ПАКЕР РАЗБУРИВАЕМЫЙ Российский патент 2010 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадной колонны от высокого давления.

Известен «Пакер» (см. RU №2162137, МПК 7 Е21В 32/12, Бюл. №1 от 20.01.01), включающий патрубок с размещенным на его наружной поверхности уплотнителем в виде эластичной оболочки и расширяющий конус, связанный с приводом через тягу, при этом расширяющий конус выполнен составным из цилиндра и концентрично установленного на нем расширяющего элемента, связанных между собой разъединяющим элементом для освобождения расширяющего элемента от цилиндра и спуска эксплуатационной колонны насосно-компрессорных труб с установленным на их нижнем конце плунжером с уплотнительными элементами для взаимодействия с внутренней стенкой расширяющего элемента, внутренний диаметр которого выбран под наружный диаметр плунжера.

Известен «Пакер разбуриваемый» (см. свидетельство на полезную модель №20342, МПК 7 Е21В 32/12, Бюл. №29 от 26.10.01), содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с поршнем, верхним и нижним штоками, причем последний имеет радиальные каналы и жестко соединен с переходником и перфорируемым ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу, дорн, соединенный в верхней части с установочной втулкой, а в нижней части через срезное кольцо - с насадкой с внутренней цилиндрической выборкой, заглушку со стопорным кольцом и срезным винтом и отсекающий элемент, установленный в центральном канале в зоне переходника, при этом отсекающий элемент выполнен в виде пробки, а установочная втулка - с кольцевой выборкой, переходник снабжен фиксатором, который до запакеровки одним концом взаимодействует с отсекающим элементом, а другим - с дорном, а после запакеровки - с кольцевой выборкой установочной втулки.

Обоим вышеописанным устройствам присущи общие недостатки:

во-первых, нет защиты от гидроударов, возникающих в посадочном инструменте при спуске, что может привести к несанкционированной посадке пакера;

во-вторых, низкая надежность посадки, так как при повышении давления внутри колонны труб, на которых спускается устройство в скважину, они вытягиваются и оказывают сдвигающее воздействие на устанавливаемый пакер.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является «Пакер разбуриваемый» (см. свидетельство на полезную модель №28371, МПК 7 Е21В 33/12, Бюл. №8 от 20.03.2003), содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с поршнем, верхним и нижним штоками, один из которых выполнен с радиальными каналами, соединенный с патрубком, а последний - с упором, уплотнительный узел, включающий эластичную манжету, деформируемую гильзу и дорн с конически-цилиндрическими участками на наружной поверхности, соединенный в нижней части с насадкой, а сверху с установочной втулкой, наконечник, установленный телескопически в дорне, ниппель, отсекающий клапан и заглушку со стопорным кольцом, при этом нижний торец упора выполнен со сферической кольцевой выборкой, обращенной к периферии и взаимодействующей в рабочем положении с деформируемой гильзой, причем наружный диаметр цилиндрических участков дорна увеличивается сверху вниз.

Недостатками устройства являются:

во-первых, возможна негерметичность отсекающего клапана, выполненного в виде шарика за счет засорения седла в процессе спуско-подъемных операций, что ведет к невозможности создания требуемого давления в колонне труб и соответственно в посадочном инструменте при посадке разбуриваемого пакера в скважине;

во-вторых, дорн и гильза имеют несовершенную конструкцию формы, вследствие чего дорн прижимает гильзу к внутренним стенкам эксплуатационной колонны не равномерно по всей длине, что может привести к негерметичной посадке пакера в заданном интервале и/или к его «сползанию»;

в-третьих, при извлечении посадочного инструмента происходит засасывание цементного раствора в гидроцилиндр, в результате чего после подъема в полостях посадочного инструмента образуется цементный камень, что приводит к осложнениям при его последующей ревизии вплоть до его негодности к применению.

Технической задачей предлагаемого изобретения является исключение негерметичности отсекающего клапана при посадке пакера разбуриваемого в скважине и надежная фиксация пакера разбуриваемого в требуемом интервале скважины за счет изменения формы дорна и деформируемой гильзы, а также исключение заполнения полостей посадочного инструмента цементным раствором при его извлечении.

Техническая задача решается пакером разбуриваемым, содержащим посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с нижним упором, поршнем с переводником вверху, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с расширяющим углом вверху, соединенный в нижней части при помощи насадки, через срезное кольцо - с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками, отсекающий клапан и заглушку, фиксируемую в насадке стопорным кольцом.

