РАЗБУРИВАЕМЫЙ ПАКЕР Российский патент 2014 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для перекрытия межтрубного пространства добывающих скважин при проведении ремонтно-изоляционных работ.

Известен разбуриваемый пакер (см. а.с. №1.832.148 М кл. Е21В 33/12, опубл. 07.08.93 г., бюлл. №29).

Устройство состоит из полого цилиндрического корпуса с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, уплотнительного элемента, экструзионных шайб, верхних шлипсов в виде кольцевых секторов с радиальными пазами и зацепами. На нижнем конце полого цилиндрического корпуса размещены нижние шлипсы в виде кольцевых секторов, связанных срезными элементами с нижней опорой, которая опирается на нижний толкатель, жестко связанных с патрубком и хвостовиком, между которыми размещено срезное кольцо. Верхние и нижние толкатели снабжены фиксаторами в виде упругих разрезных колец с сечением треугольной формы, взаимодействующих с аналогичной нарезкой на наружной поверхности корпуса.

Работа пакера.

Пакер с помощью срезного кольца присоединяют к посадочному устройству и на лифтовой колонне труб спускают в скважину. Создают избыточное давление жидкости с воздействием на верхний толкатель, а через срезное кольцо и патрубок, на нижний толкатель.

Осуществляют деформацию манжет, со срезом штифтов, соединяющих верхние и нижние шлипсы с верхней и нижней опорой. Верхние и нижние шлипсы перемещаются равномерно по коническим поверхностям опор, с вводом в контакт со стенкой обсадной колонны.

После деформации манжеты с экструзионными шайбами и зацепления шлипсов с обсадной колонной происходит разрушение срезного кольца и отсоединение посадочного устройства от пакера, которое извлекается из скважины.

В зависимости от проводимой технологической операции осуществляют повторный спуск в скважину на НКТ, посадочное устройство оснащенное плунжером, для соединения с пакером. После выполнения работы по закачке в пласт изолирующей жидкости извлекают плунжер, с изоляцией подпакерной зоны от ствола скважины.

При необходимости освобождения осевого канала ствола скважины от пакера, его разбуривают (верхнюю часть) и с помощью захвата бурильным инструментом его извлекают из скважины.

Недостатки устройства:

- необходимость проведения дополнительной технологической операции, связанной с проведением спускоподъемной операции по оснащению инструментом лифтовой колонны труб и подачей изолирующей жидкости в подпакерной зоне;

- конструкция пакера не предполагает его оснащения обратным клапаном, что необходимо при проведении изолирующих работ, с созданием избыточного давления в заданном интервале. При этом часть изолирующего состава после сброса давления может поступить как в осевой канал ствола пакера, так и в осевой канал лифтовой колонны труб, что может привести к аварийной ситуации;

- проведение изоляционных работ подразумевает подачу расчетного объема изолирующего состава в подпакерную зону, что не всегда совпадает с реальным объемом, который может принять пласт, В этом случае необходимо этот объем удалить из скважины прямой или обратной промывкой, что при применении данной конструкции пакера осуществлять невозможно.

Известна конструкция пакера разбуриваемого (см. пат. РФ №2011792, М кл. Е21В 33/12, опубл. 30.04.1994 г., бюлл. №8).

Пакер состоит из полого ствола с уплотнителем на внешней стороне фиксатора, входного патрубка с заглушкой внизу, с радиальными отверстиями, гидроцилиндра с поршнем. Ствол соединен посредством левой резьбы с входным патрубком. Фиксатор выполнен в виде подпружиненных кулачков, установленных в радиальных отверстиях ствола под входным патрубком и гильзы, с внутренней конусной поверхностью, установленной с возможностью взаимодействия с кулачками.

На колонне труб пакер спускают в скважину на заданную глубину и при создании избыточного давления гидроцилиндр перемещают вниз относительно патрубка и ствола, с обеспечением сжатия уплотнительного элемента и перекрытием межтрубного пространства.

После прохождения гильзы подпружиненные кулачки расходятся в радиальном направлении и фиксируют уплотнительный элемент в сжатом состоянии.

Недостатки конструкции:

- шлипсы вгумированы в уплотнительный элемент, и при его деформации возможно затекание резины в зазоры, так как отсутствует опора со стороны разжимного конуса или экструзионных шайб;

- имеет место также неравномерность поджима уплотнительного элемента к внутренней поверхности трубы обсадной колонны;

- отсоединение гидравлического посадочного устройства от пакера, осуществляется путем вращения лифтовой колонны труб, что ограничивает применение пакера в искривленных и наклонных скважинах, из-за сложности контролировать крутящий момент;

- сложно также удалить из лифтовой колонны труб излишний объем изолирующего состава, который не удалось продавить в пласт.

