ПАКЕР Российский патент 2003 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к средствам защиты обсадной колонны от воздействия высокого давления преимущественно в нагнетательных скважинах.

Известен пакер для защиты обсадной колонны в нагнетательных скважинах [1] , содержащей расширяемый патрубок с размещенным на наружной поверхности уплотнительным элементом в виде эластичной оболочки, привод, связанный с помощью тяги с дорном (расширяющим конусом), выполненным составным, связанные между собой разъединяющим элементом, а также плунжер, спускаемый на колонне насосно-компрессорных труб.

Известен также пакер для нагнетательной скважины [2], включающий корпус - нижний и верхний, между которыми установлен расширяемый патрубок, на наружной поверхности которого размещен уплотнительный элемент в виде эластичной оболочки и дорн (расширяющий конус), связанный с приводом, имеющим гидравлическую камеру, [прототип].

Общим недостатком известных пакеров является необходимость осуществления дополнительных спускоподъемных операций, связанных с извлечением дорна на дневную поверхность и спуска насосно-компрессорных труб для продолжения нагнетания рабочей жидкости в пласт, что требует больших затрат времени и трудовых ресурсов. Кроме того, уплотнение в известных схемах пакера обеспечивают герметичность только до определенного давления, выше которого происходит сдвиг его в продольном направлении и снижение герметичности, что требует наличие заякоривающих элементов в конструкции пакера. Таким образом отсутствие заякоривающих элементов в пакере приводит к снижению надежности и долговечности разобщения межтрубного пространства.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы пакера и снижение затрат времени и трудовых ресурсов при его установке.

Поставленная цель достигается описываемым пакером, включающим спускаемый на колонне насосно-компрессорных трубах (НКТ) полые верхний и нижний корпусы, присоединенный к концу нижнего корпуса расширяемый патрубок с уплотнительным элементом в виде эластичной оболочки, размещенной на его наружной поверхности, дорн, установленный в корпусе, гидравлическую камеру.

Новым является то, что его расширяемый патрубок выполнен с наружным кольцевым выступом, над которым расположен якорный участок с зубчатыми насечками, а под ним - уплотнительный элемент, верхняя часть которого контактирует с конической поверхностью кольцевого выступа, а нижний его конец выполнен в виде ласточкиного хвоста и в сжатом состоянии он размещен в стакане-центраторе, закрепленного к концу нижнего корпуса, а его дорн выполнен полым с утолщенным нижним концом, снабженным съемным клапаном, и размещен в верхнем корпусе, кроме того, дорн выполнен двухступенчатым с возможностью заклинивания второй ступенью в зоне расположения кольцевого выступа расширяемого патрубка при его установке, при этом его гидравлическая камера образована верхним корпусом, полостями дорна с клапаном и НКТ. Другим отличием пакера является также и то, что якорный участок патрубка выполнен продольно-разрезными сквозными каналами, при этом каждой насечке выступа соответствует внутренний выступ, расположенной в одной секущей плоскости. Пакер отличается также и тем, что общая длина дорна равна суммарной длине якорного и уплотняемого участков.

На фиг. 1 изображен пакер в транспортном положении в разрезе; на фиг. 2 - якорный участок пакера в транспортном положении в разрезе; на фиг.3 - пакер в рабочем положении в разрезе; на фиг.4 - якорный участок пакера в рабочем положении в разрезе; на фиг.5 - якорный участок пакера с разрезными сквозными каналами; на фиг.6 - вид разрезных каналов якорного участка сверху и на фиг.7 - якорный участок с разрезными каналами в рабочем положении.

Пакер содержит составной полый корпус (см. фиг.1 и 3) нижний и верхний 1 и 2 соответственно, спускаемый на колонне насосно-компрессорных труб 3. К корпусу присоединен расширяемый патрубок 4, на наружной поверхности которого выполнен кольцевой выступ 5 с конической поверхностью, над которым расположен якорный участок 6 с зубчатыми насечками 7 (см. фиг.2), а под ним - уплотнительный элемент 8 в виде эластичной оболочки. Нижний конец уплотнительного элемента выполнен в виде ласточкиного хвоста и в сжатом состоянии размещен в стакане-центраторе 9, прикрепленный к концу нижнего корпуса 1, а верхний его конец контактирует с конической поверхностью кольцевого выступа 5. Якорный участок 6 (см. фиг.3 и 5) выполнен в виде продольных выступов 10 с поперечными зубчатыми насечками 7, и с продольно-разрезными сквозными каналами 11, причем каждой зубчатой насечке выступа 10 соответствует внутренний выступ 12, расположенный в одной секущей плоскости. Внутри верхнего корпуса 2 установлен полый двухступенчатый дорн с расширяющими патрубок 4 конусами 13 и 14. Нижний конец дорна выполнен с утолщением 15 для размещения съемного клапана (съемный клапан на фигуре не изображен), который перекрывает его проходное сечение. Общая длина дорна равна суммарной длине якорного участка и части патрубка, где расположен уплотнительный элемент, т.е. уплотняемого участка гидравлическая камера пакера образована полостью дорна с клапаном и полостями верхнего корпуса 2 и НКТ 3. Продольно-разрезные каналы 11 якорного участка перекрываются хвостовой частью 16 дорна при его посадке в конце операции расширения патрубка 4.

Пакер работает следующим образом.

