ПАКЕР ОТЦЕПЛЯЮЩИЙСЯ ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ С ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ Российский патент 2005 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и служит для разобщения зон обсадных колонн при проведении ремонтных, изоляционных и исследовательских работ.

Известен пакер, состоящий из корпуса с осевым каналом, уплотнительного элемента с верхним и нижним упорами, конической втулки со шлипсами и пружиной, полого обтекателя, в котором установлены цилиндры с атмосферным давлением, эластичный элемент, разделенный перегородкой с клапаном в виде диафрагмы (А.С. СССР №1112114, Е 21 В 33/12, “Пакер”). При применении данного пакера трудно угадать интервал его посадки, поскольку он спускается в скважину под собственным весом в режиме свободного падения.

Известен пакер электромеханический на кабель-канате, состоящий из полого корпуса с радиальными каналами, установленного на корпусе уплотнительного элемента с верхним и нижним фланцами и толкателем, конуса с размещенными на нем шлипсами, установленного в полости корпуса ствола, образующего с корпусом циркуляционный канал, сообщающий через радиальные каналы корпуса пространства за ним, над и под уплотнительным элементом и установленного с возможностью перекрытия циркуляционного канала после герметизации скважины и электропривода, установленного над уплотнительным элементом и связанного с корпусом и стволом (Патент США №3542126, Е 21 В 43/00, 1970 г., “Пакер”). Данный пакер не обеспечивает надежность при многократной посадке и срыве, а также герметичность ствола скважины.

Цель изобретения - сократить материальные затраты и сроки проведения технологических операций:

- по опрессовке колонн и устранению нарушения путем установки отцепляющегося пакера вместо традиционных цементных мостов;

- определения приемистости верхнего пласта и нарушения в колонне;

- отсечению нижнего пласта как при проведении кратковременных технологических операций, так и при постоянной основе независимо от величины давления в пласте.

Пакер двухстороннего действия с отцепляющимся электромеханическим приводом, характеризующийся тем, что он содержит корпус, в котором расположены электродвигатель, редуктор с выходным валом, соединенным с винтовой парой, которая соединена с тягой, имеющей на нижней части захватные штыри с пружиной для передачи осевой силы на центральный шток, имеющий в верхней части выступ, проточку и насечки, а в нижней части - уплотнительные кольца, упорную гайку, при этом пакер содержит гильзу, имеющую на внутренней части коническую поверхность, бобышку с выступами, расположенное в пазах бобышки и захватных сегментов срезное кольцо, соединенное неподвижно с бобышкой, неподвижную втулку, пакерную резину, седло, жестко соединенное с бобышкой, подвижный фланец и два конуса, противоположно расположенных друг к другу, плашки, подвижно посаженные на конусах, тягу, шарнирно соединенную с плашками, патрубок, неподвижно посаженный на конус, подвижную втулку, шарики, поджатые пружиной и винтом для соединения бобышки с гильзой, кабель каната, являющийся несущим тросом и питающий через жилу электротоком электродвигатель, срезную шайбу, поджатую гайкой, и используемый при извлечении пакера узел зацепления, в который входят толкатель, вворачивающийся на нижнюю часть винта винтовой пары, разрезная цанга и кожух, причем на бобышке и подвижном фланце выполнены сквозные отверстия для сообщения над и подпакерных полостей скважины.

Устройство состоит из (см.фиг.1) полого корпуса 1, в котором расположены электродвигатель 2, редуктор 3 с выходным валом 4, соединенный с гайкой 5, образующей винтовую пару с винтом 6, концевых выключателей 7 и 8, электросхемой связанной с электродвигателем 2, контактора 9, расположенного на винте 6, гильзы 10, имеющей на внутренней части коническую поверхность 11, тяги 12, соединенной с винтом 6 и имеющей на нижней части захватные штыри 13 с пружиной 14, центрального штока 15, в верхней части которого выполнены выступ 16, проточка 17, насечки 18, а в нижней части уплотнительные кольца 19, упорную гайку 20, бобышки 21 срезного кольца 22, расположенного в пазах бобышки 21, и захватных сегментов 23, неподвижной втулки 24, соединенной неподвижно с бобышкой 21, пакерной резины 25, седла 26, подвижного фланца 27, двух конусов 28 и 29, противоположно расположенных друг к другу, плашек 30 и 31, подвижно посаженных на конусах 28 и 29, тяги 32, шарнирно соединенной с плашками 30 и 31, патрубка 33, неподвижно посаженного на конус 28, подвижной втулки 34, шариков 35, поджатых пружиной 36 и винтом 37 и удерживающих бобышку 21 соединенной с гильзой 10, кабель каната 38, являющегося несущим тросом и питающего электротоком электродвигатель 2 через жилу 39, срезной шайбы 40, поджатой гайкой 41 узла зацепления, в который входят: толкатель 42, вворачивающийся на нижнюю часть винта 6, разрезная цанга 43, кожух 44, имеющий во внутренней части конус 45. На бобышке 21 выполнены выступы 46 и сквозное отверстие 47, на подвижном фланце 27 тоже имеется сквозное отверстие 48, которое служит для сообщения над- и подпакерных полостей скважины. Срезная шайба 40 участвует при посадке пакера путем передачи осевого усилия от центрального штока 15 и гайки 41 на конус 29, также при аварийных случаях с помощью типовых труболовок производится захват бобышки и тянется вверх, срезная шайба 41 разрушается, конус 29 сползает вниз и происходит освобождение пакера от колонны и его извлечение.

