Опрессовочный пакер

Авторы патента:

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах для поинтервальной опрессовки их колонн.

Опрессовочный пакер состоит из корпуса со сквозными продольными пазами снизу, рядом радиальных каналов и радиальным отверстием в верхней части, узла герметизации с уплотнительным элементом, выполненным в виде самоуплотняющейся манжеты, закрепленной между нижней и верхней втулками, жестко закрепленными на наружной поверхности корпуса. Клапанный узел установлен внутри корпуса и выполнен в виде сбивного клапана, герметично установленного в радиальное отверстие корпуса.

В сквозные продольные пазы корпуса установлены подвижные пальцы, которые с одной стороны соединены с обечайкой, а с другой стороны с золотником перепускного устройства. Обечайка установлена на наружной поверхности корпуса под нижней втулкой. Внутри обечайки в исходном положении находится герметизирующий узел.

Золотник размещен внутри корпуса и посредством уплотнительных элементов, герметично перекрывает в исходном положении ряд радиальных каналов корпуса. Обечайка оснащена сквозным отверстием напротив нижней втулки и в исходном положении сжимает воротник самоуплотняющейся манжеты внутрь. Сквозное отверстие, выполненное в обечайке предназначено для исключения "эффекта поршневания" в процессе работы опрессовочного пакера. Внутренняя ступенчатая выточка золотника выполнена снизу под сбрасываемый с устья скважины шар. Корпус снизу снабжен упором, подпружинивающим обечайку посредством спиральной пружины, причем корпус и упор изготовлены в виде единой детали.

Обечайка и золотник, соединенные между собой посредством подвижных пальцев имеют возможность осевого ограниченного перемещения по сквозным продольным пазам корпуса в рабочем положении. Корпус сверху оснащен муфтой-центратором, наружный диаметр которой D1 больше наружного диаметра D2 обечайки.

Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию и позволяет с достаточной эффективностью спрессовать обсадную колонну в требуемых интервалах скважины, что позволяет сократить время на процесс опрессовки в целом и сэкономить материальные и финансовые средства.

Известен "Пакер", (Св. на ПМ RU №29090 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом он снабжен самоуплотняющейся манжетой, установленной на стволе выше опоры и жестко соединенным с ним наконечником, через который пропущен шток, выполненный с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отверстий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном; в качестве средства для подъема и спуска используют канат.

Недостатками данного пакера являются:

- возможность спуска только на канате что снижает область применения (например: на небольших глубинах выигрыш во времени незначителен, причем требуется использования специального оборудования для спуска на канате);

- самоуплотняющаяся манжета для качественной работы при спуске контактирует с эксплуатационной колонной, что при спуске на большие (более 900 м) глубины вызывает ее истирание.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является "Опрессовочный пакер" (Патент RU №2153570 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №21 от 27.07.2000 г.), включающий корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, нижней втулкой и камерой уплотнения, перепускное устройство и обратный клапан, при

этом пакер имеет клапанный узел со срезными элементами, шаровым клапаном и седлом под этот клапан в виде цилиндрической втулки, а корпус имеет кольцевой бурт ограничения перемещения нижней втулки, кольцевую проточку, ступенчатую кольцевую выточку и радиальные отверстия для установки срезных винтов, при этом перепускное устройство выполнено в виде золотника с внутренней ступенчатой выточкой, соответствующей ступенчатой кольцевой выточке корпуса, пружиной и регулировочной гайкой, устанавливающей усилие пружины и длину хода золотника, а камера уплотнения образована уплотнительным и кольцевой проточкой корпуса.

Недостатками данного опрессовочного пакера являются:

- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей, и как следствие сложность сборки;

- возможна не герметичная посадка клапана в узле обратного клапана в процессе опрессовки, особенно в случае сильного загрязнения клапана скважинной жидкостью, что снижает эффективность работы опрессовочного пакера в целом.

Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции опрессовочного пакера и повышение эффективности его работы.

Указанная техническая задача решается предлагаемым опрессовочным пакером, включающим корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, закрепленным между нижней и верхней втулками, клапанный узел, перепускное устройство, состоящее из золотника с внутренней ступенчатой выточкой и пружины.

