ПАКЕР ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ Российский патент 2023 года по МПК E21B33/127 

Устройство относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к оборудованию для эксплуатации нефтяной или газовой скважины и может быть использовано для герметичного разобщения газонефтеводоносных пластов или участков затрубного пространства друг от друга.

Наиболее близким по технической сути является «ПАКЕР ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ» по патенту на изобретение RU № 2728074, от 30.12.2019, опубликован 28.07.2020, МПК E21B 33/12. Известный пакер содержит ствол в виде трубы, оснащенный верхним и нижним переводниками. На стволе установлен герметизирующий элемент из эластомерного материала в виде кольцевого цилиндра с верхним и нижним концевыми участками, зафиксированный между верхним и нижним неподвижными стаканами. Стаканы выполнены в виде ступенчатых втулок, первая ступень которых закреплена на стволе, а во второй ступени выполнена расточка в виде усеченного конуса, охватывающая снаружи концевые участки герметизирующего элемента. На стволе под концевыми участками герметизирующего элемента неподвижно установлены верхний и нижний подстаканники в виде втулок. Противоэкструзионная защита герметизирующего элемента содержит втулки, выполненные из пластически деформируемого металла, внахлест охватывающие концевые участки герметизирующего элемента. Втулки установлены в дополнительных конусных расточках, выполненных в расточках неподвижных стаканов. На части длины в стенке вторых ступеней стаканов выполнены равномерно расположенные по окружности основные сквозные продольные разрезы, образующие лепестки прямоугольной формы. Между основными разрезами выполнены дополнительные сквозные продольные разрезы, смещенные по окружности относительно основных разрезов. Между нижним стаканом и нижним переводником расположен клапанный узел, содержащий основные и дополнительные, выполненные ниже основных, полые срезные элементы с отверстиями, установленные в стенке ствола в радиальных каналах и взаимодействующие со спускаемой в процессе работы цементировочной пробкой. На стволе снаружи клапанного узла расположен переключатель положений, выполненный в виде подвижной ступенчатой втулки, с возможностью перемещения вверх и содержит 5 ступеней в виде расточек. В транспортном положении переключатель положений соединен с нижним переводником срезным штифтом. В средней замкнутой полости клапанного узла на проточке ствола установлен с возможностью перемещения вверх перекрыватель в виде втулки из эластомерного материала, упруго охватывающей наружную поверхность проточки ствола.

Для активации описанного в прототипе пакера необходимо предварительно осуществить срезание срезных элементов. Срезание упомянутых элементов в известном решении осуществляют посредством цементировочной пробки, для чего цементировочную пробку спускают в просвет пакера и включают насос для нагнетания раствора. Под давлением раствора цементировочная пробка перемещается вниз по полости пакера, срезая по пути упомянутые срезные элементы. Необходимость использования дополнительного инструмента перед началом эксплуатации устройства предполагает выполнение дополнительных технологических операций и, следовательно, связанных с ними затрат технологических ресурсов. Операции по применению описанного в прототипе дополнительного инструмента сложны и требуют участия высококвалифицированного персонала. Особенно сложна активация известного пакера при его использовании в горизонтально ориентированных скважинах.

Задачей заявляемого технического решения является создание пакера гидравлического, активация которого не требует использования дополнительных спускаемых инструментов.

Поставленная задача решена за счет пакера гидравлического, характеризующегося тем, что содержит полый трубчатый корпус, при этом на корпус установлена втулка с образованием кольцеобразного канала между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью втулки, на внешнюю поверхность корпуса в упомянутый кольцеобразный канал установлены кольцеобразный поршень и кольцо, кольцо и поршень установлены с образованием полости между ними и зафиксированы от перемещения индивидуальными срезными крепежными элементами, при этом кольцо и поршень установлены с возможностью осевого перемещения после снятия фиксации, а крепежные элементы, фиксирующие поршень, имеют меньшую прочность на срез, чем крепежные элементы, фиксирующие кольцо; полость между кольцом и поршнем сообщается с полостью корпуса через отверстие в корпусе, отверстие в кольце и канал, образованный частью внешней поверхности кольца и внутренней поверхностью втулки; пакер гидравлический содержит полый рукав, выполненный с возможностью увеличения диаметра при повышении давления в его полости, при этом полость рукава выполнена через односторонний клапан сообщающейся с полостью при выдвинутом в крайнее положение поршне; пакер гидравлический содержит дополнительный односторонний клапан, сообщающий полость рукава с затрубным пространством.

