УЗЕЛ ЗАЩИТЫ УПЛОТНИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ПАКЕРА ОТ ЗАТЕКАНИЯ РЕЗИНЫ В КОЛЬЦЕВОЙ ЗАЗОР МЕЖДУ СТЕНКОЙ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ И КОРПУСОМ ПАКЕРА Российский патент 2024 года по МПК E21B33/12 E21B23/06 

Заявляемое изобретение узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера относится к области нефтедобычи, а именно к конструктивным элементам пакеров, для защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера.

Известен «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера, содержащий ствол, уплотнительный элемент, с конусами, верхний переводник и нижний переводник со шпонкой, находящиеся в пазах втулок плашки, передвигающиеся по сопрягаемым поверхностям конусов и прижатые к стволу с помощью упоров с пружинами, причем плашки собраны из двух наборов совместно установленных радиальных секторов, а сопрягаемые с плашками поверхности конусов выполнены с вырезами для передвижения по ним плашек одного набора, сопрягающиеся друг с другом поверхности плашек указанного набора и поверхности вырезов конусов выполнены под углом «а», который устанавливается в пределах 20-35градусов, а сопрягающиеся друг с другом поверхности плашек другого набора и конические поверхности конусов выполнены под углом «b», который устанавливается в пределах 50 - 80 градусов (см. RU №2434118, МПК E21B 33/12, опубл. 20.11.2011)

Недостатком известного технического решения является большая конструктивная и технологическая сложность, а также низкие технические и эксплуатационные возможности и низкая надежность, как следствие сложности конструкции. Данный недостаток обусловлен тем, что составляющие элементы выполнены со сложной кинематикой и, кроме того, имеют низкую надежность возврата плашек в исходное состояние.

Известно перекрывающее устройство к пакеру, а именно устройство для защиты манжеты пакера от затекания резины в кольцевое пространство между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера (см. RU №2223384, МПК E21B 33/12, опубл. 10.09.2003), включающее установленное на штоке над и под уплотнительным элементом с конусами и основаниями раздвижные элементы, которые имеют входящие в выточку основания выступы и проточку с размещенным в ней натяжением эластичным кольцом, при этом количество раздвижных элементов более четырех.

Недостатком известного технического решения являются, низкие эксплуатационные и технические возможности, низкая прочность, сложность изготовления и трудоемкость монтажа, низкая надежность, а так же наличие зазоров между раздвижными элементами в рабочем положении, из-за чего в условиях больших перепадов давления и высокой температуры возможно выдавливание уплотнительного элемента пакера в зазор между раздвижными элементами, и затем, при переводе раздвижных элементов из рабочего положения в транспортное происходит вырывание частей уплотнительного элемента, вследствие чего затрудняется возврат раздвижных элементов в исходное положение, и повышается риск аварии.

Данные недостатки обусловлены тем, что изготовление и монтаж в узле защиты уплотнительного элемента пакера от затекания сложен, в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера сложен, не обеспечивает жесткости, долговечности и надежности из-за отсутствия дополнительных элементов жесткости, а конструктивные составляющие известных опор не обеспечивают сборности и вариабельности пакера.

Известен, принятый за прототип, комплект раздвижных опор пакера, описанный в патенте на изобретение №2 513 609, МПК Е04В 33/12, опубл. 20.04.2014, содержащий раздвижные опоры пакера, выполненные в виде, симметрично разрезанной по боковым поверхностям цилиндрической трубы, основание, имеющее внешнюю цилиндрическую и внутреннюю коническую поверхности, ножку, хвостик, имеющий внешнюю цилиндрическую поверхность и внешнюю коническую поверхность, параллельную внутренней конической поверхности основания, выполненную с переходом в цилиндрическую поверхность ножки, и козырьки, причем он состоит из опор первого и второго типа, основание и ножка которых выполнены в виде усеченного по бокам с выполненным в виде разрезанного полого цилиндра, усеченного по бокам с образованием одинаковых с обеих сторон плоских поверхностей, внешние цилиндрические поверхности ножки и основания выполнены с переходом в соответствующие плоские поверхности, при этом плоские поверхности нижней части основания раздвижной опоры первого типа выполнены с переходом в козырьки, а по обеим сторонам нижней части основания раздвижной опоры второго типа имеются ответные фигурные выборки под козырьки, причем козырьки раздвижных опор первого типа, выполнены остроугольной или трапециевидной, или скругленной формы, ответные фигурные выборки раздвижных опор второго типа выполнены остроугольной, или трапециевидной, или скругленной формы, при этом хвостовик и ножка раздвижных опор первого и второго типа размещены внутри кожуха пакера, внешняя коническая поверхность раздвижных опор первого и второго типа находится во взаимодействии с упором пакера, внутренняя коническая поверхность основания раздвижных опор первого и второго типа находится во взаимодействии с корпусом пакера, а внутренняя цилиндрическая поверхность раздвижных опор первого и второго типа – со штоком пакера.

