ПАКЕР Российский патент 1997 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к устройствам для пакеровки скважин и может быть использовано в горном деле при нагнетании воды, растворов и флюидов для пылеподавления, разгрузки массива, упрочнения горных пород и других целей, а также в нефтяной и газовой промышленности для пакеровки скважин различного назначения.

Известен инжекционный пакер, включающий установленную в скважине трубу и уплотнительную манжету на конце, имеющую конусную распорную поверхность, распор по которой осуществляется посредством резьбы при вращении трубы вокруг ее продольной оси (патент Германии E 21 D 20/02, N 3926986 опубл. 21.02.1991, WAAD N8.)
Известное устройство неприменимо для пакеровки кавернозных скважин. Описанное устройство не обеспечивает технологической возможности для проникновения манжеты в каверны скважины при ее герметизации.

Известен скважинный пакер, имеющий цилиндрическую подвесную головку с наружной кольцевой манжетой, которая расширяется радиально при осевом воздействии установочной муфты (патент США E 21 B 33/128, 23/06, N 5044433 опубл. 03.09.1991, Off.Gaz.т.1130 N1).

Известное устройство неприменимо для пакеровки кавернозных скважин. Описанной устройство также не обеспечивает технологической возможности для проникновения манжеты в каверны при герметизации скважины. При введении устройства в невертикальную скважину, манжета под тяжестью става труб прижимается к одной из стенок скважины, что ведет к эксцентриситету в установке трубы в скважине и снижает надежность пакеровки.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является пакерующее устройство, включающее асимметрично установленную в скважине трубу с упором на удаленном от устья конце и цилиндрическим поршнем на наружной поверхности, уплотнительную манжету с конусной распорной поверхностью в виде отдельных секторов, взаимодействующих между собой боковыми поверхностями и с поршнем через упругие вкладыши (А.с. СССР N 1698421 E 21 В 33/12, опубл. в БИ N 46, 1991).

Недостатком известного устройства является то, что секторные распорные элементы являются жесткими на всей длине распорной поверхности и не могут, в связи с этим, передавать давление на манжету таким образом, чтобы она точно повторила сложный профиль каверзной скважины по ее длине, что снижает надежность пакеровки.

Техническая задача: повышение надежности пакеровки кавернозных и невертикальных скважин за счет более точного повторения профиля скважины уплотнительной манжетой.

Указанная цель достигается тем, что в пакере жесткие и упругие распорные элементы выполнены в виде округлых гранул и размещены в полости уплотнительной манжеты в порядке чередования, а свободное пространство полости заполнено антиадгезионной жидкостью, например, солидолом, причем, на трубе дополнительно помещена взаимодействующая с ней посредством резьбы, выполненной на наружной поверхности трубы, гайка, внешняя поверхность которой имеет вид эксцентричной относительно резьбы сферы, взаимодействующей внешней поверхностью со стенками скважины, причем, гайка имеет торец, взаимодействующий с торцем цилиндрического поршня, а между упором и манжетой помещена прокладка из материала с низким коэффициентом трения скольжения, например, фторопласта.

Размещение соприкасающейся со стенками скважины эксцентричной гайки на наружной поверхности трубы позволяет достигнуть, при вращении трубы и взаимодействия через посредство жестких и упругих распорных элементов, сжимаемых между цилиндрическим поршнем и упором, наиболее точного повторения (репликации) манжетой поверхности каверзного ствола скважины на пакеруемом участке и повышает надежность пакеровки.

Выполнение, при этом, поверхности эксцентричной гайки в виде сферы необходимо, чтобы избежать заклинивания гайки, т.к. при любом наклоне трубы относительно горизонта и оси скважины, при введении в нее пакера, цилиндрическая поверхность скважины может соприкасаться со сферической поверхностью гайки только по дуге окружности, что ограничивает площадь контакта по длине скважины и повышает надежность работы устройства при пакеровки.

Выполнение распорных элементов в виде чередующихся слоев упругих и жестких гранул позволяет, с одной стороны, при вращении трубы и воздействия эксцентричной гайки, через посредство цилиндрического поршня, на, расположенные в пространстве между поршнем и упором, жесткие и упругие распорные элементы, позволяет смещение для наиболее точное повторение манжетой поверхности каверзного ствола скважины на пакеруемом участке и повышает надежность пакеровки, а, с другой стороны, не позволяет заклинивание этих распорных элементов, помещенных в антиадгезионную жидкость, относительно друг друга и манжеты, что также способствует повышению надежности пакеровки.

Помещение упругих и жестких гранул распорных элементов в антиадгезионной жидкости, внутри уплотнительной манжеты, снижает адгезию на соприкасающихся поверхностях, что улучшает условия относительного перемещения распорных элементов и дополнительно повышает надежность пакеровки.

Размещение между упором и уплотнительной манжетой прокладки, с низким коэффициентом трения скольжения, позволяет избежать задиров, закручивания манжеты на упоре и дополнительно достигнуть повышения надежности пакеровки скважины.

На рисунке представлен введенный в скважину пакер в исходном положении (фиг. 1), пакер в скважине в рабочем положении (фиг.2) и поперечное сечение кавернозной скважины при ее пакеровке устройством (фиг. 3).

