ПАКЕР ТЕРМОСТОЙКИЙ С ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕМ ПОТОКОВ Российский патент 2023 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к технике пакерования для герметизации межтрубного пространства в обсадной колонне преимущественно при термических методах добычи высоковязкой нефти, с целью защиты обсадной (эксплуатационной) колонны от воздействия высокого давления и температуры, сопутствующих процессу паронагнетания.

Известен пакер многофункциональный, содержащий трубу, соединяемую сверху с колонной насосно-компрессорных труб и снизу с погружным электроприводным насосом посредством патрубка. Снаружи трубы смонтированы резиновые кольцевые манжеты с механизмом расширения их, якорь, центратор и выполнен канал для герметичной проводки силового кабеля через пакер. В стенке трубы по обе стороны кольцевых манжет выполнены радиальные отверстия и симметрично им кольцевые трапециевидные канавки, сообщающие полость трубы с межтрубными пространствами выше и ниже пакера. Внутренний диаметр трубы меньше внутреннего диаметра колонны насосно-компрессорных труб и в направлении верхнего торца трубы в последней выполнен внутренний конус перехода от диаметра трубы до диаметра колонны насосно-компрессорных труб. На внутренней стороне стенки трубы выполнена кольцевая выемка стопорного устройства для установки в трубе сменных цилиндрических вставок, предназначенных для выполнения определенного технологического регламента эксплуатации скважины, спускаемых в трубу через полость колонны насосно-компрессорных труб и герметично устанавливаемых в трубе посредством уплотнений с возможностью совмещения и/или перекрытия кольцевых трапециевидных канавок с радиальными отверстиями в трубе и в сменных цилиндрических вставках. (Патент RU № 2532501 С1 на изобретение «ПАКЕР МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ». – МПК: E21B 33/12 - 10.11.2014).

Недостатком известного пакера является большой объем спускоподъемных операций на смену технологических операций, выполняемых по регламенту эксплуатации скважины, требующий длительное время простоя скважины, а также отсутствие возможности отведения газа в межтрубное надпакерное пространство.

Известен циркуляционный пакер, включающий полый ствол с основным уплотнительным элементом и расположенным в стволе многофункциональным каналом, заполненным наполнителем с размещенным в нем, по меньшей мере, одним кабелем и одним регулирующим прибором. Пакер снабжен дополнительным уплотнительным элементом, установленным на полом стволе на заданном расстоянии от основного уплотнительного элемента с образованием между ними после посадки пакера в межтрубном пространстве циркуляционной камеры, сообщенной посредством размещенного в многофункциональном канале регулирующего прибора с подпакерной зоной, и, по меньшей мере, одним перепускным клапаном/регулятором, установленным под основным уплотнительным элементом и размещенным соответственно в поперечном канале, выполненном в полом стволе, или, по меньшей мере, в одной скважинной камере, размещенной под основным уплотнительным элементом. Внешний диаметр полого ствола между уплотнительными элементами не превышает диаметра уплотнительных элементов. Регулирующий прибор, размещенный в многофункциональном канале, установлен в его нижней части. Циркуляционная камера выполнена с возможностью сообщения с внутренней полостью полого ствола посредством перепускного клапана/регулятора. (Патент RU №2334077 С1 на изобретение «ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ПАКЕР ГАРИПОВА». – E21B 33/12 - 20.09.2008).

Известен двуствольный пакер с кабельным вводом, включающий силовой кабель, наружный и внутренний стволы, вставленные один в другой и образующие межствольное пространство , уплотнительный элемент пакера , входное отверстие, выполненное с возможностью сообщения с межствольным пространством, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной линией закачки химических реагентов и/или, по меньшей мере, одной линией отвода газа . (Патент RU №130342 U1 на изобретение «ДВУСТВОЛЬНЫЙ ПАКЕР С КАБЕЛЬНЫМ ВВОДОМ (ВАРИАНТЫ)». – E21B 33/12 - 20.07.2013).

Известен пакер, включающий полый ствол с уплотнительным элементом и расположенным в стволе сквозным многофункциональным каналом. Многофункциональный канал заполнен газопроницаемым и/или герметизирующим наполнителем с размещенными в нем одним кабель, и/или одним контрольно-измерительным прибор, и/или один регулирующий прибор, например регулятор. (Патент RU №56939 U1 на изобретение «ПАКЕР ГАРИПОВА)». – E21B 33/12 - 20.09.2006).

Недостатком известного пакера является возможность стравливания газа из подпакерной зоны только для скважин с незначительным газовым фактором.

