Пакер опрессовочный Российский патент 2024 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области строительства и ремонта нефтяных и газовых скважин, а именно устройству, предназначенному для проверки герметичности приустьевой части обсадной колонны совместно с противовыбросовым и другим оборудованием устья скважин без нагружения обсадных труб.

Известен опрессовочный пакер (патент на ПМ RU № 60606, МПК Е21В 33/12, опубл. 27.01.2007 Бюл. № 03), включающий корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, закрепленным между нижней и верхней втулками, перепускное устройство, состоящее из золотника и пружины, причем корпус снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, причем нижняя и верхняя втулки закреплены на корпусе жестко, а уплотнительный элемент узла герметизации выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты, пропускающей снизу вверх, при этом золотник перепускного устройства, размещенный внутри корпуса выполнен в виде стержня, причем корпус между нижним и верхним рядами радиальных отверстий снабжен сквозными продольными пазами, напротив которых на наружной поверхности корпуса установлена полая втулка, подпружиненная снизу вверх относительно упора, выполненного в виде кольцевой выборки на наружной поверхности корпуса выше нижнего ряда радиальных отверстий, при этом золотник и полая втулка соединены между собой пальцем, размещенным в сквозных продольных пазах корпуса, причем в транспортном положении золотник перекрывает средний ряд радиальных отверстий корпуса, при этом нижний ряд радиальных отверстий корпуса сообщается с внутренней полостью корпуса под золотником, а в рабочем положении золотник имеет возможность ограниченного сквозным продольным пазам корпуса осевого перемещения вниз с герметичным перекрытием нижнего ряда радиальных отверстий корпуса, при этом на верхнем конце корпуса установлен жесткий центратор-муфта, а на нижнем конце корпуса закреплен пружинный центратор.

Недостатками данного пакера являются сложность конструкции и высокая металлоёмкость из-за наличия большого количества последовательно устанавливаемых элементов (пружины, центраторов и т.п.), а также отсутствие защиты от прорыва жидкости между корпусом и уплотнительным элементом - самоуплотняющейся манжетой при нарушении ее целостности.

Наиболее близким по технической сущности является пакер опрессовочный устьевой пакер (патент на ПМ RU № 213190, МПК Е21В 33/12, опубл. 29.08.2022 Бюл. № 25), содержащий пустотелый корпус, образованный соединенными между собой переводниками - верхним и нижним, снабженными на концах присоединительной резьбой - внутренней и наружной, соответственно, внутренней резьбой - для присоединения верхнего переводника к ниппельной части бурильной трубы, и наружной резьбой - для соединения нижнего переводника с муфтовой частью бурильной трубы, и узел уплотнения, состоящий из основания и самоуплотняющегося резинового элемента, сопрягаемых торцами с возможностью жесткого соединения, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сменную защитную втулку, жестко закрепленную на основании предварительно изготовленного узла уплотнения, при этом верхняя часть самоуплотняющегося резинового элемента оснащена защитной манжетой, а нижняя часть оснащена армирующим элементом, при этом защитная втулка установлена с возможностью перекрытия армирующего элемента на величину не менее 0,5 его высоты, а герметичность соединения верхнего переводника с нижним переводником обеспечена резиновыми кольцами, установленными в канавках, выполненных на наружной поверхности верхнего переводника.

Основным недостатком данного пакера является отсутствие защиты от продольного перемещения самоуплотняющегося резинового элемента, что может нарушить качество прилегания ее к пустотелому корпусу и, как следствие, прорыву жидкости между корпусом и резиновым элементом - самоуплотняющейся манжетой, в том числе и при нарушении ее целостности.

Техническим результатом предполагаемого технического решения является создание простой и надежной конструкции пакера опрессовочного, позволяющего исключить прорыв жидкости между корпусом и резиновым элементом - самоуплотняющейся манжетой за счет фиксации от продольного перемещения манжеты и наличия кольцевых проточек, образующих лабиринтные уплотнения.

Техническим решением является пакер опрессовочный, включающий пустотелый корпус с верхней и нижней резьбами для соединения с оборудованием, спускаемым в скважину, состоящий из верхнего и нижнего переводников, которые соосно и герметично соединены между собой резьбой, установленный снаружи верхнего переводника узел уплотнения, состоящий из самоуплотняющейся манжеты и нижнего упора, взаимодействующего после сборки снизу с торцом нижнего переводника.

