ПАКЕР Российский патент 2002 года по МПК E21B33/128 

Изобретение относится к технике и технологии подземного ремонта скважин, а именно к устройствам для разобщения межтрубного кольцевого пространства при водоизоляции призабойной зоны, гидроразрывов пластов и других работах в газовых, нефтяных и водяных скважинах.

Известен пакер, состоящий из двух подвижных частей: патрубка с двумя муфтами и герметизирующими элементами (манжетами) и сальниковой коробки с удлинителем /1/.

Данный пакер применяют для перехода на другие продуктивные горизонты с использованием в комплекте хвостовика для упора на забой, а герметизация кольцевого пространства посредством увеличения манжеты по диаметру обеспечивается за счет нагрузки, создаваемой массой колонны труб. Применение хвостовика для упора на забой не позволяет использовать такой пакер для других различных технологических операций, а также на небольших глубинах из-за нецелесообразности применять длинные хвостовики, тем более в глубоких скважинах. Распределение на манжету нагрузки, создаваемой массой колонны труб, не всегда может быть обеспечено спускаемым инструментом, тем более на небольших глубинах в скважинах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пакер, содержащий полый корпус с пазами, на наружной поверхности которого размещена манжета с нижним упором и верхними нажимными элементами, внутри корпуса над манжетой размещен поршень (АС СССР 190841, кл. Е 21 В 33/12, 14.02.1967 г.)
Недостатками известного пакера является то, что он применяется только для разобщения полости на нижнюю и верхнюю части скважины для проведения ремонтных и других работ в верхней части с извлечением спуско-подъемного инструмента, не может быть применен для обеспечения канала связи между продуктивным пластом и стволом скважины для различных операций, потока (добычи) пластового флюида (газа) на поверхность в шлейф, кроме того, для извлечения такого пакера на поверхность.

Эти недостатки не позволяют расширить диапазон применения известного пакера как по назначению, так и по технологическим особенностям.

Целью настоящего изобретения является расширение диапазона назначения пакера, исключение использования дополнительных технических средств, предупреждение преждевременного износа эксплуатационной колонны и упрощение технологического процесса при установке пакера в скважине.

Поставленная цель достигается тем, что в известном пакере, содержащем полый корпус с пазами, на наружной поверхности которого размещена манжета с нижним упором и верхними нажимными элементами, внутри корпуса над манжетой размещен поршень, согласно изобретению внутри поршня размещена выбивная пробка, при этом поршень соединен жестко закрепленными на ней рычагами через пазы корпуса с нажимными элементами, которые выполнены подвижно в осевом и радиальном направлениях в виде зубчатых реек и входят в зацепление с кольцевыми зубцами, расположенными на наружной поверхности корпуса над манжетой, причем нижний упор манжеты фиксируется на корпусе левой резьбой, а внутри корпуса под поршнем установлен регулируемый и фиксируемый в осевом направлении шпиль с отверстиями в основании. Кроме этого, в средней части манжеты в ее внутреннюю поверхность завулканизированы гладкие втулки с интервалом между собой, а по торцам манжеты по внутренней ее поверхности размещены подвижно по корпусу отбортованные наружу вкладыши. А также по торцам манжеты по внутренней ее поверхности размещены с возможностью перекрытия друг друга в осевом направлении отбортованные наружу вкладыши.

На фиг. 1 изображен общий вид пакера в продольном разрезе, на фиг.2 - второй вариант размещения вкладышей без гладких втулок на внутренней поверхности манжеты.

Пакер состоит из корпуса 1, внутри которого размещен поршень 2 с выбивной пробкой 3 и рычагами 4. Под поршнем 2 установлен шпиль 5, регулируемый и фиксируемый в осевом направлении и имеющий в своем основании отверстия. Корпус 1 имеет нажимные элементы, которые выполнены подвижно в осевом и радиальном направлениях в виде зубчатых реек 6 и входят в зацепление с кольцевыми зубцами, расположенными на наружной поверхности корпуса 1. Верхний подвижной упор 7 с пружинами 8 и вкладышами 9 размещен над манжетой 10. Нижний упор 11 манжеты 10 фиксируется на корпусе 1 левой резьбой.

