Пакер механический двухстороннего действия Российский патент 2019 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к оборудованию для нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использовано для герметичного разобщения интервалов ствола обсадной колонны и ее защиты от динамического воздействия рабочей среды в процессе проведения различных технологических операций.

Известен двуякорный механический пакер, содержащий шпиндель, установленные на нем верхний и нижний якоря со стопорными плашками и разжимающими их конусами, муфту, в которой выполнена расточка, и соединенную с конусом верхнего якоря, временно закрепленным на шпинделе срезными штифтами, и соединенную с конусом нижнего якоря нижнюю гайку. Между муфтой и нижней гайкой расположено кольцевое уплотнение. Шпиндель верхней частью соединен с переводником, на котором установлена верхняя гайка. Обойма верхнего якоря и верхняя гайка соединены между собой кожухом, внутри которого установлена пружина для нажима на торец обоймы верхнего якоря относительно переводника. Стопорные плашки верхнего и нижнего якорей установлены в радиальных пазах обоймы и подпружинены в направлении шпинделя с помощью плоских пружин. В обойме нижнего якоря дополнительно установлены подпружиненные фрикционные плашки. Под обоймой выполнен лабиринтный паз. Обойма соединена с затвором. В затворе размещен плавающий палец телескопического замка. На цилиндрической поверхности стопорных плашек верхнего якоря выполнены выступы, расположенные в окнах, выполненных в стенке обоймы. По меньшей мере, на половине количества стопорных плашек выполнены насечки с упорным профилем для зацепления якоря со стволом скважины с возможностью продольного и радиального перемещения выступов плашек в окнах обоймы. Другая часть стопорных плашек выполнена с возможностью скольжения по стволу скважины, выступы которых расположены в окнах обоймы с возможностью радиального перемещения (патент РФ №2536534, МПК Е21В 33/12, опубликован 27.12.2014 г.).

Недостатком известного пакера является отсутствие механизма фиксации пакера в рабочем положении для исключения самопроизвольного освобождения пакера после установки.

Известен пакер, содержащий шток с пазом, прикрепленный к верхнему концу штока, установленный на штоке уплотнительный элемент. Над уплотнительным элементом размещены конус, верхний корпус с подпружиненными верхними плашками, размещенные под уплотнительным элементом конус, фиксатор, нижний корпус с подпружиненными планками и нижними плашками. Над уплотнительным элементом размещен кожух. Конус выполнен разрезным с возможностью радиального раскрытия и с внутренней радиальной выборкой. Верхний корпус имеет внутренний выступ. Часть штока, размещенная внутри верхних плашек и конуса разрезного, выполнена с верхним и нижним радиальными выступами. Они взаимодействуют соответственно с верхними плашками и конусом разрезным. Верхний корпус прижат к торцу переводника пружиной. Она размещена между внутренними выступами верхнего корпуса и верхним радиальным выступом штока с возможностью осевого перемещения вниз по отношению к штоку. Нижний радиальный выступ штока размещен внутри радиальной выборки конуса разрезного. Концевая часть конуса разрезного размещена между радиальными выступами штока и находится в зацеплении с ними. Она имеет возможность взаимодействия с верхними плашками при перемещении штока (патент РФ №2120023, МПК Е21В 33/12, опубликован 10.10.1998 г.)

Известен механический пакер двухстороннего действия с возможностью установки на малых глубинах, выбранный за прототип, содержащий составной уплотнительный элемент, установленный на штоке совместно с кольцами или без них. Сверху и снизу от уплотнительного элемента размещены, соответственно, верхний и нижний кожухи. В пазах верхнего и нижнего кожухов установлены соответственно верхние и нижние радиальные раздвижные опоры, прижатые к штоку пружинами, соответственно, через верхний и нижний упоры и шайбы. Верхние и нижние опоры выполнены с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним конусами. Верхний кожух соединен через переходник с кожухом, внутри которого расположена нижняя часть разрезного конуса, подпружиненного через конический упор пружиной, состоящей из комплекта тарированных колец и шайбы. В верхней части пакера расположен верхний механический якорь, выполненный с возможностью взаимодействия со стволом посредством шлицевого соединения. В нижней части штока расположен нижний механический якорь (патент РФ №148471, МПК Е21В 33/12, опубликован 10.12.2014 г., патентообладетелем является заявитель настоящего изобретения).

Недостатком известных пакеров является отсутствие механизма фиксации пакера в рабочем положении для предотвращения срыва пакера при натяжении колонны труб, при проведении различных технологических операций.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и расширение функциональных и технологических возможностей пакера механического двухстороннего действия за счет предотвращения срыва пакера при натяжении колонны труб, при проведении различных технологических операций.

