Пакер

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинным устройствам для многократной поинтервальной опрессовки колонны труб в скважине. Пакер состоит из ствола с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким и длинным участками. Сверху со стволом соединен груз, а снизу ствол оборудован заглушкой. Ствол сверху снабжен жестко установленным на нем стаканом с центраторами. Ниже стакана на наружной поверхности ствола выполнена цилиндрическая проточка, в пределах которой с возможностью осевого перемещения расположены конус с наконечником, жестко соединенные между собой. Наконечник и стакан жестко соединены между собой рассеченной вдоль продольными разрезами по всему диаметру гильзой, на которой расположен уплотнительный элемент. Уплотнительный элемент снизу жестко соединен с наконечником. Длина - b уплотнительного элемента превышает половину длины - а рассеченной части гильзы (b>а), а вся рассеченная часть гильзы имеет длину 2×а. Центраторы имеют диаметр - D 1 описываемой вокруг них окружности, больший, чем диаметр - D 2 уплотнительного элемента в транспортном положении. Ниже цилиндрической проточки на наружной поверхности ствола с возможностью осевого перемещения расположена обойма, оснащенная пружинными центраторами и направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе. С обоймой по ее окружности соединены шлипсы, подпружиненные внутрь в радиальном направлении посредством пружинных пластин. Осевые короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола направляющий штифт будет расположен: то в осевом коротком участке - транспортное положение, то - в осевом длинном участке фигурного паза - рабочее положение. Ствол выше стакана с центраторами оснащен радиальными отверстиями, при этом верхний конец ствола заглушен посредством глухого кольца. Груз снизу снабжен полым кольцевым пространством с технологическими отверстиями. Груз надет на ствол сверху с возможность ограниченного осевого перемещения и герметично перекрытия радиальных отверстии ствола. Предлагаемый пакер имеет небольшие габариты и вес, кроме того он прост в изготовлении, в связи с чем снижается стоимость пакера, а расширение его функциональных возможностей позволяет производить опрессовку труб в колоннах малого диаметра в процессе эксплуатации скважины и своевременную их ревизию или замену. 2 илл. на 1 л.

f МП IBM) 111Г in им.	^^ ###U8212
'	I\tab1Г###U8212###U8212;"

1

Объект устройство

МПК7Е21ВЗЗ/12 Пакер

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к сква-жинным устройствам для многократной поинтервальной опрессовки колонны труб в скважине.

Известно пакерное устройство (авторское свидетельство № 1795080 МПК 7Е21В 33/12,опубл. Бюл. .№6 от 15.02.1993 г.), включающее телескопически установленные друг относительно друга полые наружный ствол с радиальными каналами и уплотнительным элементом, и внутренний ствол с уплотнением для перекрытия радиальных каналов на-ружного ствола, сообщающих гидравлически полость внутреннего ствола с пространства-ми над и под уплотнительным элементом, и плашки с плашкодержателем, при этом оно снабжено жестко связанной с верхней частью внутреннего ствола полой головкой с ради-альными каналами и кольцевым выступом на наружной поверхности, жестко связанным с плашкодержателем цилиндром с калибровочным каналом на нижнем торце, обратным клапаном, перекрывающим нижний торец наружного ствола, размещенной над уплотни-тельным элементом манжетой с конусным наконечником, установленным подвижно на наружном стволе с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом головки и сто-порами, фиксирующими наружный и внутренний стволы при спуске и подъеме пакера и наружный ствол с плашкодержателем при пакеровке, при этом наружный ствол выполнен с окнами под стопоры, а внутренний ствол и плашкодержатель - с кольцевыми канавками для последовательного размещения в них стопоров при спуске и подъеме устройства и в процессе пакеровки.

Известен пакер (свидетельство на полезную модель № 29090 МПК 7 Е21В 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 на-жимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осе-вого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещен-ный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружно-сти шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом пакер снабжен само-уплотняющейся 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, расположен-ными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней

2

части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отвер-стий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого об-ратным клапаном, в качестве средства для подъема и спуска используют канат.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пакер ( па-тент на полезную модель № 37763 МПК 7 Е21В 33/12, опубл. Бюл. .№13 от 10.05.2004 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися корот-кими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенную под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможно-стью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фи-гурном пазе, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в ра-диальном направлении, самоуплотняющуюся манжету, установленную на стволе выше опоры, жестко соединенный со стволом наконечник, через который пропущен шток с ра-диальными отверстиями, расположенными выше наконечника, при этом шток выполнен с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с внутренним пространством штока по-средством осевого канала, перекрытого обратным клапаном, причем груз дополнительно снизу оборудован жестко соединенной с ним втулкой, имеющей радиальные каналы, со-ответствующие радиальным каналам штока, и внизу конусную поверхность, выполнен-ную с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью самоуплотняющейся манжеты, при этом наружный диаметр втулки больше диаметра самоуплотняющейся манжеты в транспортном положении, причем фигурный паз выполнен замкнутым с одной стороны наружной поверхности ствола.

