ПАКЕР Российский патент 2001 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам применяемым при эксплуатации и ремонте скважин.

Известен пакер для перекрытия затрубного пространства, взятый нами в качестве прототипа, включающий корпус, выполненный в виде трубы, на котором закреплены рабочие манжеты и ограничительная манжета. Для предотвращения повреждения манжет о стенку эксплуатационной колонны они защищены кожухом с дном, стенкой с верхним торцом и направляющей втулкой.

Кожух, корпус и нижняя ограничительная манжета образуют кольцевую камеру. Против этой камеры в корпусе выполнены радиальные отверстия для подачи рабочей жидкости. Под ограничительной манжетой на расстоянии, обеспечивающем съем кожуха только с рабочих манжет, исключая съем с ограничительной манжеты, установлен опорный стакан с торцом. В кольцевом пространстве опорного стакана установлена пружина, которая поджимает кожух в направлении расположения самоуплотняющихся манжет. Опорный стакан жестко крепится ступенчатыми фиксирующими элементами. В полости пакера на уровне дна опорного стакана установлено седло при помощи того же ступенчатого фиксирующего элемента с его цилиндрическим концевым выступом.

Для перекрытия седла отверстия, с целью создания давления в полости лифтовой колонны предусмотрен дополнительный (вспомогательный) запорный орган (шар), который сбрасывается сверху в скважину после окончания спуска [1].

Недостатками пакера являются узкая технологическая возможность его использования, т. к. он применяется только для разобщения полости межтрубного пространства при пропуске флюида через него и недостаточная надежность герметизации затрубного пространства при высоком давлении рабочей жидкости, а также низкая надежность фиксации из-за отсутствия заякоривающих элементов, а установка их приводит к усложнению конструкции в целом.

Задачей изобретения, является расширение технологических возможностей пакера, а именно повышение надежности зацепа и фиксации пакера с хвостовиком при наращивании насосно-компрессорных труб меньшего диаметра в скважине на определенной глубине при одновременном увеличении надежности герметизации межтрубного пространства.

Поставленная задача решается тем, что в известном пакере, содержащем корпус, выполненный в виде трубы, на котором размещены фиксирующие элементы и манжетные уплотнители, седло под сбрасываемый с поверхности запорный орган и кожух, при этом сверху и снизу фиксирующих элементов выполнены заякоривающие узлы, пакер снабжен нажимной втулкой, выполненной с двумя соосными отверстиями, внутренней резьбой, расточкой и внутренним наклонным выступом на конце втулки, размещенной концентрично на ограниченно подвижной втулке с собачкой с возможностью скольжения относительно последней и корпуса, причем втулка с собачкой выполнена ступенчатой с прорезями в виде цанги с обточкой снаружи и с расточкой внутри, а также с наклонным внутренним буртом в конце прорези и с фаской, либо с округлением в виде сферы снаружи и размещена в полости нажимной втулки, между торцом верхней конусной втулки и внутренним наклонным выступом нажимной втулки, концентрично корпусу с возможностью захвата концевыми внутренними буртами за наклонные стенки канавки, выполненные на наружной поверхности корпуса, при этом внутренний диаметр концевого наклонного бурта меньше наружного диаметра корпуса на величину двух высот канавки корпуса, при этом верхняя конусная втулка жестко связана с нажимной втулкой и скользяще-подвижно с корпусом, а нижняя конусная втулка выполнена жестко с корпусом, причем направляющая этой конусной втулки выполнена в виде пластинчатой пружины, размещенной нижним концом подвижно в направляющей канавке в нижней части плашки с зубцами, а другим концом прикреплена жестко на большом диаметре этой конусной втулки, при этом между торцами нажимной и нижней конусной втулки размещены манжетные уплотнители с ограничительными шайбами.

Поставленная задача также решается тем, что заякоривающие узлы выполнены в виде плашек с зубцами, размещенными на направляющих конусных втулках, расположенных в верхней и нижней частях концентрично корпусу, причем верхние плашки с зубцами и малые диаметры конусных втулок выполнены направленными вверх, а нижние плашки с зубцами и малые диаметры конусных втулок выполнены направленными вниз.

Поставленная задача также решается тем, что пакер дополнительно снабжен вспомогательной трубкой, размещенной концентрично внутри корпуса, седлом, установленным жестко к торцу верхней конусной втулки.

Геофизическая головка в верхней части соединена жестко с корпусом при помощи срезного штифта и с вспомогательной стопорной трубкой при помощи винта, при этом винт прикреплен к вспомогательной стопорной трубке жестко, а с геофизической он соединен с установленной подвижностью по оси.

