ПАКЕР Российский патент 2003 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, а именно для обеспечения изоляции вскрытого продуктивного пласта от затрубного пространства скважины, а также для разобщения двух одновременно вскрытых продуктивных пластов и в других аналогичных случаях.

Известно выполнение пакера, расположенного в скважине с обсадной колонной и содержащего самоуплотняющуюся манжету со средствами фиксации пакера в обсадной колонне (см. , патент США 4969515, кл. Е 21 В 33/12, опубл. 13.11.1990).

Однако данный пакер не обеспечивает надежную фиксацию пакера в обсадной колонне, что сужает область использования данного пакера.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является пакер, содержащий установленные в скважине с обсадной колонной последовательно сверху вниз систему взаимодействующих с конусной поверхностью шлипсов, в исходном положении зафиксированных посредством срезной шпильки, и выполненную из эластичного материала самоуплотняющуюся манжету (см., патент США 2275935, нац. кл. 166-12, опубл. 10.03.1942).

Данный пакер обеспечивает фиксацию пакера в обсадной колонне. Однако в данном пакере возможно механическое повреждение самоуплотняющейся манжеты в процессе спуска пакера к месту его установки в скважине. Кроме того, фиксация пакера осуществляется путем упора шлипсов в стенку обсадной колонны, что может привести к повреждению стенки обсадной колонны и снижает надежность фиксации пакера.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности установки пакера путем оптимизации проходного сечения обсадной колонны в зоне установки пакера и предотвращение повреждения самоуплотняющейся манжеты в процессе установки и извлечения пакера.

Указанная задача решается за счет того, что пакер содержит установленные в скважине с обсадной колонной последовательно сверху вниз систему взаимодействующих с конусной поверхностью шлипсов, в исходном положении зафиксированных посредством срезной шпильки, и выполненную из эластичного материала самоуплотняющуюся манжету, при этом пакер снабжен обеспечивающим его соосное положение с обсадной колонной пружинным устройством, размещенным выше шлипсов на резьбовой втулке, ниже самоуплотняющейся манжеты пакер снабжен центрирующим устройством с выполненным на его боковой поверхности спиральным направляющим выступом, а в зоне размещения шлипсов и самоуплотняющейся манжеты пакер снабжен охватывающим их защитным кожухом, установленным на срезной шпильке, причем обсадная колонна в зоне размещения пакера снабжена участком, площадь поперечного сечения которого меньше площади поперечного сечения расположенных выше участков обсадной колонны, с образованием кольцевого упора на внутренней поверхности обсадной колонны, взаимодействующего с защитным кожухом в процессе установки пакера, и на участке обсадной колонны с меньшим проходным сечением выполнена кольцевая проточка для взаимодействия со шлипсами и фиксации пакера в обсадной колонне, при этом шлипсы и самоуплотняющаяся манжета установлены с возможностью осевого перемещения относительно защитного кожуха после срезания срезной шпильки с последующей фиксацией шлипсов в кольцевой проточке и размещением самоуплотняющейся манжеты на участке обсадной колонны с меньшим проходным сечением.

Как показали проведенные исследования, при установке пакера значительное влияние оказывает возможность предотвращения механического повреждения самоуплотняющейся манжеты в период ее спуска в скважину в составе пакера. Как правило, конструкция пакеров и их обслуживание рассчитываются на их установку в скважинах с вертикальным стволом. При отклонении оси скважины от вертикали установка пакера и эксплуатация входящих в его состав изделий усложняется, а при больших углах отклонения оси ствола скважины становится невозможной.

