ПАКЕР ОПОРНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ Российский патент 2015 года по МПК E21B33/128 

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтедобывающей промышленности, и может быть использовано для разобщения полостей скважин пакерами с радиальным расширением под действием осевого давления.

Известен пакер, содержащий ствол с установленным на нем уплотнительным элементом, разделенным промежуточным металлическим кольцом, и втулку с нижним упором, связанную через переводник с опорным о забой патрубком. Верхняя часть ствола снабжена присоединительной муфтой, к хвостовой части которой на резьбе присоединен верхний упор, а к нижнему концу ствола присоединен ограничитель хода в виде гайки (патент RU №36122 U1. Пакер. - МПК: E21B 33/12. - 27.02.2004). Недостатком известного пакера является низкая надежность эксплуатации из-за нарушения герметизации внутри уплотнительных колец при их сжатии.

Известен пакер, содержащий ствол, с установленным на него уплотнительным элементом, сверху и снизу оснащенным размещенными на стволе дополнительными уплотнительными элементами, твердость которых выше твердости среднего уплотнительного элемента, верхний упор, присоединительную муфту, выполненную с верхним упором, жестко соединенным с верхним концом ствола, втулку с нижним упором и опорный о забой патрубок (патент RU №57347 U1. Пакер. - МПК: E21B 33/12. - 10.10.2006). Недостатком известного пакера является низкая надежность эксплуатации из-за нарушения герметизации внутри уплотнительных колец при их сжатии.

Известен пакер с упором на забой, содержащий ствол с верхним упором, нижним ограничителем хода и установленным на нем уплотнительным элементом, нижний упор со втулкой, в которые телескопически вставлен ствол с ограничителем хода, и опорным на забой патрубком. Ограничитель хода снизу снабжен кольцевым сужением, на котором зафиксирована срезными элементами втулка с наружными кольцевыми выборками в верхней части. Между нижним упором и втулкой во внутренней выборке установлено пружинное кольцо с внутренними кольцевыми проточками, выполненными с возможностью взаимодействия с кольцевыми выборками втулки при перемещении вверх относительно ограничителя хода и фиксации в них от перемещений вниз (патент RU №81248 U1. Пакер с упором на забой. - МПК: E21B 33/12. - 10.03.2009). Недостатком известного пакера является низкая надежность эксплуатации из-за нарушения герметизации внутри уплотнительных колец при их сжатии.

Наиболее близким аналогом является 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 фиксированным на нем механическим заякоривающим или центрующим устройством, состоящим из взаимосвязанных между собой конуса, плоских плашек и плашкодержателя, установленным ниже или выше уплотнительных манжет (патент RU №2365739 C2. Пакер опорно-механический Шарифова (варианты). - МПК: E21B 33/12. - 27.08.2009). Данное изобретение принято за прототип.

Недостатком известного пакера является низкая надежность эксплуатации из-за нарушения герметизации внутри уплотнительных колец при их сжатии.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение герметизации кольцевым уплотнением при его сжатии.

Техническим результатом является повышение герметичности установки пакера опорно-механического.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном пакере опорно-механическом, содержащем ствол с упорным наружным буртиком и канавкой под срезные штифты, телескопически соединенный манжетами с опорным ниппелем, с возможностью их осевого перемещения между собой и оснащенный кольцевым уплотнением с кольцевыми упорами с обеих сторон, присоединительной муфтой, соединенной со стволом, регулировочной гайкой с верхним нажимным упором, установленной на муфте, и втулкой с нижним упором, соединенной с опорным ниппелем, согласно предложенному техническому решению,

во втулке выполнена ступенчатая поверхность, уступом ступени упирающаяся в буртик ствола, а на буртике выполнена канавка, взаимодействующая с вышеупомянутыми срезными штифтами, установленными во втулке, при этом на стволе выполнены треугольные насечки, взаимодействующие с цангой, выполненной с треугольными насечками внутри и конусом снаружи, расположенной в полости втулки с упором в торец опорного ниппеля и удерживающейся от осевых перемещений стопорным кольцом, выполненным с канавкой под дополнительные срезные штифты, установленные во втулке, и внутренним конусом, взаимодействующим с наружным конусом цанги, с возможностью перемещения вдоль ствола на длину, большую величине сжатия кольцевого уплотнения с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины, и фиксации кольцевого уплотнения в сжатом состоянии;