В транспортом положении верхняя конусная втулка и кожух жестко связаны при помощи срезных штифтов с вспомогательной стопорной трубкой, а корпус, установленный подвижно (концентрично) между ними имеет продольные сквозные пазы против этих срезных штифтов.

Существенными отличительными признаками заявленного изобретения в сравнении с прототипом являются
- пакер снабжен нажимной втулкой, выполненной с двумя соосными отверстиями, внутренней резьбой, расточкой и внутренним наклонным выступом на конце втулки, размещенной концентрично на ограниченно подвижной (вверх-вниз) втулке с собачкой с возможностью скольжения относительно последней и корпуса;
- заякоривающие узлы выполнены в виде плашек с зубцами, размещенными на направляющих конусных втулках, расположенных в верхней и нижней частях концентрично корпусу, при этом верхние плашки с зубцами и малые диаметры конусных втулок направлены верхние - вверх, а нижние - вниз;
- втулка с собачкой выполнена в виде ступенчатой втулки с прорезями как цанга, с обточкой снаружи и с расточкой внутри, а также с наклонным внутренним буртом в конце прорези и с фаской либо с округлением в виде сферы снаружи, размещена в полости нажимной втулки, между торцом верхней конусной втулки и внутренним наклонным выступом нажимной втулки концентрично корпусу с возможностью захвата концевыми внутренними буртами за наклонные стенки канавки, выполненные на наружной поверхности корпуса, при обратном ходе нажимной втулки, а при движении "вперед" (вниз) - скольжения по наружной поверхности этих канавок, причем внутренний диаметр концевого наклонного бурта меньше наружного диаметра корпуса на величину двух высот канавки корпуса;
- верхняя конусная втулка жестко связана с нажимной втулкой и скользяще-подвижно с корпусом, а нижняя конусная втулка - жестко с корпусом;
- причем направляющая нижней конусной втулки, выполненная в виде пластинчатой (упругой) пружины, она с нижним концом расположена подвижно в направляющей канавке в нижней части плашки с зубцами, а другим прикреплена жестко на большом диаметре этой конусной втулки;
- между торцами нажимной и нижней конической втулки размещены манжетные уплотнители с ограничительными шайбами;
- пакер снабжен вспомогательной трубкой, размещенной концентрично внутри корпуса, седлом, установленным жестко к торцу верхней конусной втулки.

Вышеприведенные существенные отличительные признаки нам были не известны из патентной и научно-технической информации и в совокупности с известными позволяют решить задачу, поставленную изобретением, и в связи с этим мы считаем заявленные существенные отличительные признаки "Новыми".

На заявленное изобретение выполнены рабочие чертежи и изготовлен опытный образец, который прошел успешное испытание на Вуктыльском газоконденсатном месторождении. Может быть легко изготовлен в условиях мастерских промысла. В связи с этим считаем, что изобретение соответствует критерию "Промышленная применимость".

Заявленное изобретение не является очевидным для среднего специалиста в данной области и в связи с этим соответствует "Изобретательскому уровню".

Ha фиг. 1 представлен пакер, спускаемый на канате в скважину, в транспортном положении; фиг. 2 - после предварительного подъема, заклинивающие узлы, фиксирующие элементы и манжетные уплотнители в рабочем положении; фиг. 3 - после извлечения вспомогательной стопорной трубки, рабочее положение; на фиг. 4 - разрез А- А на фиг. 2, на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 2, на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 2.

Пакер состоит из корпуса 1, выполненного в виде трубы, на котором размещены манжетные уплотнители 2 с ограничительными шайбами 3.

В верхней и нижней частях корпуса размещены заякоривающие узлы, выполненные в виде верхних плашек с зубцами 4 и конусной втулки 5, которая малым конусным диаметром направлена вверх, а нижние плашки с зубцами 6 и конусная втулка 7 малым конусным диаметром направлены вниз.

В нижней части верхней конусной втулки 5 посредством резьбы крепится нижняя втулка 8, выполненная с двумя соосными отверстиями 9 и 10 (см. фиг. 1), внутренней резьбой 11, расточкой 12 и внутренним наклонным выступом 13 на конце втулки 8. Втулка 8 размещена концентрично втулке с собачкой 14 с возможностью скольжения относительно корпуса 1.

