ПАКЕР-ПРОБКА Российский патент 2005 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного перекрытия ствола скважины при проведении изоляционных работ при капитальном ремонте скважин, исследовании пластов, эксплуатации или закачке в них жидкости.

Известен пакер, содержащий полый ствол с заглушкой и упором, установочный фиксатор, приводной корпус и шток установочного гидроцилиндра, размещенные на стволе конус со шлипсами, уплотнительный элемент и фиксатор положения уплотнительного элемента с удерживающими губками (Патент РФ №2137901, МПК 6 Е 21 В 33/12, 1999).

Недостатком пакера является сложность конструкции, обусловленная наличием сложных деталей, таких как конус, фиксатор положения уплотнительного элемента с удерживающими губками, конические вкладыши, которые требуют высокой точности при изготовлении и значительно усложняют сборку, что возможно выполнить только в специализированных мастерских. Невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы пакера.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пакер, включающий ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, основной конус, с которым связаны шлипсы соединением "ласточкин хвост", съемный узел, фиксирующие шарики, установленные в отверстиях ствола и взаимодействующие со съемным узлом, корпус и шток посадочного инструмента и срезные элементы (Патент РФ №2170808, МПК 7 Е 21 В 33/12, 2001).

Недостатками пакера являются:

- ограниченные функциональные возможности. Пакер держит давление только в одну. сторону, сверху вниз. При давлении, направленном снизу вверх, плашки сдвинутся с места;

- для срыва пакера нужен специальный ловильный инструмент.

Задачей изобретения является создание конструкции пакера, обладающего более широкими функциональными возможностями и позволяющего использовать серийно выпускаемый ловильный инструмент.

Указанная задача решается предлагаемым пакером-пробкой, включающим ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, основной конус, с которым связаны шлипсы соединением "ласточкин хвост", съемный узел, фиксирующие шарики, установленные в отверстиях ствола и взаимодействующие со съемным узлом, корпус и шток посадочного инструмента и срезные элементы.

Новым является то, что пакер снабжен дополнительным конусом, установленным, как и основной, на стволе, с которым связаны шлипсы соединением "ласточкин хвост", причем последние имеют насечки противоположного направления основным шлипсам, а также упорным кольцом с продольными окнами со стороны ствола, расположенным между основными и дополнительными шлипсами, связанными с торцами упорного кольца Т-образным соединением; ствол снабжен упорами, установленными по периметру и на одном уровне между дополнительными шлипсами с возможностью прохода через окна в упорном кольце и взаимодействующими в рабочем положении с основным конусом; ствол имеет на внутренней поверхности цилиндрическую выборку, а съемный узел выполнен в виде патрубка с цилиндрической выборкой в верхней части по наружной поверхности; основной конус со стволом соединен через срезные элементы, а шток посадочного инструмента с заглушкой - через разрывной элемент.

На фиг.1 изображен предлагаемый пакер-пробка в продольном разрезе.

На фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

На фиг.3 - вид I крупным планом.

Пакер-пробка состоит из ствола 1 (фиг.1) с внутренней цилиндрической выборкой 2, с наружной стороны которого установлены уплотнительный элемент 3 с упором 4. Выше последнего находится упорная втулка 5, а между ней и упором 4 - фиксирующее кольцо 6 с насечками (фиг.3). На стволе 1 напротив упора 4 выполнены кольцевые насечки 7 противоположного направления насечкам кольца 6. Ниже уплотнительного элемента 3 расположены основной конус 8 со шлипсами 9, упорное кольцо 10 и дополнительный конус 11 со шлипсами 12. Шлипсы с конусами связаны соединением "ласточкин хвост", а с торцами упорного кольца - Т-образным соединением.

Ствол 1 снабжен упорами 13 (фиг.2), расположенными по периметру и на одном уровне между дополнительными шлипсами 12 с возможностью прохода через окна 14 в упорном кольце 10 и взаимодействующими в рабочем положении с основным конусом 8.

Внутри ствола 1 телескопически установлен съемный узел 15 в виде патрубка с наружной цилиндрической выборкой 16 в верхней части. В нижней части ствола 1 расположены радиальные отверстия 17, в которых установлены фиксирующие шарики 18, взаимодействующие с одной стороны со съемным узлом 15, а с другой стороны - с боковой стенкой 19 заглушки 20, жестко соединенной с дополнительным конусом 11. Срезными элементами 21 и 22 ствол 1 соединен соответственно со съемным узлом 15 и основным конусом 8. Сопрягаемые детали снабжены уплотнительными кольцами 23. На упор 4 сверху опирается корпус 24 посадочного инструмента, а его шток 25 соединен с заглушкой 20 с помощью разрывного элемента 26.

