ПАКЕР ОПОРНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ ШАРИФОВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к технике добычи углеводородов (нефти, газа, газоконденсата, газогидрата) и поддержания пластового давления и может быть спущено в составе одно- или многопакерной компоновки в скважину, в частности, при одновременно-раздельной эксплуатации нескольких добывающих и/или нагнетательных объектов (пласт, пропласток) одной фонтанной, газлифтной, насосной, пьезометрической или нагнетательной скважины.

Известен в качестве аналога пакер механический (Патент RU 2290489 С2, опубл. 27.12.2006, всего 27 с.), включающий ствол с наружным буртом и фигурным пазом, установленные на стволе снизу вверх центратор в виде корпуса с наружными подпружиненными элементами сопротивления и внутренним стопором, плашкодержатель и плашки, конус, манжету, регулировочную гайку и муфту.

Известен также в качестве аналога пакер механический (Патент RU 52082 U1, опубл. 10.03.2006, всего 7 с.), состоящий из полого ствола с верхним и нижним переводниками и плашкодержателями, размещенными выше и ниже уплотнительных манжет.

Эти пакера механические, но не опорно-механические, так как они состоят из одного сплошного (жесткого) ствола, из-за чего они не могут быть использованы в качестве пакера с упором его ствола в забой скважины или на нижеустановленный пакер (например, в скважине с многопакерной компоновкой ОРЗ или ОРД). То есть при создании осевой нагрузки (от веса колонны труб) на эти пакера их ствол перемещаться вниз не будет, поскольку они через хвостовик (НКТ) жестко упираются в забой скважины или на нижний посаженный пакер. Для возможности срабатывания таких пакеров необходимо, чтобы их стволы были свободными, то есть снизу не должно иметься никаких упоров.

Известна в качестве прототипа пакерная разъединяющая установка для эксплуатации пластов скважин (Патент RU 2305170, опубл. 20.10.2005, всего 43 с., пункт 32 ФИ, фиг.1, 16), включающая размещенные в стволе скважины на колонне труб, имеющей открытый или заглушенный нижний конец, одну или несколько скважинных камер со съемными клапанами для потока добываемой или закачиваемой среды, ниппель для съемного клапана и несколько механических пакеров, размещенных выше и между пластами, причем, по меньшей мере, один из упомянутых механических пакеров соединен с одним или несколькими из элементов: якорем, срабатывающим от трубного давления; телескопическим соединением; разъединителем; хвостовиком и насосом.

В данной установке механический опорный пакер состоит, как правило, из телескопического ствола, состоящего из двух взаимосвязанных частей, с наружным буртом или упором, переходника, уплотнительных колец и манжет, кожуха с резьбовыми радиальными отверстиями для срезных винтов и наконечника, при этом снаружи переходника установлена регулировочная гайка с возможностью изменения свободного хода уплотнительных манжет и исключения вытекания верхней из них при ее деформации, а кожух сверху под уплотнительными манжетами выполнен с возможностью исключения вытекания нижней из них, причем наружный диаметр регулировочной гайки не меньше, чем наружный диаметр кожуха, а последняя, в свою очередь, больше, чем диаметр уплотнительных манжет, кроме этого ствол и кожух выполнены с возможностью фиксации относительно друг друга, при этом в скважине каждый механический пакер установлен свободно или с упором под ним хвостовика на нижний, свободно установленный механический пакер, или на забой, или на якорь, или на имеющийся бурт ствола скважины.

Несмотря на то, что в этой установке механический опорный пакер выполнен с телескопическим стволом, состоящим из двух взаимосвязанных частей, однако он не имеет под уплотнительные манжеты заякоривающего устройства как для центровки пакера, так и для передачи определенного осевого усилия при посадке пакера не на хвостовик из НКТ (чтобы избежать ее деформации), а именно в ствол (эксплуатационную колонну) скважины, что снижает его надежность и герметичность в процессе работы.

