ОПРЕССОВОЧНЫЙ ПАКЕР Российский патент 2000 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к газонефтедобывающей и геологоразведочной промышленности и предназначено для опрессовки обсадных колонн.

Известна конструкция пакера для испытания обсадных колонн на герметичность [1] . Пакер содержит корпус, состоящий из ствола с центральным осевым каналом и резьбой для соединения с колонной бурильных труб, кожуха, нижней опоры с ловильной корзиной. В верхней части корпуса в кольцевой полости, образованной кожухом и стволом и сообщенной с центральным осевым каналом радиальными каналами, помещен кольцевой поршень. Ниже поршня на стволе последовательно установлены толкатель, разборный конус и набор уплотнительных элементов, упирающихся в нижнюю опору. Пружина установлена между буртом кожуха и буртом толкателя для поджатия последнего вверх к поршню. На внутренней поверхности центрального осевого канала выше радиальных каналов выполнены два кольцевых выступа, причем верхний выступ выполнен большим диаметром. Выступы являются седлами под опорные сухари, закрепленные посредством срезных элементов. Опорные сухари закреплены на втулке, являющейся клапанным узлом пакера. В исходном положении пакера втулка подвешена сухарями большего диаметра на седле корпуса, а после их среза сухарями меньшего диаметра на седле, после чего происходит разобщение осевого и радиального каналов. На наружной поверхности втулки выполнены перепускные каналы в виде пазов для сообщения полости трубного канала с поршневой полостью. Во внутреннем канале втулки, в верхней его части, расположен шарнирный опорный клапан. Движение шара вниз ограничено седлом, вверх - опорными сухарями. Кожух, поршень, клапанная втулка снабжены уплотнительными элементами.

Однако известное устройство отличается сложностью конструкции и низкой надежностью в работе.

Наиболее близким аналогом изобретения является опрессовочный пакер, включающий корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, нижней втулкой и камерой уплотнения, перепускное устройство и обратный клапан [2].

Однако данное устройство также отличается сложностью конструкции и низкой надежностью в работе.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства. Необходимый технический результат достигается тем, что в опрессовочном пакере, включающем корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, нижней втулкой и камерой уплотнения, перепускное устройство и обратный клапан, согласно изобретению имеется клапанный узел со срезными элементами, шаровым клапаном и седлом под этот клапан в виде цилиндрической втулки, а корпус имеет кольцевой бурт ограничения перемещения нижней втулки, кольцевую проточку, ступенчатую кольцевую выточку и радиальные отверстия для установки срезных винтов, при этом перепускное устройство выполнено в виде золотника с внутренней ступенчатой выточкой, соответствующей ступенчатой выточке корпуса, пружиной и регулировочной гайкой, устанавливающей усилие пружины и длину хода золотника, а камера уплотнения образована уплотнительным элементом и кольцевой проточкой корпуса.

Устройство представлено на чертеже.

Устройство состоит из следующих основных узлов и деталей: корпуса, узла герметизации, перепускного устройства, обратного клапана и клапанного узла со срезными элементами.

Корпус выполнен в виде полого цилиндра 1 с двумя кольцевыми рядами 2, 3 радиальных отверстий, предназначенных для подачи рабочей жидкости в узел герметизации (нижний ряд) и перепускное устройство (верхний ряд). Наконечники корпуса снабжены резьбой для присоединения обратного клапана и клапанного узла со срезными элементами. На теле корпуса имеются кольцевая проточка 4, образующая с уплотнительным элементом 5 узла герметизации камеру уплотнения, а также ступенчатая кольцевая выточка 6, подачей в которую рабочей жидкости осуществляется перемещение золотника перепускного устройства.

Узел герметизации включает в себя уплотнительный элемент 5, снабженный верхней и нижней втулками 7, 8, выполненными с возможностью их осевого перемещения по телу корпуса, при этом перемещение нижней втулки ограничивается кольцевым буртом 9 на теле корпуса, а верхней - стопорным кольцом 10, установленным на корпусе пакера.

Перепускное устройство состоит из золотника 11 цилиндрической формы, снабженного внутренней ступенчатой выточкой 12, установленного на теле корпуса, подпружиненного спиральной пружиной 13 и перекрывающего верхний кольцевой ряд 2 радиальных отверстий. Спиральная пружина 13 упирается своим нижним концом в торец золотника 1, а верхним - в регулировочную гайку 14, навернутую на нижнюю часть корпуса клапанного узла со срезными элементами. Пружина служит для создания необходимого перепада давления с целью обеспечения надежного перекрытия ствола скважины при любых давлениях опрессовки.