Известна конструкция разбуриваемого технологического пакера (см. «Разработка разбуриваемых технологических пакеров для проведения изоляции подошвенных вод и консервации скважин». Разведочное бурение на суше и континентальном шельфе России. Тр. НПО «Бурение». Вып.14, Краснодар 2005 г., стр.377-383, принимаемый авторами и заявитель за прототип).

Разбуриваемый пакер состоит из ствола, снабженного корпусом башмачного клапана, в котором установлен обратный клапан, в виде стакана с эластичной манжетой, входящей в торцовый контакт с посадочным седлом. Обратный клапан связан с корпусом башмачного клапана, срезным элементом. На стволе установлены нижние разрывные плашки, нижний разжимной конус, уплотнительный элемент, на который опирается верхний разжимной конус, входящий конической частью внутрь конуса верхних разрывных плашек. На верхние разрывные плашки опирается подвижная опора, с пакетом стопорных разрезных колец, разделенных кольцами. Ствол снабжен рядом насечек на внешней стороне, с которыми взаимодействуют стопорные разрезные кольца.

Подвижная опора связана со стволом срезным элементом. Верхние и нижние разрывные плашки связаны друг с другом кольцевыми перемычками.

На внешней стороне разрывных плашек выполнены по две кольцевые канавки, в которых кольца, с острыми гранями обращенными к стенке трубы обсадной колонны.

Ствол пакера соединяется со стволом гидравлического посадочного устройства и спускается в скважину.

При подаче избыточного давления в лифтовую колонну труб и в посадочное устройство, происходит ввод нижнего разжимного конуса под разрывные плашки, с разрушением кольцевой перемычки и выводом их до ввода в контакт со стенкой трубы обсадной колонны разрезных стопорных колец, с их внедрением в тело на глубину Δ>0,15÷0,2 мм.

Дальнейшим осевым нагружением осуществляют деформацию уплотнительного элемента, с перекрытием кольцевого зазора между обсадной и лифтовой колонной труб. После этого происходит разрушение кольцевой перемычки верхних разрывных плашек и ввод во взаимодействие разрезных стопорных колец с трубой обсадной колонны.

При этом происходит перемещение подвижной опоры по стволу и взаимодействие с насечкой стопорных колец. После посадки пакера, стопорные кольца вводятся внутрь насечек, с фиксацией в напряженном состоянии уплотнительного элемента и якорного узла, в который входят верхние и нижние разрывные плашки. Для обеспечения гидравлической связи осевого канала ствола пакера с подпакерной зоной повышают давление рабочей жидкости, с разрушением срезного элемента и перемещением вниз обратного клапана. Эластичная манжета отходит от посадочного седла, с образованием гидравлической связи осевого канала лифтовой колонны, с подпакерной зоной и подачей изолирующего состава в пласт.

После сброса давления обратный клапан усилием сжатой пружины, садится на посадочное седло.

Гидравлическое посадочное устройство при этом отсоединяется от пакера путем разрушения перемычки, выполненной на стволе, над местом расположения насечек, в момент полной фиксации пакера.

К недостаткам конструкции устройства следует отнести следующее:

- технологическая проточка на стволе пакера выполняется из условия получения перемычки, заданного поперечного сечения, достаточного чтобы сохранить связь гидравлического посадочного устройства с пакером до момента его посадки. Это требует проведения дополнительных работ по определению прочностных характеристик материала, из которого изготовлен ствол пакера, после чего определяют глубину кольцевой проточки.

Технический результат, который может быть получен при реализации предполагаемого изобретения, сводится к следующему:

- возможность гидравлической посадки с помощью посадочного инструмента, с защитой ствола пакера от избыточного давления, поскольку он изготовлен из серого чугуна, обладающего достаточно низкими прочностными свойствами;

- возможность отсоединения посадочного инструмента от ствола пакера, с сохранением герметичности лифтовой колонны труб и возможностью подачи изолирующего состава в подпакерную зону;

- возможность отсечки подпакерной зоны от осевого канала ствола пакера после окончания технологического процесса;

- возможность осуществления прямой или обратной промывки осевого канала лифтовой колонны труб от излишков изолирующего состава, при образовании гидродинамической связи между осевым каналом лифтовой колонны труб и межтрубным пространством скважины;

- возможность многократного применения посадочного клапана, извлекаемого из скважины вместе с посадочным инструментом.

Технический результат достигается тем, что устройство состоит из ствола с полым штоком в осевом канале и обратным клапаном. На нижнем конце ствола установлен башмак с подпружиненным обратным клапаном, верхние и нижние разрывные плашки, разжимные конуса, уплотнительный элемент, подвижная опора с пакетом стопорных разрезных колец.

