ПАКЕР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к технике для обследования и ремонта буровых скважин, в частности к пакерам для поиска и ликвидации мест негерметичности эксплуатационной колонны в скважинах.

Известен пакер, содержащий связанный с колонной труб ствол с радиальными каналами, установленные на стволе верхнюю и нижнюю опоры, между которыми размещен уплотнительный элемент с экранами в виде секторов, установленных с возможностью радиального перемещения и перекрытия друг друга, кожух, концентрично установленный на корпусе и образующий с ним кольцевую полость, расположенный в кольцевой полости кожуха поршень с толкателем, образующий со стволом и кожухом надпоршневую полость, связанную радиальными каналами с полостью ствола, и подпоршневую полость, гидравлически связанную с затрубным пространством, размещенную в полости ствола втулку с седлом под бросовый запорный орган, срезной элемент и стопор для фиксации уплотнительного элемента в сжатом состоянии, при этом пакер снабжен обратным клапаном и пружиной, поршень подпружинен посредством последней относительно кожуха и выполнен с верхней плавающей частью, а в нижней части кожуха выполнены каналы для гидравлической связи подпоршневой полости с полостью между частями поршня, ствол над и под радиальными каналами имеет дополнительные каналы для размещения соответственно обратного клапана и стопоров, при этом втулка и поршень имеют кольцевые проточки под стопоры, которые установлены в канале ствола подвижно, обратный клапан сообщает кольцевую полость над плавающей частью поршня с внутритрубным пространством, а срезной элемент размещен под втулкой [1].

Конструкция очень сложная, эксплуатационные возможности ее ограничены в силу того, что многократное использование пакера без извлечения его из скважины, приведения его элементов в исходное состояние и замены срезных элементов невозможно.

Известен опрессовочный пакер, содержащий ствол и пакерирующие узлы с уплотнительными элементами, гидроцилиндром, поршнем, которые имеют систему взаимосвязанных отверстий [2].

Недостатками известной конструкции являются:
- перестановка пакера в скважине при снятом кожухе с самоуплотняющейся манжеты верхнего пакерирующего узла возможна только снизу вверх;
- самоуплотняющаяся манжета нижнего пакерирующего узла при движении пакера вверх направлена навстречу движению, перекрывая затрубное пространство, а поэтому скорость подъема пакера находится в зависимости от скорости перетока жидкости из затрубного пространства через отверстия золотникового узла в подпакерное пространство;
- самоуплотняющаяся манжета нижнего пакерирующего узла, находясь в постоянном контакте с эксплуатационной колонной, при подъеме проходит стыки труб эксплуатационной колонны, зоны перфорации, зоны различных отложений на стенках эксплуатационной колонны (цементные корки, отложения солей, смолопарафинистые отложения и др.), что существенно сокращает сроки ее эксплуатации.

В силу перечисленных причин многократное использование пакера без извлечения из скважины и приведения системы в исходное положение невозможно, что снижает его эксплуатационные возможности.

Необходимый технический результат по первому варианту достигается тем, что пакер содержит ствол и пакерирующие узлы с уплотнительными элементами, гидроцилиндром, поршнем и системой взаимосвязанных отверстий, согласно изобретению он снабжен перепускным клапаном с корпусом, выполненным в виде перевернутого стакана, в котором расположена направляющая втулка с каналами в стенках и запорный элемент, причем в дне корпуса выполнено несколько сквозных отверстий и несколько отверстий с выходом в боковую стенку, а пакерирующие узлы установлены с противоположным направлением движения гидроцилиндров.

Кроме того, корпус перепускного клапана имеет два посадочных места для верхнего и нижнего положений запорного элемента.