Узел обратного клапана включает в себя полый корпус 5, клапан 16 конической формы, спиральную пружину 17 и зажимную гайку 18. Корпус имеет в своей верхней и нижней частях наружную резьбу для присоединения к телу корпуса пакера и колонне бурильных труб. В верхней части корпуса клапана имеется внутренняя резьба для ввинчивания зажимной гайки, торцевая часть которой снабжена гнездом под торцевой ключ для ее вворачивания в корпус клапана.

Клапанный узел со срезными элементами состоит из полого цилиндрического корпуса 19, седла 20, шара 21 и срезных винтов 22. Корпус снабжен в верхней и нижней своих частях внутренней резьбой для присоединения к колонне бурильных труб и к корпусу пакера, наружной резьбой для регулирования гайки 14, предназначенной для регулирования усилия перепускного устройства, кольцевым рядом радиальных резьбовых отверстий для установки срезных винтов 22, а также радиальными отверстиями 23 для сообщения внутрикамерной полости с полостью обсадной колонны при подъеме пакера. Седло выполнено в форме полого цилиндра и снабжено кольцевой проточкой 24 для установки срезных винтов 22.

Устройство работает следующим образом.

Пакер в собранном виде спускают на трубах (бурильных, насосно-компрессорных и пр.) в скважинах на заданную глубину. При этом скважинная жидкость, преодолевая усилие спиральной пружины обратного клапана, открывает его и заполняет полость колонных труб. По завершении спуска пакера в скважину (в трубы) нагнетают рабочую жидкость. При этом обратный клапан закрывается. В стволе пакера образуется избыточное давление, под воздействием которого жидкость по радиальным отверстиям нижнего ряда в корпусе пакера поступает в камеру уплотнения и, разжимаемая эластичный элемент узла герметизации, перекрывает ствол скважины. По завершении этой операции устье скважины герметизируют и продолжают процесс нагнетания жидкости в колонну бурильных труб. При достижении давления нагнетания величины, равной усилию пружины перепускного устройства, под воздействием давления нагнетаемой жидкости золотник смещается вверх, открывая кольцевой канал для прохождения жидкости из ствола пакера в затрубное пространство. Путем дальнейшего нагнетания рабочей жидкости давление в затрубном пространстве поднимают до намеченного давления опрессовки, выдерживают его заданное время. После окончания опрессовки сбрасывают давление и в трубах и в затрубном пространстве. При снижении давления эластический элемент восстанавливает свою форму и пакер освобождается.

При необходимости проведения процесса опрессовки в другом интервале колонну труб вместе с пакером спускают на необходимую глубину и операцию повторяют.

После завершения опрессовочных работ в трубы сбрасывают шар для введения в действие клапанного узла со срезными элементами. В трубы нагнетают рабочую жидкость до давления, превышающего давление срезки винтов устройства. После чего седло, смещаясь вниз, открывает отверстия в корпусе клапана, создавая канал перетока жидкости из полости труб в затрубное пространство. При подъеме труб с пакером жидкость вытекает из полости труб, позволяя вести их подъем без перелива.

Источники информации
1. Справочник. Оборудование и инструмент для предупреждения и ликвидации фонтанов, М.: Недра, 1996, с. 138 - 140.

2. SU 1788209 A1, 15.01.93.

Изобретение относится к газонефтедобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для опрессовки обсадных колонн в скважинах. Обеспечивает повышение надежности работы устройства. Сущность изобретения: устройство включает корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, нижней втулкой и камерой уплотнения, перепускное устройство, обратный клапан и клапанный узел. Клапанный узел имеет срезные элементы, шаровой клапан и седло под него в виде цилиндрической втулки. Корпус имеет кольцевой бурт ограничения перемещения нижней втулки, кольцевую проточку, ступенчатую кольцевую выточку и радиальные отверстия для установки срезных винтов. Перепускное устройство выполнено в виде золотника с внутренней ступенчатой выточкой, пружиной и регулировочной гайкой. Она устанавливает усилие пружины и длину хода золотника. Камера уплотнения образована уплотнительным элементом и кольцевой проточкой корпуса. 1 ил.

Опрессовочный пакер, включающий корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, нижней втулкой и камерой уплотнения, перепускное устройство и обратный клапан, отличающийся тем, что он имеет клапанный узел со срезными элементами, шаровым клапаном и седлом под этот клапан в виде цилиндрической втулки, а корпус имеет кольцевой бурт ограничения перемещения нижней втулки, кольцевую проточку, ступенчатую кольцевую выточку и радиальные отверстия для установки срезных винтов, при этом перепускное устройство выполнено в виде золотника с внутренней ступенчатой выточкой, соответствующей ступенчатой кольцевой выточке корпуса, пружиной и регулировочной гайкой, устанавливающей усилие пружины и длину хода золотника, а камера уплотнения образована уплотнительным элементом и кольцевой проточкой корпуса.