Гидромеханический пакер Советский патент 1985 года по МПК E21B33/12 

4

00

QO

Изобретение относится к нефтегазодобьшающей промьшшенности, а имен к устройствам для разобщения полостей в скважине, устанавливаемым в о садной колонне при вьтолнении разли ньгх технологических операций в нефтяных, газовых, нагнетательных и термальных скважинах, в частности в паронагнетательных скважинах. Известен пакер, состоящий из корп са с двумя последовательно расположенными седлами, герметизирующего элемента, верхнего конуса со шлйпсами, жестко связанного с корпусом, нижнего конуса со шлипсами и гидроцилиндра, выполненного с двумя кон центрично расположенными поршнями, из которых внутренний взаимодействуе с нижним конусом, а - со шлипсами, расположенными на этом конусе l J. Однако данный пакер не обладает достаточной для промысловой практики надежностью запаркорки и якорения, так как при значительном превышении выталкивающих усилий над весом труб по причине передачи их на шлипсы, не приводящей к дополнительному сцеплению шлипсов с колонной, происходит их проскальзывание. Перемещение шлипсов в свою очередь приводит к снятию с уплотнительного пакета предварительно созданного напряжения и как следствие - к разгерметизации его. Известен также гидромеханический пакер, содержащий ствол с головкой, установленный на стволе уплотнительный элемент с ограничительной и опор ной шайбами, гидроцилиндр с поршнем, уплотняющий конус, якорный узел, состоящий из верхнего И нижнего кону сов с размещенной между ними плашкой, и. разрезной стопор 2.1. Однако известный пакер также недостаточно надежен в паронагнетательных скважинах, поскольку не термостоек, а при увеличении температуры не имеет возможности компенсации удлинения узлов, а при увеличении давления - доуплотнения. Целью изобретения является повышение надежности работы пакера в паронагнетательных скважинах за счет увеличения его термостойкости и доуплотнения при увеличении давления. Поставленная цель достигается тем, что в гидромеханическом пакере. содержащем ствол с головкой, установленный на стволе уплотнительный элемент с ограничительной и опорной шайбами, гидроцилиндр с поршнем, уплотняющий конус, якорный узел, состоящий из верхнего и нижнего ко.нусов с размещенной между ними плашкой, и разрезной стопор, уплотняющий конус размещен с возможностью взаимодействия его конической части с уплотнительным элементом, имеет в нижней части выступ для взаимодействия с опорной шайбой, а в верхней части снабжен размещенным между стволом и уплотнительным элементом хвостовиком и связанной с ним срезным элементом втулкой, взаимодействующей с разрезным стопором и нижним концом якорного узла. Надежность пакеровки обеспечивается передачей усилий от перепадов давлений, воспринимаемых уплотняющим конусом, через ограничительную шайбу на уплотнительный пакет, что приводит к доуплотнению его при повьш1ении давлений. Зазор между уплотняющим конусом и стволом уплотняется фторопластовыми конусными кольцами, ограниченными от вытекания набором конусных металлических колец, подпружиненных снизу. Пружина создает предварительное уплотнение, а дальнейшее доуплотнение достигается за счет взаимодействия конусных поверхностей. На фиг. 1 изображен пакер гидромеханический заякориваемьй в транспортном положении, общий вид; на фиг.2 уплотнитель ,между стволом и уплотняющим конусом, узел I на фиг. 1; на фиг.3 - гидромеханический в заякоренном, уплотненном состоянии (рабочем положении), общий вид. Пакер содержит ствол 1 с головкой 2, на котором собраны три узла: якорный узел А, уплотнительный узел- Б и узел гидроцилиндра В. Якорньй узел А включает конусы верхний 3, взаимодействукяций с головкой 2 через резьбу, и нижний 4, свободно посаженный на стволе 1 с ограничением перемещения выступом 5, и двуплечие плашки 6, подпрулсиненные пружиной 7. Нижний конус 4 соединен с верхней упорной втулкой 8, оснащенной окнами 9 и проточкой 10, в которой свободно расположен разрезной стопор 11 , подпружиненный прутки- ной 12, Уплотнительный узел Б включает верхнюю ограничительную шайбу 13, соединенную со втулкой 8, уплотнительный элемент 14 и нижнюю опорную шайбу 15, взаимодействующую с нижне упорной втулкой 16 и выступом 17 уплотняющего конуса 18. Уплотняюпрга конус 18 оснащен хвостовиком 19, являющимся в то же время крышкой уплотнителя 20, установленного в зазоре между конусом 18 и стволом 1. Он оснащен втулкой 