ПАКЕР Российский патент 1999 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено, в частности, для разобщения пластов в скважинах, преимущественно в качестве пакеров, устанавливаемых на обсадных колоннах.

Известен пакер для разобщения межтрубного пространства в скважинах, содержащий корпус и установленный на его наружной поверхности уплотнительный элемент, причем выступающие за пределы этого элемента концы корпуса выполнены с большими диаметрами по сравнению с его средней частью (1). Для центрирования уплотнительного элемента в обсадной колонне на его торцах имеются разрезные кольца.

Недостатком известного пакера является то, что из-за отсутствия в его конструкции центральной трубы, которая могла бы быть составной частью обсадной колонны после установки пакера, он не может быть использован в качестве заколонного пакера. Кроме того, из-за отсутствия в конструкции элементов, которые могли бы центрировать весь пакер как при его спуске, так и при установке, он не может быть применен в условиях открытого ствола скважины, поскольку при спуске будет повреждаться уплотнительный элемент о стенки скважины, а при установке не будет достигнута должная герметизация разобщения пластов из-за отсутствия центрирования всего пакера, что весьма важно в горизонтальных и наклонных скважинах.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является пакер заколонный, включающий корпус с центральным и впускным каналами, уплотнительный элемент и размещенную на корпусе оболочку, образующую с его наружной стенкой гидравлическую камеру, сообщенную впускным каналом, перекрытым обратным клапаном, с центральным каналом корпуса (2).

Недостатком этого пакера является низкая надежность разобщения пластов в открытом стволе скважины из-за отсутствия в его конструкции элементов, обеспечивающих защиту уплотнительного элемента от повреждений при спуске пакера в скважину, а также предотвращающих продольное растекание этого элемента в уплотняемом зазоре при установке пакера. Указанный недостаток усугубляется еще и тем, что из-за отсутствия возможности центрирования пакера как при спуске, так и при установке становятся также неизбежными повреждения уплотнительного элемента, перекосы и смещения всего пакера относительно оси симметрии скважины в интервале его установки. Указанные недостатки можно устранить использованием в конструкции пакера специальных центраторов, защитных кожухов и антизатекателей уплотнителя. Однако это приведет к усложнению его конструкции.

Цель изобретения - повышение надежности разобщения пластов в скважине.

Эта цель достигается тем, что в описываемом пакере, включающем корпус с центральным и впускным каналами, уплотнительный элемент и размещенную на корпусе оболочку, образующую с его наружной стенкой гидравлическую камеру, сообщенную впускным каналом, перекрытым обратным клапаном, с центральным каналом корпуса, согласно изобретению, оболочка выполнена продольно гофрированной, а уплотнительный элемент размещен снаружи ее средней части, причем концевые участки оболочки, примыкающие к уплотнительному элементу, выполнены с диаметрами описанных вокруг них окружностей. большими по сравнению с ее средней частью на величину, обеспечивающую предотвращение трения этого элемента о стенки при спуске пакера в скважину, а периметр их после выправления гофр оболочки внутренним давлением равен периметру скважины в месте установки пакера.

Такая конструкция пакера обеспечивает защиту уплотнительного элемента от повреждений при спуске пакера в скважину, предотвращает затекание этого элемента вниз и вверх от места его установки на пакере и за счет центрирования позволяет обеспечить равномерное уплотнение разобщаемой зоны.

Предлагаемый пакер отличается от пакера, принятого за прототип, формой выполнения оболочки, образующей с корпусом гидравлическую камеру, и местом установки уплотнительного элемента, благодаря чему оболочка приобрела новые свойства: она стала выполнять дополнительные функции центратора и поршня, прижимающего уплотнительный элемент к стенке скважины, что в целом повышает работоспособность пакера, а следовательно, и надежность разобщения пластов. Это не известно из предшествующего уровня техники, и следовательно, данное техническое решение отвечает критериям изобретения - "новизна" технического решения и "промышленная применимость".

Указанные усовершенствования пакера не следуют явным образом из уровня техники. Следовательно, новый пакер соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан предлагаемый пакер в транспортном положении; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - пакер после установки его в скважине; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 4.