Суть технического решения иллюстрирована чертежами, где на фиг.1 – пакер гидравлический в транспортном положении, на фиг. 2 – пакер гидравлический в активированном положении.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображены: полый трубчатый корпус 1, отверстие 2 в корпусе, отверстие 3 в кольце, кольцо 4, полость 5, поршень 6, фиксирующие поршень крепежные элементы 7, односторонний клапан 8, кольцеобразный канал 9, полость 10 рукава, полый рукав 11, фиксирующие кольцо крепежные элементы 12, дополнительный односторонний клапан 13, втулка 14, полукольцо 15, манжета 16, канал 17, проточка 18.

Пакер гидравлический выполнен следующим образом.

Пакер гидравлический содержит полый трубчатый корпус 1, втулку 14, поршень 6, кольцо 4, полый рукав 11. Втулка 14 установлена на трубчатый корпус 1 с образованием кольцеобразного канала 9 между внешней поверхностью корпуса 1 и внутренней поверхностью втулки 14. Втулка 14 установлена на трубчатый корпус 1 любым известным из уровня техники способом, например, посредством полуколец 15 или при помощи сварного соединения. Кольцеобразный канал 9 сообщается с полостью 10 рукава 11 через односторонний клапан 8. Односторонний клапан 8 установлен таким образом, что пропускает рабочую среду из канала 9 в полость 10, при этом препятствует обратному проникновению среды из полости 10. В кольцеобразный канал 9 установлены кольцеобразный поршень 6 и кольцо 4, при этом поршень 6 установлен между кольцом 4 и клапаном 8. Кольцо 4 и поршень 6 установлены с образованием полости 5 между ними. Кольцо 4 и поршень 6 установлены с возможностью осевого перемещения. Возможность осевого перемещения кольца 4 и поршня 6 обеспечивается тем, что их внешний диаметр приближен к внутреннему диаметру втулки 14, а их внутренний диаметр приближен к внешнему диаметру трубчатого корпуса 1. На внешней поверхности трубчатого корпуса 1 в кольцеобразном канале 9 выполнена проточка 18. Проточка 18 сообщает полость 5 и канал 9 в активированном положении пакера, когда поршень 6 находится в своем крайнем положении, наиболее удаленном от кольца 4. В транспортном положении пакера, кольцо 4 и поршень 6 зафиксированы от перемещения относительно втулки 14 посредством индивидуальных крепежных элементов 7 и 12. Крепежные элементы 7 и 12 выполнены с возможностью среза. Возможность среза крепежных элементов 7 и 12 обеспечивается их выполнением из материала, обладающего соответствующими физико-механическими характеристиками, например из латуни. Крепежные элементы 7, фиксирующие поршень 6, обладают меньшей прочностью на срез, чем крепежные элементы 12, фиксирующие кольцо 4. Различная прочность на срез индивидуальных крепежных элементов 7 и 12 обеспечивается их различными геометрическими характеристиками, например, различными внешними диаметрами. Расположенная между кольцом 4 и поршнем 6 полость 5 в транспортном положении пакера сообщена с внутренней полостью трубчатого корпуса 1 через отверстие 2 в корпусе 1, отверстие 3 в кольце 4 и канал 17. Канал 17 образован частью внешней поверхности кольца 4 и внутренней поверхностью втулки 14. Полый рукав 11 выполнен с возможностью увеличения своего диаметра при повышении давления в его полости 10. Возможность увеличения диаметра рукава 11 обеспечивается выполнением его из материала, обладающего соответствующими физико-механическими характеристиками, например, из металла, обладающего высоким коэффициентом удлинения и малым пределом текучести. Опционально, на внешней поверхности рукава 11 расположены, выполненные из эластомерного материала, манжеты 16. Опционально, манжеты 16 расположены в канавках, выполненных прогнозируемо-изменяемой, при увеличении диаметра рукава 11, формы. Манжеты 16 предназначены для повышения герметичности прилегания рукава 11 к поверхности скважины или обсадной трубы. Опционально, пакер гидравлический может содержать дополнительный односторонний клапан 13. Односторонний клапан 13 установлен со стороны предполагаемого прорыва жидкости или газа. Односторонний клапан 13 пропускает внешнюю среду в полость 10 рукава 11, когда давление в затрубном пространстве превышает давление в полости 10 и препятствует ее обратному выходу.