Втулка с собачкой 14 выполнена в виде ступенчатой втулки с прорезями 15 (см. фиг. 5) как цанга, с обточкой 16 снаружи и с расточкой 17 внутри, а также с наклонным внутренним буртом 18 в конце прорези 15 и с фаской 19. Втулка с собачкой 14 размещена в полости нажимной втулки 8, между торцом верхней конусной втулки 5 и внутренним наклонным выступом 13 нажимной втулки 8, концентрично корпусу 1 с возможностью захвата концевыми внутренними буртами 18 за наклонные стенки 20 канавки 21, выполненные на наружной поверхности корпуса 1, при обратном ходе нажимной втулки 8, а при движении "вперед" - скольжения по наружной поверхности этих канавок, при этом внутренний диаметр 22 (фиг. 5) концевого наклонного бурта 18 меньше наружного диаметра корпуса 1 на величину двух высот канавки (α = D-2h) корпуса.

Верхняя конусная втулка 5 жестко связана с нижней втулкой 8 и подвижно с корпусом 1, а нижняя конусная втулка 7 - жестко с корпусом 1, причем направляющая 23 этой конусной втулки (нижней конусной втулки 7) выполнена в виде пластинчатой пружины. Эта направляющая 23 с нижним концом расположена подвижно в направляющей канавке 24 (фиг. 6) в нижней части плашки с зубцами 6, а другим прикреплена жестко на большом диаметре этой конусной втулки.

Для достижения цели пакер имеет вспомогательную стопорную трубку 25, установленную концентрично внутри корпуса 1.

Внизу под нижней конусной втулкой 7 установлен кожух 26 охватом внутренней расточкой 27 (обечайкой) нижних плашек с зубцами 6.

Геофизическая головка 28 в верхней части соединена жестко с корпусом 1 при помощи (расчетного) срезного штифта 29 и с вспомогательной стопорной трубкой 25 при помощи винта 30. Винт 30 прикреплен к вспомогательной стопорной трубке 25 жестко, а с геофизической головкой 28 он соединен подвижно по оси.

В транспортном положении верхняя конусная втулка 5 и кожух 26 жестко связаны при помощи срезных штифтов 31 и 32 с вспомогательной стопорной трубкой 25, а корпус 1, установленный подвижно между ними, имеет продольные сквозные пазы 33 и 34 против этих срезных штифтов (31 и 32).

Концентрично корпусу 1 к торцу верхней конусной втулки 5 жестко прикреплено седло 35.

Срезные штифты 29, 31 и 32 должны быть рассчитаны и установлены исходя из технологических условий.

После останова спуска пакера на нужной глубине скважины и подъема с усилием, необходимым для сжатия уплотнительных манжет 2 на 20...25 мм с целью освобождения нижних плашек с зубцами 6 из-под кожуха 26, и предварительной фиксации в этом положении, и на этом уровне и после этого сначала должен срезаться верхний штифт 29, соединяющий геофизическую головку 28 с корпусом 1, а затем остальные срезные штифты 31 и 32, соединяющие верхнюю конусную втулку 5 и нижний кожух 26 с вспомогательной стопорной трубкой 25.

Пакер работает следующим образом.

Пакер с хвостовиком спускают в скважину до требуемой глубины на кабеле, закрепленном за геофизическую головку 28. По окончании спуска верхние плашки с зубцами 4 входят в зацепление со стенкой НКТ. После чего кабель натягивают вверх на 20...25 мм за геофизическую головку 28, соединенную с корпусом 1 с усилием, необходимым для сжатия манжетных уплотнителей 2 и выхода нижних плашек с зубцами 6 из-под кожуха 26. При этом нижние плашки с зубцами 6 плотно прижимаются к внутренней стенке НКТ, манжетные уплотнители 2 сжимаются на нужную величину, а седло 35, верхняя конусная втулка 5, нажимная втулка 8 со стулкой с собачкой 14, кожух 26, винт 30 с вспомогательной стопорной трубкой 25 остаются на месте. При этом приподнимаются геофизическая головка 28 с корпусом 1, нижняя конусная втулка 7 и установленные на ней нижние плашки с зубцами 6. После чего нижние плашки с зубцами 6 выходят из-под неподвижного кожуха 26 и пластинчатые направляющие пружины прижимают их к стенке НКТ. При этом происходит зацепление нижними плашками с зубцами 6 с внутренней поверхностью НКТ, что предотвратит от падения пакер с хвостовиком на забой скважины. Одновременно с этими также входят в зацепление втулки с собачками 14 с канавкой 21 корпуса 1.

При этом происходит фиксация манжетных уплотнителей 2 в сжатом положении.

При дальнейшем увеличении натяжения кабеля выше расчетной срезается сначала верхний основной срезной штифт 29, а затем последовательно срезаются вспомогательные срезные штифты 31 и 32. После чего геофизическая головка 28, вспомогательная стопорная трубка 25 с винтом 30 извлекаются на поверхность.