Известна скважинная пакерная установка и устройство для отвода газа для нее, включающая пакер, устройство для отвода газа, установленное в полости пакера соосно с ним. Устройство отвода газа выполнено из двух частей, нижней и верхней, верхняя часть выполнена наружным диаметром, равным внутреннему диаметру ствола пакера, нижняя часть выполнена с внешним диаметром меньше внутреннего диаметра ствола пакера и установлена с образованием между своей внешней поверхностью и внутренней поверхностью ствола пакера продольного перепускного канала, нижний конец нижней части устройства отвода газа снабжен буртиком, диаметр наружной поверхности которого равен диаметру внутренней поверхности ствола пакера, буртик расположен ниже радиального перепускного канала пакера, нижняя часть устройства отвода газа отделена от верхней его части верхним радиальным перепускным каналом, который соединяет его продольный перепускной канал с верхней частью полости пакера, нижний конец верхней части устройства отвода газа и верхний конец нижней его части в зоне расположения верхнего радиального перепускного канала выполнены с образованием зоны сужения полости устройства отвода газа. (Патент RU № 2459930 U1 на изобретение «СКВАЖИННАЯ ПАКЕРНАЯ УСТАНОВКА И УСТРОЙСТВО ОТВОДА ГАЗА ДЛЯ НЕЕ». – E21B 33/10 - 27.08.2012).

Недостатком всех известных пакеров являются:

- существенная вероятность закупоривания канала механическими примесями;

- возможность отложения гидратов в трубопроводах малого диаметра;

- при спуске компоновки проходные каналы пакера отводящего трубопровода могут заполниться пластовой жидкостью, раствором глушения и закрыть каналы для прохождения газа;

- отсутствие возможности переключения потоков в пакере.

Анализ технических решений показал, что известен термостойкий пакер, являющийся наиболее близким техническим решением. Технический пакер содержит ствол с переходной и соединительной муфтами, якорящий узел в виде кожуха с окнами и продольными пазами, верхний и нижний разжимные конусы, подпружиненные плашки, уплотнительный элемент ствола и уплотнительный элемент пакера между верхней и нижней разжимными крышками. Крышки связаны через мандрель с переходной муфтой. Нижний разжимной конус выполнен с толкателем. На наружной поверхности толкателя установлена резьбовая гайка. Также пакер содержит удлинитель с сухарями в продольных окнах. Сухари имеют возможность взаимодействия с кольцевыми проточками резьбовой втулки. Резьбовая втулка дополнительно снабжена защитным переходником с выступом на торцовой части, который обращен в сторону соединительной муфты. Резьбовая втулка имеет резьбу, на которой установлена замыкающая гайка с внутренней расточкой и кольцевым выступом. Выступ снабжен пружинным кольцом с внутренним зубом и прорезью. Кольцо установлено с возможностью взаимодействия с выступом защитного переходника. Соединительная муфта связана со стволом левой резьбой и содержит на внешней стороне продольный паз. Она установлена с возможностью взаимодействия с пружинным кольцом и внутренним зубом при осевом перемещении ствола и правом вращении. Опорная втулка снабжена упором, который выполнен с возможностью взаимодействия с соединительной муфтой и удлинителем. (Патент RU № 2482263 С2 на изобретение «ТЕРМОСТОЙКИЙ ПАКЕР». – E21В 33/12 - 20.05.2013).

К недостаткам известного термостойкого пакера относятся:

- отсутствие возможности отвода газа из подпакерного в надпакерное пространство;

- отсутствие возможности переключения потоков внутри самого пакера.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:

- в расширении технических возможностей работы пакера с возможностью переключения потоков и применения пакера как для закачки пара в пласт, так и для подачи флюида на поверхность и отвода газа из подпакерного в надпакерное межтрубное пространство в обход уплотнительного элемента и далее в газопровод;

- в повышении эффективности отведения газа при любом газовом факторе из подпакерного затрубного пространства в надпакерное затрубное пространство;

- в обеспечении возможности переключения направления потоков внутри самого пакера.

Технический результат достигается тем, что пакер термостойкий с переключателем потоков, включающий, ствол с переходной муфтой, якорящий узел в виде кожуха с окнами и продольными пазами, верхним и нижним разжимными конусами, подпружиненные плашки в окнах кожуха, уплотнитель пакера между верхней и нижней разжимными крышками, нижний разжимной конус с толкателем, удлинитель с сухарями в продольных окнах, установленными с возможностью взаимодействия с кольцевыми проточками резьбовой втулки, дополнительно снабжен переключателем потоков, установленным в стволе, с образованием кольцевого пространства между ними и сообщения-разобщения подпакерного с надпакерным межтрубных пространств в обход основного уплотнительного элемента через кольцевое пространство и верхний с нижним каналами за счет перемещения вдоль ствола посредством взаимодействия механизма переключения с активирующим механизмом.