Пакер гидравлический работает следующим образом.

В транспортном положении, в составе обсадной колонны, пакер гидравлический спускают в скважину. При спуске пакера на необходимую глубину, давление в полости 10 и в затрубном пространстве выравнивается посредством дополнительного одностороннего клапана 13, пропускающего среду в полость 10 при превышении давления в затрубном пространстве над давлением под рукавом 11. После спуска пакера в заданный интервал, в полости трубчатого корпуса 1, сообщенной с полостью 5, повышают давление рабочей среды. При достижении заданного уровня давления поршень 6 срезает крепежные элементы 7 и перемещается в свое крайнее положение, наиболее удаленное от кольца 4. Перемещение поршня 6 в крайнее положение обеспечивает сообщение полости трубчатого корпуса 1 с полостью 10 рукава 11 через отверстие 2 в корпусе 1, отверстие 3 в кольце 4, канал 17, полость 5, проточку 18, кольцеобразный канал 9 и односторонний клапан 8. Под воздействием давления, поступающей в полость 10 среды, диаметр рукава 11 увеличивается. Внешняя поверхность рукава 11, деформируясь, прижимается к внутренней поверхности скважины, повторяя ее форму. Прижатие рукава 11 к внутренней поверхности скважины с усилием, обеспечиваемым давлением в полости 10, разобщает изолируемые друг от друга интервалы затрубного пространства. При дальнейшем повышении давления в полости корпуса 1 кольцо 4 срезает крепежные элементы 12 и перемещается в свое крайнее положение, наиболее удаленное от поршня 6. Перемещение кольца 4 смещает относительно друг друга отверстия 2 и 3 и разобщает, таким образом, полость корпуса 1 с кольцеобразным каналом 9. За счет выполнения клапана 8 односторонним, давление в полости 10 остается постоянным, что обеспечивает надежное прижатие рукава 11 к внутренней поверхности скважины. При повышении давления в затрубном пространстве, например, вследствие прорыва жидкости или газа, внешняя среда через дополнительный клапан 13 поступает внутрь кожуха 11, выравнивая давление в затрубном пространстве и полости 10, что снижает вероятность смятия кожуха 11 и, как следствие, потери герметичности разобщения интервалов.

Использование в конструкции пакера кольца 4 и поршня 6, выполненных с возможностью осевого перемещения и зафиксированных индивидуальными срезными крепежными элементами 7 и 12, имеющими различную прочность на срез, позволяет активировать пакер путем простого повышения давления в полости трубчатого корпуса 1, без применения дополнительных спускаемых инструментов. Отсутствие необходимости использования дополнительного инструмента позволяет снизить временные затраты, а так же затраты технологических ресурсов, необходимых для осуществления активации пакера. Необязательность использования дополнительного спускаемого инструмента позволяет использовать пакер в горизонтально ориентированных скважинах и осуществлять его активацию силами персонала, не обладающего специальными навыками.