Проанализировав вышеприведенные известные решения, можно сделать выводы, что аналоги являются пакерами механического, но не опорно-механического действия, и поэтому, как правило, ниже отличительные признаки описания приводятся не по сравнению с аналогами, а именно по сравнению с вышеуказанным прототипом.

Целью изобретения является повышение надежности и функциональности работы опорно-механического пакера в составе одно- или многопакерной компоновки за счет его центровки при посадке и передаче осевой нагрузки в ствол скважины в момент разгрузки колонны труб, а также за счет ввода кабеля по стволу этого пакера внутри уплотнительных манжет.

Эффективность и технический результат от использования опорно-механического пакера в составе одно- или многопакерной компоновки достигается за счет оснащения его механическим заякоривающим устройством и/или кабельным вводом, с одной стороны, позволяющим центрировать пакер при посадке и передаче осевой нагрузки в ствол скважины в момент разгрузки колонны труб и, в свою очередь, обеспечивающим равномерные деформации уплотнительных манжет и равномерные перемещения плашек гидравлического якоря при возникновении избыточного давления в трубной и/или подпакерной полости скважины, а с другой стороны, позволяющим спуск данного пакера выше насоса УЭЦН для изоляции негерметичности ствола скважины.

Вариант 1. Пакер опорно-механический включает в себя ствол с упорными наружными буртами и канавками под срезные винты, состоящий из двух телескопических взаимосвязанных верхней и нижней частей с возможностью их осевого перемещения между собой и оснащенный уплотнительными кольцами и манжетами, переходником, регулировочной гайкой и фиксатором.

Цель изобретения по варианту 1 достигается тем, что для повышения работоспособности пакера он дополнительно оснащен механическим заякоривающим устройством, установленным свободно ниже уплотнительных манжет и состоящим из взаимосвязанных между собой конуса с резьбовыми отверстиями, плоских плашек и плашкодержателя с резьбовыми отверстиями, который соединен с нижней частью ствола, при этом срезные винты в одинаковом или разном количестве установлены как в резьбовых отверстиях конуса, так и плашкодержателя, причем при создании осевой нагрузки на пакер перемещается верхняя часть ствола относительно нижней его части, срезая при этом сначала срезные винты плашкодержателя, а затем, после перемещения конуса под плоскими плашками и их упора в ствол скважины, срезаются срезные винты конуса, а после чего сжимаются уплотнительные манжеты. При этом пакер может быть оснащен гидравлическим якорем внутреннего трубного и/или внешнего подпакерного действия для исключения самопроизвольного его перемещения вверх под избыточным давлением.

Вариант 2. Пакер опорно-механический включает в себя ствол, состоящий из двух телескопических взаимосвязанных верхней и нижней частей с возможностью их осевого перемещения между собой и оснащенный уплотнительными кольцами и манжетами, переходником, регулировочной гайкой и фиксатором.

Цель изобретения по варианту 2 достигается тем, что для повышения работоспособности и функциональности пакера его ствол дополнительно оснащен фиксированным на нем механическим заякоривающим или центрующим устройством, состоящим из взаимосвязанных между собой конуса, плоских плашек и плашкодержателя, установленным ниже или выше уплотнительных манжет, и/или пакер выполнен с кабельным вводом в виде герметизирующей продольной глухой прорези на его стволе внутри уплотнительных манжет. Также пакер может быть оснащен гидравлическим якорем внутреннего трубного и/или внешнего подпакерного действия.

Принципиальный вид опорно-механического пакера приводится на фигурах 1-7, в частности на фиг.1 - опорно-механический пакер; на фиг.2 - тот же самый, только с гидравлическим якорем внутреннего трубного действия; на фиг.3 - тот же самый, только с гидравлическим якорем внешнего подпакерного действия; на фиг.4 - тот же самый, только с гидравлическим якорем внутреннего трубного и внешнего подпакерного действия; на фиг.5 - тот же самый, только с кабельным вводом; на фиг.6 - опорно-механический пакер с центрующим устройством над уплотнительными манжетами; на фиг.7 - опорно-механический пакер (без заякоривающего устройства) с кабельным вводом.

