ЯКОРЬ-ПАКЕР ПШЕНИЧНОГО П.Л. Российский патент 1999 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относятся к области бурения, эксплуатации, исследования и ремонта скважин всех назначений, где требуется: глухая герметизация устья скважины, герметизация устья скважины с обеспечением прохода жидкой или газообразной среды через него на дневную поверхность или обратно, восприятие осевой нагрузки любой практически необходимой величины, возникающей от перепада давления под ним и над ним, веса подвешенных к якорь-пакеру устройств и осевых сил и крутящих моментов, возникающих от работы этих устройств, управление двигателем, подвешенным под якорь-пакером Пшеничного.

Известен якорь-пакер в двух или многополостном исполнении. Эта принципиальная схема обеспечивает возможность увеличения осевой нагрузки и крутящего момента на него пропорционально числу полостей, образованных между якорной манжетой и корпусом пакера, т.е. до практически необходимой величины, расширяя диапазон применения надувного пакера в десятки или сотни раз (1).

В качестве наиболее близкого аналога к предложенному изобретению принят якорь-пакер, содержащий соединенный с колонной насосно-компрессорных труб полый корпус с обводным каналом, гидравлически связанным с полостями скважины выше и ниже якорь-пакера, установленную на корпусе эластичную якорную многополостную манжету, соединенную с корпусом герметично накидными гайками на концах и бандажами в промежутках между ними и образующую с корпусом для гидравлически соединенных между собой и полостью колонны насосно-компрессорных труб кольцевых камер под якорной манжетой, размещенный концентрично в корпусе транзитный переходник с осевым приемным каналом, соединенный с колонной насосно-компрессорных труб (3).

Известные устройства имеют следующие недостатки:
- отсутствие возможности прохода через пакер с дневной поверхности в подпакерную полость скважины и ниже вращающегося полого переходника, приводящего в действие золотниковое распределительное устройство ниже расположенного "двигателя устройства для отворота труб Пшеничного П.Л." по патенту РФ N 2 015 301 Пшеничного П. Л. с названным устройством или скважинным погружным насосом;
- при заякоренном пакере и открытом обводном канале, сообщающем подпакерную и надпакерную полости скважины, жидкость, содержащаяся в них, при изменении гидростатического давления может беспрепятственно переходить, например, из подпакерной в надпакерную полость или обратно;
- отсутствие возможности оперативного регулирования величины перепада давления энергоносителя, поступающего с дневной поверхности и после редуцирования поступающего в надувные полости якорь-пакера Пшеничного для его заякоривания, промывки скважины и питания "двигателя устройства для отворота труб" или скважинного насоса, к нему подвешенного.

Техническим результатом изобретения является следующее:
- обеспечение возможности прохода нижней части колонны труб в виде вращающегося неподвижного в осевом направлении транзитного переходника через всю длину якорь-пакера Пшеничного, прочно-плотной стыковке его с золотниковым устройством ниже расположенного двигателя и подачи в двигатель энергоносителя;
- при сохранении возможности свободного прохода через корпус якорь-пакера Пшеничного отработавшего энергоносителя из подпакерной полости скважины в надпакерную и обратно, обеспечить возможность его движения только из подпакерной в надпакерную полость, с исключением его возврата в автоматическом режиме;
- обеспечить возможность регулирования перепада величины редуцирования энергоносителя в зависимости от условий применения якорь-пакера и обеспечения возможности достижения его максимального КПД;
- обеспечение возможности автоматического повышения качества уплотнения цилиндрово-золотниковой пары редукционной полости на его рабочем ходу и его понижения на холостом ходу;
- обеспечение возможности блокировки "двигателя для отворота труб Пшеничного П. Л. ", патент РФ N 2 015 301, с якорь-пакером Пшеничного верхним концом, а нижним концом с "устройством для развинчивания труб в скважине" или с "погружным насосом".