Недостатками известного комплекта раздвижных опор пакера, выполняющего защиту уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера в виде комплекта раздвижных опор пакера являются: - большая сложность изготовления, кроме того, опоры, в крайних раздвинутых положениях, не образуют одной сплошной поверхности (сплошности), поэтому в углубления между соседними опорами может затекать резина и затруднять возврат этих опор, создавая тем самым аварийную ситуацию.

Данные недостатки обусловлены большой сложностью геометрии деталей и недостаточной сплошностью поверхности комплекта раздвижных опор пакера в раздвинутом виде.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» является обеспечение надежности герметизации пакера, и надежности возврата раздвижных опор пакера в транспортное положение при срыве и подъеме пакера на поверхность, за счет более ровной опорной поверхности опор, и надежного возврата раздвижных опор что снижает вероятность аварийной ситуации.

Техническим результатом заявляемого изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» является, снижение трудоемкости монтажа пакера, при одновременном повышении надежности, сборности и расширении возможности применения.

Поставленный технический результат достигается тем, что в известном техническом решении узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера, выполненном в виде раздвижных опор пакера, включающем основание, имеющее внешнюю цилиндрическую и внутреннюю коническую поверхности, ножку, выполненную с внешней цилиндрической поверхностью, согласно изобретению, он состоит из равного количества раздвижных опор первого и второго типа, не менее двух каждого типа, которые выполнены из разрезанной полой детали вращения, причем, основания раздвижных опор первого типа имеют одинаковые с обеих сторон плоские боковые поверхности с уклоном, сходящиеся в направлении ножки, а основания раздвижных опор второго типа имеют ответные, одинаковые с обеих сторон плоские боковые поверхности с уклоном, причем боковые поверхности с уклоном оснований раздвижных опор первого типа, находятся во взаимодействии с ответными боковыми поверхностями с уклоном оснований раздвижных опор второго типа, а ножки раздвижных опор первого и второго типа размещены внутри корпуса пакера, внешние цилиндрические поверхности ножек раздвижных опор первого и второго типа находятся во взаимодействии посредством упругого элемента, внутренние цилиндрические поверхности ножек раздвижных опор первого и второго типа контактируют со стволом пакера, а внутренняя коническая поверхность основания раздвижных опор первого типа находится во взаимодействии с конусом пакера, при этом ось внешней цилиндрической поверхности и внутренней конической поверхности основания раздвижных опор первого и второго типа, расположена с эксцентриситетом «е» к оси внешней цилиндрической поверхности и внутренней цилиндрической поверхности ножки, а внутренние цилиндрические поверхности ножек раздвижных опор первого и второго типа находятся во взаимодействии с соосной втулкой, дополнительно установленной на ствол пакера, причем, конус пакера своей частью с меньшим основанием взаимодействует со втулкой, взаимодействующей - с пружиной, соосно установленной в корпусе пакера, а конус пакера и втулка жестко закреплены между собой, причем втулка взаимодействует с упором внутри корпуса пакера.

Между отличительными признаками заявляемого изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

