ПАКЕР МЕХАНИЧЕСКИЙ Российский патент 2024 года по МПК E21B33/128 E21B34/08 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для герметичного разобщения сред в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) при работе погружной установки электроцентробежного насоса на грузонесущем кабеле (далее УКЭЦН) для проведения технологических операций в нефтяных и газовых скважинах.

Известен клапан-отсекатель погружной установки электроцентробежного насоса [RU 2738920 C1, опубл. в Бюл. №35 от 18.12.2020], размещаемый в посадочном ниппеле и содержащий сборный корпус с центральным каналом, запорный орган, состоящий из подвижной оправки и цанги, механизм управления, включающий пружину и клапан, отличающийся тем, что запорный орган снабжен стопорными упорами, расположенными в верхней части подвижной оправки и выдвигаемыми при осевом перемещении запорного органа через сквозные пазы корпуса с возможностью взаимодействия с упорной поверхностью посадочного ниппеля, механизм управления выполнен в виде подпружиненного трубчатого плунжера, имеющего сверху на наружной поверхности кольцевой поршень и ряд продольных отверстий в нижней части, совмещаемых с аналогичными отверстиями на сборном корпусе для обеспечения функции клапана, при этом подвижная оправка сверху соединена с головкой клапана-отсекателя, а снизу уперта в плунжер. При работающем электроцентробежном насосе во внутренней полости клапана-отсекателя создается пониженное по сравнению с затрубным пространством давление и за счет образующегося перепада давления плунжер сдвигается. При этом сквозные, продольные отверстия в нижней части плунжера совпадают с аналогичными отверстиями в сборном корпусе, что обеспечивает проход через них скважинной жидкости на вход электроцентробежного насоса. При неработающем насосе давление в затрубном пространстве и во внутренней полости клапана-отсекателя выравнивается, пружина разжимается и плунжер под ее действием сдвигается к подвижной оправке, в результате чего сквозные, продольные отверстия в плунжере и корпусе перестают совпадать, а поступление скважинной жидкости в центробежный насос прекращается. Использование клапана отсекателя, повышает надежность работы электроцентробежного насоса за счет обеспечения бесперебойной подачи скважинной жидкости при включенном электродвигателе и позволяет автоматически отсекать скважную жидкость при выключенном насосе.

Недостатком данного устройства является необходимость монтажа ниппеля посадочного на требуемую глубину посадки в составе колонны НКТ.

Наиболее близким к заявляемому является пакер механический [Патент РФ №2748337 С1, опубл. в Бюл. №15, 24.05.2021], имеющий проходной канал и включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися осевым коротким и длинным участками, соединенными между собой замкнутым фигурным участком, узел уплотнения в виде уплотнительной манжеты с опорой, установленной с возможностью осевого перемещения на наружной поверхности штока, имеющего центральный канал, якорный узел, расположенный ниже узла уплотнения, обойму с направляющим штифтом, размещенным в фигурном пазе, и центратор, в котором уплотнительная манжета зафиксирована опорой снизу, а сверху корпусом, подпружиненным к головке в осевом направлении и выполненным с возможностью осевого перемещения вдоль штока, причем головка снабжена по окружности центратором, при этом выше уплотнительной манжеты дополнительно размещен узел расстыковки, содержащий ловильную головку.

К недостаткам прототипа относится ограниченная область использования пакера, ввиду отсутствия функции отсечения проходного канала при выключенной УКЭЦН, что не позволяет использовать пакер в скважинах с газонефтеводопроявлениями (далее ГНВП) и на шельфе, а также ограниченная герметичность, обусловленная односторонним действием узла уплотнения.

Техническим результатом (задачей) настоящего изобретения является разработка надежного и герметичного механического пакера, обеспечивающего перекрытие проходного канала от поступления скважинной жидкости из подпакерного пространства при выключенной УКЭЦН и открытие проходного канала для подачи скважинной жидкости при включенной УКЭЦН, а также - предотвращающего выбросы из скважины и ГНВП.

Указанный технический результат достигается тем, что в пакер механический, имеющий проходной канал и включающий узел уплотнения с опорой, установленный с возможностью осевого перемещения, якорный узел, расположенный ниже узла уплотнения, и узел расстыковки, согласно изобретению, между узлом уплотнения и якорным узлом вмонтирован клапан-отсекатель, а над узлом уплотнения дополнительно размещен верхний якорный узел, при этом узел уплотнения выполнен в виде двух разнонаправленных чашечных манжет.

Кроме того, клапан-отсекатель выполнен в виде корпуса с перемещающимся внутри него под воздействием пружин сжатия поршнем, имеющим радиальные отверстия, совмещаемые с отверстиями на корпусе.