Устройствам, как по аналогам, так и по прототипу, присущи общие недостатки конструкции:

-во-первых, металлоемкость и большое количество технологически сложных дета-лей, ведущих к высокой стоимости изготовления и, как следствие, удорожание конструк-ции пакера в целом;

во-вторых, ограниченные функциональные возможности, поскольку невозможна работа пакера в колоннах малого диметра.

в- третьих, основной рабочий элемент конструкции, а именно самоуплотняющаяся манжета, имеет возможность контакта в процессе спуско-подъемных операций с внутрен-ней стенкой скважины, что ведет к ее быстрому износу;

Технической задачей предполагаемой полезной модели является снижение себе-стоимости изготовления пакера, а также расширение его функциональных возможностей, а именно, проведение опрессовки в колоннах малого диаметра.

3

Техническая задача решается предлагаемым пакером, включающим ствол с фигур-ным пазом на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким и длинным участками, уплотнительный элемент и конус с наконечником, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который разме-щен в фигурном пазе, соединенные с обоймой по ее окружности шлипсы, подпружинен-ные внутрь в радиальном направлении, груз, соединенный сверху со стволом, при этом осевые короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола направляющий штифт будет расположен: то в коротком осевом уча-стке - транспортное положение, то - в длинном осевом участке фигурного паза - рабочее положение.

Новым является то, что ствол сверху снабжен жестко установленным на нем стака-ном с центраторами, у которых диаметр описываемой вокруг них окружности больше диаметра уплотнительного элемента в транспортном положении, причем ствол ниже ста-кана оснащен цилиндрической проточкой, в пределах которой с возможностью осевого перемещения расположены конус с наконечником, причем наконечник и стакан жестко соединены между собой рассеченной вдоль продольными разрезами по всему диаметру гильзой, на которой расположен уплотнительный элемент, жестко соединенный снизу с наконечником, причем длина уплотнительного элемента превышает половину длины рас-сеченной части гильзы, при этом ствол снизу оборудован полой заглушкой, а обойма ос-нащена пружинными центраторами, причем ствол выше стакана с центраторами оснащен радиальными отверстиями, при этом верхний конец ствола заглушен, а груз снизу снаб-жен полым кольцевым пространством с технологическими отверстиями, причем груз на-дет на ствол сверху с возможность ограниченного осевого перемещения и герметично пе-рекрытия радиальных отверстии ствола в рабочем положении.

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

На фиг. 2 - развертка фигурного паза, выполненного на наружной поверхности ствола.

Пакер состоит из ствола 1 (см. фиг.1) с фигурным пазом 2 на наружной поверхно-сти с чередующимися осевыми коротким 3 (см. фиг.2) и длинным 4 участками, при этом сверху со стволом 1 соединен груз 5 (см. фиг.1), а снизу ствол 1 оборудован заглушкой б.

Ствол 1 сверху снабжен, жестко установленным на нем, стаканом 7 с центраторами 8. Ниже стакана 7 на наружной поверхности ствола 1 выполнена цилиндрическая проточ-ка 9, в пределах которой с возможностью осевого перемещения расположены конус 10 с наконечником 11, жестко соединенные между собой.

4

Наконечник 11 и стакан 7 жестко соединены между собой рассеченной вдоль про-дольными разрезами 12 по всему диаметру гильзой 13, на которой расположен уплотни-тельный элемент 14. Уплотнительный элемент 14 снизу жестко соединен с наконечником 11. Длина - b уплотнительного элемента 14 превышает половину длины - а, рассеченной части 12 гильзы 13 (b>a), а вся рассеченная часть 12 гильзы 13 имеет длину 2ха.

Центраторы 8 имеют диаметр - Dl описываемой вокруг них окружности, больший чем диаметр - D2 уплотнительного элемента 14 в транспортном положении.

Ниже цилиндрической проточки 9 на наружной поверхности ствола 1 с возможно-стью осевого перемещения расположена обойма 15, оснащенная пружинными центрато-рами 16 и направляющим штифтом 17, который размещен в фигурном пазе 2. С обоймой 15 по ее окружности соединены шлипсы 18 (см. фиг.2), подпружиненные внутрь в ради-альном направлении посредством пружинных пластин 19 (см. фиг.1).

