Гидромеханический пакер Советский патент 1987 года по МПК E21B33/12 

13, входящие в пазы, и взаимодействует в исходном положении с нижним торцом выступа. В результате пакеров- ки и создания необходимого контактного давления уплотнительного элемента 4, расположенного на штоке 2, на стенку колонны осуществляется сцепление пакера с обсадной колонной. Затем производят натяжку бурильной Колонны вверх, фиксируя при этом сцепление пакера с обсадной колонной

1

Изобретение относится к области буровой техники, в частности к устройствам для опрессовки обсадных колонн скважины с противовыбросовым оборудованием.

Цель изобретения - повышение надежности контроля герметичности пакера в процессе опрессовки обсадных колонн с противовыбросовым оборудованием.

На фиг. 1 изображен пакер, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Пакер состоит из корпуса 1, полого штока 2, подвижного цилиндра 3, уплотнительного элемента 4, нижней опоры 5, шарового клапана 6 для перекрытия центрального прохода пакера в седле 7. Корпус 1 в-верхней части имеет муфтовую замковую резьбу 8 для соединения с колонной бурильных труб а в нижней - конусную резьбу для установки седла 7 клапана. На корпусе 1 выполнены глухие пазы 9, радиальные отверстия 10 и выступ а в верхней части. На полом штоке 2 выпол- нены радиальные отверстия 1I, окна 12 для установки вкладышей 13. Нижня опора 5 крепится к полому штоку 2 с помощью цилиндрической резьбы. Ступенчатые цилиндрические проточки на внутренней и цилиндрические уступы на наружной поверхностях полого штока 2 соответственно образуют с корпусом 1 герметичную дифференциальную камеру 14, ас подвижным цилинд- ром 3 - гидравлическую камеру 15. Вкладыши I3 крепятся от вьтадения из окон 12 с помощью кольца 16, которые удерживаются от продольного осевого смещения вверх стопорными

31996

В процессе натяжения колонны буркпь- ньгх труб корпус 1 перемещается относительно штока 2, удерживаемого за счет сил трения элемента 4 о колонну на величину свободного хода вкладыша 13. В процессе опрессовки усилие от избыточного опрессово.чного давления в затрубном пространстве действует на площадь камеры 14. Шток 2 дополнительно удерживается от перемещения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

винтами 17, при этом вкладьш1и 13 входят в пазы 9 корпуса 1. Цилиндрические поверхности, образующие камер 14 и 15, уплотняются эластомерными кольцами 18 - 21. Шток 2 установлен с возможностью взаимодействия в исходном положении с нижним торцом а выступа корпуса. Процесс опрессовки с использованием пакера предлагаемой конструкции осуществляют следующим . образом.

Пакер соединяют, закрепляют резьбой 8 с бурильными трубами и спускают в скважину. Шток 2 при этом нахо- дится в верхнем крайнем положении относительно корпуса 1, при котором радиальные отверстия 10 и 11 совпадают {фиг.1). За 200-250 м до места установки пакера осуществляют забрасывание в колонну бурильных труб шаровогс клапана 6. В процессе спуска пакера происходит заполнение промывочной жидкостью из скважины внутренней полости бурильных труб через полость штока 2, отверстие в седле 7 клапана и внутреннюю полость корпуса 1i Гидравлическая камера 15 через радиальные отверстия 10 и 11 также заполняется промывочной жидкостью из скважины.

При спуске усилие столба промывочной жидкости скважины на кольцевую площадь камеры 14 возрастает и дополнительно с силами трения покоя в уплотнениях 18 и 19 удерживает полый шток 2 со смонтированными на нем деталями 3,4,5,13,16 и 17 в верхнем исходном положении, когда радиальные отверстия 10 корпуса 1 сообщаются с радиальными отверстия

ми 11 полого штока 2 и гидравлической камерой 15. Усилие на дифференцальную площадь полого штока 2, дейсвующее снизу вверх, создается в сквжине постоянно за счет перепада между давлением воздуха в камере 14 и давлением столба промывочной жидкости скважины. Давление воздуха в камере 14 в положении, указанном на фиг.1, практически всегда больше атмосферного за счет сжатия воздуха при сборке корпуса. 1 со штоком 2 на поверхности.

Изменение величины давления воздуха зависит от конструктивного заложения величины свободного хода полого штока 2 относительно корпуса 1 и величины объема камеры 14, когд

полый шток находится в крайнем верх- о садной колонны (не показан) и наружнем положении относительно корпуса 1 (фиг.1). Величину кольцевой площади камеры 14 подбирают так, что усилие от давления на нее столба промьшоч- ной жидкости в. скважине величиной 2,0-2,5 МПа всегда в 1,5 раза больше суммы сил тяжести штока 2 с установленными на нем деталями 3,4,5,13,16 и 17 и сил трения покоя в уплотнениях 18 и 19 при атмосферном давлении.

После спуска пакера до необходимой глубины и посадки клапана 6 в седло 7 производят закачку промывочной жидкости в колонну бурильных труб с поверхности, создавая в ней опрессовочное давление с целью опрессовки пакера и бурильной колонны. При этом давление через радиальные отверстия 10 и 11 передается в гидравлическую камеру 15 и перемещает вниз подвижный цилиндр 3, который сжимает уплотнительный элемент 4, осуществляя пакеровку обсадной колонны. В результате пакеровки и создания необходимого контактного давления уплотнительного элемента 4 на стенку колонны осуществляется сцепление пакера с обсадной колонной. Затем производят натяжку бурильной колонны вверх усилием в 2-3 т, фиксируя при этом сцепление пакера со стенкой обсадной колонны. В процессе натяжения колонны бурильных труб происходит перемещение корпуса 1 относительно штока 2, удерживаемого за счет сил трения уплотнительного элемента 4 о колонну, на величину свободного хода вкладьшхей 13.

