и т.д.;

- во-вторых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (фундаментные плиты, испытательный, фиксирующий и силовой блоки и т.д.);

- в-третьих, ограниченная функциональная возможность, обусловленная невозможностью испытания резиновых надувных элементов пакеров;

- в-четвертых, стенд размещен вертикально, что создает неудобства, связанные с подъемом на высоту в процессе монтажа и обслуживания, а также в процессе испытания пакеров.

Техническими задачами предложения являются повышение надежности работы стенда за счет увеличения ресурса наработки деталей, упрощение конструкции стенда, а также облегчение монтажа, обслуживания и расширение функциональных возможностей стенда за счет проведения испытания резиновых надувных элементов пакеров.

Поставленные технические задачи решаются стендом для испытания надувного элемента пакера, содержащим имитаторы обсадной и лифтовой колонн с размещенным между ними пакером, гидроцилиндр для создания осевой нагрузки и разгрузки на пакер, насосную установку для создания давления и имитации скважинного давления, плиту, соединенную с имитатором обсадной колонны и зафиксированную к фундаменту с помощью анкерных болтов.

Новым является то, что пакер выполнен в виде резинового надувного элемента с внутренней кольцевой полостью и полым штоком, оснащенным рядом радиальных отверстий, сообщающихся с внутренней полостью резинового надувного элемента пакера, причем полый шток оснащен двумя центраторами и заглушен с одной стороны, а с другой стороны полый шток через имитатор лифтовой колонны и первый тройник с отводом жестко соединен с гидроцилиндром для создания осевой нагрузки и разгрузки на резиновый надувной элемент пакера, при этом плита установлена горизонтально, а имитатор обсадной колонны со стороны заглушенного полого штока через переводник с кольцом и второй тройник с отводом и фиксатор соединен с плитой, причем отводы обоих тройников оснащены отсекателями с манометрами и обвязаны с насосной установкой для создания давления во внутренней полости резинового надувного элемента и имитации скважинного давления в имитаторе обсадной колонны под резиновым надувным элементом.

На фигуре изображен предлагаемый стенд для испытания резинового надувного элемента пакера.

Стенд для испытания надувного элемента пакера содержит имитаторы обсадной 1 (см. фигуру) и лифтовой 2 колонн с размещенным между ними пакером 3, а также гидроцилиндр (на фиг. не показан) для создания осевой нагрузки и разгрузки на пакер 3, насосную установку 4 для создания давления в полости p₁ и имитации скважинного давления в полости р₂. Также стенд включает в себя плиту 5, соединенную с имитатором обсадной колонны 1 и зафиксированную к фундаменту 6 с помощью анкерных болтов 7 (на фигуре показаны условно).

Пакер 3 выполнен в виде резинового надувного элемента с внутренней кольцевой полостью 8 (полость p₁) и полым штоком 9, оснащенным рядом радиальных отверстий 10, сообщающихся с внутренней кольцевой полостью 8 резинового надувного элемента пакера 3.

Полый шток 9 оснащен двумя центраторами 11 и 12 соответственно перед и за резиновым надувным элементом пакера 3 и заглушен заглушкой 13 с одной стороны.

С другой стороны полый шток 9 через имитатор лифтовой колонны 2 и первый тройник 14 с отводом 15 жестко соединен, например через переводник 16, со штоком 17 гидроцилиндра (на фигуре не показан) для создания осевой нагрузки и разгрузки на резиновый надувной элемент пакера 3. Плита 5 установлена горизонтально.

Имитатор обсадной колонны 1 со стороны заглушенного полого штока 9 через переводник 18 с кольцом 19 и второй тройник 20 с отводом 21 и фиксатор 22 соединен с плитой 5. Для центрирования имитатора обсадной колонны 1 относительно плиты 5 на другом конце имитатора обсадной колонны 1 установлен переводник 23 аналогичного переводнику 18 типоразмера.

