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 выполнен наружный кольцевой выступ, а ниже изготовлена внутренняя кольцевая выборка. Выше наружного кольцевого выступа на съемном узле выполнена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз. На нижнем конце съемного узла размещен уплотнительный элемент, взаимодействующий сверху с упором. Упор соединен со съемным узлом пружинным стопорным кольцом, выполненным разрезным и установленным во внутренней кольцевой выборке съемного узла. Фиксатор положения уплотнительного элемента, выполнен в виде разрезного конуса, сужающегося снизу вверх и плашек, жестко соединенных с кольцом, установленным на съемном узле выше конусной поверхности. Кольцо подпружинено вверх относительно кожуха, жестко установленного на съемном узле над кольцом, причем разрезной конус подпружинен внутрь оболочкой, жестко установленной на упоре снаружи. Плашки, также подпружинены внутрь кожухом и пружиной, при этом упор жестко соединен с разрезным конусом. В рабочем положении разрезной конус перемещается осевом направлении вверх и взаимодействует с конусной поверхностью съемного узла и внутренней поверхностью плашек, вызывая радиальное перемещение плашек наружу. На верхний конец съемного узла навернут левый переводник.

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. Кроме того, минимальны страгивающие нагрузки при извлечении пакера, поскольку мала площадь сопряженных деталей. 2 илл. на 1 л.

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности 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;

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

Задачей полезной модели является создание конструкции пакера, обладающего более широкими функциональными возможностями и снижение страгивающих нагрузок при извлечении пакера.

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

Новым является то, что съемный узел выполнен в виде патрубка 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 выполнен наружный кольцевой выступ, а ниже изготовлена внутренняя кольцевая выборка, при этом выше наружного кольцевого выступа на съемном узле выполнена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз, при этом уплотнительный элемент размещен на съемном узле и взаимодействует сверху с упором, соединенным со съемным узлом пружинным стопорным кольцом, установленным во внутренней кольцевой выборке съемного узла, причем фиксатор положения уплотнительного элемента, выполнен в виде разрезного конуса, сужающегося снизу вверх и плашек, жестко соединенных с кольцом, установленным на съемном узле выше конусной поверхности, причем кольцо подпружинено вверх относительно кожуха, жестко установленного на съемном узле над кольцом, причем разрезной конус подпружинен внутрь оболочкой, установленной на упоре снаружи, а плашки также подпружинены внутрь кожухом, 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 на верхний конец съемного узла навернут левый переводник.

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 выполнен наружный кольцевой выступ 11, а ниже изготовлена внутренняя кольцевая выборка 12. Выше наружного кольцевого выступа 11 на съемном узле 4 выполнена конусная поверхность 13, сужающаяся сверху вниз.

На нижнем конце съемного узла 4 размещен уплотнительный элемент 14, взаимодействующий сверху с упором 15. Упор 15 соединен со съемным узлом 4 пружинным стопорным кольцом 16, выполненным разрезным и установленным во внутренней кольцевой выборке 12 съемного узла 4.

Фиксатор положения уплотнительного элемента 14, выполнен в виде разрезного конуса 17, сужающегося снизу вверх и плашек 18, жестко соединенных с кольцом 19, установленным на съемном узле 4 выше конусной поверхности 13.

Кольцо 19 подпружинено вверх относительно кожуха 20, жестко установленного на съемном узле 4 над кольцом 19, причем разрезной конус 17 подпружинен внутрь оболочкой 21, жестко установленной на упоре 15 снаружи.

Плашки 18, также подпружинены внутрь кожухом 20 и пружиной 22, при этом упор 15 жестко соединен с разрезным конусом 17.

В рабочем положении разрезной конус 17 перемещается осевом направлении вверх и взаимодействует с конусной поверхностью 13 съемного узла 4 и внутренней поверхностью плашек 18, вызывая радиальное перемещение плашек 18 наружу.

На верхний конец съемного узла 4 навернут левый переводник 23.

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 посредством левого переводника 23 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 конус 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 во внутренней кольцевой выборке 12 съемного узла 4 расширяется пружинное стопорное кольцо 16 и выходит на наружную поверхность съемного узла 4.

В результате 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.

Производят полную разгрузку колонны НКТ на пакер, при этом съемный узел 4 нижним торцом наружного кольцевого выступа 11 вступает во взаимодействие с упором 15. 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.

Вращением колонны НКТ влево освобождаются от левого переводника 23, остающегося на верхнем конце съемного узла 4. В результате пакер надежно и герметично перекрывает ствол скважины и готов к проведению работ (например, исследованию пласта). Для извлечения пакера в скважину спускают колонну НКТ и вращением последней заворачиваются за левый переводник 23 съемного узла 4.

После этого натяжением колонны НКТ 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 опускается вниз, освобождая устройство от фиксации в скважине.

Колонну НКТ 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. Кроме того, минимальны страгивающие нагрузки при извлечении пакера, поскольку мала площадь сопряженных деталей.

Пакер, включающий ствол с заглушкой, основной конус, упор, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, шлипсы, посадочный инструмент, съемный узел, отличающийся тем, что съемный узел выполнен в виде патрубка 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 направляющим 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 выполнен наружный кольцевой выступ, а ниже изготовлена внутренняя кольцевая выборка, при этом выше наружного кольцевого выступа на съемном узле выполнена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз, при этом уплотнительный элемент размещен на съемном узле и взаимодействует сверху с упором, соединенным со съемным узлом пружинным стопорным кольцом, установленным во внутренней кольцевой выборке съемного узла, причем фиксатор положения уплотнительного элемента выполнен в виде разрезного конуса, сужающегося снизу вверх, и плашек, жестко соединенных с кольцом, установленным на съемном узле выше конусной поверхности, причем кольцо подпружинено вверх относительно кожуха, жестко установленного на съемном узле над кольцом, причем разрезной конус подпружинен внутрь оболочкой, установленной на упоре снаружи, а плашки также подпружинены внутрь кожухом, 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 на верхний конец съемного узла навернут левый переводник.