Необходимый технический результат достигается тем, что в якорь-пакере, содержащем соединенный с колонной насосно-компрессорных труб полый корпус с обводным каналом, гидравлически связанным с полостями скважины выше и ниже якорь-пакера, установленную на корпусе эластичную якорную многополостную манжету, соединенную с корпусом герметично накидными гайками на концах и бандажами в промежутках между ними и образующую с корпусом, для гидравлически соединенных между собой и полостью колонны труб кольцевых камер под якорной манжетой, размещенный концентрично в корпусе транзитный переходник с осевым приемным каналом, соединенным с колонной насосно-компрессорных труб, согласно изобретению корпус образован двумя концентрично расположенными наружной и внутренней трубами, образующими кольцевой канал и нижний цоколь, в котором образована редукционная полость с кольцевым золотниковым клапаном, подпираемым тарированной пружиной и регулировочной гайкой, регулирующей якорную способность, а транзитный переходник посажен в нижнем цоколе с возможностью вращения и имеет два наклонных золотниковых канала и один выкидной канал, при этом его осевой приемный канал выполнен в верхней части, а его выкидной канал сблокирован с золотниковым устройством ниже расположенного двигателя, стыкуемого с устройством для развинчивания труб в скважине или флюидным насосом, взаимодействующим с кольцевым золотниковым клапаном, а обводной канал снабжен обратным клапаном и гидравлически соединен в нижнем поколе с кольцевым каналом с выходом в верхнем конце корпуса в надпакерную полость скважины через обратный клапан.

Перечень фигур графических изображений:
фиг. 1 - якорь-пакер Пшеничного, вертикальный разрез общего вида;
фиг. 2 - то же, вертикальный разрез нижней половины устройства;
фиг. 3 - то же, вертикальный разрез верхней половины устройства;
фиг. 4 - компановка устройства с двигателем по патенту РФ N 2 015 301 Пшеничного П.Л. и погружным насосом;
фиг. 5 - компановка устройства с двигателем по патенту РФ N 2 015 301 и устройством для отворота руб.

Устройство содержит монолитный корпус 1, включающий две концентрично расположенные трубы: наружную 2 и внутреннюю 3 с резьбой на верхнем конце, монолитные с нижним цоколем 4, наружная коническая поверхность которого снабжена перекрестно расположенными, пирамидальной формы щипами 5 (с притупленными вершинами). Они предназначены для взаимодействия с внутренней поверхностью стандартной якорной манжеты 6 (без повреждения целостности ее поверхности). Щипы пригодны для восприятия осевых сил и крутящих моментов, действующих между корпусом 1 и якорной манжетой 6. Аналогичными щипами снабжен и верхний цоколь 7. Между цоколями 4 и 7 находится промежуточный участок 8, наружный диаметр которого больше наружного диаметра трубы 2 с переходными каналами 9. Концы якорной манжеты 6 посажены на цоколи 4 и 7, закреплены и загерметизированы накидными гайками 10, 11 к ним, образуют надувные полости 12, 13 и другие (количество и длина которых определяется расчетом в зависимости от условий применения). К промежуточному участку 8 (количество которых определяется расчетом) якорная манжета 6 прочно крепится бандажами 14. В нижнем цоколе 4 образована редукционная полость 15, продолжением которой является цилиндр 16, содержащий кольцевой золотниковый клапан 17 с каналами 18, 19 и уплотнительными манжетами 20, 21 в нем, поджимаемый вверх тарированной пружиной 22 и регулировочной гайкой 23. Редукционная полость 15 наклонным каналом 24 сообщается с надувной полостью 12 и далее, каналом 9 - с надувной полостью 13 и т.д. Каналом 25 подпакерная полость скважины, при заякоренном якорь-пакере Пшеничного и обводным каналом 26, сообщается с надпакерной полостью скважины. Для исключения произвольного перехода флюида из подпакерной полости скважины в надпакерную или обратно при заякоренном якорь-пакере Пшеничного в обводной канал 26 встраивается обратный клапан 27 (на чертеже не показан), пропускающий флюид только в заданном направлении. Вторым равноценным местом установки названного клапана 27 является верхний торец якорь-пакера Пшеничного, отвод флюида от которого предусмотрен в двух вариантах:
- по кольцевому зазору между колонной насосно-компрессорных труб и стенками скважины;
- по дополнительному шлангу или трубе (на чертеже не показан), непосредственно от клапана на дневную поверхность, что определяется величиной зазора между колонной насосно-компрессорных труб и стенками скважины.