Полый шток снабжен переходной муфтой с резьбой для связи с гидравлическим посадочным устройством.

Ствол снабжен внутренней расточкой на нижнем конце. Полый шток снабжен удлинителем с продольными пазами и цангой, лепестки которой снабжены головками, установленными с возможностью взаимодействия со стволом в месте выполнения внутренней расточки и через продольные пазы в теле удлинителя, с опорой на конус обратного клапана, установленного в его осевом канале.

Удлинитель снабжен дроссельной шайбой на нижнем конце и входит в торцовый контакт с подпружиненным обратным клапаном башмака. Переходная муфта снабжена регулировочной гайкой и связана со стволом срезным элементом.

Конструкция пакера поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 - конструкция пакера в разрезе в исходном транспортном положении;

- на фиг.2 - конструкция устройства в положении перекрытия межтрубного пространства уплотнительным элементом и фиксацией в осевом канале обсадной колонны;

- на фиг.3 - конструкция устройства в положении отсоединения гидравлического посадочного устройства, при его связи со стволом пакера;

- на фиг.4 - конструкция устройства в рабочем положении деталей, после проведения ремонтно-изоляционных работ и закрытом обратном клапане.

Разбуриваемый пакер состоит из ствола 1, на нижнем конце которого установлен корпус 2 башмачного клапана, в осевом канале 3 которого размещен подпружиненный обратный клапан 4, с опорой на гайку 5.

На внешней стороне ствола 1 выполнена насечка 6 и установлены последовательно нижние разрывные плашки 7, разжимной конус 8, связанный со стволом 1 срезным элементом 9. На его торцовую поверхность опирается уплотнительный элемент 10, в виде набора резиновых цилиндров. Сверху установлен разжимной конус 11, на который опираются верхние разрывные плашки 12. На последние сверху опирается разъемная подвижная опора 13, снабженная пакетом разрезных стопорных коле 14 со скосами, обращенными к насечкам 6 на стволе 1. В осевой канал ствола 1 пропущен полый шток 15, с переходной муфтой 16 на верхнем конце, входящей своим нижним концом в расточку 17 в стволе 1 и связанный с ним срезным элементом 18. На внешней стороне переходной муфты 16 установлена регулировочная гайка 19, с возможностью торцового взаимодействия со стволом 1.

На нижнем конце полого шток 15 установлен удлинитель 20 и закреплен корпус цанги 21, лепестки 22 которой своими головками 23 входят во внутреннюю расточку 24 в осевом канале ствола 1. Удлинитель 20 снабжен продольными пазами 25, в которые пропущены головки цанги 21. В осевом канале 26 удлинителя 20 установлен корпус 27 обратного клапана 28, на который с внешней стороны опираются головки 23 лепестков 22 цанги 21.

Корпус 27 обратного клапана 28 связан с удлинителем 20 срезным элементом 29 и снабжен уплотнителем 30, перекрывающим кольцевой зазор между внутренней поверхностью корпуса 27 обратного клапана 28.

В теле удлинителя 20 выполнены радиальные отверстия 31, соединяющие полость 32 над подпружиненным обратным клапаном 4, с осевым каналом 26 удлинителя 20. Через отверстия 33 в корпусе 2 полость 32 соединяется с затрубным пространством.

Осевой канал 26 удлинителя 20 снизу перекрыт дроссельной шайбой 34. Сам удлинитель 20, в исходном положении взаимодействует с подпружиненным обратным клапаном 4 и поджимает его к гайке 5.

Корпус 27 обратного клапана 28, снабжен седлом 35 и клеткой 36 с радиальными отверстиями 37, соединяющими его внутреннюю полость с осевым каналом 26 удлинителя 20. Переходная муфта 16, снабжена присоединительной резьбой 38, для соединения с гидравлическим посадочным устройством (на фигурах не показано).

На внешней стороне разъемной подвижной опоры 13 выполнена проточка 39, для опоры на последнюю гильзы гидравлического посадочного устройства. Кольцевой зазор между стволом 1 и телом полого штока 15 перекрыт уплотнительными кольцами 40.

Работа разбуриваемого пакера.

Устройство присоединительной резьбой 38 в переходной муфте 16 соединяется с гидравлическим посадочным устройством и вводится в скважину, с расположением на заданной глубине.

При спуске устройства в скважину происходит свободный переток пластовой жидкости через каналы 34 и радиальные отверстия 31 в теле удлинителя 20, далее через обратный клапан 28, в осевой канал полого штока 15.

