Пакер устьевой Российский патент 2024 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного перекрытия ствола скважины при проведении изоляционных работ при эксплуатации и капитальном ремонте скважин, исследовании пластов.

Известен пакер-пробка (патент RU № 2275491, МПК E21B 33/12, опубл. 27.04.2006 Бюл. № 12), включающий ствол с верхним и нижним упорами и кольцевой выборкой по наружной поверхности, в которую вставлена втулка с наружным кольцевым выступом, уплотнительный элемент, конус, шлипсы, корпус и шток посадочного инструмента, установочный фиксатор, вертикальные пазы, съемный узел, причем корпус посадочного инструмента соединен вверху разрушаемыми элементами со штоком, который дополнительно снабжен верхним и нижним технологическими выступами и герметично установлен в ствол с возможностью только осевого ограниченного перемещения вверх - вниз, а кольцевая выборка ствола расположена между верхней и нижней конусными частями ствола, сужающимися навстречу друг другу, при этом втулка оснащена установочным фиксатором, выполненным в виде пальца, взаимодействующего с вертикальными пазами, которые выполнены на кольцевой выборке ствола в виде двух коротких и одного длинного, размещенного между короткими вертикальными пазами, причем короткий вертикальный паз, в который установлен палец в транспортном положении, нижней частью соединен верхним поперечным пазом со средней частью длинного паза, в который установлен палец в рабочем положении, а другой короткий вертикальный паз, в который установлен палец перед извлечением устройства, соединен нижней частью с нижней частью длинного вертикального паза нижним поперечным пазом, верхний конец короткого вертикального паза выполнен с фигурным пазом, в котором расположен палец после возвратно-поступательного перемещения корпуса во время извлечения устройства, причем фигурный паз имеет меньшие вертикальные размеры, чем вертикальные размеры длинного вертикального паза, при этом шлипсы установлены на втулке и изготовлены сборными, состоящими из верхних и нижних плашек с центраторами, подпружиненными наружу и обращенными к наружному кольцевому выступу, расположенному в средней части втулки, причем верхние и нижние плашки снабжены соответственно сверху и снизу коническими поверхностями, выполненными с возможностью взаимодействия в рабочем положении с верхней и нижней конусными частями ствола, при этом уплотнительный элемент выполнен сборным, состоящим из верхней и нижней самоуплотняющихся манжет, установленных соответственно выше и ниже верхней и нижней конусных частей ствола и поджатых соответственно верхним и нижним упорами, причем верхняя самоуплотняющаяся манжета выполнена с возможностью сдерживать перепад давлений сверху вниз, нижняя - снизу вверх, так же верхний и нижний упоры оснащены клапанами, пропускающими жидкость изнутри ствола наружу и выполненными с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним технологическими выступами.

Недостатками данного пакера-пробки являются сложность изготовления и использования, а также низкая надежность из-за большого количество точно сопрягаемых подвижных деталей и большой точности в последовательности операций, а также необходимость затраты большого времени на подъем для исключения излива жидкости на устье скважины из-за наличия верхней самоуплотняющейся манжеты.

Наиболее близким по технической сущности является устьевой пакер (патент SU № 1789661, МПК E21B 33/12, опубл. 23.01.1993 Бюл. № 3), включающий полый ствол с опорой и переводником с пропускным отверстием в нижней части, нажимной уплотнительный элемент, установленный на полом стволе, и установленные под нажимным уплотнительным элементом шлипсы с узлом гидропривода и кожухом, телескопически установленным на переводнике полого корпуса, причем, с целью расширения функциональных возможностей при одновременном снижении гидродинамических ударов на полый ствол в процессе пакеровки, переводник снабжен мембраной, установленной перед пропускным отверстием нижней части, и выполнен с расположенными над основным дополнительными пропускными отверстиями на разных уровнях и смещенными в окружном направлении, причем нижние отверстия перекрыты сменными насадками, а верхние -кожухом в исходном положении.

Недостатками данного устьевого пакера являются сложность изготовления и низкая надежность из-за большого количество точно сопрягаемых подвижных деталей и наличия гидропривода.

Техническим результатом является создание конструкции пакера устьевого, позволяющей упростить и увеличить ее надежность за счет исключения подвижных точно подгоняемых деталей.

