Пакер заколонный механический Российский патент 2024 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине. Обеспечивает повышение надежности разобщения затрубного пространства в скважине при ее креплении, освоении и эксплуатации, предотвращение движения различных по природе жидкостей вверх или вниз по затрубному пространству скважины и ускорение проведения работ по строительству скважины.

Известен пакер (патент RU № 2347062 МПК E21B 33/126, F04B 47/00, опубл. 20.02.2009), включающий ствол, шток, верхний и нижний переводники, установленную на стволе уплотнительную манжету и гидроцилиндр. Между гидроцилиндром и штоком образована кольцевая камера, в которой установлен поршень. Полость кольцевой камеры выше поршня сообщена с колонной насосно-компрессорных труб НКТ через выполненное в штоке отверстие. Гидроцилиндром и штоком образована заполненная жидкостью гидравлическая камера. Между последней и кольцевой камерой в гидроцилиндре установлена кольцевая втулка, в которой выполнено продольное отверстие, посредством которого полость гидравлической камеры сообщена с полостью кольцевой камеры. Продольное отверстие перекрыто установленным в кольцевой камере ниже кольцевой втулки клапаном. Последний установлен с упором в установленный ниже него в кольцевой камере поршень, зафиксированный относительно гидроцилиндра в его исходном положении посредством срезных винтов. Уплотнительная манжета установлена на стволе между верхней и нижней защитными втулками. Верхняя защитная втулка установлена с упором в верхний переводник, а нижняя защитная втулка установлена с упором в гидроцилиндр через размещенную между ними гайку-упор.

Недостатками известного пакера являются сложность конструкции, недостаточная герметизация пакера, отсутствие стопорного механизма, предотвращающего обратное движение гидроцилиндра и удерживающие уплотнительные элементы от распускания.

Также известен пакер гидромеханический (патент RU № 2439286 МПК E21B 33/12, опубл. 10.01.2012), включающий ствол с радиальными каналами, оснащенный снизу упором, гидроцилиндр с поршнем, присоединенную снизу к гидроцилиндру разрезную цангу с якорем, уплотнительное кольцо, седло, размещенное в нижней части ствола. В стволе над упором выполнены дополнительные радиальные отверстия, покрываемые снаружи подвижной втулкой в транспортном положении и выполненные с возможностью открытия.

Недостатками известного пакера являются сложность самой конструкции пакера и сложность его изготовления, недостаточная герметизирующая способность уплотнительного элемента, отсутствие стопорного механизма, предотвращающего обратное движение гидроцилиндра и удерживающие уплотнительные элементы от распускания, возникает необходимость постоянно держать пакер под нагрузкой.

Также известен пакер заколонный герметизирующий отсекающий (патент RU № 125247, МПК E21B 33/12, опубл. 27.02.2013), включающий в себя корпус с центральным проходным каналом и установленными на корпусе манжетными уплотнителями и гидроцилиндром, выполненным с возможностью продольного перемещения относительно ствола, причем гидроцилиндр закреплен на корпусе от несанкционированного перемещения при спуске в скважину срезными винтами и соединен со стопорным кольцом, имеющим возможность перемещения в сторону сжатия манжетных уплотнителей, при этом манжетные уплотнители выполнены плавной дугообразной формы с треугольными выемками.

Недостатками пакера являются сложность изготовления и сборки, при движении конуса до крайнего нижнего положения возможно защемление уплотнительной манжеты между конусом и упором и ее срез в зоне защемления. При высоких давлениях промывки компоновки возможно несанкционированное срабатывание пакера из-за незащищенности радиального канала.

Наиболее близким является пакер заколонный гидромеханический, наиболее похожий на предлагаемый (патент RU 156735, МПК E21B 33/12, опубл. 20.11.2015), включающий корпус с центральным проходным и радиальными каналами и установленным на корпусе с фиксацией одного конца манжетным уплотнителем и гидроцилиндром, сообщенным радиальными каналами с проходным каналом корпуса, оснащенным стопорным кольцом для фиксации в рабочем положении и выполненным с возможностью фиксации срезными винтами в транспортном положении и продольного перемещения в рабочее положение относительно корпуса для прижатия манжетного уплотнителя к стенкам скважины, торец цилиндра, обращенный к незафиксированному концу манжетного уплотнителя, изготовлен в виде полого конуса, который выполнен с возможностью входа внутрь манжетного уплотнителя с герметичным прижатием его к стенкам скважины при перемещении цилиндра, причем внутри цилиндра установлен кольцевой поршень с наружными кольцевыми проточками под стопорное кольцо, герметично размещенный на корпусе с возможностью перемещения в сторону манжетного уплотнителя.

