Пакер

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного перекрытия ствола скважины при исследовании пластов. Пакер состоит из ствола с заглушкой, основного конуса и съемного узла. Съемный узел выполнен в виде в виде патрубка и телескопически герметично вставлен в основной конус, который снизу жестко соединен с верхним концом ствола. На наружной поверхности ствола выполнен фигурный паз в виде продольных короткого и длинного участков. На стволе напротив фигурного паза установлена обойма с направляющем штифтом. В обойме размещены подпружиненные внутрь шлипсы, причем направляющий штифт размещен в фигурном пазе. Обойма посредством направляющего штифта имеет возможность перемещения по траектории фигурного паза. На съемном узле выполнены верхний и нижний кольцевые выступы между которыми на съемном узле изготовлена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз. Уплотнительный элемент размещен на съемном узле и взаимодействует сверху с упором, соединенным срезными элементами со съемным узлом ниже нижнего кольцевого выступа. Фиксатор положения уплотнительного элемента, выполнен в виде разрезного конуса, сужающегося снизу вверх и плашек, жестко соединенных с кольцом, установленном на съемном узле, и подпружиненном вверх посредством пружины от верхней кольцевой выборки съемного узла. Разрезной конус и плашки подпружинены внутрь. Упор жестко соединен посредством монтажных элементов с разрезным конусом, взаимодействующим в рабочем положении с конусной поверхностью съемного узла и внутренней поверхностью плашек, и вызывающим перемещение плашек радиально наружу. Посадочный инструмент выполнен в виде опорного патрубка с внутренним кольцевым выступом, соединенным снизу срезными элементами с верхним концом съемного узла. С целью извлечения пакера из скважины по окончанию работ съемный узел оснащен с наружной цилиндрической выборкой в верхней части.

Предлагаемый пакер обеспечивает высокую надежность в запакеровке и распакеровке благодаря фиксации уплотнительного элемента относительно ствола скважины, что расширяет функциональные возможности пакера, так как поддерживает его в рабочем состоянии при давлениях, направленных как вниз, так и вверх, и позволяет использовать для извлечения серийно выпускаемый ловильный инструмент. 2 илл. на 1 л.

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к бурению и предназначено для временного перекрытия ствола скважины при исследовании пластов.

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 7 Е 21 В 33/12, 1999).

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 к предлагаемому является пакер (Патент РФ №2170808, МПК 7 Е 21 В 33/12, 2001 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.

Недостатками пакера являются:

- ограниченные функциональные возможности. Пакер держит давление только в одну сторону, сверху вниз. При давлении, направленном снизу вверх, плашки сдвинутся с места;

- для срыва пакера нужен специальный ловильный инструмент;

- большая площадь соприкосновения сопряженных деталей (ствола и съемного узла), что приводит к их «закипанию» и, следовательно, возникают большие нагрузки при снятии пакера, что чревато его «прихватом» и может создать проблему при извлечении.

Задачей полезной модели является создание конструкции пакера, обладающего более широкими функциональными возможностями и позволяющего использовать для извлечения серийно выпускаемый ловильный инструмент.

Указанная задача решается предлагаемым пакером, включающим ствол с заглушкой, основной конус, упор, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, шлипсы, посадочный инструмент.

Новым является то, что съемный узел выполнен в виде патрубка с наружной цилиндрической выборкой в верхней части и телескопически герметично вставлен в основной конус, который снизу жестко соединен с верхним концом ствола, при этом на наружной поверхности ствола выполнен фигурный паз в виде продольных короткого и длинного участков, при этом шлипсы подпружинены внутрь и размещены в обойме с направляющем штифтом, причем обойма установлена на стволе напротив фигурного паза, при этом направляющий штифт размещен в фигурном пазе, поэтому обойма имеет возможность перемещения по траектории фигурного паза, причем на съемном узле выполнены верхний и нижний кольцевые выступы между которыми расположена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз, при этом уплотнительный элемент размещен на съемном узле и взаимодействует сверху с упором, соединенным срезными элементами со съемным узлом ниже нижнего кольцевого выступа, причем фиксатор положения уплотнительного элемента, выполнен в виде разрезного конуса, сужающегося снизу вверх и плашек, жестко соединенных с кольцом, установленном на съемном узле, и подпружиненном вверх от верхней кольцевой выборки съемного узла, причем разрезной конус и плашки подпружинены внутрь, при этом упор жестко соединен с разрезным конусом, причем в рабочем положении разрезной конус при осевом перемещении вверх взаимодействует с конусной поверхностью съемного узла и внутренней поверхностью плашек, вызывая радиальное перемещение плашек наружу, при этом посадочный инструмент выполнен в виде опорного патрубка с внутренним кольцевым выступом, соединенным снизу срезными элементами с верхним концом съемного узла.