Осевые короткий 3 и длинный 4 участки фигурного паза 2 соединены между собой замкнутым фигурным участком 20 так, что при осевом возвратно-поступательном пере-мещении обоймы 15 относительно ствола направляющий штифт 17 будет расположен: то в осевом коротком участке 3 - транспортное положение, то - в осевом длинном участке 4 фигурного паза - рабочее положение. Ствол 1 выше стакана 7 с центраторами 8 оснащен радиальными отверстиями 21, при этом верхний конец ствола 1 заглушен посредством глухого кольца 22. Груз 5 снизу снабжен полым кольцевым пространством 23 с техноло-гическими отверстиями 24. Груз 5 надет на ствол 1 сверху с возможность ограниченного осевого перемещения и герметично перекрытия радиальных отверстии 21 ствола 1 в ра-бочем положении. Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхно-стях исключаются уплотнительными кольцами 25, 26.

Пакер работает следующим образом.

На устье скважины канат 27 посредством груза 5 соединяют с пакером, перед этим снизу наворачивают на ствол 1 полую заглушку 6, выполняющую роль дополнительного груза. Пакер на канате 27 (см. фиг.1) посредством геофизического подъемника спускают в колонну труб (на фиг. 1 и 2 не показано) в интервал, где необходимо провести опрессов-ку, при этом направляющий штифт 17 обоймы 15 размещен в осевом коротком участке 3 (см. фиг.2) фигурного паза 2

В процессе спуска пакера в колонну труб уплотнительный элемент 14 (см. фиг.1) прилегает к наружной поверхности гильзы 13, жестко соединяющей расположенные свер-ху на стволе 1 стакан 7 , а снизу - наконечник 11, кроме того диаметр Dl описываемой во-круг центраторов 8 (см. фиг.1) окружности больше диаметра D2 уплотнительного элемента 14 в транспортном положении (Dl >D2), благодаря чему он не контактирует во время

5 спуско-подъемных операций со стенками колонны и не истирается. Достигнув необходи-мого интервала опрессовки колонну труб заливают технологической жидкостью, после чего пакер посредством каната 22 приподнимают примерно на 1 метр и опускают, в ре-зультате проделанной операции направляющий штифт 17 перемещается (при подъеме) из осевого короткого участка 3 посредством нижней части замкнутого фигурного участка 20 в нижнюю часть осевого длинного участка 4 фигурного паза 2 (см.фиг.2 ), а затем (при спуске) направляющий штифт 17 перемещается из нижней части осевого длинного участ-ка 4 фигурного паза 2 в его верхнюю часть. При этом пакер за исключением деталей 15, 16, 17, 18 и 19, которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центра-торов 16 обоймы 15 со стенками колонны труб, перемещается относительно деталей 15, 16, 17, 18 и 19 соответственно вверх, а затем вниз.

При движении вниз шлипсы 18 обоймы 15 (см. фиг.1), подпружиненные внутрь в радиальном направлении посредством пружинных пластин 19, войдут в контакт с кону-сом 10, расположенным на нижней кромке цилиндрической проточки 9 ствола 1 с воз-можностью осевого перемещения и под действием веса ствола 1 и груза 5 конус 10 отги-бает пружинные пластины 19 шлипсов 18 в радиальном направлении наружу, прижимая их зубчатую часть к стенкам колонны труб, при этом происходит фиксация пакера на стенках колонны труб от смещения вниз. При дальнейшей разгрузке пакера сначала груз 5, снабженный снизу полым кольцевым пространством 23 перемещается вниз относитель-но ствола 1 до взаимодействия глухого кольца 22 ствола 1 с дном полого кольцевого про-странства 23, при этом герметично посредством уплотнительных колец 25 перекрывает радиальные отверстия 21 ствола 1, при этом жидкость, находящаяся в полом кольцевом пространстве 23 груза 5 вытесняется через технологические отверстия в спрессовываемую колонну (на фиг. 1 и 2 не показано).

Движение вниз под действием веса ствола 1, груза 5, а также полой заглушки 6, выполняющей роль дополнительного груза продолжается и сначала конус 10, жестко со-единенный с наконечником 11 и расположенный в цилиндрической выборке 9 ствола 1, начнет подниматься вверх, передавая при этом осевое усилие вверх через наконечник 11 на гильзу 13, а поскольку верхний конец гильзы 13 жестко зафиксирован стаканом 7, ко-торый, в свою очередь, жестко соединен со стволом 1, то стакан 7 остается в неподвижном состоянии относительно ствола 1, а гильза 13 , имеющая длину рассеченной части 2ха из-гибается дугой по центру, при этом конус 10 достигает верхней кромки цилиндрической проточки 9., а так как длина - b уплотнительного элемента 14 превышает половину длины - а, рассеченной части 12 гильзы 13 (b>a), то уплотнительный элемент 14 соприкоснется и прижмется к стенкам колонны труб.

