ПАКЕР-ПРОБКА Российский патент 2006 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 7 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 (Патент РФ №2170808, МПК 7 Е 21 В 33/12, 2001 г.), 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.

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;

- большая площадь соприкосновения сопряженных деталей (ствола и съемного узла), что приводит к их "закипанию" и, следовательно, возникают большие нагрузки при снятии пакера, что чревато его "прихватом" и может создать проблему при извлечении.

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, упорами и кольцевой выборкой по наружной поверхности верхней части, в которую вставлена втулка с наружным кольцевым выступом и кольцевой насечкой на наружной поверхности, уплотнительный элемент, конус, фиксатор положения уплотнительного элемента, выполненный в виде пружинной шайбы, установленной внутри конуса и взаимодействующей с кольцевой насечкой на втулке, шлипсы, корпус и шток посадочного инструмента, установочный фиксатор, вертикальные пазы, съемный узел, подпирающий изнутри шарики, вставленные в радиальные отверстия и взаимодействующие со сферической кольцевой выборкой, обращенной к оси устройства.

Новым является то, что съемный узел выполнен в виде полого цилиндра и телескопически вставлен в корпус посадочного инструмента, а сверху на внутренней поверхности ствола выполнен кольцевой упор, снабженный сферической кольцевой выборкой под шарики, при этом корпус посадочного инструмента соединен вверху разрушаемыми элементами со штоком и снабжен снаружи конусной частью, сужающейся к низу и переходящей в цилиндрическую часть, снабженную вертикальными несквозными пазами - коротким и длинным, причем короткий паз верхней частью соединен со средней частью длинного паза поперечным пазом, при этом в нижней части наружной поверхности корпуса посадочного инструмента выполнена кольцевая выборка, которая снабжена радиальными отверстиями с шариками и телескопически вставлена в ствол, причем кольцевая выборка снизу снабжена ограничителем, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевым упором ствола, при этом втулка вставлена в кольцевую выборку ствола без возможности осевого перемещения в транспортном положении, а кольцевой выступ втулки выполнен сверху, при этом конус выполнен сужающимся к верху, а шлипсы изготовлены сборными, состоящими из полого основания с жесткосоединенным установочным фиксатором, установленным с возможностью осевого и вращательного движения на цилиндрическую часть корпуса, верхних и нижних плашек с центраторами, подпружиненными наружу и обращенными к средней части основания, причем установочный фиксатор выполнен в виде пальца, взаимодействующего с пазами и установленного в транспортном положении в коротком пазу, а верхние и нижние плашки снабжены соответственно сверху и снизу коническими поверхностями, выполненными с возможностью взаимодействия в рабочем положении с конусной частью корпуса и конусом соответственно.

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

На фиг.2 - развертка вертикальных несквозных пазов, выполненных на корпусе пакер-пробки.

Пакер-пробка состоит (см. фиг.1) из ствола 1 с заглушкой 2, упорами 3 и 4. На наружной поверхности ствола 1 в верхней его части выполнена кольцевая выборка 5, на которой установлена втулка 6 с наружным кольцевым выступом 7 вверху, кроме того, на наружной поверхности втулки 6 выполнена кольцевая насечка 8. На наружной поверхности втулки 6 установлены уплотнительный элемент 9, конус 10, сужающийся к верху, фиксатор положения 11 уплотнительного элемента 9, выполненный в виде пружинной шайбы, установленной внутри конуса 10. Фиксатор положения 11 взаимодействует с кольцевой насечкой 8 втулки 6 в рабочем положении.

Внутри ствола 1 концентрично расположен корпус 12 посадочного инструмента, имеющий в нижней части кольцевую выборку 13, в свою очередь, внутри кольцевой выборки 13 корпуса 12 посадочного инструмента телескопически установлен съемный узел 14, выполненный в виде полого цилиндра.

Съемный узел 14 подпирает изнутри шарики 15, вставленные в радиальные отверстия 16 кольцевой выборки 13 корпуса 12 посадочного инструмента и взаимодействующие со сферической кольцевой выборкой 17, выполненной в кольцевом упоре 18 ствола 1, при этом кольцевая сферическая выборка 17 обращена к оси устройства.

Кольцевая выборка 13 снизу снабжена ограничителем 19, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевым упором 18 ствола 1, при этом втулка 6 вставлена в кольцевую выборку 5 ствола без возможности осевого перемещения в транспортном положении.

Корпус 12 посадочного инструмента соединен вверху разрушаемыми элементами 20 со штоком 21 посадочного инструмента и снабжен снаружи конусной частью 22, сужающейся к низу и переходящей в цилиндрическую часть 23, которая снабжена вертикальными несквозными пазами 24 - коротким 25 и длинным 26 (см. фиг.2), причем короткий паз 25 в верхней часть соединен со средней частью длинного паза 26 поперечным пазом 27.