В средней части во внутреннюю поверхность манжеты 10 завулканизированы гладкие втулки с интервалом между собой, который конструктивно может быть равен высоте втулок. Высота втулок принимается конструктивно и должна быть равна в пределах 1/6 диаметра манжеты 10. Количество втулок зависит от высоты манжеты 10, которая определяется для каждого конкретного случая отдельно и зависит от осевого усилия на сдвиг самой манжеты 10.

По торцам манжеты 10 по внутренней ее поверхности размещены подвижно по корпусу отбортованные наружу вкладыши 9.

Установка вкладышей производится по двум вариантам
Если гладкие втулки завулканизированы во внутреннюю поверхность манжеты 10, высота вкладышей в этом варианте определяется конструктивно с перекрытием крайних завулканизированных гладких втулок, причем в момент установки манжеты 10 должен быть обеспечен зазор между торцами вкладышей, то есть их стыковка в рабочем положении недопустима.

По другому варианту подвижные по корпусу отбортованные наружу вкладыши размешены по торцам манжеты 10 во внутренней ее поверхности с перекрытием друг друга в осевом направлении, при этом в момент установки манжеты 10 должен быть обеспечен зазор между торцом одного вкладыша и уступом отбортованной части другого вкладыша, в этом случае гладкие втулки во внутреннюю поверхность манжеты не вулканизируются.

Применение завулканизированных во внутреннюю поверхность манжеты гладких втулок и размещенных по торцам манжеты отбортованных наружу вкладышей, подвижных по корпусу, как в сочетании с гладкими втулками (вариант 1), так и без них (вариант 2), исключает затекание материала манжеты в пазы между корпусом и упорами манжеты при ее сжатии.

Наличие в пакере поршня и нажимных элементов в виде зубчатых реек обеспечивает передачу гидралической нагрузки на манжету при ее установке без применения хвостовика с упором на забой или якоря с упором на эксплуатационную колонну на любой глубине в скважине.

Зубья зубчатой пары рейка-корпус выполнены так, чтобы рейка, передавая усилия на манжету в момент ее радиального расширения по диаметру и сужения по высоте, перемещалась только в одну сторону - вниз.

При движении поршня 2 вниз выбивная пробка 3 выбивается шпилем 5, чем обеспечивается канал гидравлической связи по спускаемым трубам (НКТ) под пакер.

Выбивная пробка, как вариант, при необходимости может быть закреплена на срезных штифтах и может выбиваться вниз расчетным гидравлическим давлением на пробку, при этом компоновка пакера шпилем с отверстиями отпадает.

Возвращение манжеты в транспортное положение обеспечивается нижним упором с левой резьбой при вращении инструмента (НКТ) вправо. Причем величина хода левой резьбы позволяет манжете вернуться в исходное транспортное положение.

При необходимости пакер может быть укомплектован циркуляционным клапаном 12 и центратором известных конструкций.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволяет установить соответствие критерию "новизна".

Предлагаемый пакер работает следующим образом.

После спуска пакера на насосно-компрессорных трубах (НКТ) или других трубах в скважину к месту его установки в эксплуатационной колонне 13 создается гидравлическое давление по НКТ на поршень 2, который, перемещаясь вниз в корпус 1, посредством рычагов 4 и зубчатых реек 6 передает усилие на верхний упор 7, приводя в осевое сжатие и радиальное расширение по диаметру манжеты 10 до соединения с эксплуатационной колонной 13, обеспечивая разобщение и герметизацию межтрубного пространства. Поршень 2, перемещаясь вниз, синхронно с окончанием установки манжеты 10 с колонной 13 обеспечивает касание шпиля 5 с выбивной пробкой 3, которая выскакивает из поршня 2 вверх и освобождает канал связи.

