Результат интеллектуальной деятельности: ПАКЕР-ПРОБКА

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного перекрытия ствола скважины при проведении изоляционных работ при капитальном ремонте скважин, исследовании пластов, эксплуатации или закачке в них жидкости.

Известен пакер, содержащий полый ствол с заглушкой и упором, установочный фиксатор, приводной корпус и шток установочного гидроцилиндра, размещенные на стволе конус со шлипсами, уплотнительный элемент и фиксатор положения уплотнительного элемента с удерживающими губками (патент РФ №2137901, МПК 6 Е21В 33/12, опубл. в бюл. №26 от 20.09.1999 г.).

Недостатком пакера является сложность конструкции, обусловленная наличием сложных деталей, таких как конус, фиксатор положения уплотнительного элемента с удерживающими губками, конические вкладыши, которые требуют высокой точности при изготовлении и значительно усложняют сборку, что возможно выполнить только в специализированных мастерских. Невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы пакера.

Наиболее близким по технической сущности является пакер-пробка (патент РФ №2259466, МПК 7 Е21В 33/12, опубл. в бюл. №24 от 27.08.2005 г.), включающий ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, основной конус, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», съемный узел, фиксирующие шарики, установленные в отверстиях ствола и взаимодействующие со съемным узлом, корпус и шток посадочного инструмента и срезные элементы, при этом пакер снабжен дополнительным конусом, установленным как и основной на стволе, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», причем последние имеют насечки противоположного направления основным шлипсам, а также - упорным кольцом с продольными окнами со стороны ствола, расположенным между основными и дополнительными шлипсами, связанными с торцами упорного кольца Т-образным соединением; ствол снабжен упорами, установленными по периметру и на одном уровне между дополнительными шлипсами с возможностью прохода через окна в упорном кольце и взаимодействующими в рабочем положении с основным конусом; ствол имеет на внутренней поверхности цилиндрическую выборку, а съемный узел выполнен в виде патрубка с цилиндрической выборкой в верхней части по наружной поверхности; основной конус со стволом соединен через срезные элементы, а шток посадочного инструмента с заглушкой - через разрывной элемент.

Недостатками данной конструкции являются:

во-первых, сложный технологический процесс извлечения, поскольку необходимо сначала приподнимать пакер-пробку, а затем его опускать, ударяя съемным узлом о заглушку, при этом если ловильный инструмент спущен в скважину на канате, то необходимо подбирать вес груза таким образом, чтобы силы удара съемного узла о заглушку хватило для того, чтобы дополнительный конус опустился вниз, кроме того, возможно затекание и повреждение уплотнительного элемента данной конструкции. Все это усложняет процесс извлечения пакер-пробки из скважины;

во-вторых, много зависимых друг от друга деталей, которые в процессе извлечения могут привести к заклиниванию дополнительных шлипсов, вследствие чего возникает аварийная ситуация в скважине.

Задачей изобретения является упрощение технологии извлечения пакер-пробки, а также его гарантированное извлечение из скважины.

Указанная задача решается предлагаемым пакером-пробкой, включающим ствол с внутренней цилиндрической выборкой, заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, основной конус, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», съемный узел, фиксирующие шарики, установленные в отверстиях ствола и взаимодействующие со съемным узлом, корпус и шток посадочного инструмента и срезные элементы, при этом пакер снабжен дополнительным конусом, установленным как и основной на стволе, с которым связаны шлипсы соединением «ласточкин хвост», причем последние имеют насечки противоположного направления основным шлипсам, а также - упорным кольцом с продольными окнами со стороны ствола, расположенным между основными и дополнительными шлипсами, связанными с торцами упорного кольца Т-образным соединением, при этом ствол снабжен упорами, установленными по периметру и на одном уровне между дополнительными шлипсами с возможностью прохода через окна в упорном кольце и взаимодействующими в рабочем положении с основным конусом, при этом съемный узел выполнен в виде полого патрубка с цилиндрической выборкой в верхней части по наружной поверхности, при этом основной конус со стволом, а также ствол со съемным узлом соединены срезными элементами, разрывной элемент.

Новым является то, что уплотнительный элемент выполнен в виде бочкообразных уплотнений, разделенных между собой опорным кольцом, а съемный узел заглушен сверху и размещен внутри штока посадочного инструмента, который выполнен полым и разрывным элементом соединен со стволом, при этом заглушка выполнена в виде глухой поперечной перегородки, установленной внутри ствола, и полой втулки, жестко закрепленной к дополнительному конусу снаружи, при этом шток посадочного инструмента установлен внутри съемного узла и соединен с глухой поперечной перегородкой разрывным элементом, причем снизу в глухую поперечную перегородку уперт подпружиненный вниз полый стакан, размещенный внутри на нижнем конце ствола, при этом ствол ниже глухой поперечной перегородки снабжен сквозным вертикальным пазом, в котором с возможностью осевого перемещения установлен палец, соединенный с одной стороны с дополнительным конусом, а с другой - с подпружиненным полым стаканом.

На фиг.1 изображен предлагаемый пакер-пробка в продольном разрезе.

На фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.

На фиг.3 - вид I крупным планом.

