Результат интеллектуальной деятельности: ПАКЕР ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для перекрытия осевого канала обсадных труб и исследования скважин при бурении и изоляции зон поглощения намывом раствора с наполнителем.

Известен «Термостойкий пакер» (а.с. №1731937, МПК Е21В 33/12, опубл. Бюл. №17 от 07.05.92 г.), содержащий полый ствол, на котором установлен цилиндр с тонкостенной металлической оболочкой, при этом в цилиндре установлен разжимной конус с образованием зазора между ним и металлической оболочкой, в котором размещена разрезная цанга в виде клиновидных кулачков с фигурным кольцевым пазом, в котором установлено фигурное кольцо, выходящих за пределы металлической оболочки, причем в осевом канале ствола установлено седло под шаровой клапан, а на его нижнем конце - выступ для взаимодействия с конусом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Гидромеханический пакер» (патент RU №2235850, МПК Е21В 33/12, опубл. Бюл. №25 от 10.09.2004 г.), включающий ствол, соединенный через переходник с лифтовой колонной, гидроцилиндр с разжимным конусом и металлической уплотнительной оболочкой, якорь, разрезную цангу, отличающийся тем, что металлическая уплотнительная оболочка выполнена конической и снабжена уплотнительным кольцом на внешней стороне, ствол снабжен ступенчатой подпружиненной втулкой в осевом канале с седлом под шаровой клапан в верхней части и обратным клапаном, установленной с возможностью осевого перемещения и образования гидравлической связи осевого канала ствола с подпакерной полостью в крайнем нижнем положении и связанной со стволом тарированным срезным элементом, причем разрезная цанга жестко связана со стволом, якорь выполнен в виде кольцевого выступа с зубцами по периметру и установлен ниже места расположения металлической уплотнительной оболочки.

Недостатками данных устройств являются сложность в изготовлении, возможность использования только один раз, так как для снятия пакера необходимо его разбуривать, и, как следствие, высокие материальные затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Гидромеханический пакер» (патент RU №52607, МПК Е21В 33/12, опубл. Бюл. №10 от 10.04.2006 г.), включающий ствол с радиальными каналами, соединенный через переходник с колонной труб, гидроцилиндр с поршнем, соединенным с разжимным конусом, разрезную цангу с якорем, уплотнительное кольцо, шаровой клапан с седлом, соединенным со стволом тарированным срезным элементом, отличающийся тем, что уплотнительное кольцо соединено снизу с разрезной цангой, которая неразрезанным концом жестко присоединена снизу к гидроцилиндру, а якорь выполнен в виде поверхности с насечками, выступающей снаружи над нижним концом разрезной цанги, а изнутри под якорем на разрезной цанге выполнена конусная поверхность, при этом гидроцилиндр выполнен с возможностью перемещения вниз относительно ствола, который дополнительно оснащен снизу на наружной поверхности упором, выполненным с возможностью взаимодействия с разжимным конусом, который соединен жестко с поршнем кольцевой вставкой, выполненной с возможностью взаимодействия с уплотнительным кольцом, при этом поршень выполнен с возможностью взаимодействия с конусной поверхностью разрезной цанги.

Недостатками данного устройства являются:

- невозможность повторного применения пакера без его подъема из скважины для установки шарового клапана с седлом на тарированном срезном штифте;

- сложность изготовления;

- высокие нагрузки при извлечении, так как при прижатии уплотнительного кольца к стенкам скважины аналогичное усилие действует и между уплотнительным кольцом и кольцевой вставкой, что создает силу трения, препятствующую извлечению пакера, которая может привести к аварийным ситуациям при извлечении пакера, связанным с обрывом колонны труб и разрушением уплотнительного кольца;

- неравномерное прижатие уплотнительного кольца из-за наличия внутри установленных неэластичных шпилек, что значительно снижает качество разобщения скважины пакером и, как следствие, перепад давлений, при котором пакер качественно изолирует пространство скважины, не превышает 7 МПа.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание простой в изготовлении конструкции гидромеханического пакера, позволяющей многократно его использовать без извлечения из скважины, работающего при высоких перепадах давления в скважине, легко извлекающегося из скважины, позволяющего изолировать зоны поглощения намывом раствора с наполнителем.