На фиг.1 изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.

На фиг.2 - развертка фигурного паза, выполненного на стволе пакера.

Пакер состоит (см. фиг.1) из ствола 1 с заглушкой 2, основного конуса 3 и съемного узла 4. Съемный узел 4 выполнен в виде в виде патрубка и телескопически герметично вставлен в основной конус 3, который снизу жестко соединен с верхним концом ствола 1.

На наружной поверхности ствола 1 выполнен фигурный паз 5 в виде продольных короткого 6 и длинного 7 участков (см. фиг.2). На стволе 1 напротив фигурного паза 5 установлена обойма 8 с направляющем штифтом 9. В обойме 8 (см. фиг.1) размещены подпружиненные внутрь шлипсы 10, причем направляющий штифт 9 размещен в фигурном пазе 5. Обойма 8 посредством направляющего штифта 9 имеет возможность перемещения по траектории фигурного паза 5. На съемном узле 4 выполнены верхний 11 и нижний 12 кольцевые выступы, между которыми на съемном узле изготовлена конусная поверхность 13, сужающаяся сверху вниз.

На нижнем конце съемного узла 4 пакера установлен уплотнительный элемент 14, взаимодействующий сверху с упором 15. Упор 15 соединен срезными элементами 16 со съемным узлом 4 ниже нижнего кольцевого выступа 12.

Фиксатор положения уплотнительного элемента 14, выполнен в виде разрезного конуса 17, сужающегося снизу вверх и плашек 18, жестко соединенных с кольцом 19, установленном на съемном узле 4, и подпружиненном вверх посредством пружины 20 от верхней кольцевой выборки 11 съемного узла 4. Разрезной конус 17 и плашки 18 подпружинены внутрь. Упор 15 жестко соединен посредством монтажных элементов 21 с разрезным конусом 17, взаимодействующим в рабочем положении с конусной поверхностью 13 съемного узла 4 и внутренней поверхностью плашек 18, и вызывающим перемещение плашек 18 радиально наружу.

Посадочный инструмент выполнен в виде опорного патрубка 22 с внутренним кольцевым выступом 23, соединенным снизу срезными элементами 24 с верхним концом съемного узла 4. С целью извлечения пакера из скважины по окончанию работ съемный узел 4 оснащен с наружной цилиндрической выборкой 25 в верхней части.

Пакер работает следующим образом.

На устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано) направляющий штифт 9 (см. фиг.2) обоймы 5 устанавливают в верхнюю часть продольного короткого участка 6 фигурного

паза 5, выполненного на наружной поверхности ствола 1 (см. фиг.1). Затем пакер в сборе с посадочным инструментом, выполненным в виде опорного патрубка 22 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) (на фиг.1 и 2 не показано) спускают в скважину.

Достигнув интервала перекрытия ствола скважины, пакер приподнимают примерно на 1 метр вверх и опускают вниз.

В результате направляющий штифт 9 (см. фиг.2) перемещается из продольного короткого участка 6 фигурного паза 5 сначала в нижнюю часть продольного длинного участка 7, а затем при подъеме пакера в верхнюю часть последнего, при этом все детали устройства за исключением деталей 8, 9, 10 остающихся на месте, благодаря контакту подпружиненных шлипосов 10 (см. фиг.1) с внутренней стенкой скважины совершают возвратно-поступательное перемещение, при этом основной кону 3, сужающийся сверху вниз входит в подпружиненные шлипсы 10, раздвигая их наружу в радиальном направлении, прижимая их зубчатую часть к внутренней стенке скважины (на фиг.1 и 2 не показано). Затем колонну НКТ, соединенную с посадочным инструментом и пакером разгружают на подпружиненные шлипсы 10, которые уже зафиксировались на внутренней стенке скважины.

Разгрузку колонны НКТ продолжают, в результате этого съемный узел 4, телескопически герметично вставленный в основной конус 3 перемещается вниз относительно пакера, зафиксировавшегося на внутренней стенке скважины посредством шлипсов 10, при этом основной конус 3 верхним торцом, а упор 15 нижним торцом воздействуют на уплотнительный элемент 14, сжимая его и расширяя радиально наружу.

Таким образом, в процессе перемещения съемного узла 4 вниз уплотнительный элемент 14 прижимается к внутренней стенке скважины. В определенный момент, в процессе разгрузки колонны НКТ (при достижении расчетной нагрузки НКТ 90-100 кН) сначала разрушаются срезные элементы 16, а затем подпружиненный внутрь посредством верхнего конца упора 15 разрезной конус 17, расположенный на съемном узле 4 перемещается в осевом направлении вверх и вступает во взаимодействие с конусной поверхностью 13 последнего, при этом подпружиненный внутрь разрезной конус 17 расширяется наружу в радиальном направлении и своей наружной поверхностью вступает во взаимодействие с внутренней поверхностью плашек 18. Так как плашки 18 своими верхними торцами уперты в нижний торец верхнего кольцевого выступа 11 съемного узла 4, то плашки 18 под действием радиально расходящегося наружу разрезного конуса 17 расходятся также в радиальном направлении наружу.