Новым является то, что наконечник телескопически вставлен непосредственно в деформируемую гильзу и в нижний упор, относительно которого наконечник в транспортном положении зафиксирован срезным винтом, а отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, цилиндрические наружные участки которого выполнены одинакового диаметра, разделенные как минимум одной кольцевой проточкой с фаской, обращенной в сторону уплотнительного узла, при этом расширяющий угол дорна составляет 20-25° относительно оси пакера, а внутренняя цилиндрическая поверхность деформируемой гильзы выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром вверху, причем верхний шток над поршнем оснащен наружной кольцевой проточкой, а переводник цилиндра в верхней части оснащен внутренней выборкой с пружинным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой верхнего штока и фиксации поршня в крайнем верхнем положении.

На фиг.1 - изображен пакер, разбуриваемый в сборе с частичным продольным разрезом.

На фиг.2 - изображена в разрезе фиксация стопора в разбуриваемом пакере в транспортном положении.

Пакер разбуриваемый, содержащий посадочный инструмент 1 (см. фиг.1), содержащий гидроцилиндр 2 с нижним упором 3, поршнем 4 с переводником 5, верхним 6 и нижним 7 штоками. Нижний шток 7 снабжен радиальными каналами 8 и жестко соединен через наконечник 9, имеющий технологические отверстия 10 (см. фиг.2), с перфорированными окнами 11 (см. фиг.1) ниппелем 12.

Уплотнительный узел 13 включает манжету 14, деформируемую гильзу 15 и дорн 16 с расширяющимся углом вверху. Расширяющий угол дорна 16 составляет 20-25° относительно оси разбуриваемого пакера, что обеспечивает наиболее плотное (герметичное) взаимодействие уплотнительного элемента 13 раздорнированной деформируемой гильзы к стенкам эксплуатационной колонны.

Дорн 16 в нижней части при помощи насадки 17 через срезное кольцо 18 соединен с наконечником 9 и перфорированным ниппелем 12.

Перфорированный ниппель 12 телескопически установлен в дорн 16, оснащенный наружными цилиндрическими участками 19 и 20. Внутри наконечника 9 установлен отсекающий клапан 21, а ниппель 12 заглушен заглушкой 22 со стопорным кольцом 23.

Наконечник 9 телескопически вставлен непосредственно в деформируемую гильзу 15 и в нижний упор 3, относительно которого наконечник 9 в транспортном положении зафиксирован срезным винтом 24.

Отсекающий клапан 21 выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой 25 (см. фиг.2), герметично вставленной в наконечник 9 (см. фиг.1 и 2) и зафиксированной стопорами 26, которые вставлены в технологические отверстия 10 наконечника 9 с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца 18 (см. фиг.1) и прохождении дорна 16 (см. фиг.1 и 2), а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки 21, а снаружи - с дорном 16, цилиндрические наружные участки 19 и 20 (см. фиг.1) которого выполнены одинакового диаметра, разделенные как минимум одной кольцевой проточкой 27 с фаской 28, обращенной в сторону уплотнительного узла 13. Внутренняя цилиндрическая поверхность 29 деформируемой гильзы 15 выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром (D₁<D₂) вверху. Верхний шток 6 над поршнем 4 оснащен наружной кольцевой проточкой 30, а переводник 5 гидроцилиндра 2 в верхней части оснащен внутренней выборкой 31 с пружинным кольцом 32, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой 30 верхнего штока 6 и фиксации поршня 4 в крайнем верхнем положении. Несанкционированные перетоки жидкости исключены установкой уплотнительных колец 33, 34, 35, 36, 37.

Устройство работает следующим образом. Пакер разбуриваемый в сборе спускают в скважину (на фиг.1 и 2 не показано) на колонне труб 38. Во время спуска возникают удары дорна 16 о внутренние стенки эксплуатационной колонны скважины (на фиг.1 и 2 не показано). Для исключения возможного перемещения дорна 16 относительно деформируемой гильзы 15 и несанкционированного срабатывания устройства установлен срезной винт 24, фиксирующий наконечник 9 относительно нижнего упора 3.

По достижении интервала установки пакера разбуриваемого колонна труб 38 заполняется технологической жидкостью, после чего внутри колонны труб 38 создается избыточное давление, которое через верхний шток 6 и радиальные каналы 8 нижнего штока 7 передается в гидроцилиндр 2 и воздействует на поршень 4, который удерживается в начальном положении до достижения усилия разрушения срезного винта 24.