Если выбивная пробка 3 фиксируется в поршне 2 срезными штифтами, а шпиль 5 в пакере соответственно отсутствует, то канал связи открывается расчетным давлением на пробку 3 по известному принципу. Штифты срезаются и пробка 3 падает в нижнюю часть пакера или на забой при отсутствии циркуляционного клапана 12.

Сопряжение манжеты 10 со стенкой эксплуатационной колонны 13 четко фиксируется по ГИВу изменением веса в сторону уменьшения. При этом разгружать инструмент (НКТ) на пакер до нуля не допускается, так как появляется вероятность под избыточным весом инструмента (НКТ) сдвига манжеты 10 пакера по колонне вниз, что может привести к ненужным отложениям.

После окончания технологического процесса по ремонту или другому виду работ в скважине освобождение манжеты 10 от контакта с колонной 13 осуществляется поворотом НКТ вправо, при этом нижний упор 11 с левой резьбой обеспечивает возвращение манжеты 10 в осевом направлении в транспортное положение. Этот момент фиксируется по наказаниям на ГИВе увеличением веса труб до фактического. Инструмент извлекается на поверхность.

Предлагаемый пакер может быть использован и в открытом стволе.

Использование предлагаемого изобретения позволит расширить диапазон назначения пакера, исключить использование хвостовика с опорой на забой или якоря с опорой на стенку эксплуатационной колонны, избежать преждевременного износа обсадных труб.

Данное изобретение позволит упростить технологический процесс установки пакера в скважине и, как результат, получить экономический и технический эффекты.

Экономический эффект от использования данного технического решения ориентировочно составит в пределах 15-20% на одну операцию в сравнении с прототипом с существующими способами.

Источник информации
1. Ю.М.Басарыгин и др. Ремонт газовых скважин. - М.: Недра, 1998, с.132.

Изобретение относится к технике и технологии подземного ремонта скважин, а именно к устройствам для разобщения межтрубного пространства при водоизоляции призабойной зоны, гидроразрывах пластов и других работах в газовых, нефтяных и водяных скважинах. Пакер содержит полый корпус, на наружной поверхности которого размещена манжета с нижним упором и верхними нажимными элементами, поршень с выбивной пробкой. Нажимные элементы выполнены подвижно в осевом и радиальном направлениях в виде зубчатых реек. Нижний упор манжеты фиксируется на корпусе левой резьбой. Внутри корпуса под поршнем установлен регулируемый и фиксируемый в осевом направлении шпиль с отверстиями в основании. Изобретение обеспечивает расширение диапазона назначения пакера, исключение использования дополнительных средств, предупреждение преждевременного износа эксплуатационной колонны и упрощение технологического процесса при установке пакера в скважине. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пакер, содержащий полый корпус с пазами, на наружной поверхности которого размещена манжета с нижним упором и верхними нажимными элементами, внутри корпуса над манжетой размещен поршень, отличающийся тем, что внутри поршня размещена выбивная пробка, при этом поршень соединен жестко закрепленными на нем рычагами через пазы корпуса с нажимными элементами, которые выполнены подвижно в осевом и радиальном направлениях в виде зубчатых реек и входят в зацепление с кольцевыми зубцами, расположенными на наружной поверхности корпуса над манжетой, причем нижний упор манжеты фиксируется на корпусе левой резьбой, а внутри корпуса под поршнем установлен регулируемый и фиксируемый в осевом направлении шпиль с отверстиями в основании. 2. Пакер по п. 1, отличающийся тем, что в средней части манжеты в ее внутреннюю поверхность завулканизированы гладкие втулки с интервалом между собой, а по торцам манжеты по внутренней ее поверхности размещены подвижно по корпусу отбортованные наружу вкладыши. 3. Пакер по п. 1, отличающийся тем, что по торцам манжеты по внутренней ее поверхности размещены с возможностью перекрытия друг друга в осевом направлении отбортованные наружу вкладыши.