ПАКЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ В СКВАЖИНЕ Российский патент 2013 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для проведения изоляционных и других работ при капитальном ремонте скважин.

Известен пакер разбуриваемый (патент RU 2296853 С2, приор. 14.02.2005), выбранный в качестве аналога. Пакер содержит ствол с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на стволе уплотнительный элемент, верхний и нижний конуса, верхние и нижние захваты, которые связаны с конусами, разрезную гайку, установленную в верхнем конусе, который имеет резьбовую нарезку на внутренней поверхности, и имеющую резьбовую нарезку ствола на внутренней поверхности, и резьбовую нарезку конуса на внешней поверхности. Пакер дополнительно снабжен упором, расположенным в нижней части ствола и представляющим собой пробку или пробку с корпусом.

Недостатком известного пакера разбуриваемого является ограниченность его использования. Данный пакер разбуриваемый можно применять только в качестве пробки, так как упор, закрепленный на нижней части ствола пакера, препятствует сообщению подпакерного и трубного пространств.

Известен разбуриваемый пакер (патент RU 2344270 С2, приор. 26.10.2006), выбранный в качестве аналога, включающий разбуриваемый пакер с установленными на трубчатом стволе уплотнительными элементами, противоположно направленными шлипсовыми узлами, фиксатором и обратным клапаном, и посадочный инструмент с цилиндром, опирающимся на верхние шлипсы пакера, и трубчатым штоком с поршнями, прикрепленным к обратному клапану пакера. Между цилиндром и трубчатым штоком посадочного инструмента размещается дополнительный поршень со свободой осевого перемещения по ним, опирающийся на конус верхнего шлипсового узла, а фиксатор размещается в этом конусе. Также обратный клапан пакера фиксируется в открытом положении срезным элементом, ниже обратного клапана устанавливается дополнительный клапан, запорный элемент которого размещается выше седла и выполняется в виде шара из упругого материала, например полиуретана.

Недостатком известного пакера разбуриваемого является ненадежность обратного клапана. После завершения закачки рабочей жидкости возможна ситуация, при которой давление в трубном пространстве над обратным клапаном будет больше давления под пакером, при этом возврат корпуса обратного клапана будет невозможен. Это приведет к тому, что сохранится сообщение подпакерного и трубного пространств. Герметизация и надежное разобщение требуемых интервалов ствола эксплуатационной колонны пакером будут нарушены.

Известно пакерное оборудование (патент RU 2414586, приор.02.02.2010), принятое за прототип. Патентообладатель данного патента на изобретение является заявителем предлагаемого изобретения. Пакер имеет верхний и нижний разделители. Механизм фиксации пакеровки содержит собачки, на внутренней поверхности которых имеются зубья для взаимодействия с резьбовой нарезкой наружной поверхности ствола пакера. Между верхним конусом и герметизирующим элементом пакера установлена опорная втулка с двухсторонними пилообразными выступами и впадинами, входящими в ответные пазы верхнего конуса и герметизирующего элемента, нижний торец которого также имеет пилообразные выступы, входящие в ответные пазы нижнего конуса.

Недостатками данного пакерного оборудования являются риск преждевременного срабатывания инструмента установочного гидравлического, недостаточная надежность механизма соединения - разъединения инструмента установочного гидравлического с пакером разбуриваемым.

Техническим результатом данного изобретения является предотвращение преждевременного срабатывания инструмента установочного гидравлического, достижение надежной пакеровки, улучшение герметичности пакера, а также повышение надежности механизма соединения-разъединения инструмента установочного гидравлического с пакером разбуриваемым.

Для достижения поставленного технического результата в пакерном оборудовании для проведения изоляционных работ в скважине, включающем пакер разбуриваемый, содержащий ствол с нарезкой на наружной поверхности, герметизирующий элемент, верхние и нижние разрывные плашки и конуса, верхний и нижний разделители, механизм фиксации пакеровки, содержащий собачки, выполненные в виде разрезанной на секторы втулки с зубьями на внутренней поверхности, обжатые по внешней образующей эластичной обоймой, опорную втулку с двухсторонними пилообразными выступами и впадинами, входящими в ответные пазы верхнего конуса и герметизирующего элемента, нижний торец которого имеет пилообразные выступы, входящие в ответные пазы нижнего конуса, а также инструмент установочный гидравлический с цилиндром, штоком, обратным клапаном в виде втулки с посадочным седлом под бросовый шар, зафиксированной при помощи срезных элементов, согласно изобретению, между штоком и цилиндром установлены несколько подвижных втулок и неподвижная втулка, образующие несколько полостей, верхние и нижние разрывные плашки установлены на штоке, причем нижний торец нижней разрывной плашки выполнен наклонным, верхний цилиндр и адаптер соединены при помощи срезных винтов, нижний цилиндр и корпус тарельчатого клапана также соединены при помощи срезных винтов, к нижней части адаптера присоединена корзина с выполненными в ней радиальными переточными отверстиями и радиальными отверстиями под защелки, упирающиеся в выступ нижней части ствола, седло под сбрасываемый шар прикреплено к корзине при помощи срезных винтов, а к нижней части корзины присоединена через переводник концевая втулка, к которой на срезных винтах прикреплены ограничительное кольцо и пробка-центратор с пружинным кольцом.