В трубу 3 посажен с возможностью вращения транзитный переходник 28 с приемным каналом 29 и двумя наклонными каналами 30, 31 и выкидным каналом 32. Осевые перемещения переходника 28 исключены наличием на нем муфт 33 и 34, которыми он прочно-плотно состыкован с колонной насосно-компрессорных труб и, например, с вращающимся золотником нижерасположенного двигателя 35, который своим корпусом или муфтой состыкован с якорь-пакером Пшеничного.

Устройство работает следующим образом.

Устройство, спущенное на заданную глубину скважины, верхним концом переходника 28 и муфтой 33 подвешено к вращающейся и несущей энергоноситель колонне насосно-компрессорных труб (на чертеже не показано), выходящее на дневную поверхность и сблокированное со шпинделем бурового станка, снабженного гидронасосом. На дневной поверхности энергоносителя, подаваемый насосом, заполняет канал 29 переходника 28 и через канал 30 поступает в редукционную полость 15, выход из которой закрыт золотниковым кольцевым клапаном 17, подпираемый тарированной пружиной 22 и гайкой 23. При нарастании давления энергоносителя он через канал 24 поступает в полость 12, а из нее через канал 9 - в полость 13 (и другие), раздувая и надувая участки якорной манжеты, образованные между участками ее крепления к корпусу, заякоривая якорь к стенкам скважины. При дальнейшем повышении давления энергоносителя золотниковый кольцевой клапан 17, сжимая пружину 22, откроет канал 31, 32, обеспечивая поступление энергоносителя к вращающемуся золотнику двигателя 35, расположенного ниже якорь-пакера и прочно-плотно состыкованного с ним. При описанных условиях якорь-пакер Пшеничного обеспечивает статику устройства относительно скважины, питание нижерасположенного двигателя и промывку скважины энергоносителем. Энергоноситель, израсходовав свой запас потенциальной энергии на заякоривание якорь-пакера Пшеничного, работу двигателя и промывку скважины, вытесняется из подпакерной полости скважины в надпакерную через обводной канал 26 и обратный клапан 27, запирающий его. При необходимости исключения произвольного возврата отработавшего энергоносителя - флюида из надпакерной полости в подпакерную полость скважины, в обводной канал 26 встраивается обратный клапан. При этом выброс флюида будет осуществляться в надпакерное кольцевое пространство, образованное между колонной насосно-компрессорных труб и стенками скважины. В другом случае вывод флюида на дневную поверхность может осуществляться по шлангу (или трубе), закрепленному к верхнему торцу якорь-пакера Пшеничного (на чертеже не показано). Одновременно с повышением давления энергоносителя он через каналы 18, 19 поступает под манжетные уплотнения 20, 21, прижимая их к стенкам цилиндра 16, пропорционально повышая качество уплотнения золотниково-цилиндровой пары. С понижением давления энергоносителя степень уплотнения золотниково-цилиндровой пары автоматически упраздняется, золотниковый клапан передвигается свободно с минимальным трением о стенки цилиндра, предохраняется от преждевременного износа и способствует повышению КПД этого узла.

Регулирование якорной способности КПД якорь-пакера Пшеничного.

Часть давления энергоносителя, поступающего в приемный канал 29 переходника 28, расходуется на заякоривание якорь-пакера Пшеничного к стенкам скважины, что обеспечивается степенью его редуцирования в редукционной полости 15. С повышением степей редуцирования увеличивается якорная способность и одновременно с этим уменьшается содержание потенциальной энергии в энергоносителе, поступающем для работы двигателя и для промывки скважины, при соответствующем понижения КПД якорь-пакера Пшеничного. В зависимости от конкретных условий, степень редуцирования регулируется гайкой 23 и тарированной пружиной 22, с учетом реального наличия контактирующей поверхности якорной манжеты со стенками скважины и ее прочности на поперечный разрыв и скручивание на переходных участках крепления якорной манжеты к корпусу. При использовании якорь-пакера Пшеничного только в качестве пакера его обводной канал 26 герметизируется пробкой.

Прекращение работы и извлечение якорь-пакера Пшеничного из скважины.