В отличие от аналогов и прототипа использование в заявляемом изобретении «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» совокупности признаков, в виде раздвижных опор пакера, выполненных в виде основания, имеющего внешнюю цилиндрическую и внутреннюю коническую поверхности, ножку, имеющую внешнюю цилиндрическую поверхность и то, что он состоит из равного количества раздвижных опор первого и второго типа, не менее двух каждого типа, которые выполнены из разрезанной полой детали вращения, с основанием раздвижных опор первого типа, имеющих одинаковые с обеих сторон плоские боковые поверхности с уклоном, сходящиеся в направлении ножки, и основанием раздвижных опор второго типа имеющих ответные, одинаковые с обеих сторон плоские боковые поверхности с уклоном, что позволяет обеспечить более ровную поверхность опоры, увеличить качество перекрытия кольцевого пространства между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера и, как следствие этого, обеспечить надежную герметизацию пакера, а также возможность снижения трудоемкости монтажа пакера, при одновременном повышении надежности, и расширения возможности применения. Применение «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», с взаимодействием боковых поверхностей с уклоном оснований раздвижных опор первого типа, с ответными боковыми поверхностями с уклоном оснований раздвижных опор второго типа, притом, что ножки раздвижных опор первого и второго типа размещены внутри корпуса пакера, а внешние цилиндрические поверхности ножек раздвижных опор первого и второго типа находятся во взаимодействии с упругим элементом, причем внутренние цилиндрические поверхностей ножек раздвижных опор первого и второго типа находятся во взаимодействии со стволом пакера, притом, что внутренняя коническая поверхность основания раздвижных опор первого типа находится во взаимодействии с конусом пакера, что позволит обеспечить монтаж «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» в пакер с расположением его в габаритах диаметра пакера, в транспортном положении, и при пакеровке перевести «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» в рабочее положение, а также обеспечить надежный перевод пакера из рабочего положения в транспортное.

Расположения оси внешней цилиндрической поверхности и внутренней конической поверхности основания раздвижных опор первого и второго типа с эксцентриситетом «е» к внешней цилиндрической поверхности и внутренней цилиндрической поверхности ножки, позволит получить в рабочем положении более надежное перекрытие зазора между корпусом пакера и внутренней стенкой обсадной колонны, без дополнительных щелей, которые неизбежно образуются в случае, когда диаметр наружной цилиндрической поверхности основания раздвижных опор равен наружному диаметру пакера. В заявленном изобретении диаметр наружной цилиндрической поверхности основания раздвижных опор равен внутреннему диаметру обсадной колонны, что гарантирует отсутствие щелей между раздвижными опорами обоего типа и стенкой обсадной колонны в рабочем положении. Возможность применения внутренних цилиндрических поверхностей ножек раздвижных опор первого и второго типа, которые находятся во взаимодействии с втулкой, соосно установленной на ствол пакера, при которых конус пакера своей частью с меньшим основанием конуса взаимодействует с втулкой, взаимодействующей, в свою очередь с пружиной соосно установленной в корпусе пакера, позволяет облегчить работу упругого элемента по переводу раздвижных опор первого и второго типа из рабочего в транспортное положение, и обеспечить гарантированный возврат раздвижных опор первого и второго типа в исходное положение. В случае длительного нахождения пакера в скважине уплотнительный элемент пакера может потерять свои упругие свойства и за счет сил трения мешать возврату раздвижных опор в транспортное положение, а значит негативно влияет на надежность работы. Возможность применения конуса пакера и втулки жестко закрепленных между собой, с учетом того, что втулка взаимодействует с упором внутри корпуса пакера, ограничивающем её перемещение, обеспечивает, в совокупности признаков, повышение надежности работы пакера в скважине, так как в случае полного разрушения уплотнительного элемента в результате каких-либо повреждений, конус ограничен в перемещении вверх, а значит ограничит от возможного движения и выпадения в скважину раздвижных опор обоих типов. В совокупности признаков, заявляемое изобретение позволяет обеспечить более ровную опорную поверхность для уплотнительного элемента пакера, увеличить качество перекрытия кольцевого пространства между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера и, как следствие этого, обеспечить надежную герметизацию пакера, а так же обеспечить повышение надежности конструкции «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», простоту и удобство сборки, а именно монтаж «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» в пакер и обеспечить гарантированный возврат деталей «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» в исходное положение, и также, как следствие, обеспечить надежный перевод пакера из рабочего положения в транспортное, что позволяет повысить технические качества, снижение трудоемкости монтажа, прочность и эксплуатационную надежность заявленного изобретения.

Использование заявляемого изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», именно с предложенной, совокупностью, признаков, способствует повышению надежности, безопасности и эксплуатационных качеств пакера с предложенным «Узлом защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», с предложенной совокупностью признаков, позволяет дополнительно повысить качество герметизации пакера, что снижает вероятность отказов и аварий с пакерами в скважинах, и, тем самым, повышает надежность пакеров таких моделей и повышает их эксплуатационные и технические качества. Кроме того, предложенная конструкция «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», позволяет повысить эксплуатационные возможности в сравнении с аналогичными по назначению устройствами.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными совокупности всех существенных признаков заявленного технического решения. По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемого изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» критерию "новизна". Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого, по совокупности признаков аналога, позволяет выявить совокупность всех существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленном изобретении «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», изложенных в формуле изобретения, что также подтверждает то, что заявленное изобретение «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», соответствует критерию изобретения «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» критерию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера». Результаты поиска показали, что заявленное изобретение, не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» соответствует критерию «изобретательский уровень».