Также для достижения поставленного технического результата герметизирующий элемент выполнен составным с конусными торцами.

Наличие нескольких подвижных и неподвижной втулок, образующих несколько полостей, обеспечивает снижение давления среза винтов седла за счет увеличения усилия.

Установка верхних и нижних разрывных плашек на штоке увеличивает длину направляющей конусов, следовательно, увеличивается место для выдвижения плашек и обеспечивается гарантированный разрыв плашек.

Выполнение нижнего торца нижней разрывной плашки наклонным обеспечивает равномерное выдвижение плашки, и впоследствии, лучшее сцепление плашки со стенкой эксплуатационной колонны.

Соединение верхнего цилиндра с адаптером при помощи срезных винтов служит для предотвращения преждевременного срабатывания инструмента установочного гидравлического, например, при опрессовке.

Соединение нижнего цилиндра с корпусом тарельчатого клапана при помощи срезных винтов служит для предотвращения преждевременной посадки пакера разбуриваемого, например, в случае удара при спуске оборудования.

Наличие защелок, размещенных в радиальных отверстиях корзины, а также выступа под защелки в нижней части ствола повышает надежность механизма соединения-разъединения инструмента установочного гидравлического с пакером разбуриваемым.

Наличие присоединенной к корзине через переводник концевой втулки снижает металлоемкость конструкции при использовании пакера разбуриваемого как мостовой пробки для отключения нижележащего пласта без установки цементного моста.

Наличие прикрепленного к втулке ограничительного кольца предотвращает преждевременную посадку пробки-центратора при подъеме инструмента установочного гидравлического, когда пакер разбуриваемый используется как заливочная пробка для закачки рабочей жидкости в подпакерную зону.

Наличие прикрепленной к втулке пробки-центратора улучшает прохождение пакерного оборудования в эксплуатационной колонне за счет конструкции пробки, совмещения функций пробки и центратора, а также восприятия на себя возникающих ударов.

Выполнение герметизирующего элемента составным с конусными торцами улучшает герметичность пакера.

На фигуре изображено пакерное оборудование для проведения изоляционных работ в скважине в транспортном положении.

Пакерное оборудование для проведения изоляционных работ в скважине состоит из пакера разбуриваемого (ПР) и инструмента установочного гидравлического (ИУГ).

Пакер разбуриваемый (фиг.) состоит из ствола 1 с нарезкой 2 на его наружной поверхности, герметизирующего элемента 3, верхних и нижних разрывных плашек 4,5, верхнего 6 и нижнего 7 конусов. Герметизирующий элемент 3 может быть выполнен составным с конусными торцами. Нижний торец нижней разрывной плашки 5 выполнен наклонным. В пазы верхних и нижних разрывных плашек 4,5 вставлены противоположно направленные зубья 8. Верхние и нижние плашки 4,5 могут быть прикреплены срезными элементами (на фиг. не показаны) соответственно к верхнему 6 и нижнему 7 конусам. Верхний торец нижнего конуса 7 выполнен с пилообразными впадинами и выступами, например, шлицами, взаимодействующими с ответными пазами герметизирующего элемента 3. Между герметизирующим элементом 3 и верхним конусом 6 установлена опорная втулка 9 с двухсторонними пилообразными впадинами и выступами. Нижний торец опорной втулки 9 находится в зацеплении с герметизирующим элементом 3, а верхний торец - с пазами на верхнем конусе 6. Механизм фиксации пакеровки представляет собой зубчатый механизм прерывистого движения, позволяющий элементам пакера, а именно нижнему конусу 7, герметизирующему элементу 3, опорной втулке 9, верхнему конусу 6 двигаться относительно ствола 1 пакера в одном направлении и не позволяет двигаться в другом. Механизм фиксации пакеровки содержит собачки 10, опирающиеся на втулку 9 и установленные внутри верхнего конуса 6. Собачки 10 выполнены в виде разрезанной на секторы втулки и прижимаются к стволу эластичной обоймой 11. На внутренней поверхности собачек 10 имеются зубья, входящие в зацепление с нарезкой 2 на стволе 1 ПР. Нарезка выполнена в форме несимметричных зубьев, имеющих упор с одной стороны. В верхней части ствола 1 пакера установлен верхний разделитель в виде тарельчатого клапана. Тарелка 12 клапана подпружинена для закрытия клапана и перекрытия проходного сечения пакера разбуриваемого и прикреплена к корпусу 13 клапана, соединенному в нижней части со стволом 1.