Новым является то, что верхний переводник снаружи сверху оснащен наружным кольцевым выступом, сверху самоуплотняющейся манжеты установлен верхний упор, выполненный с возможностью прижатия к верхнему переводнику снаружи внутренний выступающей части самоуплотняющейся манжеты и взаимодействия с нижнем торцом кольцевого выступа, при этом нижний упор сверху оснащен кольцевым стаканом, охватывающим снизу самоуплотняющуюся манжету для прижатия к верхнему переводнику, между торцом нижнего переводника и нижним упором установлена демпфирующая прокладка для надежной фиксации самоуплотняющейся манжеты между верхним и нижним упорами без нарушения ее целостности, а на наружной поверхности верхнего переводника и внутренней поверхности стакана выполнены как минимум по две кольцевые проточки, взаимодействующие с самоуплотняющейся манжетой.

Новым является также то, что демпфирующая прокладка изготовлена в виде пружинного металлического кольца, эластичного материала, более упругого, чем материал самоуплотняющейся манжеты, или мягкого металла.

Новым является также то, что он выполнен из последовательно установленных по высоте двойных узлов уплотнения, причем верхняя самоуплотняющаяся манжета изготовлена из более плотной и упругой по отношению к нижней для удержания осаждающихся скважинных частиц.

На фиг 1 изображен пакер опрессовочный в продольном разрезе.

На фиг. 2 изображен двойной пакер опрессовочный.

Пакер опрессовочный включает в себя пустотелый корпус, состоящий из верхнего 1 (фиг. 1) и нижнего 2 переводников, которые соосно и герметично (например, при помощи уплотнения 3) соединены между собой резьбой 4. Для исключения несанкционированного отворота резьбы 4 она может быть зафиксирована, например, стопорным винтом 5, герметиком, стопорной шайбой (последнее не показано) или т.п. На способы фиксации резьбы 4 автор не претендует, так как это хорошо известно из открытых источников. Верхний 1 и нижний 2 переводники корпуса оснащены соответствующими верхней 6 и нижней 7 резьбами для соединения с оборудованием (не показано), спускаемым в скважину (не показана). Снаружи верхнего переводника 1 установлен узел уплотнения, состоящий из самоуплотняющейся манжеты 8 и нижнего упора 9, взаимодействующего после сборки снизу с верхним торцом нижнего переводника 2. Верхний переводник 1 снаружи сверху оснащен наружным кольцевым выступом 10. Сверху самоуплотняющейся манжеты 8 установлен верхний упор 11, выполненный с возможностью прижатия к верхнему переводнику снаружи внутренний выступающей части 12 самоуплотняющейся манжеты 8 и взаимодействия с нижнем торцом кольцевого выступа 10. Нижний упор 9 сверху оснащен кольцевым стаканом 13, охватывающим снизу самоуплотняющуюся манжету 8 для прижатия к верхнему переводнику 1. Между верхним торцом нижнего переводника 2 и нижним упором установлена демпфирующая прокладка 14 для надежной фиксации самоуплотняющейся манжеты 8 между верхним 11 и нижним 9 упорами без нарушения ее целостности. На наружной поверхности верхнего переводника 1 и внутренней поверхности стакана 13 выполнены как минимум по две кольцевые проточки 15 и 16 соответственно, взаимодействующие с самоуплотняющейся манжетой 8. Демпфирующая прокладка 14 может быть изготовлена в виде пружинного металлического кольца, эластичного материала, более упругого (полиуретан, вулканизированная резина или т.п.), чем материал самоуплотняющейся манжеты 8, или мягкого металла (алюминий, свинец, медь или т.п.). При использовании пакера опрессовочного в глубоких скважинах, скважинах старого фонда (срок эксплуатации 15 лет и более), скважинах, вскрывших продуктивный пласт (не показан) с высоким пескопроявлением (например, пласты с высоковязкой нефтью, терригенные пласты с залеганием до 700 м и/или т.п.), то есть в скважинах с большим количеством осаждающихся из скважинной жидкости твердых частиц (песок, окалина со скважинного оборудования или насосно-компрессорных труб (НКТ), ржавчина и/или отложения со стенок скважины и/или т.п.), рекомендуется использование двойных узлов уплотнения последовательно установленных по высоте в скважине, причем верхняя самоуплотняющаяся манжета 17 (Фиг. 2) изготовлена из более плотного и упругого материала (вулканизированная резина, армированная металлической сеткой манжета 17, твердый полиуретан и/или т.п.) по отношению к нижней 8 для удержания осаждающихся скважинных частиц.

Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность пакера опрессовочного, на чертежах (фиг. 1 и 2) не показаны или показаны условно.

Пакер опрессовочный собирают в следующей последовательности.

На верхний переводник 1 снизу до взаимодействия с кольцевым выступом 10 надевают верхний упор 11, потом - самоуплотняющуюся манжету 8 до ввода внутренний выступающей части 12 под верхний упор 11. На нижний край самоуплотняющейся манжеты 8 с усилием надвигают стакан 13 нижнего упора 9 для прижатия к наружной поверхности верхнего переводника 1 корпуса пакера опрессовочного. При этом материал самоуплотняющейся манжеты 8 «затекает» в как минимум по две кольцевые проточки 15 и 16 верхнего переводника 1 и стакана 13 соответственно, обеспечивая более надежную фиксацию от продольного сдвига самоуплотняющейся манжеты 4 и образует «лабиринтное уплотнение». Как показала практика в «лабиринтном уплотнении» как минимум по две кольцевые проточки 15 и 16 верхнего переводника 1 и стакана 13 соответственно исключает практически полностью прорыв жидкости при опрессовке скважины как изнутри, так и снаружи самоуплотняющейся манжеты 8. Увеличение количества кольцевых проточек 15 и 16 верхнего переводника 1 и стакана 13 соответственно обеспечивает более надежную фиксацию о продольного сдвига самоуплотняющейся манжеты 8 и большую надежность изоляции «лабиринтного уплотнения», рекомендуется при использовании давления опрессовки скважины 15 МПа и более. Снизу до упора в нижний упор 9 устанавливают демпфирующую прокладку 14 которую прижимают верхним торцом нижнего упора 2 при соединении его по резьбе 4 с верхним переводником 1. Если резьба 4 не самоуплотняющаяся (не коническая) рекомендуется для герметизации использовать, например, уплотнение 3, а для фиксации от отворота, например, стопорный винт 5. Демпферную прокладку 14 выбирают эмпирическим путем такой толщины, чтобы он было в пределах упругой деформации при сборке корпуса из переводников 1 и 2. Таким образом обеспечивают упрощение сборки корпуса из переводников 1 и 2, надежное зажатие самоуплотняющейся манжеты 8 между упорами 11 и 9 и нивелирование уменьшение размеров самоуплотняющейся манжеты 14 при длительном хранении под действием внешнего воздействия, так как любой пластичный материал имеет не жесткую внутреннюю структуру и «течет» со временем, то есть материал самоуплотняющейся манжеты 14 упругий и аморфный (мягкий полиуретан, маслобензостойкая резина, армированный пластиком композитный материал или т.п.).

Пакер опрессовочный работает следующим образом.

Пакер опрессовочный в сборе соединяют по резьбам 6 и 7 со скважинным оборудованием (например, колонна НКТ, насосное оборудование, хвостовик и/ли т.п.). При использовании в скважинах с большим количеством осаждающихся из скважинной жидкости твердых частиц в верхней резьбе 6 присоединяют аналогичный пакер с самоуплотняющейся манжетой 17 (фиг. 2) из более плотного и упругого материала. После чего пакер опрессовочный спускают в скважину в интервал установки (не показан), предварительно определенный технологами, обслуживающими данное месторождение. Устье скважины изолируют герметизатором устья (не показан) и в межтрубном пространстве (например, между колонной НКТ и стенкам скважины) создают избыточное давление, например, нагнетанием жидкости устьевым насосом (не показан). Под действием этого давления самоуплотняющаяся манжета 8 (фиг. 1) отгибается от верхнего переводника 1 и прижимается к стенкам скважины, герметично разобщая пространства скважины на надпакерное и подпакерное (не показаны). Давлением в межтрубном надпакерном пространстве повышают до опрессовочного (на месторождениях Республики Татарстан (РТ) - 11-16 МПа) и выдерживают изоляцией на устье межтрубного пространства технологическое время (на месторождениях РТ - 2-3 часа), если давление не падает или падает в допустимых пределах (на месторождениях РТ - не более 1 МПа), то считают, что обсадная колонна (не показана) скважины герметична, то есть не имеет нарушений в пространстве выше опрессовочного пакера. При этом при наличии верхнего пакера скважинные частицы осаждаются сверху на самоуплотняющейся манжете 17 (фиг. 2), практически не накапливаясь на самоуплотняющейся манжете 8 (фиг. 1). Причем самоуплотняющаяся манжета 17 (фиг. 2) не предназначен для герметизации скважины, а только - для сбора осаждающихся скважинных частиц для защиты самоуплотняющейся манжеты 8 (фиг. 1). По завершении опрессовки давление в межтрубном пространстве скважины снижают (например, стравливают жидкость на устье скважины), самоуплотняющаяся манжета 8 под действием своих упругих сил сжимается, возвращается в исходное положение и готов к извлечению из скважины или к повторной опрессовке через определенный период времени.