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» совокупности признаков в том виде, как заявляемое изобретение охарактеризовано в формуле изобретения, т.е. подтверждена возможность его осуществления с помощью описанного в заявке примера конкретного выполнения. Конструктивные элементы, воплощающие заявляемое изобретение при его осуществлении, способны решить техническую проблему и обеспечить, в совокупности признаков, достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно: снижение трудоемкости монтажа пакера, при одновременном повышении надежности, и расширения возможности применения, предложенного «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера». Согласно техническому результату, при использовании заявляемого изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», снижается трудоемкость монтажа повышается качество герметизации пакера, надежность работы, что подтверждает соответствие заявленного изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» критерию «промышленная применимость».

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» может быть многократно использована в технологическом процессе с использованием аналогичных узлов защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера с получением технического результата, заключающегося в снижении трудоемкости монтажа пакера, при одновременном повышении надежности, и расширения возможности применения, что позволяет экономически выгодно, быстро и надежно производить сборку при установке заявленного «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», обеспечивая надежную герметизацию кольцевого пространства между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера, гарантированного возврата «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» в исходное положение и, как следствие, надежного перевода пакера из рабочего положения в транспортное. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить новую совокупность существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявляемом изобретении «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», изложенных в формуле заявляемого изобретения, следовательно, заявляемое изобретение «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» соответствует критерию "существенные отличия".

Таким образом, снижение трудоемкости монтажа, повышение прочности, качества герметизации пакера, надежности работы пакера, на основе такой трансформации, позволяет исключить техническую проблему, на решение которой направлено заявляемое изобретение и достичь поставленный технический результат, то есть повысить качество перекрытия кольцевого пространства между корпусом пакера и обсадной колонной, за счет более однородной опорной поверхности образуемой деталями «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» и снизить вероятность затекания резины, а также упростить конструкцию и улучшить технологичность изготовления.

Сущность заявляемого изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» поясняется чертежами, где: -

на Фиг.1 изображен «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» в транспортном положении.

На Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4 и Фиг.5 отражены раздвижные опоры первого типа, в различных проекциях.

На Фиг.6, Фиг.7, Фиг.8 и Фиг.9 отражены раздвижные опоры второго типа, в различных проекциях.

На Фиг.10, Фиг.11, Фиг.12 и Фиг.13 показана работа «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера».

На Фиг.14 изображен «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» в рабочем (раздвинутом) положении.

На Фиг.15 и Фиг.16 изображены раздвижные опоры первого типа, выполненные с эксцентриситетом поверхностей основания и ножки.

На Фиг.17 и Фиг.18 изображены раздвижные опоры второго типа, выполненные с эксцентриситетом поверхностей основания и ножки.

На Фиг.19, Фиг.20, Фиг.21 и Фиг.22, изображен «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» с применением соосно установленной на ствол втулки с пружиной.

На Фиг.23, Фиг.24, Фиг.25, и Фиг.26, изображен «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» с выполнением внутри корпуса пакера упора и закреплением между собой конуса и втулки.

На Фиг.1 отображен «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» в транспортном положении для транспортировки пакера к месту установки, в котором раздвижные опоры обоего типа не выступают за габарит диаметра пакера, где 1- раздвижные опоры первого типа, 2- раздвижные опоры второго типа, 3- упругий элемент – пружина. Ствол пакера, корпус пакера, упорный конус пакера, уплотнительный элемент пакера, обсадная колонна и другие детали на фиг.1 условно не показаны.

На Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4 и Фиг.5 отражены раздвижные опоры первого типа, содержащие основание 4 и ножку 5. Основание 4 имеет внутреннюю коническую поверхность 6, и внешнюю цилиндрическую поверхность 7, боковые поверхности 8, выполненные под уклоном, а также верхнюю поверхность 9. Ножка 5 имеет внешнюю цилиндрическую поверхность 10, внутреннюю цилиндрическую поверхность 11, боковые поверхности 12, козырек 13.