Необходимый технический результат по второму варианту заключается в том, что пакер содержит ствол и пакерирующий узел с уплотнительными элементами, гидроцилиндром, поршнем и системой взаимосвязанных отверстий, согласно изобретению он снабжен перепускным клапаном с корпусом, выполненным в виде перевернутого стакана, в котором расположена направляющая втулка с каналами в стенках и запорный элемент, причем в дне корпуса выполнено несколько сквозных отверстий и несколько отверстий с выходом в боковую стенку, а на стволе установлен один пакерирующий узел с направлением движения поршня вверх или вниз.

Существенными отличительными признаками предложенного изобретения являются:
- пакер снабжен перепускным клапаном;
- клапан имеет корпус, выполненный в виде перевернутого стакана;
- в корпусе клапана расположена направляющая втулка с каналами в стенках и запорный элемент;
- в дне корпуса выполнено несколько сквозных отверстий и несколько отверстий с выходом в боковую стенку;
- пакерирующие узлы на стволе установлены с противоположным направлением движения гидроцилиндров;
- на стволе может быть установлен один пакерирующий узел с направлением движения гидроцилиндра вверх или вниз;
- корпус перепускного клапана имеет два посадочных места для верхнего и нижнего положений запорного элемента.

Предложенное техническое решение поясняется чертежом, где:
на фиг. 1 дан продольный разрез пакера с двумя пакерирующими узлами, установленными с противоположным направлением движения гидроцилиндров (по первому варианту);
на фиг. 2 - пакер с установкой одного пакерирующего узла с направлением движения гидроцилиндра вверх (по второму варианту);
на фиг. 3 - пакер с установкой одного пакерирующего узла с направлением движения гидроцилиндра вниз (по второму варианту).

По первому варианту пакер содержит ствол 1, на котором с помощью переводных муфт 2 установлены два пакерирующих узла 3, состоящих из уплотнительных элементов 4, гидроцилиндра 5, поршня 6, упорных втулок 7. Ствол 1 имеет окна 8, гидроцилиндр 5 - окна 9, при этом пакер через опорный конус 10, переводную муфту 11 связан с перепускным клапаном 12, который имеет корпус 13, седло 14 с посадочным местом 15 для нижнего положения запорного элемента-шара 16. Седло 14 выполнено с направляющей втулкой 17 для шара 16, имеющей каналы 18 в стенках. В дне корпуса 13 выполнено шесть сквозных отверстий 19 и два отверстия 20 с выходом в боковую стенку корпуса 13, при этом отверстия 20 находятся в зоне посадочного места 21 для верхнего положения шара 16. Корпус 13 перепускного клапана 12 через патрубок 22 и муфту 23 связан с колонной насосно-компрессорных труб. Нижний пакерирующий узел 3 через опорный корпус 24 связан с заглушкой 25. Пакерирующие узлы между собой связаны патрубком 26 или трубами в зависимости от мощности обрабатываемого объекта.

Работает описанный пакер следующим образом.

При спуске пакера скважинная жидкость поступает через отверстия 20, заполняя канал труб. Шар 16 в этом случае прижат потоком к седлу 14 в посадочном месте 15.

После установки пакера в необходимом интервале прокачивают жидкость в трубы, которая, поступая через отверстия 19, каналы 18 и отверстия 20, выходит в затрубное пространство. При определенной энергии потока шар 16 подхватывается потоком и в посадочном месте 21 перекрывает отверстия 20. Полость пакера в этом случае сообщается с эксплуатационной колонной и жидкость поступает через окна 8 в гидроцилиндры 5, создается давление, под действием которого гидроцилиндры 5, преодолевая силу упругости уплотнительных элементов 4, передвигаются по поршням 6 и деформируют уплотнительные элементы 4, которые перекрывают межтрубное пространство. При дальнейшем перемещении гидроцилиндров 5 открываются окна 9, через которые жидкость будет поступать в пространство между уплотнительными элементами 4, таким образом осуществляют опрессовку эксплуатационной колонны, расположенной между уплотнительными элементами 4, или делают вывод о наличии негерметичности колонны, или производят какие-либо другие технологические операции.