Техническая задача решается гидромеханическим пакером, включающим ствол с радиальными каналами, соединенный через переходник с колонной труб и оснащенный снизу на наружной поверхности упором, гидроцилиндр с поршнем, присоединенную неразрезанным концом снизу к гидроцилиндру разрезную цангу с якорем, размещенным на нижнем конце поверхности разрезной цанги, уплотнительное кольцо, седло, размещенное в нижней части ствола, причем изнутри под якорем разрезная цанга оснащена конусной поверхностью, выполненной с возможностью взаимодействия с поршнем, а гидроцилиндр выполнен с возможностью продольного перемещения относительно ствола.

Новым является то, что уплотнительное кольцо размещено на стволе выше гидроцилиндра под переводником, играющим роль верхнего упора, и над нижним упором, вставленным телескопически и герметично в гидроцилиндр, оснащенным внутренней выборкой снизу и наружной - сверху, причем разрезная цанга снизу оборудована внутренними зацепами, охватывающими снизу упор ствола с возможностью отсоединения при взаимодействии конусной поверхности цанги с поршнем, а цилиндр сверху - внутренним сужением, выполненным с возможностью продольного перемещения вверх относительно наружной выборки нижнего упора, при этом радиальные каналы выполнены с возможностью сообщения с внутренней выборкой нижнего упора.

Новым является так же то, что ниже поршня снаружи ствола установлена подпружиненная от поршня подвижная втулка, выполненная с возможностью упора во внутренние зацепы цанги при ее расширении, при этом в стволе над упором выполнены дополнительные радиальные отверстия, покрываемые снаружи подвижной втулкой в транспортном положении и выполненные с возможностью открытия при перемещении их ниже цанги.

На фиг.1 изображена конструкция гидромеханического пакера с осевым разрезом в транспортном положении.

На фиг.2 изображена конструкция гидромеханического пакера с осевым разрезом в рабочем положении.

Гидромеханический пакер, включающий ствол 1 (фиг.1) с радиальными каналами 2, соединенный через переходник 3 с колонной труб 4 и оснащенный снизу на наружной поверхности упором 5, гидроцилиндр 6 с поршнем 7, присоединенную неразрезанным концом снизу к гидроцилиндру 6 разрезную цангу 8 с якорем 9, размещенным на нижнем конце поверхности разрезной цанги 8, уплотнительное кольцо 10, седло 11, размещенное в нижней части ствола 1, причем изнутри под якорем 9 разрезная цанга 8 оснащена конусной поверхностью 12, выполненной с возможностью взаимодействия с поршнем 7, а гидроцилиндр 6 выполнен с возможностью продольного перемещения относительно ствола 1. Уплотнительное кольцо 10 размещено на стволе выше гидроцилиндра 6 под переводником 3, играющим роль верхнего упора, и над нижним упором 13, вставленным телескопически и герметично в гидроцилиндр 6, оснащенным наружной выборкой 14 сверху и внутренней 15 - снизу. Разрезная цанга 8 снизу оборудована внутренними зацепами 16, охватывающими снизу упор 5 ствола 1 с возможностью отсоединения при взаимодействии конусной поверхности 12 цанги 8 с поршнем 7. Гидроцилиндр 6 сверху оборудован внутренним сужением 17, выполненным с возможностью продольного перемещения вверх относительно наружной выборки 14 нижнего упора 13. Радиальные каналы 2 выполнены с возможностью сообщения с внутренней выборкой 15 нижнего упора 13. Ниже поршня 7 снаружи ствола 1 установлена подпружиненная пружиной 18 от поршня подвижная втулка 19, выполненная с возможностью упора во внутренние зацепы 16 цанги 8 при ее расширении.

