Пакер Советский патент 1992 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в добывающих и нагнетательных скважинах, а именно кустовых наклонных нефтяных и газовых скважинах.

Известен пакер, состоящий из ствола, верхнего шлипсового узла, конус которого жестко связан со стволом, уплотнительного узла, нижнего шлипсового узла, гидроцилиндра с двумя поршнями, из которых верхиий взаимодействует с конусом- нижнего шлипсового узла, а нижний взаимодействует со шлипсодержателем нижнего шлипсового узла. В этом пакере ствол уплотнен в корпусе гидроцилиндра и имеет радиальные каналы, сообщающие внутреннюю полость ствола с рабочей полостью гидроцилиндра, а узел управления посадкой выполнен в виде размещенных в стволе ниже радиальных каналов седел для шариков.

Однако данный пакер не обладает достаточной надежностью при высоких перепадах давления, так как при превышении выталкивающих усилий от действия перепада давления над силой сжатия нижней части колонны труб от их веса происходит проскальзывание верхний шлипсов по обсадной колонне и снятие сжимающей нагрузки с уплотнительного узла, что приводит к разгерметизации пакера. Накопление осадков в шлипсовом узле, размещенного над уп- лотнительным узлом, приводит к его заклиниванию и осложнениям при съеме пакера.

Известен пакер, содержащий ствол, головку, концентрично установленный на стволе патрубок, уплотнительный узел с уп- лотнительным элементом, шлипсовый узел с двусторонними шлипсэми и верхним и нижним конусами, гидроцилиндр с поршнем, взаимодействующим с патрубком и корпусом, прикрепленным к. стволу. Ствол имеет радиальные отверстия, сообщающие erjj внутреннюю полость с рабочей поверхностью гидроцилиндра, а узел управления посадкой выполнен в виде седла ниже радиальных отверстий ствола.

Данный пакер ненадежен в работе и имеет сложную конструкцию. При посадке пакера до-зацепления шлипсов с обсадной колонной уплотнительный элемент проскальзывает по колонне, что приводит к нарушению его наружной поверхности и снижению надежности уплотнения. Накопление осадков в шлипсовом узле выше уплотнительного элемента, а также сложный процесс съема пакера (создание давления жидкости в затрубном пространстве при одновременном подъеме и опускании колонны труб) затрудняет подъем пакера.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является гидромеханический пакер, содержащий полый ствол с верхним и нижним переводником, концентрично установленный в стволе корпус, образующий со стволом кольцевой канал, размещенный на корпусе уплотнительный элемент с головкой, связанной со стволом и имеющей радиальные каналы, установленные под

уплотнительным элементом конус со шлип- сами и шлипсодержателем, концентрично установленный под уплотнительным элементом цилиндр, образующий со стволом

кольцевую полость, в которой последовательно по высоте установлены жестко связанный с корпусом верхний поршень с патрубком, имеющим радиальные каналы, разделительный поршень, жестко связан0 ный с цилиндром и нижний, при этом кольцевая полость между разделительным и верхним поршнем связана через радиальные каналы патрубка, кольцевой канал и радиальные каналы головки с пространст5 вом скважины над пакером, а полость между разделительным поршнем и нижним гидравлически связана с полостью ствола.

Недостатком известного пакера является его недостаточная надежность при пере0 падах давления жидкости между подпакерным и надпакерным пространствами в наклонных скважинах. Как известно, при установке механических или гидромеханических пакеров, часто происходит нару5 шение их герметичности, так как при этом происходит продольный спиральный изгиб насосно-компрессорных труб и вес колонны труб становится недостаточным для деформации уплотнительных элементов. В ре0 зультате не обеспечивается.оптимальная величина контактного давления и, как следствие, не обеспечивается надежная герметизация пакера Особенно это относится к наклонным скважинам, где затруднено, а в

5 ряде Случаев практически невозможно создать требуемую нагрузку на пакер для герметичного его уплотнения.