срезные штифты, установленные в канавке ствола, выполнены с суммарным усилием среза меньшим, чем у срезных винтов, установленных в канавке стопорного кольца храпового механизма;

в стенке ствола на его конце, расположенном в ниппеле, выполнены гнезда под ключ.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного пакера опорно-механического, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение может быть реализовано на любом предприятии машиностроения из общеизвестных материалов и принятой технологии и успешно использовано на нефтегазовых скважинах. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

На представленной фигуре 1 показан пакер опорно-механический.

Пакер опорно-механический содержит ствол 1, телескопически соединенный посредством манжет 2 с опорным ниппелем 3 с возможностью их осевого перемещения между собой. Ствол 1 оснащен кольцевым уплотнением 4, присоединительной муфтой 5, регулировочной гайкой 6 с верхним нажимным кольцевым упором, установленной на муфте 5 с возможностью регулирования положения кольцевого уплотнения 4 на стволе 1 между упорами на регулировочной гайке 6 и на втулке 7, соединенной с опорным ниппелем 3. Во втулке 7 выполнена ступенчатая поверхность, упирающаяся уступом 8 ступени в буртик 9 на стволе 1. На буртике 8 выполнена канавка, взаимодействующая со срезными штифтами 10, установленными во втулке 7. На стволе 1 выполнены треугольные насечки 11, взаимодействующие с цангой 12, внутри которой выполнены ответные треугольные насечки и наружный конус, расположенной в полости втулки 7 с упором в торец опорного ниппеля 3 и удерживающейся от осевых перемещений стопорным кольцом 14 с внутренним конусом, взаимодействующим с наружным конусом цанги 12 для фиксации кольцевого уплотнения 4 в сжатом состоянии, и возможностью перемещения вдоль ствола 1 на длину, большую величине сжатия кольцевого уплотнения 4 с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины. Стопорное кольцо 14 выполнено с канавкой под дополнительные срезные штифты 15, установленные во втулке 7. Срезные штифты 10, установленные в канавке ствола 1, выполнены с суммарным усилием среза меньшим, чем у срезных винтов 15, установленных в канавке стопорного кольца 14. Регулировочная гайка 6 зафиксирована на муфте 5 стопорным винтом 16. В стенке ствола 1 на его конце, расположенном в ниппеле 3, выполнены гнезда 17 под ключ.

Пакер опорно-механический работает следующим образом.

Пакер спускают в скважину с помощью колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), соединенной с присоединительной муфтой 5, и устанавливают с упором опорного ниппеля 3 в нижепосаженный, например, пакер. После упора ниппеля 3 создается осевая нагрузка на ствол 1, последний под нагрузкой буртиком 9 срезает о внутреннюю ступенчатую поверхность втулки 7 срезные штифты 10, поскольку срезные штифты 10 выполнены с суммарным усилием среза меньшим, чем у срезных винтов 15, установленных в канавке стопорного кольца 14. В результате ствол 1 с манжетами 2 перемещается вниз через неподвижный опорный ниппель 3, соединенный с втулкой 7. При этом муфта 5 начинает перемещать регулировочную гайку 6 с нажимным кольцевым упором на кольцевое уплотнение 4 относительно кольцевого упора втулки 7. Перемещаясь вниз, ствол 1 перемещается внутри цанги 12 скольжением наклонных поверхностей треугольных насечек 11 на стволе 1 по наклонным поверхностям треугольных насечек в цанге 12, передвигая цангу 12 с упором в торец опорного ниппеля 3 вместе со стопорным кольцом 14, закрепленным во втулке 7 дополнительными срезными штифтами 15, вдоль полости 13, образованной ступенчатой поверхностью втулки 7, на длину сжатия кольцевого уплотнения 4 с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины. После этого нагрузка с пакера снимается и под действием реактивной силы сжатого кольцевого уплотнения 4 ствол 1 смещается вверх вместе с цангой 12, последняя наружным конусом входит во внутренний конус стопорного кольца 14, которым цанга 12 сжимается вокруг ствола 1, удерживая последний от осевых перемещений посредством взаимосвязанных треугольных насечек на стволе 1 и в цанге 12 с помощью стопорного кольца 14 и дополнительных срезных штифтов 15, установленных во втулке 7, фиксируя кольцевое уплотнение 4 в сжатом состоянии, независимо от внешней нагрузки на пакер.