Пакер-пробка состоит из ствола 1 (фиг.1) с внутренней цилиндрической выборкой 2, с наружной стороны которого установлены уплотнительный элемент 3 с упором 4. Выше последнего находится упорная втулка 5, а между ней и упором 4 - фиксирующее кольцо 6 с насечками (фиг.3). На стволе 1 (фиг.1) напротив упора 4 выполнены кольцевые насечки 7 противоположного направления насечкам кольца 6. Ниже уплотнительного элемента 3 расположены основной конус 8 с основными шлипсами 9, упорное кольцо 10 и дополнительный конус 11 с дополнителными шлипсами 12. Основные шлипсы 9 и дополнительные шлипсы 12 с основным конусом 8 и дополнительным конусом 11, соответственно, связаны соединением «ласточкин хвост», а с торцами упорного кольца 10 - Т-образным соединением. Ствол 1 снабжен упорами 13 (фиг.2), расположенными по периметру и на одном уровне между дополнительными шлипсами 12 с возможностью прохода через окна 14 в упорном кольце 10 (фиг.1) и взаимодействующими в рабочем положении с основным конусом 8. Внутри ствола 1 телескопически установлен съемный узел 15 в виде патрубка с наружной цилиндрической выборкой 16 в верхней части. В нижней части ствола 1 расположены радиальные отверстия 17, в которых установлены фиксирующие шарики 18. Заглушка выполнена в виде глухой поперечной перегородки 19, установленной внутри ствола 1, и полой втулки 20, жестко присоединенной к дополнительному конусу 11 снаружи. Глухая поперечная перегородка 19 и ствол 1 могут быть выполнены в виде единой детали. Шарики 18 взаимодействуют с одной стороны со съемным узлом 15, а с другой стороны - с полой втулкой 20.

Срезными элементами 21 и 22 ствол 1 соединен соответственно со съемным узлом 15 и основным конусом 8. На упор 4 сверху опирается корпус 23 посадочного инструмента. Съемный узел 15 заглушен сверху, а шток 24 посадочного инструмента выполнен полым и соединен со стволом 1 разрывным элементом 25.

Снизу в глухую поперечную перегородку 19 уперт подпружиненный посредством пружины 26 вниз полый стакан 27, размещенный внутри на нижнем конце ствола 1, причем пружина 26 находится в сжатом состоянии. Ствол 1 ниже глухой поперечной перегородки 19 снабжен сквозным вертикальным пазом 28, в котором с возможностью осевого перемещения установлен палец 29, жестко соединенный с одной стороны с дополнительным конусом 11, а с другой - с подпружиненным полым стаканом 27. Уплотнительный элемент 3 выполнен в виде бочкообразных уплотнений (в данном случае двух), разделенных между собой опорным кольцом 30. Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 31, 32.

Работает устройство следующим образом.

Пакер-пробку в транспортном положении (фиг.1) опускают в требуемый интервал скважины, после чего приводят в действие посадочный инструмент. При этом корпус 23 посадочного инструмента оказывает давление на упор 4, а его шток 24, соединенный разрывным элементом 25 со стволом 1, тянет вверх сам ствол 1 и связанные с ним детали 8, 9, 10, 11, 12, 19, 20, 26, 27, 28, 29. В этот момент происходит сжатие уплотнительного элемента 3 и прижатие его к обсадной колонне. При расчетной нагрузке происходит разрушение срезных элементов 22, после чего основной 8 и дополнительный 11 конусы наезжают на шлипсы 9 и дополнительные шлипсы 12, соответственно раздвигают их, последние приходят в соприкосновение с обсадной колонной, происходит фиксация устройства в скважине. При дальнейшей натяжке штока осуществляется досжатие уплотнительного элемента 3. Кольцо 6 фиксирует в кольцевых насечках 7 ствола 1 положение уплотнительного элемента 3 в окончательно запакерованном состоянии.

По достижении расчетной нагрузки посадки пакера разрывной элемент 25 разрушается, освобождая тем самым посадочный инструмент, который после этого извлекается из скважины, а пакер-пробка остается в изолированном интервале скважины, после чего в скважине проводят запланированный объем работ.

Для снятия пакера-пробки в скважину спускают ловильный инструмент (не показан), который захватывает пакер-пробку под нижний торец наружной цилиндрической выборки 16 съемного узла 15. Делают натяжку инструмента, срезные элементы 21 разрушаются, при этом съемный узел 15 приподнимается на величину «L» (фиг.1), а шары 18 выпадают во внутрь стола 1 на глухую поперечную перегородку 19, в связи с чем ствол 1 освобождается от смежных деталей. При дальнейшем подъеме съемного узла 15 вместе со стволом 1 снимается нагрузка с уплотнительного элемента 3, и он приходит в исходное положение. Упоры 13 воздействуют на основной конус 8, в результате чего он приподнимается и снимает нагрузку с основных шлипсов 9, которые сдвигаются к центру и отходят от обсадной колонны. Одновременно с этим дополнительный конус 11, освободившийся от фиксации с шариками 18, совместно с полым стаканом 27, с которым соединен посредством пальцев 29, за счет возвратной силы пружины 26 перемещается вниз. Пальцы 29 совместно с полым стаканом 27 и дополнительным конусом 11 совершают осевое перемещение вниз по сквозным вертикальным пазам 28 ствола 1 до тех пор, пока пальцы 29 не упрутся в нижний торец сквозных вертикальных пазов 28.

Дополнительный конус 11, опустившись вниз, освобождает дополнительные шлипсы 12, которые отходят от внутренних стенок обсадной колонны и сдвигаются к центру. Процесс распакеровки пакер-пробки окончен и его можно поднимать на поверхность.

Упрощенная технологии извлечения пакер-пробки позволяет сэкономить время на извлечение, исключив лишние спуско-подъемные операции, а также гарантированно извлечь пакер-пробку из скважины, избежав аварийной ситуации в скважине.