Пакер (фиг. 1) содержит корпус 1 в виде обсадной трубы с резьбами 2 по концам (для соединения с обсадной колонной), центральным 3 и впускным 4 каналами, последний из которых перекрыт обратным клапаном 5. На корпусе 1 жестко закреплена металлическая оболочка 6 с продольными гофрами 7 (фиг. 2, 3), на которой размещен уплотнительный элемент 8 (герметик, резина и т.п.). Концы 9 оболочки 6 выполнены так, что диаметры (Д) описанных вокруг них окружностей в исходном положении пакера превышают диаметр (д) уплотнительного элемента 8, примерно, на 2-4 мм, с тем, однако, что периметры концов 9 оболочки 6 после выправления ее гофр 7 должны быть равны периметру скважины 10, измеренному в интервале установки пакера (фиг. 5).

Оболочка 6 с наружной стенкой корпуса 1 образует гидравлическую камеру 11, сообщенную через клапан 5 и впускной канал 4 с центральным каналом 3 корпуса 1.

Пакер работает следующим образом.

С помощью резьб 2 пакер устанавливают в определенном интервале обсадной колонны (не показана), соответствующем интервалу разобщения пластов, и спускают на ней в скважину 10. При этом низ обсадной колонны заглушают башмаком с шаровым клапаном (не показан).

Благодаря тому что концевые участки 9 оболочки 6 пакера имеют больший диаметр описанной вокруг них окружности, чем диаметр уплотнительного элемента 8 в исходном положении пакера, эти участки защищают элемент 8 от повреждений и одновременно центрируют пакер при спуске его в скважину.

По достижении пакером интервала его установки в обсадной колонне закачкой жидкости создают давление в пределах 15-18 МПа, которое через впускной канал 4 и обратный клапан 5 распространяется в гидравлическую камеру 11 и выправляет складки гофр 7 оболочки 6 до прижатия ее концевых участков 9 к стенке скважины 10 (фиг. 4, 5). Одновременно происходит выправление и складок гофр 7 средней части оболочки 6. Поскольку диаметр описанной окружности вокруг средней части оболочки 6 меньше, чем у концевых участков 9, то стенки его не доходят до стенок скважины 10, а лишь плотно прижимают к нему уплотнительный элемент 8 (фиг. 6). При этом концевые участки 9 оболочки 6 препятствуют затеканию уплотнительного элемента 8 за их пределы, что способствует более надежному разобщению пластов. Этот эффект усиливается еще и тем, что деформация уплотнительного элемента происходит в условиях центрирования всего пакера относительно стенок скважины концевыми участками 9, благодаря чему достигается равномерное уплотнение разобщаемого участка скважины. Очевидно, что изменения давления в гидравлической камере 11 в процессе работы пакера не будут иметь никаких последствий, а клапан 5 после расширения оболочки 6 будет обеспечивать герметичность обсадной колонны. Пакер конструктивно прост и надежен.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1726730, E 21 В 33/12, 1992.

2. Авторское свидетельство СССР N 1627665, E 21 В 33/12, 1991.

Использование: в бурении скважин и предназначено для разобщения пластов в процессе их строительства. Обеспечивает повышение надежности разобщения пластов в скважинах. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с центральным и впускным каналами. Впускной канал перекрыт клапаном. Устройство имеет уплотнительный элемент и установленную на корпусе оболочку. Она образует с его наружной стенкой гидравлическую камеру, сообщенную через клапан и впускной канал с центральным каналом корпуса. Указанная оболочка выполнена продольно гофрированной. Уплотнительный элемент размещен снаружи ее средней части. Концы оболочки имеют диаметры описанных вокруг них окружностей в исходном положении пакера, превышающие диаметр уплотнительного элемента на величину, обеспечивающую защиту этого элемента от повреждений при спуске пакера в скважину. Периметры концов после выправления оболочки равны периметру скважины, измеренному в интервале установки пакера. 6 ил.

Пакер, устанавливаемый на колонне обсадных труб в скважине, включающий корпус с центральным и впускным каналами, уплотнительный элемент и размещенную на корпусе оболочку, образующую с его наружной стенкой гидравлическую камеру, сообщенную впускным каналом, перекрытым обратным клапаном, с центральным каналом корпуса, отличающийся тем, что оболочка выполнена продольно-гофрированной, а уплотнительный элемент размещен снаружи ее средней части, причем концевые участки оболочки, примыкающие к уплотнительному элементу, выполнены с диаметрами описанных вокруг них окружностей, большими по сравнению со средней ее частью на величину, обеспечивающую предотвращение трения этого элемента о стенки при спуске пакера в скважину, а периметр их после выправления гофр оболочки изнутри давлением равен периметру скважины в месте установки пакера.