21, зафиксированной на нем срезным штифтом 22. Уплотнитель 20 представ лен фторопластовыми коническими кольцами 23 с ответной конусностью, Ограниченными набором конических верхних 24 и нижних 25 металлически разрезных колец, взаимодействующих между собой конусными поверхностями Снизу уплотнитель 20 подпружинен пружиной 26, обеспечивающей начальн плотность угшотнительного узла Б. Узел гидроцилиндра Б представлен неподвижно закрепленным на стволе 1 цилиндром 27 с размещенным в нем поршнем 28, уплотненным кольцом 29, которьй ограничивает полость 30 вну ри цилиндра 27, Полость 30 сообщает ся с внутренней полостью ствола 1 через отверстие 31, ниже которого установлено на срезном штифте 32 седло 33. Низ ствола 1 оборудован ловушкой 34. Устройство работает следующим образом, Устройство (фиг.1) спускается на требуемую глубину, в насосно-ком рессорные трубы бросают шар и нагне танием жидкости создают в лифтовых трубах давление, позволяющее создат на поршне 28 силу давления, обеспечиванщук перемещение конуса 18 в крайне верхнее положение, при этом уплотнительньй элемент 14 прошивает ся до упора опорной шайбы 15 в выст 17. При этом конус 4 перемещается вверх и вводит плашки 6 в соприкоснове с внутренней поверхностью эксплуатац онной колонны,пакер заякоривается. Прошивание уплотнительного элемента 14 уплотняющим конусом 18 приводит их в сжатое по толщине состояние,чем уплотняется зазор между конусом 18 и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны Последующее перемещение конуса 18 вверх приводит ограничительную шайб. 13и опорную шайбу 15 в соприкосновение с эксплуатационной колонной, чем уплотнительный элемент 14 вводят в ограниченное со всех сторон состояние (пакер запакеровьшается). Ограничение уплотнительного .элемента 14металлом позволяет обеспечить надежность запакеровки при температурах, превышающих точку плавления его кристаллов, т.е. до 700 К и более. При прошивании хвостовик 19 перемещает втулку 21 через разрезной стопор 11 в положение над ним на высоту, обеспечивающую свободный ход уплот нительного конуса 18 равный 20-30% j от высоты уплотнительного элемента 14. Это необходимо для компенсации температурных изменений в объеме уплотнителя. Сила превьшающего давления, под пакером сдерживается заклиниванием конуса 4 между нижними плечами плашек 6, а вес труб удерживается заклиниванием конуса 3 между верхними плечами плашек 6, таким образом, якорный узел А в рабочем положении исключает возможность перемещения пакера как вверх, так и вниз, обеспечивая двойное якорение. Извлечение проводится следующим образом. Создается натяжка инстрзгмента, которая освобождает конус 3. В затрубном пространстве создается давление, превышакщее подпакерное, уплотняющий конус 18 перемещается вниз, втулка 21 воздействует на стопор 11 и освобождает конус 4, чем якориый узел А переводится и транспортное положение. Повышением давления в затрубном надпакерном пространстве срезается штифт 22 и конус 18 проскальзьшает в крайнее нижнее положение, чем освоболдает пространство для циркуляции через окна 9 упорных втулок 9 и 16 и внутреннее кольцевое пространство между хвостовиком 19, уплотняющей конуса 18 и уплотнительным элементом 14. Коротким движением вниз - вверх шайбы 13 и 15 приводятся в транспортное состояние и пакер извлекается на поверхность. Эффект от внедрения изобретения получается за счет обеспечения надежной изоляции затрубного пространства,, что приводит к предотвращению нарушеН1 в обсадной колонне и сокращению потерь тепла.

Фаг.1

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПАКЕР, содержащий ствол с головкой, установленный на стволе уплотнительный элемент с ограничительной и опорной шайбами, гидроцилиндр с поршнем, уплотняющий конус якорный узел, соетояший из верхнего и нижнего конусов с размещенной между ними плашкой, и разрезной стопор, отличающийс я тем, что, с целью повьшения надежности работы пакера в паронагнетательных скважинах за счет увеличения его термостойкости и доуплотнения при увеличении давления, уплотняющий конус размещен с возможностью взаимодействия его конической части с уплотнительным элементом, имеет в нижней части выступ для взаимодействия с опорной шайбой, а в верхней части снабжен размещенным между стволом и i уплотнительным элементом хвостовиком и связанной с ним срезным элементом втулкой, взаимодействующей с разрезным стопором и нижним концом якорного узла.