Принципиальный вид компоновки с опорно-механическим пакером приводится на фигурах 8-10, в частности на фиг.8 приводится однопакерная компоновка, на фиг.9 - многопакерная компоновка; на фиг.10 - установка УЭЦН с двумя пакерами, разобщающими негерметичность ствола скважины.

Пакер (фиг.1-7) опорно-механический включает в себя ствол из двух взаимосвязанных 1 и 2 частей.

По фигурам 1-5 ствол выполнен с упорными наружными буртами 3, 4 и канавками 5, 6 под срезные винты 7 и 8, а по фигурам 6, 7 выполнен с упорным наружным буртом 3 и канавкой 6. При этом ствол оснащен уплотнительными кольцами 9 и манжетами 10, переходником 11 и регулировочной гайкой 12. А также ствол пакера может быть оснащен фиксатором 13 (см. фиг.2, например, в виде стопорного винта или выступа одной части 1 или 2 ствола в продольном пазе другой части 2 или 1 ствола и пр.) для исключения вращения между собой двух частей 1 и 2 ствола при разборке-сборке пакера.

Пакер дополнительно оснащен механическим заякоривающим (см. фиг.1-5) или центрующим (см. фиг.6) устройством, состоящим из взаимосвязанных между собой конуса 14, плоских плашек 15 (с наружными зубами или без них) и плашкодержателя 16. Он может быть установлен свободно под (см. фиг.1-5) или над (см. фиг.6) уплотнительными манжетами 10. Конус 14 и/или плашкодержатель 16 могут быть выполнены с резьбовыми отверстиями 17 и/или 18 (например, см. фиг.1, 6). Срезные винты 7 и 8 в одинаковом или разном количестве могут быть установлены в резьбовых отверстиях 17 и 18 (см. фиг.1-5) соответственно плашкодержателя 16 и конуса 14. При этом плашкодержатель 16 может быть соединен с нижней частью 2 ствола. Уплотнительные манжеты 10 пакера сверху и снизу могут быть оснащены защитными кольцами 19 и 20 для исключения затекания при их деформации.

Пакер может быть оснащен гидравлическим якорем внутреннего трубного 21 (см. фиг.2) или внешнего (см. фиг.3) подпакерного 22 или же внутреннего трубного 21 и внешнего подпакерного 22 (см. фиг.4) действия.

Для повышения функциональности пакера он может быть выполнен с кабельным вводом в виде герметизирующей продольной глухой прорези 23 на его стволе под уплотнительными манжетами 10 (см. фиг.5, 7), куда размещают силовой кабель 24, например, от УЭЦН.

Пакер спускают в скважину 25 согласно фигурам 8-10 и устанавливают следующим образом. Создается осевая нагрузка на опорно-механический пакер путем разгрузки колонны труб 26 после упора его хвостовика 27 или в забой 28 скважины 25 (см. фиг.8), или же на нижний посаженный пакер 29 (см. фиг.9-10) гидравлического, гидромеханического, импульсного, механического или прочего действия. При этом перемещается верхняя часть 1 ствола относительно нижней 2 его части. Это приводит для пакера по фигурам 1-5 (без или с кабелем 24) к перемещению конуса 14 под плоскими плашками 15 и упору их в ствол скважины, а после чего сжимаются уплотнительные манжеты 10. При этом при перемещении верхней части 1 ствола сначала срезаются винты 7 плашкодержателя 16, а затем, после перемещения конуса 14 под плоскими плашками 15 и их упора в ствол скважины, срезаются срезные 8 винты конуса 14, и далее сжимаются уплотнительные манжеты 10. При посадке пакера по фигуре 6 также срезаются срезные винты 7, и перемещается верхняя часть 1 ствола относительно нижней 2 его части, что, в свою очередь, приводит к перемещению конуса 14 под плоскими плашками 15, не упирая их в ствол скважины для центровки пакера, а после чего конус 14 упирается в плашкодержатель 16, и далее сжимаются уплотнительные манжеты 10. А при посадке пакера по фиг.7 (без или с кабелем 24) аналогично срезаются срезные винты 7, и перемещается верхняя часть 1 ствола относительно нижней 2 его части, и далее сжимаются уплотнительные манжеты 10.