Устройство работает следующим образом.

Собранный пакер (фиг.1) спускаем в скважину на необходимый интервал, даем ток на электродвигатель 2, крутящий момент через редуктор 3, вал 4 передается на гайку 5 винтовой пары и винт 6 перемещается вверх, создавая осевую силу, направленную вверх. Эта сила через тягу 12 и захватные штыри 13 передается на центральный шток 15, который с помощью срезной шайбы 40 и гайки 41 перемещает конус 29 вверх, при этом плашки 30 и 31 выдвигаются в радиальном направлении и закрепляются на стенках колонны. После этого под действием осевой силы действуют на центральный шток 15, корпус 1, бобышка 21 и неподвижная втулка 24 перемещаются вниз, пакерная резина 25 под действием силы сжатия подвижного фланца 27 деформируется в поперечном направлении и перекрывает кольцевое пространство между колонной и пакером. При этом седло 26, жестко соединенное с бобышкой 21 и неподвижной втулкой 24, перемещается вниз, уплотнительные кольца 19 заходят в седло 26, плотно образуя клапан, исключая переток жидкости по нему (см.фиг.2). Степень сжатия пакерной резины контролируется на устье с помощью амперметра, показывающего потребляемый ток электродвигателя 2, то есть процесс посадки пакера контролируется сверху оператором. Крайне верхнее положение штока 15 фиксируется концевым выключателем 7, который отключает электродвигатель 2 при касании контактора 9, расположенного на винте 6. При движении центрального штока 15 вверх захватные сегменты 23 перемещаются вниз по насечкам 18. В то же время шарики 35 под действием пружины 36 проваливаются в кольцевое пространство, образованное проточкой 17 на центральном штоке 15, тем самым бобышка 21 отцепляется от гильзы 10. Если пласт или нарушение, расположенное ниже пакера, имеет высокое давление, чем статическое давление в скважине, работает конус 29 с плашками 31, то есть усилие, направленное вверх за счет пластового давления снизу, воспринимается пакерной резиной 25, конус 29 перемещается вверх, заклинивает плашки 31 к стенке колонны, что обеспечивает более надежную установку пакера, чем в прототипе. После установки пакера создаем рабочее давление в скважине с устья, при этом работает конус 28 и плашки 30, т.е. усилие, направленное сверху вниз, воспринимается пакерной резиной 25, далее конус 28 перемещается вниз, заклинивая плашки 30, что исключает перемещение пакера вниз.

Отцепление электромеханического привода от пакера осуществляется следующим образом: подается ток обратной полярности электродвигателю 2, крутящий момент через редуктор 3, вал 4 передается гайке 5, винт 6 и тяга 12 перемещаются вниз, захватные штыри 13 скользят по внутренней цилиндрической поверхности гильзы 10 вниз и, в нижнем положении перемещаясь по конической поверхности 11, освобождают выступ 16 центрального штока 15 (фиг.3). Контактор 9 касается нижнего концевого выключателя 8 (фиг.1), электродвигатель 2 выключается. Электропривод отцепляется от пакера и извлекается наверх, сам пакер остается в скважине в посаженном виде (см.фиг.4), т.к. захватные сегменты 23 удерживают центральный шток 15 в верхнем положении за счет срезного кольца 22, зажатого между бобышкой 21 захватными сегментами 23. Потенциальную энергию деформированной пакерной резины 25 удерживает срезное кольцо 22, работающее на срез и рассчитанное на разрушение при усилии большем, чем сила упругой деформации пакерной резины на 1 тонну.