На Фиг.6, Фиг.7, Фиг.8 и Фиг.9 отражены раздвижные опоры второго типа содержащие основание 14, ножку 15, причем, основание имеет верхнюю поверхность 16, нижнюю плоскую поверхность 17, внутреннюю коническую поверхность 18, внешнюю цилиндрическую поверхность 19, боковые поверхности 20, выполненные с уклоном, соответствующие углу уклона ответных поверхностей на раздвижных опорах первого типа 1. Ножка имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность 21, внешнюю цилиндрическую поверхность 22, козырек 23, боковые поверхности 24.

На Фиг.10 и Фиг.11 раздвижные опоры первого типа 1 и раздвижные опоры второго типа 2 при нахождении в транспортном положении и диаметрально не выступают за габариты корпуса пакера 25. Раздвижные опоры обоих типов прижимаются упругим элементом 3 к стволу пакера 26. После достижения пакером места установки, начинают пакеровку. Конус 27 воспринимает усилие пакеровки от уплотнительного элемента пакера 28, и за счет конической поверхности передает усилие пакеровки на коническую поверхность 6 раздвижных опор первого типа 1, которые начинают раздвигаться наружу, к стенкам обсадной колонны 29, раздвигая упругий элемент 3, и одновременно двигаться вниз (на данной фигуре «вниз», «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» может также устанавливаться выше уплотнительного элемента пакера с разворотом по вертикали, в таком случае раздвижные опоры первого типа 1 будут двигаться «вверх»), вклиниваясь между раздвижными опорами второго типа 2, и за счет клиновых пар между поверхностями 8 раздвижных опор первого типа 1 и поверхностями 20 раздвижных опор второго типа 2, раздвигать раздвижные опоры второго типа 2 наружу к стенкам обсадной колонны 29.

На Фиг.12 и Фиг.13 «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» показан в рабочем (раздвинутом) положении.

На Фиг. 14 показан «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» приведенный вдавливанием конуса 27, в раздвинутое положение, причем поверхности 9 раздвижных опор первого типа 1 и поверхности 16 раздвижных опор второго типа 2 образуют одну поверхность, которая является опорной для уплотнительного элемента пакера и препятствует затеканию резины уплотнительного элемента в зазор между деталями пакера и обсадной колонной, а также, так как поверхность не имеет углублений и зазоров между раздвижными опорами 1 и 2, исключает затекание резины уплотнительного элемента между раздвижными опорами 1 и 2. Ствол, корпус пакера, обсадная колонна, уплотнительный элемент пакера и другие детали условно не показаны.

При демонтаже (срыве) пакера с места установки, после снятия нагрузки пакеровки уплотнительный элемент перестает давить на конус, и упругий элемент – упругий элемент 3 возвращает «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера», в исходное положение, раздвижные опоры первого типа 1 при возврате в транспортное положение выталкивают посредством контакта конических поверхностей конус 27 в исходное положение, пакер готов к подъему на поверхность.

На Фиг.15 и Фиг.16 изображены раздвижные опоры первого типа 1, выполненные с тем же набором поверхностей, как и на Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4 и Фиг.5. При этом поверхности основания 4, а именно внутренняя коническая поверхность 6 и внешняя цилиндрическая поверхность 7 выполнены с эксцентриситетом «е» к внешней цилиндрической поверхности 10 и внутренней цилиндрической поверхности 11, ножки 5, что позволяет выполнить наружный диаметр цилиндрической поверхности основания раздвижных опор «D» равным внутреннему диаметру обсадной колонны, и более плотному, без щелей прилеганию этой поверхности к стенке колонны. Выполнение внутренней конической поверхности с эксцентриситетом позволяет получить лучшее прилегание по линии контакта конической поверхности с конусом пакера и исключить контакты боковых ребер конической поверхности раздвижной опоры с конусом пакера, а значит исключение возможных задиров поверхностей или заеданий при работе раздвижных опор на раздвижение или складывание.