После прекращения закачки жидкости и снятия давления в трубах под действием упругих сил уплотнительных элементов 4 гидроцилиндры 5 занимают первоначальное положение и пакер можно устанавливать в другое место эксплуатационной колонны, при этом жидкость, находящаяся в трубах, через перепускной клапан 12 при подъеме пакера свободно сливается в межтрубное пространство через каналы 18 в стенках направляющей втулки 17 и отверстия 20, а при спуске - через эти каналы поступать из межтрубного пространства в полость труб, причем при поиске мест негерметичности и других операциях заполнение эксплуатационной колонны жидкостью до устья не требуется, т.к. необходимый интервал эксплуатационной колонны отсекается уплотнительными элементами 4.

При спуске или подъеме пакера уплотнительные элементы 4, имеющие габаритные размеры меньшие, чем сопряженные с ними детали, оказываются надежно защищены, что значительно повышает их долговечность.

При необходимости можно использовать различные варианты компоновки пакера.

По второму варианту (фиг. 2) пакер отличается от первого варианта лишь тем, что вместо двух пакерующих узлов использован один пакерующий узел с направлением движения поршня вверх или вниз. Остальные узлы по второму варианту аналогичны узлам пакера по первому варианту.

Используя компоновку с установкой одного пакерующего узла 3 с направлением движения гидроцилиндра вниз, можно осуществлять операции по опрессовке эксплуатационной колонны и поиску мест ее негерметичности.

Используя компановку с установкой одного пакерирующего узла 3 с направлением движения гидроцилиндра вверх, можно осуществлять закачку технологических жидкостей в пласт под большим давлением, превышающим допустимое рабочее давление на эксплуатационную колонну, например, кислотные обработки под большим давлением, вплоть до давления гидроразрыва пласта.

Источники информации
1. SU 1760083 A1, 07.09.1992.

2. RU 4137 U1, 16.05.1997и

Изобретение относится к технике для обследования и ремонта буровых скважин, в частности к пакерам для поиска и ликвидации мест негерметичности эксплуатационной колонны в скважинах. Обеспечивает расширение возможностей пакера и повышение его долговечности. Сущность изобретения: пакер содержит ствол и пакерирующие узлы с уплотнительными элементами, гидроцилиндром, поршнем и системой взаимосвязанных отверстий. При этом он снабжен перепускным клапаном с корпусом, выполненным в виде перевернутого стакана. В нем расположена направляющая втулка с каналами в стенках и запорный элемент. В дне корпуса выполнено несколько сквозных отверстий и несколько отверстий с выходом в боковую стенку, а пакерирующие узлы (по первому варианту) установлены с противоположным направлением движения гидроцилиндров. На стволе может быть установлен (по второму варианту) один пакерирующий узел с направлением движения гидроцилиндра вверх или вниз. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пакер, содержащий ствол и пакерирующие узлы с уплотнительными элементами, гидроцилиндром, поршнем и системой взаимосвязанных отверстий, отличающийся тем, что он снабжен перепускным клапаном с корпусом, выполненным в виде перевернутого стакана, в котором расположена направляющая втулка с каналами в стенках и запорный элемент, причем в дне корпуса выполнено несколько сквозных отверстий и несколько отверстий с выходом в боковую стенку, а пакерирующие узлы установлены с противоположным направлением движения гидроцилиндров. 2. Пакер по п.1, отличающийся тем, что корпус перепускного клапана имеет два посадочных места для верхнего и нижнего положений запорного элемента. 3. Пакер, содержащий ствол и пакерирующий узел с уплотнительными элементами, гидроцилиндром, поршнем и системой взаимосвязанных отверстий, отличающийся тем, что он снабжен перепускным клапаном с корпусом, выполненным в виде перевернутого стакана, в котором расположена направляющая втулка с каналами в стенках и запорный элемент, причем в дне корпуса выполнено несколько сквозных отверстий и несколько отверстий с выходом в боковую стенку, а на стволе установлен один пакерирующий узел с направлением движения поршня вверх или вниз.