Новым является то, что корпус в верхней части снабжен радиальным отверстием, а ниже рядом радиальных каналов, при этом клапанный узел выполнен в виде сбивного клапана, герметично установленного в радиальное отверстие корпуса, причем нижний и верхняя втулки закреплены на корпусе жестко, а уплотнительный элемент узла герметизации выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты, при этом корпус снабжен сквозными продольными пазами, в которые установлены подвижные пальцы, которые с одной стороны соединены с обечайкой, установленной на наружной поверхности корпуса под нижней втулкой, а с другой - с золотником перепускного устройства, размещенного внутри корпуса и герметично перекрывающего в исходном положении ряд радиальных каналов корпуса, причем обечайка оснащена сквозным отверстием напротив нижней втулки и в исходном положении сжимает воротник самоуплотняющейся манжеты внутрь, при этом внутренняя ступенчатая выточка золотника выполнена снизу под сбрасываемый с устья скважины шар, причем корпус снизу снабжен упором подпружинивающим обечайку, причем золотник и обечайка, соединенные между собой посредством подвижных пальцев имеют возможность осевого ограниченного перемещения по

сквозным продольным пазам корпуса в рабочем положении, при этом корпус сверху оснащен муфтой центратором, наружный диаметр которой D1 больше наружного диаметра D2 обечайки, в которой находится герметизирующий узел в исходном положении.

На фигуре изображен предлагаемый опрессовочный пакер в продольном разрезе.

Опрессовочный пакер состоит из корпуса 1 со сквозными продольными пазами 2 снизу, рядом радиальных каналов 3 и радиальным отверстием 4 в верхней части, узла герметизации 5 с уплотнительным элементом, выполненным в виде самоуплотняющейся манжеты 6, закрепленной между нижней 7 и верхней 8 втулками, жестко закрепленными на наружной поверхности корпуса 1.

Клапанный узел 9 установлен внутри корпуса 1 и выполнен в виде сбивного клапана 10, герметично установленного в радиальное отверстие 4 корпуса 1.

В сквозные продольные пазы 2 корпуса 1 установлены подвижные пальцы 11, которые с одной стороны соединены с обечайкой 12, а с другой стороны с золотником 13 перепускного устройства. Обечайка 12 установлена на наружной поверхности корпуса под нижней втулкой 7. Внутри обечайки 12 в исходном положении находится герметизирующий узел 5.

Золотник 13 размещен внутри корпуса 1 и посредством уплотнительных элементов 14, герметично перекрывает в исходном положении ряд радиальных каналов 3 корпуса 1. Обечайка 12 оснащена сквозным отверстием 15 напротив нижней втулки 7 и в исходном положении сжимает воротник самоуплотняющейся манжеты 6 внутрь. Сквозное отверстие 15, выполненное в обечайке 12 предназначено для исключения "эффекта поршневания" в процессе работы опрессовочного пакера.

Внутренняя ступенчатая выточка 16 золотника 13 выполнена снизу под сбрасываемый с устья скважины шар 17, причем корпус 1 снизу снабжен упором 18 подпружинивающим обечайку 12, причем золотник 13 и обечайка 12, соединенные между собой посредством подвижных пальцев 11 имеют возможность осевого ограниченного перемещения по сквозным продольным пазам 2 корпуса 1 в рабочем положении. Корпус 1 сверху оснащен муфтой-центратором 20, наружный диаметр которой D1 больше наружного диаметра D2 обечайки 12.

Опрессовочный пакер работает следующим образом.

Опрессовочный пакер посредством муфты-ценратора 20 соединяют с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 21 и спускают в заданный интервал опрессовки обсадной колонны (на фигуре не показано).

Муфта - центратор 20, имеющая наружный диаметр D1 больший наружного диаметра D2 обечайки 12, позволяет исключить контакт наружной поверхности обечайки 12, в которой в исходном положении находится герметизирующий узел 5 с внутренними стенками обсадной колонны в процессе производства работ в скважине.

В процессе спуска опрессовочного пакера происходит заполнение внутренней полости колонны НКТ 21, находящейся в скважине жидкостью, которая свободно перетекает снизу вверх сквозь корпус 1 опрессовочного пакера.

По достижению заданного интервала опрессовки обсадной колонны производят заполнение межколонного пространства (на фиг. не показано) технологической жидкостью, после чего в колонну НКТ 21 с устья скважины бросают шар 17, который садится на внутреннюю ступенчатую выточку 16 золотника 11.

Герметизируют устье скважины и посредством насосного агрегата (на фигуре не показано) нагнетают технологическую жидкость в колонну НКТ 21 и создают в ней давление. Под действием давления золотник 13, герметично установленный посредством уплотнительных элементов 14 внутри корпуса 1 совместно с обечайкой 12, с которой он соединен посредством подвижных пальцев 11 начинают перемещаться вниз, сжимая спиральную пружину 19, упертую снизу в упор 18 корпуса 1. В результате этого, обечайка 12 опускается вниз относительно самоуплотняющейся манжет 6 узла герметизации 5, которая посредством нижней 7 и верней 8 втулок находится в неподвижном положении на наружной поверхности корпуса 1, при этом самоуплотняющаяся манжета 6 выходит из обечайки 12, а ее воротник в исходном положении сжатый внутрь начинает выпрямляться и прилегать к внутренней стенке обсадной колонны.