Техническим решением является пакер устьевой, включающий полый ствол с уплотнительным элементом снаружи, нижнюю опору, нижний переводник с нижним радиальным отверстием ниже уплотнительного элемента, конструктивные элементы, перекрывающие отверстия и выполненные с возможностью разрушения при определённом избыточном давлении внутри полого ствола.

Новым является то, что уплотнительный элемент изготовлен в виде самоуплотняющейся манжеты, не пропускающей сверху вниз, выше которой установлен верхний переводник с верхним радиальным отверстием, причем верхнее и нижнее отверстия перекрыты соответственно верхним и нижним конструктивными элементами, нижний из которых выполнен с возможностью разрушения избыточным давлением на 10-15% большим, чем для верхнего, которые используются для выравнивания давления с целью исключения излива и для перевода в транспортное положение уплотнительных манжет путем произведения закачки в подпакерную область, ниже нижнего переводника внутри полого ствола размещено клапанное седло под сбрасываемый с устья шар, а нижняя опора изготовлена в виде обтекаемой насадки, расположенной снизу на удлинителе и выполненной с возможностью взаимодействия с забоем скважины, и блока центраторов, выполненных с возможностью взаимодействия с верхним торцом сужения ствола скважины при его наличии, а также для исключения излишнего осевого перемещения пакера при перепаде давления, путем упора на начало фильтровой части колонны, которая диаметром меньше эксплуатационной колонны.

На фиг. 1 изображен пакер устьевой, спущенный в скважину.

На фиг. 2-5 изображен уплотнительный элемент с верхним и нижним переводниками и клапанное седло на разных стадиях работы.

Пакер устьевой включает в себя полый ствол 1 (фиг. 1 и 2) с уплотнительным элементом снаружи в виде самоуплотняющейся манжеты 2, нижнюю опору в виде обтекаемой насадки 3 (фиг. 1), расположенной снизу на удлинителе 4, и блока центраторов 5, нижний 6 (фиг. 2) и верхний 7 переводники, расположенными соответственно сверху и снизу манжеты 2, с соответствующими нижним 8 и верхним 9 радиальными отверстиями, нижние 10 и верхние 11 конструктивные элементы, перекрывающие соответствующие отверстия 8 и 9 и выполненные с возможностью разрушения при определённом избыточном давлении внутри полого ствола 1. Самоуплотняющаяся манжета 2 установлена с возможностью не пропускания жидкости и газа в скважине 12 сверху вниз. Нижний конструктивный элемент 10 выполнен с возможностью разрушения избыточным давлением на 10-15% большим, чем для верхнего конструктивного элемента 11, для исключения несанкционированного одновременно открывания отверстий 8 и 9 при закачке жидкости (выбрано эмпирическим путем). Конструктивные элементы 10 и 11 могут быть выполнены в виде мембран, пластиковых или металлических (из мягкого незакаленного металла) пробок, запрессованных или закрученных на мелкую резьбу в соответствующие отверстия 8 и 9 с тарированным усилием (определенным эмпирически или лабораторным путем) или т.п. (авторы на это не претендуют). Ниже нижнего переводника 6 внутри полого ствола размещено клапанное седло 13 под сбрасываемый с устья шар 14 (фиг. 3-5). Обтекаемая (для исключения зацепления за стыки и изменения диаметров колонны обсадных труб – не показаны) насадка 3 (фиг. 1) изготовлена с возможностью взаимодействия с забоем 15 скважины 12, а блок центраторов 5 – с возможностью взаимодействия с верхним торцом 16 сужения ствола скважины 12 при его наличии и исключения излишнего осевого перемещения пакера при перепаде давления, путем упора на начало фильтровой части колонны, которая диаметром меньше эксплуатационной колонны.

Детали, технологические соединения, уплотнения и т.п., не влиявшие на описание работоспособности пакера устьевого, на чертежах (фиг. 1-5) не показаны или показаны условно.

Пакер устьевой работает следующим образом.