Устройство состоит из трубы 1 с упором 2 на конце и резьбой 3 на ее наружной поверхности 4, уплотнительной манжеты 5, во внутренней полости 6 которой помещены жесткие распорные элементы 7 в виде гранул, чередующиеся с гранулами упругих распорных элементов 8 и воздействующие на распорную поверхность 9, а свободное пространство полости 6 заполнено антиадгезионной жидкостью 10, причем, жесткие элементы 7 и упругие элементы 8 взаимодействуют через посредство перемещаемого по поверхности 4 цилиндрического поршня 11 с торцем 12 гайки 13, сферическая поверхность 14 которой эксцентрична относительно резьбы 3 и взаимодействует со стенками 15 скважины, имеющей каверны 16. Между упором 2 и манжетой 5 помещена прокладка 17 из материала с низким коэффициентом трения скольжения.

Пакер работает следующим образом.

В скважину вводят устройство (смотри фиг.1) таким образом, чтобы поверхность 14 гайки 13 имела возможность взаимодействия со стенками 15 скважины, то есть, на том интервале скважины, где ее диаметр близок к проектному. При введении устройства в скважину не происходит заклинивания гайки 13 относительно стенок 15 скважины, так как поверхность 14 сферическая, а поверхность стенок 15 цилиндрическая и при любых возможных положениях они соприкасаются по окружности. Затем, вращают трубу 1 таким образом, чтобы происходило сближение упора 2 и торца 12 при взаимодействии гайки 13 с резьбой 3. Гайка 13 жестко фиксируется от проворачивания в скважине за счет эксцентриситета поверхности 14 относительно резьбы 3. При этом, торец 14 через посредство поршня 11 и упругих распорных элементов 8 воздействует на жесткие распорные элементы 7, в результате чего, происходит перераспределение элементов 7 в полости 6 уплотнительной манжеты 5 таким образом, что манжета 5 плотно прилегает к стенкам 15 скважины и точно повторяет сложный каверн 16 (фиг. 2,3), что и обеспечивает надежность пакеровки. Нормальные условия скольжения упругих распорных элементов 8 относительно жестких распорных элементов 7 и уплотнительной манжеты 5 в полости 6 обусловлены присутствием антиадгезионной жидкости 10, которая способствует равномерности перемещения и предохраняет от возникновения разрушений поверхностей элементов 7, 8 и манжеты 5. Нормальные условия скольжения уплотнительной манжеты 5 относительно упора 2 обеспечены прокладкой 10 из материала с низким коэффициентом трения скольжения, что предотвращает задиры манжеты 5 при вращении под нагрузкой относительно упора 2. Демонтаж пакера производят изменением направления вращения трубы 1. При этом, возврат манжеты 5, элементов 7 и 8 в исходное положение происходит за счет упругости элементов 8 и манжеты 5, при содействии антиадгезионной жидкости 10.

При использовании пакера достигается следующий положительный эффект: пакер вступает в работу сразу после установки; достигается высокая надежность пакеровки в кавернозных, в том числе и произвольно ориентированных в пространстве скважинах; применение относительно простых в изготовлении, из недефицитных материалов, жестких и упругих уплотнительных элементов, в виде гранул, позволяет уменьшить стоимость пакера; достигается более высокая производительности труда при монтаже и демонтаже пакера, по сравнению с известными конструкциями.

Изготовлен опытный образец, проведены лабораторные и натурные испытания.

Использование: в нефтяной и газовой промышленности для пакеровки скважин различного назначения. Обеспечивает повышение надежности пакеровки кавернозных и невертикальных скважин за счет более точного повторения профиля скважины уплотнительной манжетой. Сущность изобретения: устройство включает асимметрично установленную в скважине трубу с упором и цилиндрическим поршнем. На упоре установлена эластичная уплотнительная манжета. Она размещена между наружной поверхностью трубы, внутренней поверхностью манжеты и поршнем. Устройство имеет также жесткие и упругие распорные элементы и эксцентричную гайку. Она размещена на наружной поверхности трубы с возможностью взаимодействия с торцом поршня. На наружной поверхности трубы выполнена резьба под резьбу гайки. Внешняя поверхность гайки выполнена в виде сферы. Она выполнена эксцентричной относительно внутренней резьбовой поверхности гайки. Она соприкасается со стенками скважины. Жесткие и упругие распорные элементы выполнены в виде чередующихся слоев гранул, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пакер, включающий асимметрично установленную в скважине трубу с упором и цилиндрическим поршнем, установленную на упоре эластичную уплотнительную манжету и размещенную между наружной поверхность трубы, внутренней поверхностью манжеты и поршнем, жесткие и упругие распорные элементы, отличающийся тем, что он снабжен эксцентричной гайкой, размещенной на наружной поверхности трубы с возможностью взаимодействия с торцом поршня, на наружной поверхности трубы выполнена резьба под резьбу гайки, при этом внешняя поверхность гайки выполнена в виде сферы, эксцентричной относительно внутренней резьбовой поверхности гайки и соприкасающейся со стенками скважины, а жесткие и упругие распорные элементы выполнены в виде чередующихся слоев гранул. 2. Пакер по п.1, отличающийся тем, что гранулы распорных элементов размещены в антиадгезионной жидкости. 3. Пакер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен прокладкой с низким коэффициентом трения скольжения, размещенной между упором и уплотнительной манжетой.