На Фиг.17 и Фиг.18 изображены раздвижные опоры второго типа 2, выполненные с тем же набором поверхностей, как и на Фиг.6, Фиг.7, Фиг.8 и Фиг.9 При этом поверхности основания 14, а именно внутренняя коническая поверхность 18 и внешняя цилиндрическая поверхность 19 выполнены с эксцентриситетом «е» к внешней цилиндрической поверхности 22 и внутренней цилиндрической поверхности 21, ножки 15, что позволяет выполнить наружный диаметр цилиндрической поверхности основания раздвижных опор «D» равным внутреннему диаметру обсадной колонны, и более плотному, без щелей прилеганию этой поверхности к стенке колонны. Выполнение внутренней конической поверхности с эксцентриситетом позволяет исключить контакты боковых ребер конической поверхности раздвижной опоры с конусом пакера, а значит исключает возможные задиры поверхностей или заедания при работе раздвижных опор на раздвижение или складывание.

На Фиг.19, Фиг.20, Фиг.21 и Фиг.22, изображен «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» с применением соосно установленной на ствол втулки 30 с пружиной 31, в свою очередь, установленной соосно стволу, между втулкой и расположенным в корпусе пакера упором 32. В случае длительного нахождения пакера в скважине уплотнительный элемент пакера может потерять свои упругие свойства и за счет сил трения мешать возврату раздвижных опор 1 и 2 в транспортное положение. После снятия нагрузки с пакера пружина 31 через втулку 30, сдвигает конус 27 вместе с уплотнительным элементом пакера 28 в транспортное положение, и после этого, конус не мешает раздвижным опорам 1 и 2 вернуться в транспортное положение, и упругий элемент(пружина) 3 без лишних пар трения сдвигает раздвижные опоры 1 и 2. На Фиг.19 и Фиг.20, «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» показан в транспортном положении. На Фиг.21 и Фиг.22 «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» показан в рабочем положении. Пружина 31 сжата нагрузкой пакеровки.

Применение подпружиненной втулки облегчает работу упругого элемента 3 по переводу раздвижных опор 1 и 2 из рабочего в транспортное положение, и обеспечивает гарантированный возврат раздвижных опор 1 и 2 в транспортное положение.

На Фиг.23, Фиг.24, Фиг.25 и Фиг.26, изображен «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» с выполнением внутри корпуса пакера упора 33, для ограничения перемещения втулки 30 вверх, и закреплением между собой конуса 27 и втулки 30 резьбовым соединением 34. Применение ограничения перемещения вверх втулки, а значит и соединенного с ней конуса упорного повышает надежность работы пакера в скважине в целом, так как в случае полного разрушения элемента уплотнительного в результате каких-либо повреждений, конус 27 не выдвинется вверх дальше положения ограниченного упором 33, а значит предохранит от возможного выпадения в скважину раздвижные опоры 1 и 2. Причем на Фиг.23 и Фиг.24 «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» показан в транспортном положении, а на Фиг.25 и Фиг.26 «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» показан в рабочем положении.

Работа «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» осуществляется следующим образом. Раздвижные опоры первого типа 1 и второго типа 2 перед спуском в скважину находятся в транспортном положении и не выступают за габариты диаметра корпуса пакера. Раздвижные опоры первого типа 1 расположены между раздвижных опор второго типа 2, и взаимодействуют своей внутренней конической поверхностью 6 с конической поверхностью конуса 27, так же они взаимодействуют своими поверхностями основания с уклоном 8 с ответными поверхностями с уклоном 20 оснований соседних раздвижных опор второго типа 2. Раздвижные опоры первого типа 1 и раздвижные опоры второго типа 2 прижимаются упругим элементом 3 к стволу пакера, что позволяет им оставаться в габаритах диаметра корпуса пакера. При достижении пакером места установки происходит пакеровка и сжатие уплотнительного элемента 28 пакера, осевое усилие пакеровки передается на конус 27, который за счет контакта конической поверхности с коническими поверхностями 6 раздвижных опор первого типа 1, раздвигает раздвижные опоры первого типа 1. При этом ножки раздвижных опор первого типа 1 раздвигают и упругий элемент 3, позволяя тем самым раздвигаться раздвижным опорам второго типа 2, которые раздвигаются от вклинивания раздвижных опор первого типа 1 между раздвижными опорами второго типа 2, при этом раздвижные опоры первого типа 1 выдвигают в сторону от оси пакера раздвижные опоры второго типа 2 за счет клиновых пар между поверхностями основания с уклоном 8. раздвижных опор первого типа 1 и ответными поверхностями с уклоном 20 оснований соседних раздвижных опор второго типа 2.