При необходимости проведения работ (опрессовка обсадных труб, проведение сварочных работ при ремонте или т.п.) на устье скважины 12 (фиг. 1) появляется необходимость изоляции внутреннего пространства скважины 12 на устье. Для этого в мастерских или заводских условиях собирают полый ствол 1 (фиг. 2) с самоуплотняющейся манжетой 2, нижним 6 и верхним 7 переводниками и клапанным седлом 13. В отверстия 8 и 9 соответствующих переводников 6 и 7 устанавливают соответствующие конструктивные элементы 10 и 11, которые используются для выравнивания давления с целью исключения излива и для перевода в транспортное положение уплотнительных манжет путем произведения закачки в подпакерную область. После чего собранный узел доставляют к скважине 12. Предварительно в скважину 12 (фиг. 1) спускают для направления и прохода изогнутых участков скважины 12 на удлинителе 4 обтекаемую насадку 3, выше которых размещают блок центраторов 5 для исключения сильного отклонения собранного пакера устьевого при спуске от оси скважины 12 и исключения излишнего осевого перемещения пакера при перепаде давления, путем упора на начало фильтровой части колонны, которая диаметром меньше эксплуатационной колонны.

При помощи технологического хвостовика 17 необходимой длины (выбирается технологиями – авторы на это не претендуют) блок центраторов 5 соединяют с клапанным седлом 13, получая собранный пакер устьевой, который на колонне труб 18 (насосно-компрессорные трубы – НКТ, колтюбинг или т.п.) спускают в скважину 12 до упора обтекаемой насадки 3 в забой 15 или блока центраторов 5 в верхний торец 16 сужения ствола скважины при его наличии (образуется после цементирования и укрепления ствола скважины 12 обсадными трубами при дальнейшем углублении или продолжении этого ствола забойными долотами меньшего диаметра) и исключения излишнего осевого перемещения пакера при перепаде давления, путем упора на начало фильтровой части колонны, которая диаметром меньше эксплуатационной колонны. Во время спуска скважинная жидкость заполняет внутреннюю полость пакера устьевого через хвостовик 17, клапанное седло 13, полый ствол 2 и колонну труб 18.

Для опрессовки обсадной колонны устье скважины герметизируют и по затрубью колонны труб 18 нагнетают устьевым насосом (не показан), самоуплотняющаяся манжета 2 плотно и герметично прилегает к стенкам скважины 12, не пропуская жидкость сверху вниз. Поднимают давление в затрубье колонны труб 18 до необходимого (не выше разрушения конструктивного элемент 11) и выдерживают определенное время (определяют технологи – авторы на это не претендуют). Если давление не упало или упало на допустимое значение, то опрессовка прошла удачно.

Для проведения ремонтных работ на устье скважины 12 (фиг. 2), связанных с высокими температурами (например, сварочные работы), внутрь колонны труб 18 (фиг. 3) сбрасывают шар 14 до взаимодействия с клапанным седлом 13 (проверяется давлением закачки в колонну труб 18 – при повышении давления шар 14 «сел» в клапанное седло 13). После чего колонну труб 18 и затрубье колонны труб 18 заполняют негорючей жидкостью (например, вода, минеральная вода, вода с негорючими поверхностно активными веществами – ПАВ или т.п.). При этом шар 14 в клапанном седле 13 и самоуплотняющаяся манжета 2 удерживают жидкость до устья внутри скважины 12, позволяя безопасно проводить ремонтные работы на устье скважины 12.

По завершению работ для извлечения пакера устьевого при размещении шара 14 (фиг. 2) в клапанном седле 13 внутри колонны труб 18 создают избыточное давление устьевым насосом (не показан) до разрушения конструктивного элемента 11 и открытия отверстия 9 (фиг. 4) верхнего переводника 7, что определяется падением давления внутри колонны труб 18 и изливом жидкости из затрубья колонны труб 18 на устье скважины 12. Прямой промывкой, закачивая жидкость в колонну труб 18, вымывают из затрубья колонны труб 18 шлам, песок и другие твердые фракции, находящиеся там, для облегчения извлечения пакера устьевого с самоуплотняющейся манжетой 2. После чего затрубье колонны труб 18 на устье скважины 12, внутри колонны труб 18 создают избыточное давление устьевым насосом до разрушения конструктивного элемента 10 и открытия отверстия 8 (фиг. 5) нижнего переводника 6, что определяется падением давления внутри колонны труб 18. В результате жидкость из колонны труб 18 через это отверстие 8 стекает внутрь скважины 12 и далее в пласт 19 (фиг. 1), как и жидкость из затрубья колонны труб 18 (фиг. 5) – через отверстия 9 и 8, обтекая через полый ствол 1 самоуплотняющуюся манжету 2, а шар 14 и клапанное седло – снаружи. При подъёме пакера устьевого при помощи колонны труб 18 жидкость из колонны труб 18 и из затрубья колонны труб 18 стекает в пласт 19 (фиг. 1) аналогичным образом, не позволяя жидкости изливаться на устье скважины 12 и упрощая работу обслуживающего скважину 12 персонала. После извлечения ствола 1 с верхним 7 и нижним 8 переводниками, самоуплотняющейся манжеты 2, клапанного седла 13 с шаром 13, уровень жидкости в скважине 12 устанавливается на уровне внутреннего давления пласта 19 и не изливается на устье скважины 12 при подъеме хвостовика 17 с блоком центраторов 4 и обтекаемой насадки 3 на удлинителе 4. Все работы осуществляют в скважине 12 без необходимости перемещения деталей пакера устьевого относительно друг друга.