Работает устройство следующим образом.

Пакер-пробку в транспортном положении (фиг.1) опускают в требуемый интервал скважины, после чего приводят в действие посадочный инструмент. При этом его корпус 24 оказывает давление на упор 4, а шток 25 тянет вверх заглушку 20, ствол 1 и детали 8, 9, 10, 11 и 12. В этот момент происходит сжатие уплотнительного элемента 3 и прижатие его к обсадной колонне. При расчетной нагрузке происходит разрушение срезных элементов 22, после чего конусы 8 и 11 наезжают на плашки 9 и 12, раздвигают их, последние приходят в соприкосновение с обсадной колонной, происходит фиксация устройства в скважине. При дальнейшей натяжке штока осуществляется досжатие уплотнительного элемента 3. Кольцо 6 фиксирует положение уплотнительного элемента в окончательном запакерованном состоянии.

По достижении расчетной нагрузки посадки пакера разрывной элемент 26 разрушается, освобождая тем самым посадочный инструмент, который после этого извлекается из скважины, а пакер-пробка остается в изолированном интервале скважины, после чего в скважине проводят запланированный объем работ.

Для снятия пакера-пробки в скважину спускают ловильный инструмент (не показан) и соединяют его со съемным узлом 15. Делают натяжку инструмента, срезные элементы 21 разрушаются, съемный узел 15 приподнимают на величину "L" (фиг.1). При этом шары 18 выпадают во внутрь устройства, а ствол 1 освобождается от смежных деталей. При дальнейшем подъеме съемного узла 15 вместе со стволом 1 снимается нагрузка с уплотнительного элемента 3, и он приходит в исходное положение. Упоры 13 воздействуют на основной конус 8, в результате чего он приподнимается и снимает нагрузку со шлипсов 9. Последние сдвигаются к центру, отходя от обсадной колонны. Затем подъем прекращается, инструмент подают вниз и съемным узлом 15 ударяют о заглушку 20, благодаря чему она вместе с дополнительным конусом 11 опускается вниз и освобождает шлипсы 12 от зацепления с обсадной колонной. Пакер-пробка распакерован и его можно поднимать на поверхность.

Благодаря тому, что в предлагаемом пакере-пробке используется спаренный шлипсовый узел, установленный ниже уплотнительного элемента, это обеспечивает высокую надежность в запакеровке и распакеровке и расширяет его функциональные возможности, т.к. поддерживает его в рабочем состоянии как при давлениях, направленных вниз, так и вверх, и позволяет использовать серийно выпускаемый ловильный инструмент.

Использование: при временном перекрытии ствола скважины при проведении изоляционных работ, исследовании пластов и т.д. Технический результат - расширение функциональных возможностей и использование серийно выпускаемого ловильного инструмента. Устройство состоит из ствола с заглушкой, внутри которого телескопически установлен съемный узел, а с наружной части - уплотнительный элемент и сдвоенный шлипсовый узел. В нижней части корпуса в отверстиях установлены фиксирующие шарики, взаимодействующие со съемным узлом, а в верхней части - упор для уплотнительного элемента, упорная втулка и фиксирующее кольцо с насечками. Используется посадочный инструмент, корпус которого связан с упором, а шток с помощью разрывного элемента соединен с заглушкой. 3 ил.

Пакер-пробка, включающий ствол с заглушкой и упорами, уплотнительный элемент, фиксатор положения уплотнительного элемента, основной конус, с которым связаны шлипсы соединением "ласточкин хвост", съемный узел, фиксирующие шарики, установленные в отверстиях ствола и взаимодействующие со съемным узлом, корпус и шток посадочного инструмента и срезные элементы, отличающийся тем, что пакер снабжен дополнительным конусом, установленным, как и основной, на стволе, с которым связаны шлипсы соединением "ласточкин хвост", причем последние имеют насечки противоположного направления основным шлипсам, а также упорным кольцом с продольными окнами со стороны ствола, расположенным между основными и дополнительными шлипсами, связанными с торцами упорного кольца Т-образным соединением, ствол снабжен упорами, установленными по периметру и на одном уровне между дополнительными шлипсами с возможностью прохода через окна в упорном кольце и взаимодействующими в рабочем положении с основным конусом, ствол имеет на внутренней поверхности цилиндрическую выборку, а съемный узел выполнен в виде патрубка с цилиндрической выборкой в верхней части по наружной поверхности, основной конус со стволом соединен через срезные элементы, а шток посадочного инструмента с заглушкой - через разрывной элемент.