Извлечение пакеров из скважины после длительной их эксплуатации является трудоемкой операцией и по времени она может занимать до 50% времени проведения капитального ремонта скважины. Это связано с тем, что гарантированная герметизация пакера обеспечивается при малом начальном зазоре между стенкой обсадной колонны и пакером, составляющем 2-5 мм. После длительного нахождения пакера в скважине герметизирующее затрубное пространство манжеты, преимущественно резиновые манжеты, под постоянной нагрузкой до 10000 кг в агрессивной среде теряют свою упругость после снятия осевой нагрузки. Извлечение на поверхность без зазора со стенкой обсадной колонны может привести к обрыву колонны насосно-компрессорных труб, на которых установлен пакер. Выполнение в обсадной колонне участка с меньшим проходным сечением, чем проходное сечение выше расположенных участков обсадкой колонны, а также расположение шлипсов и самоуплотняющейся манжеты в период спуска в защитном кожухе позволяет предотвратить возможность механического повреждения самоуплотняющейся манжеты и исключить возможность извлечения пакера на поверхность без зазора со стенкой обсадной колонны. Выполнение на указанном выше участке с меньшим проходным сечением кольцевой проточки и фиксация шлипсов в этой проточке позволяет повысить надежность фиксации пакера. Снабжение пакера двумя центрующими устройствами, одно из которых расположено выше самоуплотняющейся манжеты и шлипсов, а другое ниже последних, также позволяет снизить вероятность механического повреждения элементов пакера в процессе его установки и снятия.

Таким образом решена поставленная в изобретении задача - повышена надежность установки пакера в скважине.

На чертеже представлен продольный разрез описываемого в изобретении пакера.

Пакер содержит установленные в скважине с обсадной колонной 2 последовательно сверху вниз систему шлипсов 5, взаимодействующих с выполненной в трех пазах корпуса 4 конусной поверхностью, и выполненную из эластичного материала самоуплотняющуюся манжету 8, которая надета на переводник 7. Шлипсы 5 в исходном положении зафиксированы посредством срезной шпильки 11, а хвостовики шлипсов размещены в Т-образных пазах стакана 6. На наружных поверхностях шлипсов 5 выполнены кольцевые бурты 16, выступающие над зубцами шлипсов 5. Пакер снабжен обеспечивающим его соосное положение с обсадной колонной 2 пружинным устройством 1, размещенным выше шлипсов 5 на резьбовой втулке 3. Ниже самоуплотняющейся манжеты 8 пакер снабжен центрирующим устройством 14 с выполненным на его боковой поверхности спиральным направляющим выступом. В зоне размещения шлипсов 5 и самоуплотняющейся манжеты 8 пакер снабжен охватывающим их защитным кожухом 9, установленным на срезной шпильке 11, причем обсадная колонна 2 в зоне размещения пакера снабжена участком 10, площадь поперечного сечения которого меньше площади поперечного сечения расположенных выше участков обсадной колонны 2 с образованием кольцевого упора на внутренней поверхности обсадной колонны 2, взаимодействующего с защитным кожухом 9 в процессе установки пакера. На участке 10 обсадной колонны 2 с меньшим проходным сечением выполнена кольцевая проточка 15 для взаимодействия со шлипсами 5 и фиксации пакера в обсадной колонне 2. Корпус 4 выполнен с возможностью осевого перемещения относительно шлипсов 5 и стакана 6, при этом подвижное соединение корпуса 5 стакана 6 выполнено посредством патрубка 12 с уплотнительным элементом 13. Шлипсы 5 и самоуплотняющаяся манжета 8 установлены с возможностью осевого перемещения относительно защитного кожуха 9 после срезания срезной шпильки 4 с последующей фиксацией шлипсов 5 в кольцевой проточке 15 и размещением самоуплотняющейся манжеты 8 на участке 10 обсадной колонны 2 с меньшим проходным сечением.

Установка, фиксация и герметизация пакера осуществляются следующим образом.

Пакер спускается в обсадную колонну 2 в составе колонны насосно-компрессорных труб. При спуске пакер растянут. Патрубок 12 находится в крайнем верхнем положении. Шлипсы 5 собраны внутрь и не выходят за наружный диаметр пакера.