Предлагаемый пакер устьевой позволяет упростить конструкцию и увеличить ее надежность за счет исключения подвижных точно подгоняемых деталей.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для временного перекрытия ствола скважины при проведении изоляционных работ при эксплуатации и капитальном ремонте скважин, исследовании пластов. Пакер устьевой включает полый ствол с уплотнительным элементом снаружи, нижнюю опору, нижний переводник с нижним радиальным отверстием ниже уплотнительного элемента, конструктивные элементы, перекрывающие отверстия и выполненные с возможностью разрушения при определённом избыточном давлении внутри полого ствола. Уплотнительный элемент изготовлен в виде самоуплотняющейся манжеты, не пропускающей сверху вниз, выше которой установлен верхний переводник с верхним радиальным отверстием. Верхнее и нижнее отверстия перекрыты соответственно верхним и нижним конструктивными элементами, нижний из которых выполнен с возможностью разрушения избыточным давлением, на 10-15% большим, чем для верхнего, которые используются для выравнивания давления с целью исключения излива и для перевода в транспортное положение уплотнительных манжет путем произведения закачки в подпакерную область. Ниже нижнего переводника внутри полого ствола размещено клапанное седло под сбрасываемый с устья шар, а нижняя опора изготовлена в виде обтекаемой насадки, расположенной снизу на удлинителе и выполненной с возможностью взаимодействия с забоем скважины, и блока центраторов, выполненных с возможностью взаимодействия с верхним торцом сужения ствола скважины при его наличии и исключения излишнего осевого перемещения пакера при перепаде давления, путем упора на начало фильтровой части колонны, которая диаметром меньше эксплуатационной колонны. Технический результат заключается в упрощении конструкции и увеличении ее надежности за счет исключения подвижных точно подгоняемых деталей. 5 ил.

Пакер устьевой, включающий полый ствол с уплотнительным элементом снаружи, нижнюю опору, нижний переводник с нижним радиальным отверстием ниже уплотнительного элемента, конструктивные элементы, перекрывающие отверстия и выполненные с возможностью разрушения при определённом избыточном давлении внутри полого ствола, отличающийся тем, что уплотнительный элемент изготовлен в виде самоуплотняющейся манжеты, не пропускающей сверху вниз, выше которой установлен верхний переводник с верхним радиальным отверстием, причем верхнее и нижнее отверстия перекрыты соответственно верхним и нижним конструктивными элементами, нижний из которых выполнен с возможностью разрушения избыточным давлением, на 10-15% большим, чем для верхнего, которые используются для выравнивания давления с целью исключения излива и для перевода в транспортное положение уплотнительных манжет путем произведения закачки в подпакерную область, при этом ниже нижнего переводника внутри полого ствола размещено клапанное седло под сбрасываемый с устья шар, а нижняя опора изготовлена в виде обтекаемой насадки, расположенной снизу на удлинителе и выполненной с возможностью взаимодействия с забоем скважины, и блока центраторов, выполненных с возможностью взаимодействия с верхним торцом сужения ствола скважины при его наличии и исключения излишнего осевого перемещения пакера при перепаде давления, путем упора на начало фильтровой части колонны, которая диаметром меньше эксплуатационной колонны.