Предлагаемый пакер опрессовочный имеет простую и надежную конструкцию, при этом позволяет исключить прорыв жидкости между корпусом и резиновым элементом - самоуплотняющейся манжетой за счет фиксации от продольного перемещения манжеты и наличия кольцевых проточек, образующих лабиринтные уплотнения.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области строительства и ремонта нефтяных и газовых скважин, к устройству, предназначенному для проверки герметичности приустьевой части обсадной колонны совместно с противовыбросовым и другим оборудованием устья скважин без нагружения обсадных труб. Пакер опрессовочный включает пустотелый корпус с верхней и нижней резьбами для соединения с оборудованием, спускаемым в скважину. Верхний и нижний переводники соосно и герметично соединены между собой резьбой. Снаружи верхнего переводника установлен узел уплотнения, состоящий из самоуплотняющейся манжеты и нижнего упора, взаимодействующего после сборки снизу с торцом нижнего переводника. Верхний переводник снаружи сверху оснащен наружным кольцевым выступом. Сверху самоуплотняющейся манжеты установлен верхний упор, выполненный с возможностью прижатия к верхнему переводнику снаружи внутренней выступающей части самоуплотняющейся манжеты и взаимодействия с нижним торцом кольцевого выступа. Нижний упор сверху оснащен кольцевым стаканом, охватывающим снизу самоуплотняющуюся манжету для прижатия к верхнему переводнику. Между торцом нижнего переводника и нижним упором установлена демпфирующая прокладка. На наружной поверхности верхнего переводника и внутренней поверхности стакана выполнены как минимум по две кольцевые проточки, взаимодействующие с самоуплотняющейся манжетой. Пакер опрессовочный имеет простую и надежную конструкцию, при этом позволяет исключить прорыв жидкости между корпусом и самоуплотняющейся манжетой. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пакер опрессовочный, включающий пустотелый корпус с верхней и нижней резьбами для соединения с оборудованием, спускаемым в скважину, состоящий из верхнего и нижнего переводников, которые соосно и герметично соединены между собой резьбой, установленный снаружи верхнего переводника узел уплотнения, состоящий из самоуплотняющейся манжеты и нижнего упора, взаимодействующего после сборки снизу с торцом нижнего переводника, отличающийся тем, что верхний переводник снаружи сверху оснащен наружным кольцевым выступом, сверху самоуплотняющейся манжеты установлен верхний упор, выполненный с возможностью прижатия к верхнему переводнику снаружи внутренней выступающей части самоуплотняющейся манжеты и взаимодействия с нижним торцом кольцевого выступа, при этом нижний упор сверху оснащен кольцевым стаканом, охватывающим снизу самоуплотняющуюся манжету для прижатия к верхнему переводнику, между торцом нижнего переводника и нижним упором установлена демпфирующая прокладка для надежной фиксации самоуплотняющейся манжеты между верхним и нижним упорами без нарушения ее целостности, а на наружной поверхности верхнего переводника и внутренней поверхности стакана выполнены как минимум по две кольцевые проточки, взаимодействующие с самоуплотняющейся манжетой.

2. Пакер опрессовочный по п. 1, отличающийся тем, что демпфирующая прокладка изготовлена в виде пружинного металлического кольца, эластичного материала, более упругого, чем материал самоуплотняющейся манжеты, или мягкого металла.

3. Пакер опрессовочный по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен из последовательно установленных по высоте двойных узлов уплотнения, причем верхняя самоуплотняющаяся манжета изготовлена из более плотного и упругого материала по отношению к нижней для удержания осаждающихся скважинных частиц.