ПАКЕР Российский патент 1994 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к пакерующим устройствам для селективной закачки изоляционных материалов, поинтервальных кислотных обработок, отключения обводнившихся пластов при ремонте горизонтальных, наклонных и вертикальных скважин в период их освоения и эксплуатации.

Известен гидравлический пакер, включающий корпус с рядом радиальных отверстий и продольными пазами на наружной поверхности, уплотнительный элемент, размещенный на корпусе ниже радиальных отверстий и выше продольных пазов, верхняя концевая арматура которого соединена с корпусом, а нижняя имеет возможность продольного перемещения вдоль корпуса и подпружиненную втулку, расположенную в кольцевой полости между корпусом и верхней концевой арматурой [1] .

Недостаток данного устройства заключается в том, что для его снятия перед извлечением из скважины необходимо осуществить проворот колонны труб вправо на несколько оборотов для отсоединения корпуса от верхней арматуры уплотнительного элемента, а затем выполнить натяжение колонны труб для перемещения корпуса относительно уплотнительного элемента, в результате чего произойдет разгерметизация внутренней его полости и как следствие этого его распакеровка (снятие пакера). Проворот колонны труб на несколько оборотов вправо для разъединения с устройствами, установленными на глубинах свыше 2500 м в наклонных скважинах, часто приводит к тяжелым осложнениям, а в горизонтальных скважинах такая технология разъединения просто не выполнима. Кроме того, данное устройство нельзя использовать повторно в скважине без предварительного его извлечения на поверхность для соединения корпуса с верхней концевой арматурой уплотнительного элемента.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является пакер, включающий ствол с перепускным клапаном для закачки реагентов в скважину, жестко связанные с концевыми частями ствола нижний и верхний корпуса, каждый с рядом радиальных отверстий и продольными пазами на наружной поверхности, нижний и верхний уплотнительные элементы, верхняя арматура которых соединена с корпусом пружинным фиксатором и с обсадной колонной в скважине - подпружиненным якорем, а нижняя имеет возможность свободного перемещения вдоль корпуса, подпружиненные втулки, расположенные в кольцевых полостях между корпусом и верхней концевой арматурой, и узел периодической фиксации нижнего уплотнительного элемента, состоящий из дополнительного корпуса с рядом радиальных отверстий, на котором закреплен концевыми арматурами дополнительный уплотнительный элемент [2] .

Недостаток данного устройства состоит в том, что узел периодической фиксации нижнего уплотнительного элемента представляет собой материалоемкую дорогостоящую конструкцию, стоимость и вес которой составляют 20-25% от стоимости и веса устройства.

Целью изобретения является упрощение конструкции и уменьшение материалоемкости.

Указанная цель достигается тем, что в пакере, включающем ствол с перепускным клапаном для закачки реагентов в скважину, жестко связанные с концевыми частями ствола нижний и верхний корпуса каждый с рядом радиальных отверстий и продольными пазами на наружной поверхности, нижний и верхний уплотнительные элементы, верхняя концевая арматура которых соединена с корпусом подпружиненным фиксатором и с обсадной колонной в скважине - подпружиненным якорем, а нижняя имеет возможность свободного перемещения вдоль корпуса, подпружиненные втулки, расположенные в кольцевых полостях между корпусом и верхней кольцевой арматурой, и узел периодической фиксации нижнего уплотнительного элемента, в нижнем корпусе и верхней концевой арматуре нижнего уплотнительного элемента выполнены соответственно дополнительный ряд радиальных отверстий и кольцевая канавка, а узел периодической фиксации выполнен в виде установленной в нижнем корпусе подпружиненной дифференциальной втулки с кольцевой канавкой на наружной поверхности и размещенных в дополнительных радиальных отверстиях корпуса пальцев-фиксаторов для периодического взаимодействия с кольцевыми канавками дифференциальной втулки и верхней концевой арматуры нижнего уплотнительного элемента.

Отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают периодическую фиксацию запакерованного нижнего уплотнительного элемента на нижнем корпусе при закачке под избыточным давлением реагентов в скважину через перепускной клапан пакера.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от него наличием новых признаков и таким образом соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен общий вид пакера при спуске в скважину, обсаженную эксплуатационной колонной; на фиг. 2 - пакер после установки в скважине с запакерованными уплотнительными элементами при проведении ремонтных работ, а именно закачке реагентов (изоляционных материалов, кислотных реагентов и т. д. ) в приствольную зону скважины; на фиг. 3 - пакер с распакерованными уплотнительными элементами после окончания ремонтных работ; на фиг. 4 - узел I на фиг. 1 в исходном положении; на фиг. 5 - узел I на фиг. 1 при проведении ремонтных работ, а именно закачке реагентов в приствольную зону скважины; на фиг. 6 - узел I на фиг. 1 после завершения ремонтных работ и натяжения колонны труб, на которой пакер спущен в скважину, перед извлечением пакера из скважины или перед возвращением его в исходное положение осевым перемещением вниз.

Пакер (фиг. 1 и 4) состоит из составного ствола 1, нижнего и верхнего корпусов 2 и 3, каждый с продольными пазами 4 и 5 на наружной поверхности и рядом радиальных отверстий 6, а нижний - с дополнительным рядом радиальных отверстий 7, нижнего и верхнего уплотнительных элементов 8 и 9 с верхней и нижней концевой арматурой 10 и 11, установленными в верхней кольцевой арматуре подпружиненными якорями 12 и 13, пружинного фиксатора 14, подпружиненной втулки 15 узла периодической фиксации нижнего уплотнительного элемента, который включает подпружиненную дифференциальную втулку 16 с кольцевой канавкой 17 на наружной поверхности и размещенные в дополнительных радиальных отверстиях 7 нижнего корпуса 2 пальцев-фиксаторов 18 для периодического их взаимодействия с кольцевой канавкой 17, подпружиненной дифференциальной втулки 16 и кольцевой канавкой 19 верхней концевой арматуры 10 нижнего уплотнительного элемента 8. На составном стволе 1 размещены перепускной клапан 20 и гидравлический якорь 21, а внутренняя полость ствола перекрыта внизу заглушкой 22.

Устройство работает следующим образом. Устройство спускают на колонне труб 23 в эксплуатационную колонну 24 и размещают в заданном интервале ствола скважины, например, напротив зоны перфорации 25 продуктивного пласта для обработки приствольной зоны с целью повышения нефтеотдачи (фиг. 1 и 4). При спуске в скважину внутренняя полость устройства и колонна труб 23 заполняются жидкостью из скважины через нижние отверстия в перепускном клапане 20. Создают по колонне труб 23 избыточное давление в пакере, при котором осуществляется последовательно перекрытие нижних отверстий клапана 20, перемещение дифференциальной втулки 16 вниз и как следствие этого смещение пальцев-фиксаторов 18 в кольцевую канавку 19 верхней концевой арматуры 10, запакеровка уплотнительных элементов 8 и 9 и открытие верхних отверстий перепускного клапана 20 для закачки реагентов в приствольную зону скважины через зону перфорации 25 (см. фиг. 2 и 5).

При закачке реагентов в скважину через клапан, расположенный над данным устройством, на запакерованный уплотнительный элемент 8 в межтрубном пространстве действует перепад давления Δ Р, создающий осевую нагрузку на уплотнительный элемент сверху вниз. Возможность осевого перемещения уплотнительного элемента 8 вниз относительно составного ствола 1 и корпуса 2 при условии превышения этой нагрузкой сил сцепления подпружиненного якоря 12 и запакерованного уплотнительного элемента с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны 14 исключается за счет пальцев-фиксаторов 18, взаимодействующих с кольцевой канавкой 19 верхней кольцевой арматуры 10 уплотнительного элемента ( фиг. 5).

Продольное перемещение составного корпуса 1 пакера относительно эксплуатационной колонны 24, возникающее за счет осевого усилия от избыточного давления Δ Р на заглушку 22, исключается заякореванием пакера в эксплуатационной колонне гидравлическим якорем 21.

После проведения вышеуказанной технологической операции по ремонту скважины в данном интервале избыточное давление в колонне труб 23 сбрасывают до нуля. При этом дифференциальная втулка 16 возвращается вверх в исходное положение, при котором ее кольцевая канавка 17 расположена на одном уровне с пальцами-фиксаторами 18. Выравнивание давления в зоне между уплотнительными элементами 8 и 9 с давлением в зонах под уплотнительным элементом 8 и над уплотнительным элементом 9 происходит за счет перетока жидкости из зоны между уплотнительными элементами в полость составного ствола корпуса через нижние отверстия перепускного клапана 20. Осевым натяжением колонны труб 23 перемещают вверх составной ствол 1 и корпус 2 пакера относительно уплотнительного элемента 8, так как величина усилия сцепления подпружиненного якоря 12 с эксплуатационной колонной 24 на много больше величины усилия сцепления пружинного фиксатора 14 с верхней кольцевой арматурой 10 уплотнительного элемента 8. При этом происходит сообщение внутренней полости уплотнительного элемента с межтрубным пространством по продольным пазам 5 корпуса 2, а также сообщение с внутренней полостью корпуса 2 по продольным пазам 4 и радиальным отверстиям 6 (фиг. 3 и 6).