Кроме того, предложенный пакер термостойкий с переключателем потоков отличается тем, что механизм переключения состоит из большой цанги с установленной в ней подпружиненной малой цангой.

На основании вышеизложенного и проведенных патентных исследований можно сделать вывод, что нами не выявлены технические решения, имеющие в своей основе признаки, совпадающие со всеми отличительными признаками заявляемого технического решения.

Из этого следует, что техническое решение явным образом не следует из известного уровня техники, из чего можно сделать вывод, что устройство отвечает критерию «изобретательский уровень».

Техническая сущность, конструкция и принцип действия пакера термостойкого с переключателем потоков поясняются нижеследующими чертежами:

Фигура 1 – пакер термостойкий с переключателем потоков в транспортном положении.

Фигура 2 - пакер термостойкий с переключателем потоков в положении с деактивированным переключателем потоков в процессе закачки пара в пласт.

Фигура 3, 4, 5 – пакер термостойкий с переключателем потоков с активированным переключателем потоков в процессе добычи флюида из пласта и отвода газа из подпакерного пространства.

Стрелками показано направление потоков отводимого газа (3, 4, 5 фиг.) и подаваемого пара (2 фиг.).

Заявляемое устройство состоит из ствола 1, на верхнем конце которого навернут байонет 3, в байонет ввернут переводник 21. В переводник 21 ввернут удлинитель ствола 2 с переходной муфтой 4. На нижний конец ствола навернут соединительный переводник 5.

Между стволом 1 и тягой10 расположен сальник 8, поджимаемый снизу гильзой 22. Нижним концом ключ байонета 6 соединен с тягой 10 верхним упором 20. На тяге 10 установлен уплотнительный элемент 11, поджимаемый с торцов буртом нижней разжимной крышки 12 и верхней крышки 20. Нижняя крышка12 связана с верхним разжимным конусом 13, охватываемым кожухом 14 с продольными окнами, в которых установлены подпружиненные плашки 15 якоря, опирающиеся на нижний разжимной конус 16, который соединен толкателем 17, в котором расположена резьбовая втулка 18. С внешней стороны на толкатель 17, установлены пружины 19 центратора. Пакер оборудован переключателем потоков 23 и механизмом переключения 24, состоящим из большой цанги 25 с установленной в ней подпружиненной малой цангой 26.

Пакер термостойкий с переключателем потоков работает следующим образом.

В муфту переводника 21 пакера термостойкого ввернут удлинитель ствола 2. В переходную муфту 4 удлинителя ствола 2 ввернуто оборудование скважины, труба теплоизолированная и наращиваемая колонна теплоизолированных труб на заданной глубине.

Пружины центраторов 19 термостойкого пакера находятся в постоянном контакте со стенкой обсадной колонны в течение всего спуска на заданную глубину. Кулачек ключа байонета 6 находится в крайнем положении внутри фигурного паза байонета 3.

На заданной глубине колонне теплоизолированных труб сообщают правое вращение с крутящим моментом, который передается через ключ байонета 6, тягу 10, на резьбовую втулку 18. При вращении, неподвижное положение относительно стенки трубы обсадной колонны занимают пружины центратора 19 и связанный с ними кожух 14 с подпружиненными плашками 15, верхний 13 и нижний 16 разжимные конусы. Правым вращением резьбовая втулка 18 выкручивается из толкателя 17, тем самым, перемещая последний вверх с вводом нижнего разжимного конуса 16 под подпружиненные плашки якоря 15. Верхний 13 и нижний 16 разжимные конусы вводятся под подпружиненные плашки якоря 15 и доводят их до контакта со стенкой трубы обсадной колонны с обеспечением фиксации пакера. Дальнейшее вращение резьбовой втулки 18 осуществляет передачу осевого сжимающего усилия на уплотнитель 11 за счет взаимодействия бурта нижней разжимной крышки 12 и верхней разжимной крышки 20. Уплотнительный элемент 11 сжимается в осевом направлении до образования герметичного контакта с внутренней поверхностью обсадной колонны.

Правым вращением и натяжением вверх колонны выводят кулачек ключа байонета 6 из фигурного паза байонета 3 пакера термостойкого с переключателем потоков. Байонет разъединяется от пакера термостойкого, производится подъем ствола.