Технический результат достигается тем, что в пакере механическом двухстороннего действия, содержащем шток с верхним и нижним радиальными выступами, уплотнительные элементы, верхний механический якорь, состоящий из верхнего корпуса с подпружиненными через упор верхними плашками, подпружиненного разрезного конуса, кожуха, нижний механический якорь, состоящий из нижнего корпуса с подпружиненными нижними плашками и планками, нижнего конуса, фигурный паз, фиксатор, согласно изобретению, между верхним механическим якорем и уплотнительными элементами установлен корпус, верхняя часть которого соединена с кожухом верхнего механического якоря и упирается в пружину, поджимающую разрезной конус, а внутри корпуса размещена цанга, установленная с возможностью совместного с корпусом осевого перемещения относительно штока и взаимодействия ее внутреннего выступа с наружным буртиком штока, нижний радиальный выступ штока выполнен между разрезным конусом и цангой.

Кроме того, над и под уплотнительными элементами могут быть размещены конусы, установленные с возможностью взаимодействия с ответными верхними и нижними раздвижными опорами, подпружиненными через верхний и нижний упоры, размещенные соответственно в верхнем и нижнем кожухах, при этом верхний кожух связан с корпусом, а нижний кожух – с нижним конусом.

Установка между верхним механическим якорем и уплотнительными элементами корпуса, верхняя часть которого соединена с кожухом верхнего механического якоря и упирается в пружину, поджимающую разрезной конус, и размещение внутри корпуса цанги, установленной с возможностью совместного с корпусом осевого перемещения относительно штока и взаимодействия ее внутреннего выступа с наружным буртиком штока, позволяет установить уплотнительные элементы пакера при определенном настраиваемом усилии, зафиксировать верхний механический якорь в рабочем положении и тем самым предотвратить срыв пакера при натяжении колонны труб, при проведении различных технологических операций во время эксплуатации пакера в скважине.

На фиг. приведена схема пакера механического двухстороннего действия в транспортном положении.

Пакер содержит шток 1, выполненный в данном случае из трех частей, соединённых между собой с помощью резьбы, установленные на штоке 1 уплотнительные элементы 2, верхний механический якорь, состоящий из верхнего корпуса 3 и верхних плашек 4, поджатых пружиной 5 через упор 6, разрезного конуса 7, подпружиненного через конический упор 8 пружиной 9, кожуха 10, нижний механический якорь, состоящий из нижнего корпуса 11, нижнего конуса 12, нижних плашек 13, прижатых к штоку 1 пружиной 14, подпружиненных планок 15. Шток 1 имеет верхний 16 и нижний 17 радиальные выступы. В отверстиях втулки 18 нижнего механического якоря установлен фиксатор 19, концевая часть которого находится в фигурном пазе 20, выполненном в нижней части штока 1. Между верхним механическим якорем и уплотнительными элементами 2 установлен корпус 21, верхняя часть которого соединена с кожухом 10 и упирается в пружину 9 верхнего механического якоря. Внутри корпуса 21 размещена цанга 22, установленная с возможностью совместного с корпусом 21 осевого перемещения относительно штока 1 и взаимодействия ее внутреннего выступа 23 с наружным буртиком 24 штока 1. Для лучшей центрации штока 1 относительно корпуса 21 во время срабатывания пакера, между разрезным конусом 7 и цангой 22 выполнен нижний радиальный выступ 17 на штоке 1.

Для предотвращения выдавливания уплотнительных элементов 2 в кольцевой зазор между пакером и эксплуатационной колонной (на фиг. не показана), пакер механический двухстороннего действия может быть снабжен размещенными над и под уплотнительными элементами 2 конусами 25 и 26, установленными с возможностью взаимодействия с ответными верхними 27 и нижними 28 раздвижными опорами, подпружиненными пружинами 29 и 30 через верхний 31 и нижний 32 упоры, размещенные соответственно в верхнем 33 и нижнем 34 кожухах. При этом верхний кожух 33 связан с корпусом 21, а нижний кожух 34 – с нижним конусом 12.

Конструктивно концевая часть фиксатора 19 может быть размещена в фигурном пазу, выполненном на втулке (на фиг. не показана), установленной на нижнюю часть штока 1 с возможностью вращения и зафиксированной от осевых перемещений.

Пакер механический двухстороннего действия работает следующим образом.