Для уменьшения сопротивления движению жидкости (при исследовании скважины и изоляции зон поглощения намывом раствора с наполнителем) в стволе 1 над упором 5 выполнены дополнительные отверстия 20, покрываемые снаружи подвижной втулкой 19 в транспортном положении и выполненные с возможностью открытия при перемещении их ниже цанги 8 при ее расширении.

Уплотнительное кольцо 10 для улучшения изоляции внутреннего пространства обсадных труб (не показаны) выполнено сборным, включающим не менее одной эластичной втулки 21, расположенной между жесткими втулками 22. Несанкционированные перетоки жидкости предотвращаются при помощи уплотнений 23 и 24.

Устройство работает следующим образом.

Гидромеханический пакер спускают на колонне труб 4 в скважину (не показана). По достижении интервала установки (не показан) с устья (не показано) скважины прокачивают жидкость с высоким расходом в колонне труб 4 и стволе 1, в результате создается перепад давлений благодаря наличию седла 11, сужающего внутреннее сечение ствола 1, внутри ствола 1 и снаружи гидроцилиндра 6. В результате жидкость посгупает через радиальные каналы 2 в гидроцилиндр 6 под внутреннюю выборку 15 нижнего упора 13, который удерживается в статичном положении внутренним сужением 17 цилиндра 6, охватывающим его наружную выборку 14. При этом гидроцилиндр 6 удерживается в статичном состоянии благодаря внутренним зацепам 16, охватывающим снизу упор 5 ствола 1. Под воздействием перепада давления в гидроцилиндре 6 поршень 7 перемещается вниз, взаимодействуя с конусной поверхностью 12 (фиг.2) разрезной цанги 8, расширяя ее. В результате якорь 9 прижимается к стенкам скважины, фиксируя пакер в интервале установки, а внутренние зацепы 16, расширяясь вместе с разрезной цангой 8, освобождаются от упора 5 ствола 1. Установка гидромеханического пакера определяется достижением выдержки времени (на практике: 3-10 минут) при определенном расходе жидкости (на практике 20-30 л/сек).

Затем разгружают колонну труб 4 (фиг.2), которая через переходник 3, жесткие 22 и эластичные 21 втулки уплотнительного кольца 10 перемещает нижний упор 13 до взаимодействия с поршнем 7, дожимая его в разрезную цангу 8, а потом сжимает эластичные втулки 21 уплотнительного кольца 10 при помощи жестких втулок 22 до герметичного их прижатия к стенкам скважины, обеспечивая создание перепада давлений до 13-15 МПа. При этом происходит перемещение подвижной втулки 19, поджатой к упору 5, выдвигающегося вниз ствола 1, до соприкосновения с внутренними зацепами 16 разрезной цанги 8, что приводит к открытию отверстий 20 при дальнейшем выдвижении ствола 1.

Для извлечения пакера колонну труб 4 со стволом 1 тянут вверх, в результате отверстия 20 покрываются подвижной втулкой 19, эластичные втулки 21 под действием упругих сил возвращаются в исходное состояние, выравнивая давления над и под пакером, а упор 5 взаимодействует с поршнем 7 через подвижную втулку 19 и пружину 18, перемещая его с нижним упором 13 вверх относительно разрезной цанги 8 с гидроцилиндром 6, зафиксированными якорем 9 относительно стенок скважины. При выходе поршня 7 (фиг.1) из конусной поверхности 12, что не требует больших осевых усилий (не более 200-400 кг), якорь 9 под действием прижимной силы разрезной цанги 8 освобождается от сцепления со стенками скважины. После чего гидромеханический пакер извлекается на поверхность на колонне труб 4.

Конструкция предлагаемого гидромеханического пакера проста в изготовлении, позволяет использовать пакер многократно без извлечения его из скважины, не требует больших усилий для извлечения из скважины, при этом позволяет держать практически любые допустимые перепады давлений в разделенном пакером пространстве скважины и изолировать зоны поглощения намывом раствора с наполнителем.