Инструмент установочный гидравлический состоит из штока 14, соединенного с адаптером 15, верхнего подвижного цилиндра 16, который удлинен накрученным нижним цилиндром 17 и законтрен гайкой 18. Верхний цилиндр 16 имеет отверстия 19 для сообщения затрубного пространства с полостью А. Между штоком 14 и верхним цилиндром 16 установлены подвижные 20,21 втулки и неподвижная втулка 22. Полость А образована между верхним цилиндром 16 и штоком 14 и ограничена сверху подвижной втулкой 20, а снизу неподвижной втулкой 22. Шток 14 в верхней части имеет отверстия 23,24 для сообщения трубного пространства с полостями Б, В. Полость Б образована между верхним цилиндром 16 и штоком 14. Полость В образована между верхним цилиндром 16 и штоком 14 и ограничена сверху неподвижной втулкой 22, а снизу подвижной втулкой 21. Верхний цилиндр 16 соединен с адаптером 15 при помощи срезных винтов 25, предотвращающих преждевременное приведение ИУГ в рабочее состояние, например, при опрессовке. Нижний цилиндр 17 соединен с корпусом 13 тарельчатого клапана при помощи срезных винтов 26, предовращающих преждевременную посадку ПР, например, в случае удара при спуске оборудования. К нижней части адаптера 15 присоединена корзина 27 с радиальными переточными отверстиями 28. К корзине 27 прикреплено при помощи срезных винтов 29 седло 30 под сбрасываемый шар 31. Корзина 27 соединена с концевой втулкой 32 или трубой (на фиг. не показана) через переводник 33. К концевой втулке 32 на срезных винтах 34 прикреплено ограничительное кольцо 35. К концевой втулке 32 также присоединен на срезных винтах 36 нижний разделитель в виде пробки-центратора 37 с пружинным кольцом 38. Ограничительное кольцо 35 необходимо для предотвращения преждевременной посадки пробки-центратора 37 при подъеме ИУГ, когда ПР используется как заливочная пробка для закачки рабочей жидкости в подпакерную зону.

Пакер разбуриваемый зафиксирован на инструменте установочном гидравлическом при помощи защелок 39, установленных в радиальные отверстия корзины 27 и упирающихся в выступ ствола 1 пакера разбуриваемого.

Пакер разбуриваемый работает следующим образом.

Спускают колонну труб с пакером разбуриваемым в транспортном положении (фиг.). В процессе спуска трубы самозаполняются скважинной жидкостью через радиальные переточные отверстия 28 в корзине 27. После достижения ПР заданной глубины, в колонну труб бросают шар 31. При создании трубного давления, шар 31 закрывает седло 30, жидкость через отверстия 23,24 попадает в полости Б, В перемещает подвижные втулки 20,21 и верхний 16 и нижний 17 цилиндры вниз относительно штока 14. Срезаются винты 25, приводящие ИУГ в рабочее состояние. Через верхние разрывные плашки 4, верхний конус 6 и герметизирующий элемент 3 движение передается на нижний конус 7. Причем зубья собачек 10 под действием движения конуса 6 перемещаются по нарезке 2 ствола 1 пакера, как только зуб достигает крайнего положения по нарезке, происходит перещелкивание на более нижнюю насечку. Обойма 11, выполненная эластичной, например, резиновой, обеспечивает плотное прижатие собачек 10 к стволу 1 пакера. При определенном расчетном давлении происходит срабатывание нижних разрывных плашек 5. Герметизирующий элемент 3, деформируясь, перекрывает кольцевое межтрубное пространство. Затем происходит срабатывание верхних разрывных плашек 4.