Другим недостатком известного паке- ра, приводящим к ненадежности его рабо0 ты, является перемещение уплотнительных элементов под воздействием перепада давлений при проведении раздельной закачки жидкости в трубы и затрубное пространство, уменьшение нагрузки от веса колонны

5 труб, передаваемой пакеру, при изменении длины колонны труб за счет температурных изменений и давлений закачиваемой жидкости. Все это при отсутствии компенсации изменения длины колонны труб приводит к

0 ненадежности герметизации пакера и его разуплотнению. В этим условиях даже дополнительное поджатие уплотнительного элемента в известном пакере за счет действия перепада давления в подпакерном и

5 надпакерном пространствах не во всех случаях может скомпенсировать снижение нагрузки на уплотнительный элемент за счет рассматриваемых факторов.

Еще одним недостатком известного пакера является то, что на колонну труб деиствуют знакопеременные нагрузки (сжимающие нагрузки при установке пакера и сжимающие и растягивающие при проведении закачки жидкости). Это может привести к негерметичности резьбовых соединений и в ряде случаев даже к авариям.

Цель изобретения - повышение надежности в работе пакера в наклонных скважинах.

При посадке пакера не происходит проскальзывания уплотнительного элемента по стенке скважины из-за одновременного сжатия его сверху и снизу, обеспечивается фиксация уплотнительного элемента в сжатом состоянии, при котором сохраняется достигнутое при посадке пакера сжатие уплотнительного элемента, компенсадия релаксации напряжений и увеличение контактного давления на стенки обсадной колонны при повышении давления жидкости под пакером, обеспечивается компенсация изменений длины колонны труб при пульсации закачиваемой жидкости без воздействия на уплотнительный элемент и обеспечивается съем пакера с места установки даже после длительного нахождения его в скважине.

Цель достигается тем, что пакер снабжен жестко связанным с патрубком и нижним поршнем дополнительным патрубком, имеющим радиальные каналы для связи полости между разделительным и нижним поршнями с полостью ствола, жестко связанной с верхней частью цилиндра простав- кой со втулкой, взаимодействующей с конусом и имеющей внутренний кольцевой паз и размещенными в пазу втулки разрезными о.боймой и плашкой с взаимодействующими коническими поверхностями и амортизатором, при этом обойма и плашка установлены с возможностью взаимодействия с конусом, плашка выполнена с нарезкой, а корпус с ответной нарезкой для взаимодействия с нарезкой плашки, цилиндр над верхним кольцевым поршнем имеет радиальные каналы, а в нижней части - захват в виде цанги, соединенный срезным элементом с нижним переводником, а головка связана со стволом срезным элементом.

На чертеже представлен пакер.

Он содержит полый ствол 1 с верхним 2 и нижним 3 переводниками, концентрично установленный в стволе корпус 4, образующий со стволом 1 кольцевой канал 5, разме- щенный на корпусе 4 уплотнительный элемент 6 с головкой 7, связанной со стволом 1 и имеющей радиальные каналы 8, установленные под уплотнительным элементом 6 конус 9 со шлипсами 10 и шлипсодержателем 11, концентрично установленный под уплотнительным элементом 6 ци- ликдр 12, образующий со стволом 1 кольцевую полость 13, в которой последова5 тельно по высоте установлены жестко связанный с корпусом 4 верхний поршень 14 с патрубком 15, имеющим радиальные каналы 16, разделительный поршень 17, жестко связанный с цилиндром 12 и нижний 18. при 0 этом кольцевая полость 19 между разделительным 17 и верхним поршнем 14 связана через радиальные каналы 16 патрубка 15. кольцевой канал 5 и радиальные каналы 8 головки 7 с пространством скважины над 5 пакером. а полость 20 между разделительным поршнем 17 и нижним 18 гидравлически связана с полостью 21 ствола 1. Пакер снабжен жестко связанным с патрубком 15 и нижним поршнем 18 дополнительным пат0 рубком 22, имеющим радиальные каналы 23 для связи полости 20 между разделительным 17 и нижним 18 поршнями с полостью 21 ствола 1, жестко связанной с верхней частью цилиндра 12 проставкой 24 с втулкой

5 25. взаимодействующей с конусом 9 и имеющей внутренний кольцевой паз 26, и размещенными в пазу 26 втулки 25 разрезными обоймой 27 и плашкой 28 с взаимодействую ющими коническими поверхностями 29 и

0 амортизатором 30, при этом обойма 27 и. плашка 28 установлены с возможностью взаимодействия с конусом 9. плашка выполнена с нарезкой 31, а корпус 4 - с ответной нарезкой 32 для взяимодействия с нарезкой

5 31 плашки 28. Цилиндр 12 над верхним кольцевым поршнем 14 имеет радиальные каналы 32, в нижней части - захват в виде цанги 33. соединенной срезным элементом 34 с нижним переводником 3. а головка связана

0 со стволом 1 срезным элементом 35.