Извлечение пакера из скважины осуществляют путем подъема НКТ вверх. При этом втулкой 7 срезаются дополнительные срезные штифты 15 в стопорном кольце 14, последнее освобождает цангу 12, которая разжимается и скользит по треугольным насечкам 11 ствола 1, при этом кольцевое уплотнение возвращается в исходное состояние и пакер свободно извлекается из скважины.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разобщения полостей скважин пакерами с радиальным расширением под действием осевого давления. С целью повышения герметичности установки пакера в скважине пакер опорно-механический содержит ствол, телескопически соединенный посредством манжет с опорным ниппелем с возможностью их осевого перемещения между собой. Ствол оснащен кольцевым уплотнением, присоединительной муфтой, регулировочной гайкой с верхним нажимным кольцевым упором, установленной на муфте с возможностью регулирования положения кольцевого уплотнения на стволе между упорами на регулировочной гайке и на втулке, соединенной с опорным ниппелем. Во втулке выполнена ступенчатая поверхность, упирающаяся уступом ступени в буртик на стволе. На буртике выполнена канавка, взаимодействующая со срезными штифтами, установленными во втулке. На стволе выполнены треугольные насечки, взаимодействующие с цангой, внутри которой выполнены ответные треугольные насечки и наружный конус. Цанга расположена в полости втулки с упором в торец опорного ниппеля и удерживается от осевых перемещений стопорным кольцом с внутренним конусом, взаимодействующим с наружным конусом цанги для фиксации кольцевого уплотнения в сжатом состоянии, с возможностью перемещения вдоль ствола на длину, большую величине сжатия кольцевого уплотнения с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины. Стопорное кольцо выполнено с канавкой под дополнительные срезные штифты, установленные во втулке. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пакер опорно-механический, содержащий ствол с упорным наружным буртиком и канавкой под срезные штифты, телескопически соединенный манжетами с опорным ниппелем, с возможностью их осевого перемещения между собой, и оснащенный кольцевым уплотнением с кольцевыми упорами с обеих сторон, присоединительной муфтой, соединенной со стволом, регулировочной гайкой с верхним нажимным упором, установленной на муфте, и втулкой с нижним упором, соединенной с опорным ниппелем, отличающийся тем, что во втулке выполнена ступенчатая поверхность, уступом ступени упирающаяся в буртик ствола, а на буртике выполнена канавка, взаимодействующая с вышеупомянутыми срезными штифтами, установленными во втулке, при этом на стволе выполнены треугольные насечки, взаимодействующие с цангой, выполненной с треугольными насечками внутри и конусом снаружи, расположенной в полости втулки с упором в торец опорного ниппеля и удерживающейся от осевых перемещений стопорным кольцом, выполненным с канавкой под дополнительные срезные штифты, установленные во втулке, и внутренним конусом, взаимодействующим с наружным конусом цанги, с возможностью перемещения вдоль ствола на длину, большую величины сжатия кольцевого уплотнения с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины, и фиксации кольцевого уплотнения в сжатом состоянии.

2. Пакер по п.1, отличающийся тем, что срезные штифты, установленные в канавке ствола, выполнены с суммарным усилием среза меньшим, чем у срезных винтов, установленных в канавке стопорного кольца храпового механизма.

3. Пакер по п.1, отличающийся тем, что в стенке ствола на его конце, расположенном в ниппеле, выполнены гнезда под ключ.