На наружной поверхности корпуса 12 посадочного инструмента расположены сборные шлипсы 28, состоящие из полого основания 29 с жесткосоединенным установочным фиксатором 30 (см. фиг.1 и 2), установленным в вертикальные несквозные пазы 24 с возможностью осевого и вращательного движения на цилиндрической части 23 корпуса 12.

Сборные шлипсы 28 состоят из верхних 31 и нижних 32 плашек с центраторами 33, подпружиненными наружу с помощью пружин 34 и обращенными к средней части основания. Установочный фиксатор 30 выполнен в виде пальца, взаимодействующего с вертикальными несквозньми пазами 24 и установленного в транспортном положении в коротком пазу 25 (см фиг.2).

Верхние 31 и нижние 32 плашки снабжены соответственно сверху и снизу коническими поверхностями 35 и 36, выполненными с возможностью взаимодействия в рабочем положении с конусной частью 22 корпуса 1 и конусом 10 соответственно.

Работает устройство следующим образом.

Пакер-пробку в транспортном положении (см. фиг.1 и фиг.2) опускают в требуемый интервал скважины, после чего приподнимают посадочный инструмент вверх на длину, большую длины короткого паза 25. Далее на устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано) поворачивают посадочный инструмент на определенный угол, который больше длины развертки среднего паза 27 (см. фиг.2). В результате проделанной операции установочный фиксатор 30, находившийся в транспортном положении в коротком пазу 25 вертикальных несквозных пазов 24 по поперечному пазу 27, попадает в длинный паз 26.

После этого приводят в действие посадочный инструмент путем поднятия его вверх, при этом шток 21 посадочного инструмента посредством разрушаемого элемента 20 тянет вверх корпус 12 посадочного инструмента и все остальные детали устройства, кроме деталей 29, 30, 31, 32, 33, 34. В определенный момент нижние плашки 32 наезжают на конус 10 и раздвигают их, последние приходят в соприкосновение с обсадной колонной (на фиг.1 и 2 не показано), центрируются посредством центраторов 33 и фиксируют пакер-пробку в обсадной колонне скважины, при этом происходит сжатие уплотнительного элемента 9 и прижатие его к обсадной колонне. При дальнейшем натяжении штока 21 вверх осуществляется досжатие уплотнительного элемента 9. Фиксатор положения 11 фиксирует уплотнительный элемент в окончательном запакерованном состоянии на кольцевой насечке 8 втулки 6.

По достижении расчетной нагрузки посадки пакера разрушаемый элемент 20 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 ремонтных работ выше пакер-пробки (например, изоляцию заколонных перетоков).

При проведении дальнейших ремонтных работ, связанных с высокими давлениями (например, гидроразрыв пласта или кислотная обработка пласта под большим давлением), внутри обсадной колонны, а следовательно и внутри пакер-пробки, создают избыточное давление, загерметизировав устье скважины. По мере роста давления корпус 12 посадочного инструмента и остальные детали пакер-пробки, кроме деталей 29, 30, 31, 32, 33, 34, опускаются вниз и, в определенный момент, конусная часть 22 корпуса 12 посадочного инструмента сверху наезжает на верхние плашки 31, которые центрируются и фиксируют пакер-пробку в обсадной колонне, после чего производится следующий цикл ремонтных работ.

Для снятия пакера-пробки в скважину спускают серийно выпускаемый ловильный инструмент (например, внутреннюю труболовку) (на фиг. не показан), с помощью которого воздействуют на съемный узел 15, который либо приподнимают вверх, либо опускают вниз до тех пор, пока он не перестанет подпирать изнутри шарики 15 (см. фиг.1).

При этом шарики 15 выпадают во внутрь устройства, а ствол 1 освобождается от смежных деталей, снимается нагрузка с уплотнительного элемента 9, и он приходит в исходное положение, а верхние плашки 31, находящиеся в контакте с конусной частью 22 корпуса 12 посадочного инструмента, остаются в зафиксированном положении относительно обсадной колонны.

Далее ловильный инструмент фиксируют на внутренней поверхности корпуса 12 посадочного инструмента. После этого серийно выпускаемый ловильный инструмент начинают приподнимать, при этом верхние плашки 31 выходят из контакта с конусной частью 22 корпуса 12 посадочного инструмента и отходят от стенок обсадной колонны. Пакер-пробка распакеруется и его можно поднимать на поверхность.