Колонну НКТ, соединенную с посадочным инструментом, выполненным в виде опорного патрубка 22 разгружают до тех пор, пока съемный узел 4 нижним торцом

нижнего кольцевого выступа 12 не вступит во взаимодействие с упором 15, при этом разрушаются срезные элементы 24 и опорный патрубок 22 внутренним кольцевым выступом 23 упирается в верхний торец съемного узла 4. В этот момент, запакеровка уплотнительного элемента 14 прекращается и последний плотно прижмется к внутренним стенкам скважины, а плашки 18, разошедшиеся в радиальном направлении наружу под воздействием на них изнутри, раздвигающегося радиально наружу разрезного конуса 17 жестко фиксируются на внутренних стенках скважины, а это предохраняет пакер от страгивания при восприятии им давлений жидкости, как снизу так и сверху.

В результате пакер надежно и герметично перекрывает ствол скважины и готов к проведению работ (например, исследованию пласта).

Для извлечения пакера в скважину спускают серийно выпускаемый ловильный инструмент (например, внутреннюю труболовку) (на фиг. не показан), с помощью которого производят захват пакера за наружную цилиндрическую выборку 25 съемного узла 4. После этого натяжением ловильного инструмента перемещают съемный узел 4 вверх, при этом плашки 18 отходят от внутренней стенки скважины, сжимаясь радиально внутрь и воздействуют своей внутренней поверхностью на подпружиненный внутрь разрезной конус 17 снаружи, который также сжимается внутрь и по конусной поверхности 13 съемного узла 4 опускаться вниз, освобождая устройство от фиксации в скважине.

Ловильный инструмент продолжают поднимать вверх, при этом сначала уплотнительный элемент 14 отходит от внутренних стенок скважины, а затем ствол 1 поднимается вверх относительно обоймы 8 с направляющим штифтом 9 и подпружиненными шлипсами 10, остающихся на месте в следствии их контакта с внутренними стенками скважины, при этом направляющий штифт 9 перемещается вниз по продольному длинному участку 7 (см. фиг.2) фигурного паза 5 и подпружиненные внутрь шлипсы 10 (см.фиг.1) выходят из взаимодействия с основным конусом 3.

В результате пакер распакерован и извлекается на поверхность.

Предлагаемый пакер обеспечивает высокую надежность в запакеровке и распакеровке благодаря фиксации уплотнительного элемента относительно ствола скважины, что расширяет функциональные возможности пакера, так как поддерживает его в рабочем состоянии при давлениях, направленных как вниз, так и вверх, и позволяет использовать для извлечения серийно выпускаемый ловильный инструмент.

Пакер, включающий ствол с заглушкой, основной конус, упор, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, шлипсы, посадочный инструмент, отличающийся тем, что съемный узел выполнен в виде патрубка с наружной цилиндрической выборкой в верхней части и телескопически герметично вставлен в основной конус, который снизу жестко соединен с верхним концом ствола, при этом на наружной поверхности ствола выполнен фигурный паз в виде продольных короткого и длинного участков, при этом шлипсы подпружинены внутрь и размещены в обойме с направляющем штифтом, причем обойма установлена на стволе напротив фигурного паза, при этом направляющий штифт размещен в фигурном пазе, поэтому обойма имеет возможность перемещения по траектории фигурного паза, причем на съемном узле выполнены верхний и нижний кольцевые выступы, между которыми расположена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз, при этом уплотнительный элемент размещен на съемном узле и взаимодействует сверху с упором, соединенным срезными элементами со съемным узлом ниже нижнего кольцевого выступа, причем фиксатор положения уплотнительного элемента выполнен в виде разрезного конуса, сужающегося снизу вверх, и плашек, жестко соединенных с кольцом, установленным на съемном узле, и подпружиненном вверх от верхней кольцевой выборки съемного узла, причем разрезной конус и плашки подпружинены внутрь, при этом упор жестко соединен с разрезным конусом, причем в рабочем положении разрезной конус при осевом перемещении вверх взаимодействует с конусной поверхностью съемного узла и внутренней поверхностью плашек, вызывая радиальное перемещение плашек наружу, при этом посадочный инструмент выполнен в виде опорного патрубка с внутренним кольцевым выступом, соединенным снизу срезными элементами с верхним концом съемного узла.