При закачке пара в пласт термическое удлинение колонны теплоизолированных труб, которое может достигнуть нескольких метров, в зависимости от глубины скважины и температуры теплоносителя, компенсируется перемещением ствола 1 относительно сальника 8 с сохранением его герметичности.

Переключатель потоков 24 активируется и деактивируется посредством взаимодействия механизма переключения с активирующим механизмом. При закачке пара переключатель потоков 24 находится в верхнем положении, при этом затрубное пространство над пакером отсечено от затрубного пространства под пакером. После завершения закачки пара пакер переводится в режим добычи флюида и сообщения затрубного подпакерного и надпакерного пространств. Таким образом появляется возможность сбрасывать скопившийся газ под пакером в обход уплотнительного элемента 11, и далее по затрубному пространству в газопровод.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технике пакерования для герметизации межтрубного пространства в обсадной колонне преимущественно при термических методах добычи высоковязкой нефти, с целью защиты обсадной эксплуатационной колонны от воздействия высокого давления и температуры, сопутствующих процессу паронагнетания. Пакер термостойкий с переключателем потоков включает ствол, на верхнем конце которого навернут байонет, расположенный между стволом и тягой сальник, поджимаемый снизу гильзой, ствол выполнен с возможностью перемещения относительно сальника с сохранением его герметичности, ключ байонета, нижним концом соединенный с тягой верхним упором, основной уплотнительный элемент, установленный на тяге, поджимаемый с торцов буртом упора верхнего и упора нижнего, связанного с верхним разжимным конусом, охватываемым кожухом с продольными окнами, в которых установлены подпружиненные плашки якоря, опирающиеся на нижний разжимной конус, соединенный толкателем, в котором расположена резьбовая втулка, пружины центратора, установленные с внешней стороны на толкатель с возможностью их постоянного контакта со стенкой обсадной колонны в течение всего спуска пакера на заданную глубину. Ключ байонета и тяга выполнены с возможностью передачи от колонны труб крутящего момента на резьбовую втулку и выкручивания ее из толкателя для перемещения его вверх с вводом нижнего разжимного конуса под подпружиненные плашки якоря, обеспечивающие фиксацию пакера и сжатие уплотнительного элемента до герметичного контакта с поверхностью обсадной колонны. Пакер содержит переключатель потоков, установленный в стволе с образованием кольцевого пространства между ними и сообщения-разобщения подпакерного с надпакерным межтрубных пространств в обход основного уплотнительного элемента через кольцевое пространство и верхний с нижним каналы за счет перемещения вдоль ствола посредством взаимодействия механизма переключения с активирующим механизмом. Механизм переключения состоит из большой цанги с установленной в ней подпружиненной малой цангой. Обеспечена возможность переключения потоков и их направления внутри самого пакера для осуществления как закачки пара в пласт, так и подачи флюида на поверхность и эффективного отвода газа из подпакерного в надпакерное межтрубное пространство в обход уплотнителя пакера. 5 ил.

Пакер термостойкий с переключателем потоков, включающий ствол, на верхнем конце которого навернут байонет, расположенный между стволом и тягой сальник, поджимаемый снизу гильзой, при этом ствол выполнен с возможностью перемещения относительно сальника с сохранением его герметичности, ключ байонета, нижним концом соединенный с тягой верхним упором, основной уплотнительный элемент, установленный на тяге, поджимаемый с торцов буртом упора верхнего и упора нижнего, связанного с верхним разжимным конусом, охватываемым кожухом с продольными окнами, в которых установлены подпружиненные плашки якоря, опирающиеся на нижний разжимной конус, соединенный толкателем, в котором расположена резьбовая втулка, пружины центратора, установленные с внешней стороны на толкатель с возможностью их постоянного контакта со стенкой обсадной колонны в течение всего спуска пакера на заданную глубину, ключ байонета и тяга выполнены с возможностью передачи от колонны труб крутящего момента на резьбовую втулку и выкручивания ее из толкателя для перемещения его вверх с вводом нижнего разжимного конуса под подпружиненные плашки якоря, обеспечивающие фиксацию пакера и сжатие уплотнительного элемента до герметичного контакта с поверхностью обсадной колонны, отличающийся тем, что он содержит переключатель потоков, установленный в стволе, с образованием кольцевого пространства между ними и сообщения-разобщения подпакерного с надпакерным межтрубных пространств в обход основного уплотнительного элемента через кольцевое пространство и верхний с нижним каналы за счет перемещения вдоль ствола посредством взаимодействия механизма переключения с активирующим механизмом, причем механизм переключения состоит из большой цанги с установленной в ней подпружиненной малой цангой.