Техническим результатом заявленного технического решения является возможность активации пакера гидравлического без применения дополнительных спускаемых инструментов. Технический результат достигается за счет пакера гидравлического, характеризующегося тем, что содержит полый трубчатый корпус, при этом на корпус установлена втулка с образованием кольцеобразного канала между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью втулки, на внешнюю поверхность корпуса в упомянутый кольцеобразный канал установлены кольцеобразный поршень и кольцо, кольцо и поршень установлены с образованием полости между ними и зафиксированы от перемещения индивидуальными срезными крепежными элементами, при этом кольцо и поршень установлены с возможностью осевого перемещения после снятия фиксации, а крепежные элементы, фиксирующие поршень, имеют меньшую прочность на срез, чем крепежные элементы, фиксирующие кольцо; полость между кольцом и поршнем сообщается с полостью корпуса через отверстие в корпусе, отверстие в кольце и канал, образованный частью внешней поверхности кольца и внутренней поверхностью втулки; пакер гидравлический содержит полый рукав, выполненный с возможностью увеличения диаметра при повышении давления в его полости, при этом полость рукава выполнена через односторонний клапан сообщающейся с полостью при выдвинутом в крайнее положение поршне; пакер гидравлический содержит дополнительный односторонний клапан, сообщающий полость рукава с затрубным пространством.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к оборудованию для эксплуатации нефтяной или газовой скважины, и может быть использовано для герметичного разобщения газонефтеводоносных пластов или участков затрубного пространства друг от друга. Пакер гидравлический содержит полый трубчатый корпус, при этом на корпус установлена втулка с образованием кольцеобразного канала между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью втулки, на внешнюю поверхность корпуса в упомянутый кольцеобразный канал установлены кольцеобразный поршень и кольцо, кольцо и поршень установлены с образованием полости между ними и зафиксированы от перемещения индивидуальными срезными крепежными элементами. Кольцо и поршень установлены с возможностью осевого перемещения после снятия фиксации, а крепежные элементы, фиксирующие поршень, имеют меньшую прочность на срез, чем крепежные элементы, фиксирующие кольцо. Полость между кольцом и поршнем сообщается с полостью корпуса через отверстие в корпусе, отверстие в кольце и канал, образованный частью внешней поверхности кольца и внутренней поверхностью втулки. Пакер содержит полый рукав, выполненный с возможностью увеличения диаметра при повышении давления в его полости. На внешней поверхности корпуса в кольцеобразном канале выполнена проточка, сообщающая полость между кольцом и поршнем и кольцеобразный канал в активированном положении пакера, когда поршень находится в своем крайнем положении, наиболее удаленном от кольца. Полость рукава выполнена сообщающейся с полостью корпуса через односторонний клапан, кольцеобразный канал, проточку на внешней поверхности корпуса, полость между кольцом и поршнем, канал кольца, отверстие в кольце и отверстие в корпусе, при выдвинутом в крайнее положение поршне, наиболее удаленном от кольца, с возможностью последующего разобщения полости корпуса с кольцеобразным каналом при срезании крепежных элементов, фиксирующих кольцо, повышением давления в полости корпуса и перемещении кольца в свое крайнее положение, наиболее удаленное от поршня. Техническим результатом является возможность активации пакера гидравлического без применения дополнительных спускаемых инструментов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пакер гидравлический, характеризующийся тем, что содержит полый трубчатый корпус, при этом на корпус установлена втулка с образованием кольцеобразного канала между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью втулки, на внешнюю поверхность корпуса в упомянутый кольцеобразный канал установлены кольцеобразный поршень и кольцо, кольцо и поршень установлены с образованием полости между ними и зафиксированы от перемещения индивидуальными срезными крепежными элементами, при этом кольцо и поршень установлены с возможностью осевого перемещения после снятия фиксации, а крепежные элементы, фиксирующие поршень, имеют меньшую прочность на срез, чем крепежные элементы, фиксирующие кольцо; полость между кольцом и поршнем сообщается с полостью корпуса через отверстие в корпусе, отверстие в кольце и канал, образованный частью внешней поверхности кольца и внутренней поверхностью втулки; пакер содержит полый рукав, выполненный с возможностью увеличения диаметра при повышении давления в его полости; на внешней поверхности корпуса в кольцеобразном канале выполнена проточка, сообщающая полость между кольцом и поршнем и кольцеобразный канал в активированном положении пакера, когда поршень находится в своем крайнем положении, наиболее удаленном от кольца; полость рукава выполнена сообщающейся с полостью корпуса через односторонний клапан, кольцеобразный канал, проточку на внешней поверхности корпуса, полость между кольцом и поршнем, канал кольца, отверстие в кольце и отверстие в корпусе, при выдвинутом в крайнее положение поршне, наиболее удаленном от кольца, с возможностью последующего разобщения полости корпуса с кольцеобразным каналом при срезании крепежных элементов, фиксирующих кольцо, повышением давления в полости корпуса и перемещении кольца в свое крайнее положение, наиболее удаленное от поршня.

2. Пакер гидравлический по п. 1, отличающийся тем, что содержит дополнительный односторонний клапан, сообщающий полость рукава с затрубным пространством.