Его спускают в скважину на требуемую глубину и клапаном перекрывают проходное сечение дорна например, шариковым клапаном одностороннего действия, работающий на закрытие со стороны устья скважины и с помощью насосного агрегата гидравлическую камеру по колонне НКТ 3 закачивают жидкость, постоянно повышая давление. При достижении давления расчетной величины дорн перемещается вниз расширяя патрубок 4 сначала конусом 13 первой ступени якорный участок 6 (Б) (см. фиг.3 и 7), участок кольцевого выступа 5 и остальную часть патрубка с уплотнительным элементом 8, плотно прижимая их к стенке обсадной колонны, достигает конца нижнего корпуса 1 и садится на его ограничительный кольцевой выступ 17. А конусом 14 дожимает якорный участок 6 к стенке обсадной колонны и при достижении зоны кольцевого выступа 5 там заклинивается. При этом на якорном участке патрубка образуется прочное механическое соединение между дорном, патрубком и стенки обсадной колонны, усилие страгивания которого больше знакопеременных нагрузок, воздействующих на пакер при его эксплуатации. Выполнение якорного участка продольно-разрезными сквозными каналами И (см. фиг.5, 6, 7) также способствует в обеспечении прочного механического соединения. В этом случае, при воздействии дорна на внутренние выступы 12 зубчатых насечек 7 возникают повышенные удельные усилия, увеличивающие их прижатие к стенке скважины. Но при извлечении дорна эти усилия практически исчезают и пакер можно снять с места установки без осложнения.

При прохождении первой ступени дорна уплотнительный элемент, увеличиваясь в диаметре, плотно прижимается к стенке скважины, а его нижний конец освобождается от стакана-центратора 8 и также плотно прижимается к стенке скважины, выполняя роль самоуплотняющего элемента при создании гидродавления. Коническая поверхность кольцевого выступа является ограничителем для уплотнительного элемента при воздействии на него давлением жидкости снизу. Чем больше давление жидкости, тем лучше он герметизирует зазор. А выполнение дорна полым, снабженным клапаном, обеспечивает запакеровку при меньших гидравлических давлениях, чем в прототипе.

Эксплуатационные параметры пакера обеспечиваются подбором материалов, способных продолжительное время работать в скважинных условиях и расчетами его технологических и конструктивных параметров.

Контроль за установкой пакера осуществляют по показаниям манометра на поверхности.

На стендовых испытаниях пакер выдержал нагрузку на страгивание до 500 Кн и обеспечил герметичность при давлении до 25 МПа.

Технико-экономическое преимущество пакера заключается в том, что он прост по конструкции, надежен в работе и устанавливается в скважине за один спуск. При этом уменьшаются затраты на установку пакера в скважине и его эксплуатацию.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент 2162137, Е 21 В 33/12, опубл. 20.01.2001.

2. Авторское свидетельство СССР 1726730, кл. Е 21 В 33/12, опубл. 15.04.1992.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к средствам защиты обсадной колонны от воздействия высокого давления преимущественно в нагнетательных скважинах. Технический результат - повышение надежности работы пакера и снижение затрат времени и трудовых ресурсов при его установке. Пакер содержит спускаемые на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) полый верхний и нижний корпусы, присоединенный к концу нижнего корпуса расширяемый патрубок с уплотнительным элементом в виде эластичной оболочки, размещенной на его наружной поверхности, дорн, установленный в корпусе, и гидравлическую камеру. Расширяемый патрубок выполнен с наружным кольцевым выступом, над которым расположен заякоривающий участок с зубчатыми насечками, а под ним уплотнительный элемент, верхняя часть которого контактирует с конической поверхностью кольцевого выступа, а нижний его конец выполнен в виде ласточкиного хвоста и в сжатом состоянии он размещен в стакане-центраторе, закрепленном к концу нижнего корпуса. Дорн выполнен полым с утолщенным нижним концом, снабженным съемным клапаном, и размещен в верхнем корпусе. Дорн выполнен ступенчатым с возможностью заклинивания второй ступенью в зоне расположения кольцевого выступа расширяемого патрубка при его установке. Гидравлическая камера дорна образована верхним корпусом, полостями дорна с клапаном и НКТ. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Пакер, включающий спускаемые на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) полые верхний и нижний корпусы, присоединенный к концу нижнего корпуса расширяемый патрубок с уплотнительным элементом, размещенным на его наружной поверхности, в виде эластичной оболочки, дорн, установленный в корпусе, и гидравлическую камеру, отличающийся тем, что его расширяемый патрубок выполнен с наружным кольцевым выступом, над которым расположен якорный участок с зубчатыми насечками, а под ним уплотнительный элемент, верхняя часть которого контактирует с конической поверхностью кольцевого выступа, а нижний его конец выполнен в виде ласточкиного хвоста и в сжатом состоянии размещен в стакане-центраторе, закрепленном к концу нижнего корпуса, при этом его дорн снабжен съемным клапаном, выполнен полым и двухступенчатым и помещен в верхнем корпусе с возможностью заклинивания второй ступенью в зоне расположения кольцевого выступа расширяемого патрубка при его установке, а гидравлическая камера образована корпусом, полостями дорна с клапаном и НКТ. 2. Пакер по п. 1, отличающийся тем, что якорный участок патрубка выполнен продольно-разрезными сквозными каналами, при этом каждой насечке выступа соответствует внутренний выступ, расположенный в одной секущей плоскости. 3. Пакер по п. 1, отличающийся тем, что общая длина дорна равна суммарной длине якорного и уплотняемого участков патрубка.