Узел уплотнения, выполненный в виде двух разнонаправленных чашечных манжет, не требует большого усилия посадки и удерживает давление в двух направлениях, то есть является узлом уплотнения двухстороннего действия.

Включение в состав пакера верхнего механического якорного узла, дополнительно фиксирующего пакер, предотвращает выталкивание пакера вверх при воздействии на него снизу пластового давления, что повышает надежность заявляемой конструкции.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 представлен общий вид заявляемого устройства,

на фиг.2 показан заявляемый пакер со встроенным клапаном-отсекателем в открытом (рабочем) положении, поперечный разрез.

Пакер механический содержит последовательно установленные сверху-вниз узел расстыковки 1, верхний якорный узел 2, узел уплотнения 3, клапан-отсекатель 4 и нижний якорный узел 5 (фиг.1).

Клапан-отсекатель 4 установлен над нижним якорным узлом 5 и состоит из корпуса 6 и конуса 7, соединенного со стержнем 8, внутри которых подвижно размещен подпружиненный поршень 9 (фиг.2). Поршень 9 и корпус 6 образуют замкнутую подпоршневую камеру, соединенную с внутренней полостью над клапаном-отсекателем 4 посредством радиальных отверстий на цилиндрической поверхности поршня 9. Корпус 6 также имеет продольные радиальные отверстия на цилиндрической поверхности, совмещаемые с отверстиями на цилиндрической поверхности поршня 9. При совпадении эти отверстия образуют окна, связывающие внутреннюю полость над клапаном-отсекателем 4 с пространством колонны НКТ 26. В нижней части поршень 9 опирается на упор 10 и пружину сжатия 11, надетую на стержень 8. Корпус 6 в верхней части скреплен с основанием 12, соединенным, в свою очередь, с конусом 13 и втулкой 14. Основание 12 снабжено каналами, параллельными оси, выполненными в боковой стенке.

Узел уплотнения пакера 3 составляют втулка 14, установленная на ее наружной поверхности с возможностью осевого перемещения гильза 15, на которой в упор закреплены две разнонаправленные чашечные манжеты 16. Втулка 14 также имеет параллельные оси канавки на наружной поверхности, предназначенные для обеспечения прохода скважинной жидкости из надпакерной зоны в полость поршня 9. Конус 13 снабжен уплотнительными кольцами и вместе с нижней и верхней чашечными манжетами 16 представляют герметичное двухстороннее уплотнение межтрубного зазора. Гильза 15 снабжена радиальными отверстиями для перетока скважинной жидкости из надпакерного пространства в подпакерное и выравнивания давления для складывания чашечных манжет 16 и извлечения пакера.

Гильза 15, расположенные над ней корпус нажимной 17 и обойма 18 образуют подвижное соединение для радиального раскрытия чашечных манжет 16 и герметизации узла уплотнения 3. Для раскрытия нижней чашечной манжеты 16 предназначен расположенный под ней конус 13, закрепленный на основании 12, а верхняя чашечная манжета 16 раскрывается под воздействием корпуса нажимного 17, подвижно установленного на втулке выравнивающей 19. Внутренняя поверхность корпуса 6 клапана-отсекателя, наружная поверхность и торец поршня 9 с нижним торцом основания 12 образуют вторую надпоршневую камеру, имеющую гидравлическую связь через каналы основания 12 с канавками втулки 14 и пространством выше узла уплотнения 3.

Обойма 18 опирается на пружину сжатия 20 и выполнена с радиальными пазами, в которых установлены подпружиненные в радиальном направлении плашки 21. Конус 22, установленный выше плашек 21, обойма 18, плашки 21, гайка 23, кольцо разрезное 24 и цанга 25 образуют подвижное соединение верхнего якорного узла 2 для радиального перемещения плашек 21 до упора и фиксации по колонне НКТ 26.

Пакер работает следующим образом.

Пакер с закрытым клапаном-отсекателем 4 спускают в скважину вместе с УКЭЦН за одну спускоподъемную операцию без дополнительной подготовки колонны НКТ. При достижении необходимого интервала для посадки пакера, производят посадку нижнего якорного узла 5 под действием веса УКЭЦН переводом штыря в канавке управляющего паза из транспортного положения в рабочее при подъеме УКЭЦН на 0,5 м и последующим спуске. После спуска и активации нижнего якорного узла 5 происходит активация узла уплотнения 3: корпус нажимной 17 под действием веса УКЭЦН перемещается вниз, сжимая расположенную внутри него пружину 20, и вместе с конусом 13 разжимает верхнюю и нижнюю чашечные манжеты 16. При дальнейшем спуске и разгрузке УКЭЦН на нижний якорный узел 5 за счет осевого перемещения активируется верхний якорный узел 2. При этом конус 22 спускается вниз, раздвигая плашки 21, которые прижимаются к стенкам колонны НКТ 26. Посадка пакера завершена.