После прекращения подачи энергоносителя и снятия его давления надувные участки якорной манжеты 6 и уплотнительных манжет 20, 21, благодаря присущим им физическим свойствам эластичности, регламентируемой соответствующими нормами, автоматически погашаются. Кольцевой золотниковый клапан 17 под действием тарированной пружины 22 при минимальном трении и износе беспрепятственно приходит в исходное положение.

Таким образом, совокупность всех перечисленных существенных признаков предлагаемого изобретения обеспечивает получение технического результата, а именно: обеспечивается возможность прохода нижней части вращающейся колонны насосно-компрессорных труб через всю длину якорь-пакера с исключением осевых перемещений при прочно-плотной стыковке ее с золотниковым устройством ниже расположенного двигателя и с проходом флюида из надпакерной полости на дневную поверхность; исключается возможность произвольного возврата отработавшего флюида из надпаркерной полости скважины в подпакерную; обеспечивается возможность регулирования степени прижатия надувной якорной манжеты к стенкам скважины или к обсадной колонне труб в зависимости от потребной величины якорной способности и КПД и возможности вывода флюида от якорь-пакера на дневную поверхность в заданном направлении; обеспечивается возможность автоматического повышения качества уплотнения цилиндрово-золотниковой пары двигателя по патенту Пшеничного на рабочем ходу и ее исключение на холостом ходу; обеспечивается возможность блокировки двигателя с якорь-пакером верхним концом и с устройством для развинчивания труб в скважине (авторское свидетельство N 1 125 355 Пшеничного) или флюидным насосом нижним концом двигателя.

Литература
SU 894176 A, 30.12.81.

SU 1465540 A1, 15.03.89.

Использование: в области бурения, эксплуатации и ремонта скважин. Обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства. Сущность изобретения: устройство содержит полый корпус с обводным каналом. На корпусе установлена эластичная якорная многополостная манжета. Она образует о корпусом гидравлически соединенные между собой и полостью колонны насосно-компрессорных труб кольцевые камеры под якорной манжетой. В корпусе концентрично размещен транзитный переходник. Сам корпус образован концентрично расположенными наружной и внутренней трубами. Они образуют кольцевой канал и нижний цоколь, в нем -редукционная полость о кольцевым золотниковым клапаном. Транзитный переходник посажен в нижнем цоколе с возможностью вращения и имеет два наклонных золотниковых канала и один выкидной канал. Этот канал блокирован с золотниковым устройством ниже расположенного двигателя, стыкуемого с устройством для развинчивания труб в скважине или флюидным насосом. Обводной канал снабжен обратным клапаном и гидравлически соединен в нижнем цоколе с кольцевым каналом с выходом в верхнем конце корпуса в надпакерную полость скважины через обратный клапан. 5 ил.

Якорь-пакер, содержащий соединенный с колонной насосно-компрессорных труб полый корпус с обводным каналом, гидравлически связанным с полостями скважины выше и ниже якоря-пакера, установленную на корпусе эластичную якорную многополостную манжету, соединенную с корпусом герметично накидными гайками на концах и бандажами в промежутках между ними и образующую с корпусом для гидравлически соединенных между собой и полостью колонны насосно-компрессорных труб кольцевых камер под якорной манжетой размещенный концентрично в корпусе транзитный переходник с осевым приемным каналом, соединенным с колонной насосно-компрессорных труб, отличающийся тем, что корпус образован двумя концентрично расположенными наружной и внутренней трубами, образующими кольцевой канал и нижний цоколь, в котором образована редукционная полость с кольцевым золотниковым клапаном, подпираемым тарированной пружиной и регулировочной гайкой, регулирующей якорную способность, а транзитный переходник посажен в нижнем цоколе с возможностью вращения и имеет два наклонных золотниковых канала и один выкидной канал, при этом его осевой приемный канал выполнен в верхней части, а его выкидной канал сблокирован с золотниковым устройством нижерасположенного двигателя, стыкуемого с устройством для развинчивания труб в
скважине или флюидным насосом, взаимодействующим с кольцевым золотниковым клапаном, а свободный канал снабжен обратным клапаном и гидравлически соединен в нижнем цоколе с кольцевым каналом с выходом в верхнем конце корпуса в надпакерную полость скважины через обратный клапан.