После чего колонна труб 38 вытягивается под действием избыточного давления и после разрушения винтов 24 (например, при давлении 4-5 МПа) поршень 4 перемещается вверх относительно гидроцилиндра 2, увлекая за собой нижний шток 7, наконечник 9 с перфорированным ниппелем 12, дорн 16 через срезное кольцо 18 при помощи насадки 17, при этом деформируемая гильза 15 с манжетой 14 удерживаются нижним упором 3 на месте относительно эксплуатационной колонны (на фиг.1 и 2 не показано).

В результате дорн 16 своим углом, при вершине равным 20-25°, входит в деформируемую гильзу 15, расширяя ее до плотного прилегания манжеты 14 к внутренним стенкам эксплуатационной колонны, причем сначала дорн 16 цилиндрическим участком 19 дорнирует по внутренней цилиндрической поверхности 29 деформируемую гильзу 15 на ее участке большего диаметра D₂, прижимая плотно манжету 14 к внутренним стенкам эксплуатационной колонны и далее по мере перемещения дорна 16 вверх благодаря кольцевой проточке 27 с фаской 28 этот же участок большего диаметра D₂ деформируемой гильзы 15 дорнирует цилиндрический участок 20 дорна 16, благодаря чему манжета 14 еще сильней прижимается к внутренним стенкам колонны.

Дорнирование дорном 16 деформируемой гильзы 15 продолжается и уже дорн 16 своим углом, при вершине равным 20-25°, начинает дорнировать по внутренней цилиндрической поверхности 29 участок меньшего диаметра D₁ деформируемой гильзы 15, плотно прижимая манжету 14 к внутренним стенкам эксплуатационной колонны и далее по мере перемещения дорна 16 вверх благодаря кольцевой проточке 27 с фаской 28 этот же участок большего диаметра D₁ деформируемой гильзы 15 дорнирует цилиндрический участок 20 дорна 16, благодаря чему манжета 14 еще сильней прижимается к внутренним стенкам скважины. Дорнирование продолжается и в определенный момент наконечник 9 своим верхним торцом упирается вниз гидроцилиндра 2, ограничивая дальнейшее перемещение дорна 16 вверх. Далее повышается давление внутри колонны труб 38 до разрушения срезного кольца 18 (например, 14-15 МПа), после чего происходит освобождение наконечника 9 с перфорированным ниппелем 12 от дорна 16.

В результате наконечник 9 перемещается вверх относительно дорна 16 и стопоры 26, вставленные в технологические отверстия 10 наконечника 9, перемещаются наружу в сторону дорнируемой гильзы 15, так как выходят из взаимодействия с внутренними стенками дорна 16 и одновременно освобождаются от наружной кольцевой выборки 25 отсекающего клапана (пробки) 21, который падает вниз перфорированного ниппеля 12 на верхний торец заглушки 22.

Благодаря совершенной конструкции дорна 16 и деформируемой гильзы 15, которая выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром (D₁<D₂), вверху на месте расширения (перехода от D₂ к D₁) деформируемой гильзы 15 образуется конус из деформируемой гильзы 15, который дожимает манжету 14 к внутренним стенкам эксплуатационной колонны, гарантировано исключая «сползание» пакера с интервала установки при последующем проведении ремонтных работ.

Дорнирование происходит до тех пор, пока нижний шток 7 не упрется своим верхним торцом в нижний торец переводника 5 гидроцилиндра 2, при этом пружинное кольцо 32, находящееся во внутренней выборке 31 переводника 5, фиксируется в кольцевой проточке 30 верхнего штока 6, что означает фиксацию поршня 4 в верхнем положении и окончание процесса дорнирования. Фиксация поршня 4 в верхнем положении исключает заполнение полостей посадочного инструмента 1 сквозь отверстия 42 гидроцилиндра 2 цементным раствором, что соответственно не приводит к образованию цементного камня в посадочном инструменте 1 и исключает осложнения с посадочным инструментом 1 при последующей его ревизии.