После этого устье скважины герметизируют, внутри колонны НКТ 26 увеличивается давление, воздействующее на уплотнительную манжету 16 сверху, в результате чего манжета раздувается и плотно прилегает к внутренней поверхности колонны НКТ. По окончанию процесса опрессовки, давление сбрасывают, включают УКЭЦН и начинают эксплуатацию скважины. УКЭЦН выкачивает жидкость из внутреннего канала пакера над клапаном-отсекателем 4 в надпакерную зону (в НКТ выше узла уплотнения 3), возникает разность давлений, за счет чего поршень 9 перемещается и его отверстия совпадают с отверстиями корпуса 6. Клапан-отсекатель 4 переходит в открытое положение и начинается добыча скважинной жидкости из подпакерного пространства.

При демонтаже во время подъема УКЭЦН, конус 22 верхнего якорного узла 2 выходит из-под плашек 21, и они складываются. При дальнейшем подъеме УКЭЦН корпус нажимной 17 с гильзой 15 поднимаются вверх, отверстия на гильзе выходят из перекрытия с конусом 13 и через них открывается переток из надпакерного пространства в подпакерное. Давление выравнивается, чашечные манжеты 16 возвращаются в исходное состояние. Далее происходит деактивация нижнего якорного узла 5. После этого пакер можно переместить в другой интервал скважины для опрессовки колонны НКТ или извлечь из скважины на поверхность.

Таким образом, заявляемая конструкция позволяет повысить надежность и герметичность пакера и расширить возможность его применения за счет использования пакера в скважинах с ГНВП и на шельфе.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для герметичного разобщения сред в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) при работе погружной установки электроцентробежного насоса на грузонесущем кабеле. Пакер механический имеет проходной канал и включает узел уплотнения с опорой, установленный с возможностью осевого перемещения, узел якорный, расположенный ниже узла уплотнения. Между узлом уплотнения и узлом якорным вмонтирован клапан-отсекатель, а над узлом уплотнения дополнительно размещен верхний узел якорный. Узел уплотнения выполнен в виде двух разнонаправленных чашечных манжет. Клапан-отсекатель выполнен в виде корпуса с перемещающимся внутри него под действием перепада давления поршнем, имеющим радиальные отверстия, совмещаемые с отверстиями на корпусе. Клапан-отсекатель выполнен с возможностью его открытия посредством перемещения поршня путем поступления скважинной жидкости из зоны над узлом уплотнения, через каналы в боковой стенке опоры, в полость поршня. В открытом положении клапана-отсекателя радиальные отверстия поршня совмещены с отверстиями на корпусе с возможностью добычи скважинной жидкости из зоны под узлом уплотнения путем образования окон, связывающих внутреннюю полость над клапаном-отсекателем с пространством колонны НКТ, в которую установлен пакер механический с погружной установкой электроцентробежного насоса на грузонесущем кабеле. Технический результат заключается в повышении надежности и герметичности пакера механического и в расширении возможности его применения за счет использования в скважинах с газонефтеводопроявлениями и на шельфе. 2 ил.

Пакер механический, имеющий проходной канал и включающий узел уплотнения с опорой, установленный с возможностью осевого перемещения, узел якорный, расположенный ниже узла уплотнения, отличающийся тем, что между узлом уплотнения и узлом якорным вмонтирован клапан-отсекатель, а над узлом уплотнения дополнительно размещен верхний узел якорный, при этом узел уплотнения выполнен в виде двух разнонаправленных чашечных манжет, причем клапан-отсекатель выполнен в виде корпуса с перемещающимся внутри него под действием перепада давления поршнем, имеющим радиальные отверстия, совмещаемые с отверстиями на корпусе, при этом клапан-отсекатель выполнен с возможностью его открытия посредством перемещения поршня путем поступления скважинной жидкости из зоны над узлом уплотнения, через каналы в боковой стенке опоры, в полость поршня, при этом в открытом положении клапана-отсекателя радиальные отверстия поршня совмещены с отверстиями на корпусе с возможностью добычи скважинной жидкости из зоны под узлом уплотнения путем образования окон, связывающих внутреннюю полость над клапаном-отсекателем с пространством колонны насосно-компрессорных труб, в которую установлен пакер механический с погружной установкой электроцентробежного насоса на грузонесущем кабеле.