6

Затем устье скважины герметизируют (на фигурах 1, 2 и 3 не показано) и внутри колонны поднимают давление, под воздействием которого уплотнительный элемент 14 плотно прижимается к стенкам колонны труб, при этом давление, воспринимаемое уплот-нительным элементом 14, будет дополнительно прижимать зубчатую часть шлипсов 18 к стенкам колонны труб, усиливая фиксацию пакера, а уплотнительный элемент 14 надежно отсекает внутреннее пространство колонны труб. Причем чем выше давление опрессовки колонны труб, тем большее давление воздействует на уплотнительный элемент 14 и тем сильнее фиксация шлипсов 18 пакера на стенках колонны труб.

Установив степень герметичности колонны труб, давление сбрасывают и пакер по-средством каната 27 поднимают на высоту примерно 1 м и опускают. При таких действи-ях сначала (при подъеме) направляющий штифт 17 перемещается из верхней части осево-го длинного участка 4 фигурного паза 2 (см. фиг.2) в верхнюю часть замкнутого фигурно-го участка 20, при этом как только конус 10 выйдет из контакта со шлипсами 18 (см. фиг.1), воздействующими с ним снизу, то конус 10 с наконечником 7, с которым жестко закреплена нижняя часть гильзы 13, опустятся на нижнюю кромку цилиндрической про-точки 9, при этом гильза 13 вытягивается, поскольку стакан 7 неподвижен и возвращается в транспортное положение, а уплотнительный элемент 14, который прилегает к наружной поверхности гильзы 13, также вытягивается и отходит от стенок колонны труб.

Подъем пакера продолжают, при этом груз 5, снабженный снизу полым кольцевым пространством 23 выходит из взаимодействия с глухим кольцом 22 ствола 1 и перемеща-ется вверх относительно ствола 1, при этом радиальные отверстия 21 ствола 1 открывают-ся и жидкость, находящаяся над пакером сквозь ствол 1 устремляется в подпакерное про-странство спрессовываемой колонны.

Затем (при спуске) направляющий штифт 17 перемещается из верхней части замк-нутого фигурного участка 20 в верхнюю часть осевого короткого участка 3 фигурного па-за 2, переводя пакер из рабочего положения в транспортное. При этом пакер, за исключе-нием деталей 15, 16, 17, 18 и 19 (см. фиг.1), которые остаются неподвижными благодаря контакту пружинных центраторов 16 обоймы 15 со стенками колонны труб, перемещается относительно деталей15, 16, 17, 18 и 19 соответственно вниз, а затем вверх. Далее пакер может быть перемещен в другой интервал скважины для опрессовки колонны труб или извлечен на поверхность.

Предлагаемый пакер имеет небольшие габариты и вес, кроме того он прост в изго-товлении, в связи с чем снижается стоимость пакера, а расширение его функциональных возможностей позволяет производить опрессовку труб в колоннах малого диаметра в процессе эксплуатации скважины и своевременную их ревизию или замену.

Пакер, включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися осевыми коротким и длинным участками, уплотнительный элемент и конус с наконечником, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, соединенные с обоймой по ее окружности шлипсы, подпружиненные внутрь в радиальном направлении, груз, соединенный сверху со стволом, при этом осевые короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении обоймы относительно ствола направляющий штифт будет расположен то в коротком осевом участке - транспортное положение, то в длинном осевом участке фигурного паза - рабочее положение, отличающийся тем, что ствол сверху снабжен жестко установленным на нем стаканом с центраторами, у которых диаметр описываемой вокруг них окружности больше диаметра уплотнительного элемента в транспортном положении, причем ствол ниже стакана оснащен цилиндрической проточкой, в пределах которой с возможностью осевого перемещения расположены конус с наконечником, причем наконечник и стакан жестко соединены между собой рассеченной вдоль продольными разрезами по всему диаметру гильзой, на которой расположен уплотнительный элемент, жестко соединенный снизу с наконечником, причем длина уплотнительного элемента превышает половину длины рассеченной части гильзы, при этом ствол снизу оборудован полой заглушкой, а обойма оснащена пружинными центраторами, причем ствол выше стакана с центраторами оснащен радиальными отверстиями, при этом верхний конец ствола заглушен, а груз снизу снабжен полым кольцевым пространством с технологическими отверстиями, причем груз надет на ствол сверху с возможностью ограниченного осевого перемещения и герметичного перекрытия радиальных отверстии ствола в рабочем положении.