При этом "эффект поршневания" в процессе движения вниз по сквозным продольным пазам 2 корпуса 1 золотника 13 и обечайки 12, соединенных между собой посредством подвижных пальцев 11 позволяет исключить сквозное отверстие 15 обечайки 12.

Давление в колонне НКТ 21 продолжают поднимать, при этом золотник 13 совместно с подвижными пальцами 11 и обечайкой 12 продолжает двигаться вниз по продольным сквозным пазам 2 корпуса 1, при этом воротник самоуплотняющейся манжеты 6 продолжает выпрямляться и более плотно прилегать к внутренней стенке обсадной колонны по мере выхода самоуплотняющейся манжеты из обечайки 12.

В определенный момент открывается ряд радиальных каналов 3 корпуса 1, при этом сжатие спиральной пружины 19 прекращается. Золотник 13, оказывается ниже ряда радиальных каналов 3 корпуса 1 и создает гидравлическую связь между внутренним пространством колонны НКТ 21 и межколонным пространством посредством

вышеуказанного ряда радиальных каналов 3 корпуса 1, в результате чего давление во внутреннем пространстве колонны НКТ 21 и межколонном пространстве выравнивается.

Далее продолжают нагнетать технологическую жидкость в колонну НКТ 21 и поднимают давление до намеченного давлением опрессовки, при этом создаваемое давление будет дожимать прижатую ранее к внутренней стенке обсадной колонны самоуплотняющуюся манжету 6.

Достигнув давления опрессовки, выдерживают заданное время и после этого сбрасывают давление в колонне НКТ 21 и в межколонном пространстве. При снижении давления обечайка 12 под действием возвратной силы спиральной пружины 19 возвращается в исходное положение, сжимая воротник самоуплотняющейся манжеты 6 внутрь, при этом сама самоуплотняющаяся манжета 6 оказывается внутри обечайки 12 и опрессовочный пакер разгерметизируется. При необходимости проведения процесса опрессовки в другом интервале скважины колонну НКТ 21 вместе с опрессовочным пакером спускают на необходимую глубину и операцию повторяют.

После проведения опрессовочных работ в колонну НКТ 21 с устья скважины сбрасывают бросовый орган, который взаимодействует с клапанным узлом 9 и разрушает сбивной клапан 10, в результате чего открывается радиальное отверстие 4 в корпусе 1 для перетока жидкости из внутреннего пространства колонны НКТ 21 в межколонное пространство. При подъеме колонны НКТ 21 с опрессовочным пакером жидкость вытекает из внутреннего пространства колонны НКТ 21, позволяя вести их подъем без перелива.

Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию и позволяет с достаточной эффективностью опрессовать обсадную колонну в требуемых интервалах скважины, что позволяет сократить время на процесс опрессовки в целом и сэкономить материальные и финансовые средства.

Опрессовочный пакер, включающий корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, закрепленным между нижней и верхней втулками, клапанный узел, перепускное устройство, состоящее из золотника с внутренней ступенчатой выточкой и пружины, отличающийся тем, что корпус в верхней части снабжен радиальным отверстием, а ниже рядом радиальных каналов, при этом клапанный узел выполнен в виде сбивного клапана, герметично установленного в радиальное отверстие корпуса, причем нижняя и верхняя втулки закреплены на корпусе жестко, а уплотнительный элемент узла герметизации выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты, при этом корпус снабжен сквозными продольными пазами, в которые установлены подвижные пальцы, которые с одной стороны соединены с обечайкой, установленной на наружной поверхности корпуса под нижней втулкой, а с другой - с золотником перепускного устройства, размещенного внутри корпуса и герметично перекрывающего в исходном положении ряд радиальных каналов корпуса, причем обечайка оснащена сквозным отверстием напротив нижней втулки и в исходном положении сжимает воротник самоуплотняющейся манжеты внутрь, при этом внутренняя ступенчатая выточка золотника выполнена снизу под сбрасываемый с устья скважины шар, причем корпус снизу снабжен упором подпружинивающим обечайку, причем золотник и обечайка, соединенные между собой посредством подвижных пальцев имеют возможность осевого ограниченного перемещения по сквозным продольным пазам корпуса в рабочем положении, при этом корпус сверху оснащен муфтой центратором, наружный диаметр которой D1 больше наружного диаметра D2 обечайки, в которой находится герметизирующий узел в исходном положении.