Пакер работает следующим образом. Спускают пакер.на колонне труб в скважину. В колонну труб сбрасывают шарик и нагнетают жидкость. Жидкость под давле5 нием поступает в полость 20, гидравлически связанную с полостью 21 ствола 1, и воздействует на разделительный поршень 17 и нижний поршень 18. Разделительный поршень 17, жестко связанный с цилиндром 12,

0 через цангу 33 воздействуют на срезной элемент 34, а через жестко связанные с верхней частью цилиндра 12 проставку24, втулку 25, конус 9. шлипсы 10 и шлипсодержатель - на уплотнительный эле5 мент 6 снизу. Нижний поршень 18 через дополнительный патрубок 22, патрубок 15, верхний поршень 14, корпус 4 и головку 7 воздействует на срезной элемент 35 и уплотнительный элемент 6 сверху. Срезные элементы 34 и 35 срезаются, цанга 33 отцепляется от переводника 3, а головка 7 освобождается от связи со стволом 1 и уплотни- тельный элемент 6, сжимаемый одновременно сверху и снизу, расширяется до обсадной колонны. При этом разрезные обойма 27 и плашка 28 с нарезкой 31 под воздействием втулки 25 и амортизатора 30 перемещаются по нарезке 32 корпуса 4; а конус 9 вклинивается под шлипсы 10, которые входят в зацепление с обсадной колонной и пакер закрепляется и уплотняется в скважине. При дальнейшем повышении давления в колонне труб шарик с седлом падают в хвостовик пакера (не показано). Ствол 1 получает свободу перемещения и колонна труб приспускается вниз до выхода нижнего переводника 3 из цанги 33.

ПрИ закачке жидкости давление в под- пакерном пространстве скважины воздействует на верхний поршень 14. В кольцевой полости 19 через каналы 5, 8 и 16 поддерживается давление жидкости над пакером. За счет разности перепада давлений между подпакерным и надпакерным пространствами скважины верхний поршень 14 воздействует через корпус 4 и головку 7 на уплотнительный элемент 6, компенсируя релаксацию напряжений в нем. Давление жидкости в стволе 1 пакера через каналы 23 воздействует на разделительный поршень 17, кфторый через цилиндр 12, проставку 24, втулку 25 воздействует на конус 9 и шлипсы 10, поддерживая их сцепление с обсадной колонной. При этом также поддерживается сцепление разрезной плашки 28 с нарезкой 31 с ответной нарезкой 32 корпуса 4.

При повышении давления закачиваемой жидкости в полости 21 ствола 1 и под- пакерном пространстве усилие на уплотнительный элемент б, корпус и шлипсы 10 от действия перепада давлений на верхний поршень 14 и разделительный поршень 17 увеличивается. При этом увеличивается также и контактное давление уплотнительного элемента 6 на обсадную колонну и зацепление щлипсов с обсадной колонной.

Ствол 1, связанный с колонной труб верхним переводником 2, имеет свободное перемещение .относительно корпуса 4, не оказывая воздействия на него, чем обеспечивается компенсация изменения длины колонны труб. При этом сцепление разрезной плашки 28 с нарезкой 31 с ответной нарезкой 32 корпуса 4 обеспечивает надежное уплотнение пакера в обсадной колонне как в период закачки жидкости, так и при ее прекращении.

После окончания закачки жидкости колонну труб, связанную со стволом 1 приподнимают до зацепления цанги 33 с нижним переводником 3 и потом опускают. Усилие

от веса колонны труб через ствол 1, нижний переводник 3, захват в виде цанги 33, цилиндр 12, проставку24 передается на втулку 25 Втулка 25 перемещается вниз, выходит из контакта с разрезной обоймой 27, освобождая пространство между обоймой 27 и конусом 9. Под действием усилия, передаваемого на конус 9, и усилия от сжатого уплотнительного элемента 6, передаваемого через головку 7 и нарезку 32 корпуса 4 на

разрезные плашки 28. последние выходят из зацепления с нарезкой 32 корпуса 4 и размещаются с обоймой 27 в освободившемся пространстве в конусе 9. При дальнейшем опускании извлекается конус 9

из-под шлипсов 10 шлипсы отходят от обсадной колонны и возвращаются в исходное положение, нагрузка на уплотнительный элемент 6 снимается и он принимает первоначальную форму. При подъеме колонны

труб нижний переводник 3 ствола 1 упирается в нижний поршень 18, который через дополнительный патрубок 22, патрубок 15, верхний поршень 14 и корпус 4 воздействует на головку 7. Пакер приводится в транспортное положение и извлекается на поверхность.