Недостатками известного пакера являются сложность изготовления и сборки. При высоких давлениях промывки компоновки возможно несанкционированное срабатывание пакера из-за незащищенности радиального канала.

Технической задачей является повышение надежности и эффективности работы заколонного механического пакера за счет гарантированного срабатывания, независимого от внутренних давлений, возникающих при спуске и цементировании обсадной колонны.

Техническая задача решается пакером заколонным механическим, включающим цилиндрический полый корпус с центральным проходным каналом и установленным на цилиндрическом полом корпусе манжетным уплотнителем, зафиксированным с одного конца упором, имеющим возможность продольного перемещения в рабочее положение относительно цилиндрического полого корпуса для прижатия манжетного уплотнителя к стенкам скважины.

Новым является то, что цилиндрический полый корпус в средней части выполнен в виде конусного сужения, в нижней части которого по периметру выполнены как минимум два цилиндрических штифта и кольцевая проточка с установленным внутрь стопорным кольцом, манжетный уплотнитель установлен под конусным сужением, нижний конец которого зафиксирован зажимами упора, при этом упор оснащен стопорными элементами для фиксации в транспортном положении с возможностью продольного перемещения в рабочее положение вверх относительно цилиндрического полого корпуса на конусное сужение для прижатия манжетного уплотнителя к стенкам скважины при срезе стопорных элементов под определенным крутящим моментом, при этом упор по периметру оснащен как минимум десятью продольными выступами и как минимум двумя сквозными продольными винтовыми пазами с возможностью совмещения с цилиндрическими штифтами полого цилиндрического корпуса, причем наружный диаметр по продольным выступам меньше диаметра ствола скважины.

Также новым является то, что манжетный уплотнитель выполнен из набухающей резины.

На фиг. 1 показано транспортное положение пакера.

На фиг. 2 показан пакер в рабочем положении.

Пакер заколонный механический включает в себя цилиндрический полый корпус 1 (далее - корпус, фиг. 1) (внутренний диаметр корпуса соответствует внутреннему диаметру спускаемой обсадной колонны), с присоединительными резьбами сверху и снизу (на фиг. 1, 2 не показаны), соответствующими заданному типоразмеру обсадной колонны (на фиг.1, 2 не показано), с центральным проходным каналом 2 и установленным на корпусе 1 манжетным уплотнителем 3, зафиксированным с одного конца упором 4, имеющим возможность продольного перемещения в рабочее положение относительно корпуса 1 для прижатия манжетного уплотнителя 3 к стенкам скважины.

Корпус 1 в средней своей части выполнен в виде конусного сужения 5, в нижней части которого по периметру выполнены как минимум два цилиндрических штифта 6 и кольцевая проточка с установленным внутрь стопорным кольцом 7. Упор 4 по периметру оснащен зажимами 8. Манжетный уплотнитель 3 установлен непосредственно под конусным сужением 5 корпуса 1, выполнен из набухающей резины, нижний конец манжетного уплотнителя 3 зафиксирован зажимами 8 (заведен внутрь зажимов) упора 4. При этом упор 4 также оснащен стопорными элементами 9 для фиксации в транспортном положении и выполнен с возможностью продольного перемещения в рабочее положение вверх относительно корпуса 1 на конусное сужение 5 для прижатия манжетного уплотнителя 3 к стенкам скважины при срезе стопорных элементов 9 под определенным крутящим моментом.

Упор 4 по периметру оснащен как минимум десятью продольными выступами 10 (продольные выступы не мешают спуску пакера в скважину, центрируя его в стволе, и не препятствуют восходящему потоку жидкости) и как минимум двумя сквозными продольными винтовыми пазами 11 с возможностью совмещения с цилиндрическими штифтами 6 корпуса 1. А наружный диаметр корпуса 1 по продольным выступам 10 меньше диаметра ствола скважины, например, на 4 мм, в которую спускают пакер.

Пакер заколонный механический работает следующим образом.

В процессе спуска обсадной колонны в скважину, в состав обсадной колонны устанавливают пакер заколонный механический в необходимых интервалах. После спуска обсадной колонны в скважину производят ее цементирование по известной технологии. После получения давления «СТОП», обсадную колонну проворачивают вправо на 1-2 оборота до получения сначала роста, а потом резкого снижения и нового характерного скачка крутящего момента. При этом продольные выступы 10 упора 4, внедряются в стенки скважины и препятствуют провороту упора 4 вокруг своей оси, стопорные элементы 9 упора 4 срезаются и упор 4 по сквозным продольным винтовым пазам 11 двигается вверх по винтовой линии, сжимая манжетный уплотнитель 3, тем самым прижимая его к стенкам скважины. После дохождения упора 4 до верхней точки продольного винтового паза 11, стопорное кольцо 7 высвобождается из радиальной кольцевой проточки и фиксирует упор 4 в рабочем положении, препятствуя его возврату назад. Таким образом манжетный уплотнитель 3 остается в прижатом к стенкам скважины положении.