Если требуется произвести повторные ремонтные работы в интервале скважины выше первоначального интервала установки пакера, то после подъема пакера на 2-3 м выше заданного второго интервала осуществляют доспуск пакера на 2-3 м точно в данный интервал. При этом происходит перемещение составного ствола 1 и корпусов 2 и 3 вниз относительно уплотнительных элементов 8 и 9 за счет действующих сил сцепления пружинного якоря 12 с эксплуатационной колонной и таким образом пакер принимает свое исходное положение, соответствующее изображению на фиг. 1 и фиг. 4.

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого пакера в сравнении с прототипом являются снижение стоимости изготовления и металлоемкости, а также возможность его применения в скважинах, где интервал установки пакера расположен в непосредственной близости от искусственного забоя. (56) Авторское свидетельство СССР N 1035192, кл. E 21 В 33/10, 1981.

Авторское свидетельство N 1295800, кл. Е 21 В 33/12, 1985.

Gynes Product Catalog (USA), 1983, р. 34-35.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к пакерующим устройствам для селективной закачки изоляционных материалов, поинтервальных кислотных обработок в период их освоения и эксплуатации. Для улучшения эксплуатационных характеристик устройства пакер снабжен подпружиненным якорем, установленным на наружной поверхности верхней концевой арматуры уплотнительного элемента, установленной в полости ствола с возможностью ограниченного осевого перемещения, подпружиненной дифференциальной втулкой с кольцевой канавкой на наружной поверхности и пальцами-фиксаторами, а фиксатор ствола относительно верхней кольцевой арматуры уплотнительного элемента выполнен в виде подпружиненного стопора с усилием на срыв меньшим усилия на срыв подпружиненного якоря, при этом в стволе выполнены радиальные отверстия, на внутренней поверхности верхней концевой арматуры уплотнительного элемента - кольцевая канавка, а пальцы-фиксаторы установлены в радиальных отверстиях ствола с возможностью последовательного размещения их торцовых частей в кольцевой канавке дифференциальной втулки и в кольцевой канавке верхней кольцевой арматуры уплотнительного элемента при осевом перемещении дифференциальной втулки. 6 ил.

ПАКЕР, включающий полый ствол с заглушкой на нижнем торце, радиальными каналами и верхним и нижним продольными пазами на наружной поверхности, установленный на стволе и образующий с ним рабочую камеру уплотнительный элемент с верхней концевой арматурой, образующей со стволом кольцевую полость и нижней концевой арматурой, установленной с возможностью продольного перемещения относительно ствола, фиксатор ствола относительно верхней концевой арматуры и кольцевой подпружиненный поршень, установленный в кольцевой полости между стволом и верхней концевой арматурой с возможностью сообщения при пакеровке рабочей камеры уплотнительного элемента с полостью ствола, установленного с возможностью осевого перемещения относительно уплотнительного элемента при его распакеровке и сообщения при этом рабочей камеры уплотнительного элемента с полостью ствола и пространством под пакером, отличающийся тем, что он снабжен подпружиненным якорем, установленным на наружной поверхности верхней концевой арматуры уплотнительного элемента, установленной в полости ствола с возможностью ограниченного осевого перемещения подпружиненной дифференциальной втулкой с кольцевой канавкой на наружной поверхности и пальцами-фиксаторами, а фиксатор ствола относительно верхней концевой арматуры уплотнительного элемента выполнен в виде подпружиненного стопора с усилием на срыв меньшим усилия на срыв подпружиненного якоря, при этом в стволе выполнены радиальные отверстия, на внутренней поверхности верхней концевой арматуры уплотнительного элемента выполнена кольцевая канавка, а пальцы-фиксаторы установлены в радиальных отверстиях ствола с возможностью последовательного размещения их торцевых частей в кольцевой канавке дифференциальной втулки и в кольцевой канавке верхней концевой арматуры уплотнительного элемента при осевом перемещении дифференциальной втулки.