ным диаметром полого штока 2 дополнительно удерживает его от перемещения вверх, а так как это усилие всегда значительно больше, чем усилие,

25 действующее снизу вверх на дифференциальную площадь полого штока 2 от гидростатического столба бурового .раствора в скважине, то в данном случае последнее практически не влия30 ет на процесс опрессовки.

В случае негерметичности соединения уплотнительного элемента 4 со штоком 2 или стенкой обсадной колонны происходит утечка жидкости под

„с пакер и поступление ее через клапан 6 в колонну бурильных труб и устьевую головку, что свидетельствует о негерметичности соединения пакера. Свободный переток жидкости из-под

40 пакера в колонну бурильных труб исключает возможность создания, в случае поршневания и негерметичнос -и уплотнителя, избыточного давления в открытом стволе скважины и гидрораз4g рыва пластов.

После стравливания избыточного опрессовочного давления из затрубного пространства и перемещения бурильных труб с корпусом 1 вниз происходит

gQ совмещение радиальных каналов 10 и I1 и стравливание избыточного давления из гидравлической камеры 15. При этом напряжения в деформированном резиновом уплотнительном элементе 4 снижаются, резко снижаются силы трения между резиновым элементом 4 и обсадной колонной, а силы, действующие снизу вверх на дифференциальную площадь, удерживают полый шток 2с

55

5

После пакеровки перемещению полого штока 2 вверх за перемещаемым вверх корпусом I препятствуют силы трения деформированного резинового уплотнительного элемента 4 о колонну обсадных труб, которые практически для обсадных колонн диаметром I90- 324 мм достигают величины 5-15 тс и всегда превосходят силы, действующие на площадь камеры 14 снизу вверх за счет перепадада давления между давле- нием столба бурового раствора в скважине и давлением воздуха в камере.

В процессе опрессовки усилие от избыточного опрессовочного давления в затрубном пространстве, действуя на кольцевую загерметизированную площадь между внутренним диаметром обным диаметром полого штока 2 дополнительно удерживает его от перемещения вверх, а так как это усилие всегда значительно больше, чем усилие,

5 действующее снизу вверх на дифференциальную площадь полого штока 2 от гидростатического столба бурового .раствора в скважине, то в данном случае последнее практически не влия0 ет на процесс опрессовки.

В случае негерметичности соединения уплотнительного элемента 4 со штоком 2 или стенкой обсадной колонны происходит утечка жидкости под

с пакер и поступление ее через клапан 6 в колонну бурильных труб и устьевую головку, что свидетельствует о негерметичности соединения пакера. Свободный переток жидкости из-под

0 пакера в колонну бурильных труб исключает возможность создания, в случае поршневания и негерметичнос -и уплотнителя, избыточного давления в открытом стволе скважины и гидроразg рыва пластов.

После стравливания избыточного опрессовочного давления из затрубного пространства и перемещения бурильных труб с корпусом 1 вниз происходит

Q совмещение радиальных каналов 10 и I1 и стравливание избыточного давления из гидравлической камеры 15. При этом напряжения в деформированном резиновом уплотнительном элементе 4 снижаются, резко снижаются силы трения между резиновым элементом 4 и обсадной колонной, а силы, действующие снизу вверх на дифференциальную площадь, удерживают полый шток 2с

5

установленными на нем деталями относительно корпуса 1 в исходном положении и пакер готов для работы в этой же скважине, например, для отыскания места негерметичности.

Перед подъемом пакера на поверхность происходит вымыв клапана 6 на поверхность обратной промывкой или в процессе промывки улавливают его глубинной ловушкой.

Формула изобретения

1. Гидромеханический пакер, вклю- чающий связанный с колонной труб полый корпус с радиальными каналами, запорным клапаном в нижней части и выступом в верхней, установленный подвижно на кррпусе полый шток с ра- диальными каналами, взаимодействующий с выступом корпуса, установленны

на штоке кольцевой толкатель, образующий со штоком гидравлическую камеру связанную радиальными каналами с полостью корпуса, установленный на штоке уплотнительный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности контроля герметичности пакера в процессе опрессовки обсадных колонн с противо- выбросовым обрудованием, корпус выполнен с наружной, а шток с внутренней кольцевыми проточками, образующими герметичную камеру, при этом шток установлен с возможностью взаимодействия в исходном положении с нижним торцом выступа корпуса.

2. Пакер поп.1, отличающийся тем, что на выступе полого корпуса вьтолнены пазы, а шток имеет опорные вкладьши, входящие в пазы корпуса.

Изобретение относится к области буровой техники. Цель изобретения - повьппение надежности контроля герметичности пакера в процессе опрессов- ки обсадных колонн с противовыбро- совым оборудованием. Для этого корпус 1 вьшолнеи с наружной, а установленный на нем подвижно полый шток 2 с внутренней кольцевыми проточками. Проточки образуют герметичную камеру 14. Корпус 1 имеет выступ с пазами 9, а шток 2 имеет опорные вкладьш1И О)

J3

Составитель И.Кепке Редактор Н.Тупица Техред Л.Сердюкова Корректор В.Бутяга

Заказ 3777/28 . Тираж 532Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул Проектная,4