В итоге открывается канал 39, позволяющий прохождение жидкости по колонне труб 38 через перфорированные окна 11 ниппеля 12 под уплотнительный узел 13 пакера разбуриваемого в обход отсекающего клапана 21. После чего по колонне труб 38 через верхний 6, нижний 7 штоки, наконечник 9, технологические отверстия 10 и канал 39 можно закачивать тампонирующие материалы в пространство скважины под уплотнительным узлом 13 пакера разбуриваемого. Затем колонну труб 38 приподнимают, в результате заглушка 22 герметично устанавливается в дорн 16, а стопорное кольцо 23 насадки 17 фиксирует заглушку 22 за ее наружную кольцевую выборку 40. По достижении нагрузки, достаточной для разрушения срезных элементов 41, перфорированный ниппель 12 освобождается от заглушки 22 и посадочный инструмент 1 промывается.

По завершении всех технологических операций устройство за исключением уплотнительного узла 13 с насадкой 17 и заглушкой 22 извлекают из скважины. При этом все оставляемые в скважине детали устройства выполнены из легкоразбуриваемых материалов (например, чугун, алюминий и т.п.).

Применение пакера разбуриваемого благодаря усовершенствованной конструкции дорна, у которого расширяющий угол составляет 20-25° относительно оси пакера, а наружные участки выполнены одинакового диаметра, разделенные как минимум одной кольцевой проточкой с фаской, что позволяет дважды за один проход дорна дорнировать расширяемую гильзу, которая, в свою очередь, выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром (D₁<D₂) вверху, что позволяет получить конус, который дожимает манжету к стенкам эксплуатационной колонны и повысить надежность посадки разбуриваемого пакера в заданном интервале скважины и исключить его «сползание», а также благодаря конструкции отсекающего клапана, выполненного в виде пробки, исключается его негерметичность при посадке пакера разбуриваемого в скважине.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадной колонны от высокого давления. Пакер разбуриваемый содержит посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с нижним упором, поршнем с переводником вверху, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с расширяющим углом вверху, соединенный в нижней части при помощи насадки, через срезное кольцо - с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками, отсекающий клапан и заглушку, фиксируемую в насадке стопорным кольцом. Наконечник телескопически вставлен непосредственно в деформируемую гильзу и в нижний упор, относительно которого наконечник в транспортном положении зафиксирован срезным винтом. Отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, цилиндрические наружные участки которого выполнены одинакового диаметра, разделенные как минимум одной кольцевой проточкой с фаской, обращенной в сторону уплотнительного узла, при этом расширяющий угол дорна составляет 20-25° относительно оси пакера. Внутренняя цилиндрическая поверхность деформируемой гильзы выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром вверху, причем верхний шток над поршнем оснащен наружной кольцевой проточкой, а переводник цилиндра в верхней части оснащен внутренней выборкой с пружинным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой верхнего штока и фиксации поршня в крайнем верхнем положении. Применение пакера разбуриваемого благодаря усовершенствованной конструкции дорна, у которого расширяющий угол составляет 20-25° относительно оси пакера, а наружные участки выполнены одинакового диаметра, разделенные как минимум одной кольцевой проточкой с фаской, позволяет дважды за один проход дорна дорнировать расширяемую гильзу, которая, в свою очередь, выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром (D₁<D₂) вверху, что позволяет получить конус, который дожимает манжету к стенкам эксплуатационной колонны, и повысить надежность посадки разбуриваемого пакера в заданном интервале скважины и исключить его «сползание», а также, благодаря конструкции отсекающего клапана, выполненного в виде пробки, исключается его негерметичность при посадке пакера разбуриваемого в скважине. 2 ил.

Пакер разбуриваемый, содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с нижним упором, поршнем с переводником вверху, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с расширяющим углом вверху, соединенный в нижней части при помощи насадки, через срезное кольцо - с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками, отсекающий клапан и заглушку, фиксируемую в насадке стопорным кольцом, отличающийся тем, что наконечник телескопически вставлен непосредственно в деформируемую гильзу и в нижний упор, относительно которого наконечник в транспортном положении зафиксирован срезным винтом, а отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, цилиндрические наружные участки которого выполнены одинакового диаметра, разделенные как минимум одной кольцевой проточкой с фаской, обращенной в сторону уплотнительного узла, при этом расширяющий угол дорна составляет 20-25° относительно оси пакера, а внутренняя цилиндрическая поверхность деформируемой гильзы выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром вверху, причем верхний шток над поршнем оснащен наружной кольцевой проточкой, а переводник цилиндра в верхней части оснащен внутренней выборкой с пружинным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой верхнего штока и фиксации поршня в крайнем верхнем положении.