Благодаря тому, что в предлагаемом пакере-пробке используются сборные шлипсы, установленные выше уплотнительного элемента, это обеспечивает высокую надежность в запакеровке и распакеровке и расширяет его функциональные возможности, так как поддерживает его в рабочем состоянии при давлениях, направленных как вниз, так и вверх, и позволяет использовать серийно выпускаемый ловильный инструмент.

Использование: относится к нефтедобывающей промышленности для временного перекрытия ствола скважины при проведении изоляционных работ. Позволяет расширить функциональные возможности пакера. Пакер-пробка включает ствол с заглушкой, упорами и кольцевой выборкой по наружной поверхности верхней части, в которую вставлена втулка с наружным кольцевым выступом и кольцевой насечкой на наружной поверхности. Пакер имеет уплотнительный элемент, конус, фиксатор положения уплотнительного элемента, шлипсы, корпус и шток посадочного инструмента, установочный фиксатор, вертикальные пазы, съемный узел, подпирающий изнутри шарики. Съемный узел выполнен в виде полого цилиндра и телескопически вставлен в корпус посадочного инструмента, а сверху на внутренней поверхности ствола выполнен кольцевой упор, снабженный выборкой под шарики. Корпус посадочного инструмента соединен вверху разрушаемыми элементами со штоком и снабжен снаружи конусной частью, сужающейся к низу и переходящей в цилиндрическую часть, снабженную пазами - коротким и длинным. Короткий паз верхней частью соединен со средней частью длинного паза поперечным пазом. В нижней части корпуса посадочного инструмента выполнена выборка с радиальными отверстиями с шариками и телескопически вставлена в ствол. Кольцевая выборка снизу снабжена ограничителем, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевым упором ствола. Втулка вставлена в кольцевую выборку ствола без возможности осевого перемещения в транспортном положении. Кольцевой выступ втулки выполнен сверху, а конус выполнен сужающимся к верху. Шлипсы изготовлены сборными из полого основания с жесткосоединенным установочным фиксатором, установленным с возможностью осевого и вращательного движения на цилиндрическую часть корпуса, верхних и нижних плашек с центраторами, подпружиненными наружу и обращенными к средней части основания. Установочный фиксатор выполнен в виде пальца, взаимодействующего с пазами и установленного в транспортном положении в коротком пазу. Верхние и нижние плашки снабжены соответственно сверху и снизу коническими поверхностями, выполненными с возможностью взаимодействия в рабочем положении с конусной частью корпуса и конусом соответственно. 2 ил.

Пакер-пробка, включающий ствол с заглушкой, упорами и кольцевой выборкой по наружной поверхности верхней части, в которую вставлена втулка с наружным кольцевым выступом и кольцевой насечкой на наружной поверхности, уплотнительный элемент, конус, фиксатор положения уплотнительного элемента, выполненный в виде пружинной шайбы, установленной внутри конуса и взаимодействующей с кольцевой насечкой на втулке, шлипсы, корпус и шток посадочного инструмента, установочный фиксатор, вертикальные пазы, съемный узел, подпирающий изнутри шарики, вставленные в радиальные отверстия и взаимодействующие со сферической кольцевой выборкой, обращенной к оси устройства, отличающийся тем, что съемный узел выполнен в виде полого цилиндра и телескопически вставлен в корпус посадочного инструмента, а сверху на внутренней поверхности ствола выполнен кольцевой упор, снабженный сферической кольцевой выборкой под шарики, при этом корпус посадочного инструмента соединен вверху разрушаемыми элементами со штоком и снабжен снаружи конусной частью, сужающейся книзу и переходящей в цилиндрическую часть, снабженную вертикальными несквозными пазами, коротким и длинным, причем короткий паз верхней частью соединен со средней частью длинного паза поперечным пазом, при этом в нижней части наружной поверхности корпуса посадочного инструмента выполнена кольцевая выборка, которая снабжена радиальными отверстиями с шариками и телескопически вставлена в ствол, причем кольцевая выборка снизу снабжена ограничителем, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевым упором ствола, при этом втулка вставлена в кольцевую выборку ствола без возможности осевого перемещения в транспортном положении, а кольцевой выступ втулки выполнен сверху, при этом конус выполнен сужающимся кверху, а шлипсы изготовлены сборными, состоящими из полого основания с жестко соединенным установочным фиксатором, установленным с возможностью осевого и вращательного движения на цилиндрическую часть корпуса, верхних и нижних плашек с центраторами, подпружиненными наружу и обращенными к средней части основания, причем установочный фиксатор выполнен в виде пальца, взаимодействующего с пазами и установленного в транспортном положении в коротком пазу, а верхние и нижние плашки снабжены соответственно сверху и снизу коническими поверхностями, выполненными с возможностью взаимодействия в рабочем положении с конусной частью корпуса и конусом соответственно.