В скважине при увеличении давления потока среды внутри ствола пакера (см. фиг.2) или снаружи ствола пакера под уплотнительными манжетами (см. фиг.3) или же внутри и снаружи ствола пакера (см. фиг.4) плашки якоря радиально поднимаются и упираются в стенки скважины, что исключает самопроизвольное перемещение пакера вверх от избыточного давления.

Группа изобретений относится к технике добычи углеводородов и поддержания пластового давления. Целью изобретений является повышение надежности и функциональности работы опорно-механического пакера. Пакер опорно-механический включает в себя ствол с упорными наружными буртами и канавками под срезные винты, состоящий из двух телескопических взаимосвязанных верхней и нижней частей с возможностью их осевого перемещения между собой и оснащенный уплотнительными кольцами и манжетами, переходником, регулировочной гайкой и фиксатором. Для повышения работоспособности пакера он дополнительно оснащен механическим заякоривающим устройством, установленным свободно под или над уплотнительными манжетами и состоящим из взаимосвязанных между собой конуса, плоских плашек и плашкодержателя. Для повышения работоспособности и функциональности пакера он может быть выполнен с кабельным вводом в виде герметизирующей продольной глухой прорези на его стволе внутри уплотнительных манжет. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Пакер опорно-механический, включающий ствол с упорными наружными буртами и канавками под срезные винты, состоящий из двух телескопических взаимосвязанных верхней и нижней частей с возможностью их осевого перемещения между собой, и оснащенный уплотнительными кольцами и манжетами, переходником, регулировочной гайкой и фиксатором, отличающийся тем, что он дополнительно оснащен механическим заякоривающим устройством, установленным свободно ниже уплотнительных манжет и состоящим из взаимосвязанных между собой конуса с резьбовыми отверстиями, плоских плашек и плашкодержателя с резьбовыми отверстиями, который соединен с нижней частью ствола, при этом срезные винты в одинаковом или разном количестве установлены, как в резьбовых отверстиях конуса, так и плашкодержателя, причем при создании осевой нагрузки на пакер перемещается верхняя часть ствола относительно нижней его части, срезая при этом сначала срезные винты плашкодержателя, а затем, после перемещения конуса под плоскими плашками и их упора в ствол скважины, срезаются срезные винты конуса, а после чего сжимаются уплотнительные манжеты.

2. Пакер опорно-механический по п.1, отличающийся тем, что он оснащен гидравлическим якорем внутреннего трубного и/или внешнего подпакерного действия.

3. Пакер опорно-механический, включающий ствол, состоящий из двух телескопических взаимосвязанных верхней и нижней частей с возможностью их осевого перемещения между собой, и оснащенный уплотнительными кольцами и манжетами, переходником, регулировочной гайкой и фиксатором, отличающийся тем, что ствол дополнительно оснащен фиксированным на нем механическим заякоривающим или центрующим устройством, состоящим из взаимосвязанных между собой конуса, плоских плашек и плашкодержателя, установленным ниже или выше уплотнительных манжет, и/или пакер выполнен с кабельным вводом в виде герметизирующей продольной глухой прорези на его стволе внутри уплотнительных манжет.

4. Пакер опорно-механический по п.3, отличающийся тем, что он оснащен гидравлическим якорем внутреннего трубного и/или внешнего подпакерного действия.