При подаче избыточного давления рабочей жидкости в гидравлическое посадочное устройство и осевой канал полого штока 15 происходит посадка пакера. При этом происходит перемещение вниз разъемной подвижной опоры 13 относительно ствола 1 с проскальзыванием разрезных стопорных колец 14 относительно насечек 6. Осевым сжатием происходит перемещение разрывных плашек 7 к стенке обсадной колонны, путем ввода внутрь разжимного конуса 8 и сжатие уплотнительного элемента 10 до образования герметичного контакта со стенкой обсадной колонны. Далее происходит надвиг верхних разрывных плашек 12 на верхний разжимной конус 11 и их деформация в радиальном направлении, до образования связи с металлом труб обсадной колонны.

Разрезные стопорные кольца 14 своими кромками входят внутрь насечек 6 на стволе 1, с фиксацией положения деталей пакера в рабочем состоянии. Поднимают давление в осевом канале полого штока 15, с передачей на площадь поперечного сечения корпуса 27 обратного клапана 28, с разрушением срезного элемента 29, что приводит к его перемещению вниз относительно головок 23 лепестков 22, цанги 21 и вводу головок 23 внутрь продольных пазов 25, с выходом из внутренней расточки 24 в стволе 1. Осевой канал 26 удлинителя 20 гидравлически соединяется с осевым каналом 33 корпуса 2 башмачного клапана, а через каналы 34 в его теле с полостью скважины. Тем самым обеспечивается свободная подача рабочей жидкости в подпакерную зону и далее в продуктивный пласт. После закачки рабочей жидкости и сохранения избыточного давления в осевом канале полого штока 15, натяжением лифтовой колонны осуществляют перемещение вверх гидравлического посадочного устройства и связанного с ним, через переходную муфту 16, полого штока 15 с удлинителем 20 и цангой 21. Подпружиненный обратный клапан 4 усилием пружины перемещается вверх в осевом канале 3 корпуса 2 башмачного клапана, с прекращением гидравлической связи через отверстия 34, полости скважины, с полостью труб лифтовой колонны.

Дальнейшим перемещением вверх выводят полый шток 15 из осевого канала ствола 1. При необходимости промывки осевого канала труб лифтовой колонны от остатков рабочей жидкости, подают под давлением промывочную жидкость внутрь устройства с выходом через радиальные отверстия 31 в теле удлинителя 20 в межтрубное пространство скважины.

При необходимости освобождения осевого канала обсадной колонны от пакера, последний может быть разбурен.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для перекрытия межтрубного пространства добывающих скважин при проведении ремонтно-изоляционных работ. Обеспечивает возможность гидравлической посадки с помощью посадочного инструмента, с защитой ствола пакера от избыточного давления, возможность отсоединения посадочного инструмента от ствола пакера с сохранением герметичности лифтовой колонны труб и возможностью подачи изолирующего состава в подпакерную зону, возможность отсечки подпакерной зоны от осевого канала ствола пакера после окончания технологического процесса, возможность осуществления прямой или обратной промывки осевого канала лифтовой колонны труб, возможность многократного применения посадочного клапана. Разбуриваемый пакер состоит из ствола с башмаком на нижнем конце, в осевом канале которого установлен подпружиненный обратный клапан. На ствол установлены нижние и верхние разрывные плашки с разжимными конусами, уплотнительный элемент и подвижная опора с пакетом разрезных стопорных колец. Ствол снабжен внутренней расточкой на нижнем конце. В осевом канале ствола находится полый шток с удлинителем и цангой. Удлинитель имеет продольные пазы. Лепестки цанги снабжены головками, которые установлены с возможностью взаимодействия с внутренней расточкой ствола. Также они взаимодействуют с опорой на конус обратного клапана в его осевом канале через пазы удлинителя. Удлинитель снабжен дроссельной шайбой, радиальными отверстиями над ней и установлен с возможностью торцевого контакта с обратным клапаном башмака. Шток снабжен переходной муфтой с регулировочной гайкой и связан со стволом срезным элементом. 4 ил.

Разбуриваемый пакер, состоящий из ствола с полым штоком в осевом канале и башмака, с подпружиненным обратным клапаном, нижних и верхних разрывных плашек, с разжимными конусами, уплотнительным элементом, подвижной опорой с пакетом стопорных разрезных колец, отличающийся тем, что ствол снабжен внутренней расточкой на нижнем конце, полый шток снабжен удлинителем с продольными пазами и цангой, лепестки которой снабжены головками, установленными с возможностью взаимодействия с внутренней расточкой ствола и через продольные пазы удлинителя, с опорой на корпус обратного клапана в его осевом канале, удлинитель снабжен дроссельной шайбой и радиальными отверстиями над ней и установлен с возможностью торцового контакта с обратным клапаном башмака, а полый шток снабжен переходной муфтой с регулировочной гайкой и связан со стволом срезным элементом.