Пример практического применения.

Пробурили скважину долотом диаметром 156 мм.

Перед началом спуска 114×7,4 мм обсадной колонны на скважину завезли пакер заколонный механический, в нижней части конусного сужения пакера выполнены два цилиндрических штифта и радиальная кольцевая проточка с установленным внутрь стопорным кольцом, с манжетным уплотнителем, нижний конец которого зафиксирован упором с десятью продольными выступами и двумя сквозными продольными винтовыми пазами. Наружный диаметр по продольным выступам - 152 мм, а внутренний диаметр равный 99,5 мм.

Спустили в скважину обсадную колонну с пакером заколонным механическим с учетом размещения пакера в интервале перемычки между водоносным и продуктивным пластом, при этом обсадные трубы свинчивали с крутящим моментом 3,5 кНм. Далее согласно принятой технологии произвели цементирование обсадной колонный в скважине в штатном режиме. После получения давления «СТОП» в конце цементирования, провернули обсадную колонну вправо на 1,5 оборота, при этом зафиксировали рост момента до 4,5 кНм, далее падение до 3,5 кНм и снова скачок до 6 кНм.

Скважину оставили на время ОЗЦ. После освоения скважины получили безводную нефть.

Применение предлагаемого пакера заколонного механического позволяет повысить надежность разобщения пластов, за счет надежной активации пакера механическим способом, при этом сохраняя целостность обсадной колонны, исключая фактор влияния различных давлений внутри обсадной колонны, возникающих при цементировании.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине. Обеспечивает повышение надежности разобщения затрубного пространства в скважине при ее креплении, освоении и эксплуатации, предотвращение движения различных по природе жидкостей вверх или вниз по затрубному пространству скважины и ускорение проведения работ по строительству скважины. Пакер заколонный механический включает цилиндрический полый корпус с центральным проходным каналом и установленным на цилиндрическом полом корпусе манжетным уплотнителем, зафиксированным с одного конца упором, имеющим возможность продольного перемещения в рабочее положение относительно цилиндрического полого корпуса для прижатия манжетного уплотнителя к стенкам скважины. Цилиндрический полый корпус в средней части выполнен в виде конусного сужения, в нижней части которого по периметру выполнены как минимум два цилиндрических штифта и кольцевая проточка с установленным внутрь стопорным кольцом. Манжетный уплотнитель установлен под конусным сужением, нижний конец которого зафиксирован зажимами упора. Упор оснащен стопорными элементами для фиксации в транспортном положении с возможностью продольного перемещения в рабочее положение вверх относительно цилиндрического полого корпуса на конусное сужение для прижатия манжетного уплотнителя к стенкам скважины при срезе стопорных элементов под определенным крутящим моментом. Упор по периметру оснащен как минимум десятью продольными выступами и как минимум двумя сквозными продольными винтовыми пазами с возможностью совмещения с цилиндрическими штифтами полого цилиндрического корпуса. Наружный диаметр по продольным выступам меньше диаметра ствола скважины. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пакер заколонный механический, включающий цилиндрический полый корпус с центральным проходным каналом и установленным на цилиндрическом полом корпусе манжетным уплотнителем, зафиксированным с одного конца упором, имеющим возможность продольного перемещения в рабочее положение относительно цилиндрического полого корпуса для прижатия манжетного уплотнителя к стенкам скважины, отличающийся тем, что цилиндрический полый корпус в средней части выполнен в виде конусного сужения, в нижней части которого по периметру выполнены как минимум два цилиндрических штифта и кольцевая проточка с установленным внутрь стопорным кольцом, манжетный уплотнитель установлен под конусным сужением, нижний конец которого зафиксирован зажимами упора, при этом упор оснащен стопорными элементами для фиксации в транспортном положении с возможностью продольного перемещения в рабочее положение вверх относительно цилиндрического полого корпуса на конусное сужение для прижатия манжетного уплотнителя к стенкам скважины при срезе стопорных элементов под определенным крутящим моментом, при этом упор по периметру оснащен как минимум десятью продольными выступами и как минимум двумя сквозными продольными винтовыми пазами с возможностью совмещения с цилиндрическими штифтами полого цилиндрического корпуса, причем наружный диаметр по продольным выступам меньше диаметра ствола скважины.

2. Пакер заколонный механический по п. 1, отличающийся тем, что манжетный уплотнитель выполнен из набухающей резины.