Применение заявляемого изобретения «Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера с предложенной совокупностью, признаков, снижает трудоемкость монтажа, при одновременном повышении надежности, а также способствует безопасности и повышению эксплуатационных качеств с предложенным в заявляемом изобретении «Узлом защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера». Таким образом, повышается надежность оборудования и его эксплуатационные и технические качества. С учетом того, что конструкция предложенного «Узла защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера» состоит из равного количества раздвижных опор первого и второго типа, не менее двух каждого типа, которые выполнены из разрезанной полой детали вращения, причем, основания раздвижных опор первого типа имеют одинаковые с обеих сторон плоские боковые поверхности с уклоном, сходящиеся в направлении ножки, а основания раздвижных опор второго типа имеют ответные, одинаковые с обеих сторон плоские боковые поверхности с уклоном, что позволяет достичь поставленный технический результат, т.е. снизить трудоемкость монтажа пакера, повысить надежность работы пакера и расширить возможность применения.

Заявляемое изобретение относится к области нефтедобычи, а именно к конструктивным элементам пакеров. Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера содержит раздвижные опоры, включающие основание, имеющее внешнюю цилиндрическую и внутреннюю коническую поверхности, ножку, выполненную с внешней цилиндрической поверхностью. Узел состоит из равного количества раздвижных опор первого и второго типов, не менее двух каждого типа, которые выполнены из разрезанной полой детали вращения. Основания раздвижных опор первого типа имеют одинаковые с обеих сторон плоские боковые поверхности с уклоном, сходящиеся в направлении ножки. Основания раздвижных опор второго типа имеют ответные одинаковые с обеих сторон плоские боковые поверхности с уклоном. Боковые поверхности с уклоном оснований раздвижных опор первого типа находятся во взаимодействии с ответными боковыми поверхностями с уклоном оснований раздвижных опор второго типа. Ножки раздвижных опор первого и второго типов размещены внутри корпуса пакера. Внешние цилиндрические поверхности ножек раздвижных опор первого и второго типов находятся во взаимодействии посредством упругого элемента. Внутренние цилиндрические поверхности ножек раздвижных опор первого и второго типов контактируют со стволом пакера, а внутренняя коническая поверхность основания раздвижных опор первого типа находится во взаимодействии с конусом пакера. Технический результат заключается в повышении качества уплотнения межтрубного пространства, повышении надежности работы пакеров, снижении трудоемкости монтажа и расширении возможности применения. 3 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера, содержащий раздвижные опоры, включающие основание, имеющее внешнюю цилиндрическую и внутреннюю коническую поверхности, ножку, выполненную с внешней цилиндрической поверхностью, отличающийся тем, что он состоит из равного количества раздвижных опор первого и второго типов, не менее двух каждого типа, которые выполнены из разрезанной полой детали вращения, причем основания раздвижных опор первого типа имеют одинаковые с обеих сторон плоские боковые поверхности с уклоном, сходящиеся в направлении ножки, а основания раздвижных опор второго типа имеют ответные одинаковые с обеих сторон плоские боковые поверхности с уклоном, при этом боковые поверхности с уклоном оснований раздвижных опор первого типа находятся во взаимодействии с ответными боковыми поверхностями с уклоном оснований раздвижных опор второго типа, а ножки раздвижных опор первого и второго типов размещены внутри корпуса пакера, внешние цилиндрические поверхности ножек раздвижных опор первого и второго типов находятся во взаимодействии посредством упругого элемента, внутренние цилиндрические поверхности ножек раздвижных опор первого и второго типов контактируют со стволом пакера, а внутренняя коническая поверхность основания раздвижных опор первого типа находится во взаимодействии с конусом пакера.

2. Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера по п.1, отличающийся тем, что ось внешней цилиндрической поверхности и внутренней конической поверхности основания раздвижных опор первого и второго типов расположена с эксцентриситетом «е» к оси внешней цилиндрической поверхности и внутренней цилиндрической поверхности ножки.

3. Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутренние цилиндрические поверхности ножек раздвижных опор первого и второго типов находятся во взаимодействии с соосной втулкой, дополнительно установленной на ствол пакера, причем конус пакера своей частью с меньшим основанием взаимодействует со втулкой, взаимодействующей с пружиной, соосно установленной в корпусе пакера.

4. Узел защиты уплотнительного элемента пакера от затекания резины в кольцевой зазор между стенкой обсадной колонны и корпусом пакера по п.3, отличающийся тем, что конус пакера и втулка жестко закреплены между собой, причем втулка взаимодействует с упором внутри корпуса пакера.