Извлечение пакера: после выполнения определенной технологической операции в надпакерном пространстве (полости) скважины необходимо извлекать его. Для этого отворачивается гильза 10 и тяга 12, вместо них устанавливается соответственно кожух 44 с разрезной цангой 43 (см. фиг.5) и толкатель 42, винт 6 устанавливается в верхнее положение, т.е. контактор 9 касается верхнего концевого выключателя 7, электропривод спускаем в скважину, при достижении кожуха 44, бобышки 21, цанга 43 захватывает за выступы 46. Даем ток обратной полярности электродвигателю 2, толкатель 42 перемещается вниз (фиг.6), упирается на выступ 16 центрального штока 15, он в свою очередь перемещается вниз вместе с захватными сегментами 23, срезное кольцо 22 разрушается, уплотнительные кольца 19 выходят из седла 26, давления в надпакерном и подпакерном пространстве выравниваются через отверстия 47 и 48, пакерная резина 25 раздеформируется, исток с упорной гайкой 20 упирается на нижний конус 29, при этом верхний конус 28... перемещается вверх, плашки 30 и 31, связанные тягой 32, выходят из заклиненного состояния и пакер освобождается. Момент разрушения среднего кольца 22 контролируется с устья с помощью прибора (амперметра). После того как сработал нижний концевик 8 и электродвигатель 2 остановился, пакер вместе с электроприводом с помощью кабель-каната 38 извлекается на дневную поверхность.

Технологические преимущества данного пакера: извлечение привода на дневную поверхность после установки пакера, проведение технологических операций в надпакерном пространстве по закачке реагентов в пласт, нарушение или проведение тампонажных работ, требующих продолжительного времени, при этом нижний пласт с высоким давлением временно отключать, возможность перекрыть нижний пласт при работе с верхним пластом независимо от величины давления в пластах.

Использование: нефтяная и газовая промышленность, может быть использован для разобщения зон обсадных колонн при проведении ремонтных, изоляционных и исследовательских работ. Позволяет сократить материальные затраты и сроки проведения технологических операций. Пакер содержит корпус, в котором расположены электродвигатель, редуктор с выходным валом, соединенным с винтовой парой, которая соединена с тягой, имеющей на нижней части захватные штыри с пружиной для передачи осевой силы на центральный шток, имеющий в верхней части выступ, проточку и насечки, а в нижней части – уплотнительные кольца, упорную гайку. При этом пакер содержит гильзу, имеющую на внутренней части коническую поверхность, бобышку с выступами, расположенное в пазах бобышки и захватных сегментов срезное кольцо, соединенную неподвижно с бобышкой неподвижную втулку. Пакер имеет пакерную резину, седло, жестко соединенное с бобышкой, подвижный фланец и два конуса, противоположно расположенных друг к другу, плашки, подвижно посаженные на конусах, тягу, шарнирно соединенную с плашками, патрубок, неподвижно посаженный на конус, подвижную втулку, шарики, поджатые пружиной и винтом для соединения бобышки с гильзой, кабель каната, являющийся несущим тросом и питающий через жилу электротоком электродвигатель, срезную шайбу, поджатую гайкой. При извлечении пакера используется узел зацепления, в который входят толкатель, вворачивающийся на нижнюю часть винта винтовой пары, разрезная цанга и кожух. На бобышке и подвижном фланце выполнены сквозные отверстия для сообщения над- и подпакерных полостей скважины. 6 ил.

Пакер двухстороннего действия с отцепляющимся электромеханическим приводом, характеризующийся тем, что он содержит корпус, в котором расположены электродвигатель, редуктор с выходным валом, соединенным с винтовой парой, которая соединена с тягой, имеющей на нижней части захватные штыри с пружиной для передачи осевой силы на центральный шток, имеющий в верхней части выступ, проточку и насечки, а в нижней части - уплотнительные кольца, упорную гайку, при этом пакер содержит гильзу, имеющую на внутренней части коническую поверхность, бобышку с выступами, расположенное в пазах бобышки и захватных сегментов срезное кольцо, соединенное неподвижно с бобышкой, неподвижную втулку, пакерную резину, седло, жестко соединенное с бобышкой, подвижный фланец и два конуса, противоположно расположенных друг к другу, плашки, подвижно посаженные на конусах, тягу, шарнирно соединенную с плашками, патрубок, неподвижно посаженный на конус, подвижную втулку, шарики, поджатые пружиной и винтом для соединения бобышки с гильзой, кабель каната, являющийся несущим тросом и питающий через жилу электротоком электродвигатель, срезную шайбу, поджатую гайкой, и используемый при извлечении пакера узел зацепления, в который входят толкатель, вворачивающийся на нижнюю часть винта винтовой пары, разрезная цанга и кожух, причем на бобышке и подвижном фланце выполнены сквозные отверстия для сообщения над и подпакерных полостей скважины.