При достижении пакером положения, которое показано на чертеже, нижний торец предохранительного кожуха 9 упирается в кольцевой упор участка 10 обсадной трубы 2, который имеет меньшее проходное сечение и большую толщину стенки, а центрирующее устройство 14 вошло на участок 10 обсадной колонны 2. При дальнейшем движении колонны насосно-компрессорных труб с пакером вниз происходит срезание шпильки 11. Верхняя часть пакера перемещается внутри неподвижного кожуха 9. Нижний торец патрубка 12 упирается в торец переводника 7. При дальнейшем движении манжета 8 выходит из кожуха 9 и входит внутрь утолщенного участка 10 обсадной колонны 2, а следом из кожуха 9 выходят стакан 6, шлипсы 5 и корпус 4. Двигаясь вниз, шлипсы 5 раздвигаются и скользят по участку 10 гладкими буртами 16. При достижении кольцевой проточки 15 они заскакивают в нее и зубчатые части шлипсов врезаются в стенку участка 10 обсадной колонны 2. Произошла фиксация пакера в скважине. Самоуплотняющаяся манжета 8 обеспечивает герметичное разобщение пространства скважины снаружи колонны насосно-компрессорных труб.

Извлечение пакера производится натяжением колонны насосно-компрессорных труб. При этом пакер приводится в растянутое положение, шлипсы убираются внутрь и бурты 16 выходят из проточки 15. При движении вверх кожух 9 увлекается шлипсами 5 и манжетой 8.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтегазовой и других отраслях промышленности, где производится добыча различных сред из скважин.

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности. Технический результат - повышение надежности установки пакера. Пакер содержит установленные в скважине с обсадной колонной последовательно сверху вниз систему взаимодействующих с конусной поверхностью шлипсов, в исходном положении зафиксированных посредством срезной шпильки, и выполненную из эластичного материала самоуплотняющуюся манжету. Пакер снабжен обеспечивающим его соосное положение с обсадной колонной пружинным устройством, размещенным выше шлипсов на резьбовой втулке. Ниже самоуплотняющейся манжеты пакер снабжен центрирующим устройством с выполненным на его боковой поверхности спиральным направляющим выступом. В зоне размещения шлипсов и самоуплотняющейся манжеты пакер снабжен охватывающим их защитным кожухом, установленным на срезной шпильке. Обсадная колонна в зоне размещения пакера снабжена участком, площадь поперечного сечения которого меньше площади поперечного сечения расположенных выше участков обсадной колонны, с образованием кольцевого упора на внутренней поверхности обсадной колонны, взаимодействующего с защитным кожухом в процессе установки пакера. На участке обсадной колонны с меньшим проходным сечением выполнена кольцевая проточка для взаимодействия со шлипсами и фиксации пакера в обсадной колонне, при этом шлипсы и самоуплотняющаяся манжета установлены с возможностью осевого перемещения относительно защитного кожуха после срезания срезной шпильки с последующей фиксацией шлипсов в кольцевой проточке и размещением самоуплотняющейся манжеты на участке обсадной колонны с меньшим проходным сечением. 1 ил.

Пакер, содержащий установленные в скважине с обсадной колонной последовательно сверху вниз систему взаимодействующих с конусной поверхностью шлипсов, в исходном положении зафиксированных посредством срезной шпильки, и выполненную из эластичного материала самоуплотняющуюся манжету, отличающийся тем, что пакер снабжен обеспечивающим его соосное положение с обсадной колонной пружинным устройством, размещенным выше шлипсов на резьбовой втулке, ниже самоуплотняющейся манжеты пакер снабжен центрирующим устройством с выполненным на его боковой поверхности спиральным направляющим выступом, а в зоне размещения шлипсов и самоуплотняющейся манжеты пакер снабжен охватывающим их защитным кожухом, установленным на срезной шпильке, причем обсадная колонна в зоне размещения пакера снабжена участком, площадь поперечного сечения которого меньше площади поперечного сечения расположенных выше участков обсадной колонны, с образованием кольцевого упора на внутренней поверхности обсадной колонны, взаимодействующего с защитным кожухом в процессе установки пакера, и на участке обсадной колонны с меньшим проходным сечением выполнена кольцевая проточка для взаимодействия со шлипсами и фиксации пакера в обсадной колонне, при этом шлипсы и самоуплотняющаяся манжета установлены с возможностью осевого перемещения относительно защитного кожуха после срезания срезной шпильки с последующей фиксацией шлипсов в кольцевой проточке и размещением самоуплотняющейся манжеты на участке обсадной колонны с меньшим проходным сечением.