Отводы 15 и 21 соответствующих тройников 14 и 20 оснащены соответствующими отсекателями 24 и 25 с манометрами 26 и 27 соответственно и обвязаны с насосной установкой 4 для создания давления во внутренней кольцевой полости 8 (в полости p₁) резинового надувного элемента пакера 3 и имитации скважинного давления в имитаторе обсадной колонны 1 под пакером 3 (в полости р₂).

Предлагаемый стенд работает следующим образом.

Производят монтаж стенда, как показано на фигуре.

1. Определяют давление начала раздувания и герметичности резинового надувного элемента пакера 3 (полость p₁).

Для этого монтируют нагнетательную линию 28 насосной установки 4, например применяют цементировочный агрегат ЦА-320, через быстросъемное соединение 29 с отсекателем 24. С минимальной производительностью насосной установки 4, например 3 л/с, по нагнетательной линии 28 через открытый отсекатель 24, отвод 15, тройник 14, имитатор лифтовой колонны 2 через ряд радиальных отверстий 10 полого штока 9 заполняют внутреннюю кольцевую полость 8 (полость p₁) резинового надувного элемента пакера 3 технической пресной водой и создают в нем давление p₁, например, равное 6,8 МПа, с контролем по манометру 26. Закрывают отсекатель 24 и демонтируют нагнетательную линию 28, после чего осуществляют выдержку в течение 30 мин. В это время наблюдают за показаниями манометра, при этом не допускается падение давления более чем на 5% от первоначального значения.

2. Определяют сдвиг резинового надувного элемента под действием осевого усилия на резиновый надувной элемент в имитаторе обсадной колонны 1.

Соединяют переводник 16 со штоком 17 гидроцилиндра (на фигуре не показан) для создания осевой нагрузки и разгрузки на резиновый надувной элемент пакера 3. С помощью штока 17 гидроцилиндра создают осевое усилие сдвига (Р), например, равное 5×10⁴ Н, на резиновый надувной элемент пакера 3 относительно имитатора обсадной колонны 1. Сворачивают переводник 16 со штока 17 гидроцилиндра. Определяют наличие или отсутствие сдвига резинового надувного элемента пакера 3 относительно имитатора обсадной колонны 1.

3. Определяют максимальный перепад давления, выдерживаемый резиновым надувным элементом в имитаторе обсадной колонны 1.

Монтируют нагнетательную линию 30 насосной установки 4, например применяют цементировочный агрегат ЦА-320, через быстросъемное соединение 31 с отсекателем 25. С минимальной производительностью насосной установки 4, например 3 л/с, по нагнетательной линии 30 через открытый отсекатель 25, отвод 21, тройник 20, кольцо 19 заполняют полость р₂ в имитаторе обсадной колонны 1 под резиновым надувным элементом пакера 3 технической пресной водой и создают в ней давление 7,0 МПа, выдерживают в течение 1 мин с контролем по манометру.

Далее ступенчато, с интервалом 2,0 МПа и выдержкой в 1 мин с контролем по манометру, поднимают давление до 15,0 МПа. Закрывают отсекатель 25 и демонтируют нагнетательную линию 30, после чего осуществляют выдержку в течение 30 мин. В это время наблюдают за показаниями манометра, при этом не допускается падение давления более чем на 5% от первоначального значения.

4. Определяют остаточную деформацию после снятия давления с надувного элемента.

Открывают кран отсекателя 24 и снижают давление во внутренней полости 8 резинового надувного элемента пакера 3 до нуля. Демонтируют стенд и извлекают резиновый надувной элемент пакера 3 из имитатора обсадной колонны 1. Замеряют геометрические размеры (длину - L, диаметр - D) резинового надувного элемента пакера 3.

Предлагаемый стенд позволяет повысить надежность работы за счет увеличения ресурса наработки путем исключения из конструкции стенда деталей с низким ресурсом наработки (быстроизнашивающихся и ломающихся деталей), а именно: пружины, конической юбки, сухарей, Г-образного патрубка и т.д.

Стенд имеет простую конструкцию, облегченный монтаж вследствие своего горизонтального размещения, что исключает необходимость подъема на высоту, а также расширенные функциональные возможности за счет проведения четырех различных видов испытания резиновых надувных элементов пакеров.