Формула и зю бретения

1. Пакер. содержащий полый ствол с верхним и нижним переводниками, концен- трично установленный в стволе корпус, образующий со стволом кольцевой канал, размещенный на корпусе уплотнительный

элемент с головкой связанной со стволом и имеющей радиальные каналы, установленные под уплотнительным элементом конус со шлипсами и шлипсодержателем, концен- трично установленный под уплотнительным

элементом цилиндр, образующий со стволом кольцевую полость, в которой последовательно по высоте установлены жестко связанный с корпусом верхний поршень с патрубком, имеющим радиальные каналы,

0 разделительный поршень, жестко связанный с цилиндром, и нижний, при этом кольцевая, полость между разделительным и верхним поршнями связана через радиальные каналы патрубка, кольцевой канал и

5 радиальные каналы головки с пространством скважины над пакером, а полость между разделительным и нижним поршнями гидравлически связана с полостью ствола, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе пакера в

наклонных скважинах, он снабжен жестко связанным с патрубком и нижним поршнем дополнительным патрубком, имеющим радиальные каналы для связи полости между разделительным и нижним поршнями с полостью ствола, жестко связанной с верхней частью цилиндра проставкой с втулкой, взаимодействующей с конусом и имеющей внутренний кольцевой паз, и размещенными в пазу втулки разрезными обоймой и плашкой с взаимодействующими коническими поверхностями и амортизатором,при

этом обойма и плашка установлены с возможностью взаимодействия с конусом, плашка выполнена с нарезкой, а корпус - с ответной нарезкой для взаимодействия с нарезкой плашки.

2. Пакер по п. 1,отличающийся тем, что цилиндр над верхним кольцевым поршнем имеет радиальные каналы, а в нижней части захват в виде цанги, соединенный срезным элементом с нижним переводником, а головка связана со стволом срезным элементом.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности для разобщения ствола добывающих и нагнетательных скважин. Цель изобретения - повышение надежности работы пакера в наклонных скважинах. Пакер содержит полый ствол с верхним и нижним переводниками,концен- трично установленный в стволе корпус, образующий со стволом кольцевой канал, размещенный на корпусе уплотнительный элемент с. голов, ой связанной со стволом и имеющей радиальные каналы, установленный над уплотнительным элементом конус со шлипсэми и шлипсодержателем, концен- трично установленный под уплотнительным элементом цилиндр, образующий со стволом кольцевую полость, в которой последовательно по высоте установлены жестко связанный с корпусом верхний поршень с патрубком, имеющим радиальные каналы, разделительный поршень, жестко связанный с цилиндром, и нижний поршень. При этом кольцевая полость между разделительным и верхним поршнями связана через радиальные каналы патрубка верхнего поршня, кольцевой канал и радиальные каналы головки с пространством скважины над па- кером. а полость между разделительным и нижним поршнями гидравлически связана с полостью ствола. С патрубком верхнего поршня и нижним поршнем жестко связан дополнительный патрубок, имеющий радиальные каналы, для связи полости между разделительным и нижним поршнями с полостью ствола. Проставка с втулкой жестко связана с верхней частью цилиндра, взаимодействующей с конусом, и имеет внутренний кольцевой паз, в котором размещены разрезная обойма и плашка с взаимодействующими оптическими поверхностями и амортизатор. Жидкость поступает в полость между разделительным и нижним поршнями, срезные элементы срезаются, цанги отходят от переводника, головка отходит от ствола, уплотнительный элемент сжимается сверху и снизу. Разрезные обойма и плашка с нарезкой под воздействием втулки перемещаются по нарезке корпуса, конус вклинивается под шлипсы,пакер закрепляется в скважине. 1 з. п. ф-лы, 1 ил. ё J сл 00 со hO