После этого в скважину спускают на геофизическом кабеле пробку (на фиг. не показано) (запорный элемент), опирающуюся на конусную поверхность седла, закрепленного жестко к торцу верхней конусной втулки 5. Затем в НКТ нагнетают рабочую жидкость под давлением, необходимым для полного раскрытия манжетных уплотнителей 2 для надежной герметизации межтрубного пространства. При этом происходит герметизация межтрубного пространства, окончательная фиксация манжетных уплотнителей 2 в сжатом положении и заякоривание нижними плашками с зубцами 6 об внутреннюю стенку НКТ от сползания вниз в скважину пакера с хвостовиком.

После этих операций скважину пускают в работу. Подъем пакера с хвостовиком осуществляется вместе с НКТ.

Заявленное изобретение в сравнении с прототипом позволяет значительно расширить технические возможности пакера при одновременном увеличении надежности герметизации межтрубного пространства.

Источник информации
1. SU 1571217, 15.01.1990.6

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам, применяемым при эксплуатации и ремонте скважин. Изобретение позволяет расширить технологические возможности пакера, повысить надежность фиксации пакера с хвостовиком при наращивании насосно-компрессорных труб меньшего диаметра в скважине на определенной глубине при одновременном увеличении надежности герметизации межтрубного пространства. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, выполненный в виде трубы. На нем размещены фиксирующие элементы и манжетные уплотнители. Устройство имеет также седло под запорный орган и кожух. Сверху и снизу фиксирующих элементов выполнены заякоривающие узлы. Устройство имеет нажимную втулку. Она выполнена с двумя соосными отверстиями, внутренней резьбой, расточкой и внутренним выступом на конце втулки. Она размещена концентрично на ограниченно подвижной втулке с собачкой с возможностью скольжения относительно последней и корпуса. Втулка с собачкой выполнена ступенчатой с прорезями в виде цанги, а также с наклонным внутренним буртом и фаской либо с округлением в виде сферы и размещена в полости нажимной втулки с возможностью захвата концевыми внутренними буртами. Внутренний диаметр концевого наклонного бурта меньше наружного диаметра корпуса на величину двух высот канавки корпуса. Верхняя конусная втулка жестко связана с нажимной втулкой. Нижняя конусная втулка выполнена жестко с корпусом. Направляющая конусной втулки выполнена в виде пластинчатой пружины, размещенной нижним концом в нижней части плашки с зубцами. Другим концом она прикреплена к конусной втулке. Между торцами нажимной и нижней конусной втулки размещены манжетные уплотнители с ограничительными шайбами. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Пакер, содержащий корпус, выполненный в виде трубы, на котором размещены фиксирующие элементы и манжетные уплотнители, седло под сбрасываемый с поверхности запорный орган и кожух, отличающийся тем, что сверху и снизу фиксирующих элементов выполнены заякоривающие узлы, пакер снабжен нажимной втулкой, выполненной с двумя соосными отверстиями, внутренней резьбой, расточкой и внутренним наклонным выступом на конце втулки, размещенной концентрично на ограниченно подвижной втулке с собачкой с возможностью скольжения относительно последней и корпуса, причем втулка с собачкой выполнена ступенчатой с прорезями в виде цанги с обточкой снаружи и с расточкой внутри, а также с наклонным внутренним буртом в конце прорези и с фаской либо с округлением в виде сферы снаружи и размещена в полости нажимной втулки, между торцом верхней конусной втулки и внутренним наклонным выступом нажимной втулки, концентрично корпусу с возможностью захвата концевыми внутренними буртами за наклонные стенки канавки, выполненные на наружной поверхности корпуса, при этом внутренний диаметр концевого наклонного бурта меньше наружного диаметра корпуса на величину двух высот канавки корпуса, причем верхняя конусная втулка жестко связана с нажимной втулкой и скользяще-подвижно с корпусом, а нижняя конусная втулка выполнена жестко с корпусом, направляющая этой конусной втулки выполнена в виде пластинчатой пружины, размещенной нижним концом подвижно в направляющей канавке в нижней части плашки с зубцами, а другим концом прикреплена жестко на большом диаметре этой конусной втулки, при этом между торцами нажимной и нижней конусной втулки размещены манжетные уплотнители с ограничительными шайбами. 2. Пакер по п.1, отличающийся тем, что заякоривающие узлы выполнены в виде плашек с зубцами, размещенными на направляющих конусных втулках, расположенных в верхней и нижней частях концентрично корпусу, причем верхние плашки с зубцами и малые диаметры конусных втулок выполнены направленными вверх, а нижние плашки с зубцами и малые диаметры конусных втулок выполнены направленными вниз. 3. Пакер по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен вспомогательной трубкой, размещенной концентрично внутри корпуса, седлом, установленным жестко к торцу верхней конусной втулки.