Пакер соединяют при помощи муфты 35 с колонной труб (на фиг. не показана) и спускают в скважину на требуемую глубину. При спуско-подъёмных операциях планки 15 (центраторы) нижнего механического якоря постоянно прижаты к стенкам эксплуатационной колонны. Пакер устанавливают в скважине известным способом, путем осевых перемещений колонны труб. Вначале приводится в действие нижний механический якорь. Нижний конус 12, соприкасаясь с нижними плашками 13, сжимая пружину 14, переместит нижние плашки 13 в радиальном направлении до зацепления со стенками эксплуатационной колонны. Далее уплотнительные элементы 2, увеличиваясь до диаметра эксплуатационной колонны, герметизируют межтрубное пространство. В случае установки раздвижных опор 27 и 28, последние переходят в рабочее положение: пружины 29 и 30 сжимаются и верхние 27 и нижние 28 раздвижные опоры под действием конусов, соответственно, 25 и 26, расходятся в радиальном направлении до диаметра скважины и перекрывают кольцевое пространство между конусом 25 (26) и эксплуатационной колонной. В ходе дальнейшего движения вниз штока 1, при определённом значении осевой сжимающей нагрузки, создаваемой весом колонны труб, произойдёт срабатывание механизма регулятора нагрузки и установка верхнего механического якоря. При этом в результате перемещения цанги 22 с корпусом 21 относительно штока 1 вверх, внутренний выступ 23 цанги 22 взаимодействует с наружным буртиком 24 штока 1 и проскакивает его снизу вверх. Разрезной конус 7, преодолевая усилие пружины 9, раскрывается в радиальном направлении и фиксируется в раскрытом положении верхним радиальным выступом 16 штока 1. Верхние плашки 4, взаимодействуя с разрезным конусом 7, раздвигаются радиально и зацепляются со стенками эксплуатационной колонны. Таким образом, верхний механический якорь фиксируется в рабочем положении, что предотвращает срыв пакера при натяжении колонны труб, при проведении различных технологических операций.

Пакер механический двухстороннего действия переводится в транспортное положение натяжением колонны труб при определенной осевой растягивающей нагрузке. При этом шток 1 перемещается вверх относительно верхнего и нижнего механических якорей, и при превышении заданной нагрузки срабатывает цанга 22, внутренний выступ 23 которой проскакивает наружный буртик 24 штока 1 сверху вниз. Разрезной конус 7 под действием усилия пружины 9 переходит в транспортное положение. Верхние плашки 4 освобождаются от зацепления с эксплуатационной колонной и под действием усилия пружины 5 возвращаются в исходное положение. Раздвижные опоры 27 и 28 (в случае их установки) под действием пружин, соответственно 29 и 30, переходят в транспортное положение. Уплотнительные элементы 2 принимают первоначальную форму. Нижний конус 12 нижнего механического якоря освобождается из-под нижних плашек 13, которые под действием пружины 14 возвращаются в транспортное положение.

Таким образом, предлагаемое изобретение повышает надежность и расширяет функциональные и технологические возможности пакера механического двухстороннего действия за счет обеспечения фиксации пакера в рабочем положении, что позволяет натягивать колонну труб после посадки пакера без нарушения герметичного разобщения интервалов эксплуатационной колонны. Пакер обеспечивает надежную герметизацию эксплуатационной колонны на длительный срок, в том числе при циклических перепадах давления на пакер.

Изобретение относится к пакерам механическим двухстороннего действия. Техническим результатом является повышение надежности. Пакер механический двухстороннего действия содержит шток с верхним и нижним радиальными выступами, уплотнительные элементы, верхний механический якорь, состоящий из верхнего корпуса с подпружиненными через упор верхними плашками, подпружиненного разрезного конуса, кожуха, нижний механический якорь, состоящий из нижнего корпуса с подпружиненными нижними плашками и планками, нижнего конуса, фигурный паз, фиксатор. Между верхним механическим якорем и уплотнительными элементами установлен корпус, верхняя часть которого соединена с кожухом верхнего механического якоря и упирается в пружину, поджимающую разрезной конус. Внутри корпуса размещена цанга, установленная с возможностью совместного с корпусом осевого перемещения относительно штока и взаимодействия ее внутреннего выступа с наружным буртиком штока. Нижний радиальный выступ штока выполнен между разрезным конусом и цангой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пакер механический двухстороннего действия, содержащий шток с верхним и нижним радиальными выступами, уплотнительные элементы, верхний механический якорь, состоящий из верхнего корпуса с подпружиненными через упор верхними плашками, подпружиненного разрезного конуса, кожуха, нижний механический якорь, состоящий из нижнего корпуса с подпружиненными нижними плашками и планками, нижнего конуса, фигурный паз, фиксатор, отличающийся тем, что между верхним механическим якорем и уплотнительными элементами установлен корпус, верхняя часть которого соединена с кожухом верхнего механического якоря и упирается в пружину, поджимающую разрезной конус, а внутри корпуса размещена цанга, установленная с возможностью совместного с корпусом осевого перемещения относительно штока и взаимодействия ее внутреннего выступа с наружным буртиком штока, нижний радиальный выступ штока выполнен между разрезным конусом и цангой.

2. Пакер по п. 1, отличающийся тем, что над и под уплотнительными элементами размещены конусы, установленные с возможностью взаимодействия с ответными верхними и нижними раздвижными опорами, подпружиненными через верхний и нижний упоры, размещенные соответственно в верхнем и нижнем кожухах, при этом верхний кожух связан с корпусом, а нижний кожух – с нижним конусом.