При дальнейшем повышении давления разрушаются срезные элементы 29, удерживающие седло 30. Седло 30, шар 31 и защелки 36 падают в корзину 27, при этом ПР отсоединяется от ИУГ, открывая тем самым канал для закачки рабочей жидкости в пласт через радиальные переточные отверстия 28. Производятся запланированные технологические операции в подпакерном пространстве. По окончании работ, при подъеме колонны труб с ИУГ, срезаются винты 34 ограничительного кольца 35 и пробка-центратор 36 закрывает канал ПР снизу. Ограничительное кольцо 35 и пробка-центратор 37 перемещаются в ствол 1, закрывая канал ПР снизу. При этом срезаются винты 36 пробки-центратора 37, а пружинное кольцо 38 стопорит пробку от осевого перемещения. Далее при подъеме НКТ тарельчатый клапан закрывает канал ПР сверху, обеспечивая удержание перепада давления на пакер сверху. Затем, при необходимости обработки надпакерного интервала, производится подъем ИУГ на колонне труб на определенную величину до упора ограничительного кольца 35 в ствол 1 и появления циркуляции.

По окончании процесса изоляционных работ производится подъем колонны труб вместе с ИУГ из скважины.

Предлагаемое техническое решение предотвращает преждевременное срабатывание инструмента установочного гидравлического, обеспечивает надежную пакеровку, улучшение герметичности пакера, а также повышение надежности механизма соединения-разъединения инструмента установочного гидравлического с пакером разбуриваемым.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для проведения изоляционных и других работ при капитальном ремонте скважин. Изобретение предотвращает преждевременное срабатывание инструмента установочного гидравлического, обеспечивает надежную пакеровку, улучшение герметичности пакера, а также повышение надежности механизма соединения-разъединения инструмента установочного гидравлического с пакером разбуриваемым. Пакер разбуриваемый состоит из ствола с нарезкой на наружной поверхности, герметизирующего элемента, разрывных плашек и конусов. Нижний торец нижней разрывной плашки выполнен наклонным. В верхней части ствола пакера установлен верхний разделитель в виде тарельчатого клапана. Инструмент установочный гидравлический состоит из штока, соединенного с адаптером, верхнего и нижнего цилиндров. Между штоком и верхним цилиндром установлены подвижные втулки и неподвижная втулка, образующие несколько полостей. Верхний цилиндр и адаптер, нижний цилиндр и корпус тарельчатого клапана соединены при помощи срезных винтов. К нижней части адаптера присоединена корзина с радиальными переточными отверстиями и радиальными отверстиями под защелки, упирающиеся в выступ нижней части ствола. К корзине прикреплено при помощи срезных винтов седло под сбрасываемый шар. Корзина соединена с концевой втулкой через переводник. К концевой втулке на срезных винтах прикреплено ограничительное кольцо и нижний разделитель в виде пробки-центратора с пружинным кольцом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пакерное оборудование для проведения изоляционных работ в скважине, включающее пакер разбуриваемый, содержащий ствол с нарезкой на наружной поверхности, герметизирующий элемент, верхние и нижние разрывные плашки и конуса, верхний и нижний разделители, механизм фиксации пакеровки, содержащий собачки, выполненные в виде разрезанной на секторы втулки с зубьями на внутренней поверхности, обжатые по внешней образующей эластичной обоймой, опорную втулку с двухсторонними пилообразными выступами и впадинами, входящими в ответные пазы верхнего конуса и герметизирующего элемента, нижний торец которого имеет пилообразные выступы, входящие в ответные пазы нижнего конуса, а также инструмент установочный гидравлический с цилиндром, штоком, обратным клапаном в виде втулки с посадочным седлом под бросовый шар, зафиксированной при помощи срезных элементов, отличающееся тем, что между штоком и цилиндром установлены несколько подвижных втулок и неподвижная втулка, образующие несколько полостей, верхние и нижние разрывные плашки установлены на штоке, причем нижний торец нижней разрывной плашки выполнен наклонным, верхний цилиндр и адаптер соединены при помощи срезных винтов, нижний цилиндр и корпус тарельчатого клапана также соединены при помощи срезных винтов, к нижней части адаптера присоединена корзина с выполненными в ней радиальными переточными отверстиями и радиальными отверстиями под защелки, упирающиеся в выступ нижней части ствола, седло под сбрасываемый шар прикреплено к корзине при помощи срезных винтов, а к нижней части корзины присоединена через переводник концевая втулка, к которой на срезных винтах прикреплены ограничительное кольцо и пробка-центратор с пружинным кольцом.

2. Пакерное оборудование по п.1, отличающееся тем, что герметизирующий элемент выполнен составным с конусными торцами.