RU2405912C1 - Пакер разбуриваемый - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к средствам защиты колонн от высоких давлений. Имеет простую и технологичную конструкцию. Позволяет производить надежное разобщение зоны изоляции в условиях разностенности колонн, а также закачивать в зону изоляции изолирующие материалы в любых сочетаниях. Пакер разбуриваемый содержит посадочный инструмент, состоящий из цилиндра и поршня с полым штоком, полый цилиндрический корпус с нарезкой на наружной поверхности, установленные на корпусе уплотнительный элемент с верхним и нижним упорами и конусными опорами, верхние и нижние шлипсы, верхний и нижний толкатели, верхний из которых снабжен фиксатором. Кольцевые сектора верхних и нижних шлипсов жестко соединены между собой разрушаемыми перемычками. Нижний толкатель жестко соединен с корпусом и снабжен пружинным фиксатором. Хвостовик жестко соединен с полым штоком и снабжен ниже нижнего толкателя радиальными каналами и снизу пробкой с кольцевой выборкой для возможности взаимодействия с пружинным фиксатором. Снизу цилиндр посадочного инструмента оснащен камерой с разделительной перегородкой, а полый шток оснащен снаружи подвижной втулкой с кольцевой внутренней проточкой, зафиксированной разрушаемым элементом и расположенной внутри камеры, и радиальными отверстиями для шариков. Полость полого штока герметично перекрыта заглушкой с проточкой для фиксации под шарики, поджимаемые снаружи полого штока втулкой, кольцевая проточка которой выполнена с возможностью совмещения с шариками после взаимодействия втулки с разделительной перегородкой камеры. 2 ил.

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты эксплуатационных колонн от высоких давлений при ремонтно-изоляционных работах в скважинах.

Известен «Пакер разбуриваемый» (патент на полезную модель RU №20342, МПК ⁷ Е21В 33/12, опубл. в бюл. №30 от 27.10.2001 г.), содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с поршнем, верхним и нижним штоками, причем последний имеет радиальные каналы и жестко соединен с переходником и перфорирован ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу, дорн, соединенный в верхней части с установочной втулкой, а в нижней части через срезное кольцо - с насадкой с внутренней цилиндрической выборкой, заглушку со стопорным кольцом и срезным винтом и отсекающий элемент, установленный в центральном канале в зоне переходника, при этом отсекающий элемент выполнен в виде пробки, а установочная втулка - с кольцевой выборкой, переходник снабжен фиксатором, который до запакеровки одним концом взаимодействует с отсекающим элементом, а другим - с дорном, а после запакеровки - с кольцевой выборкой установочной втулки.

Недостатками данного пакера являются:

во-первых, нет защиты от ударов, возникающих в посадочном инструменте при спуске, что может привести к несанкционированной посадке пакера;

во-вторых, низкая надежность посадки, так как при повышении давления внутри колонны труб, на которых спускается устройство в скважину, они вытягиваются и оказывают сдвигающее воздействие на установленный пакер.

Наиболее близким по технической сущности является «Разбуриваемый пакер» (авторское свидетельство SU №1832148, МПК ⁷ Е21В 33/12, опубл. в бюл. №29 от 07.08.1993 г.), содержащий полый цилиндрический корпус с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на корпусе уплотнительный элемент с верхним и нижним антизатекателями и опорами, верхние и нижние шлипсы в виде кольцевых секторов, связанных срезными винтами с опорами, верхний и нижний толкатели с фиксаторами, имеющими резьбовую нарезку под нарезку корпуса и связанный с нижним толкателем патрубок с хвостовиком, между которыми размещено срезное кольцо, при этом пакер снабжен планками, верхние концы которых жестко связаны с верхним толкателем, а нижние - выполнены с зацепами, при этом верхние шлипсы выполнены с радиальными пазами, в которых размещены нижние концы планок, и имеют зацепы для взаимодействия с зацепами планок, а на торцах опор, обращенных к антизатекателям, выполнены радиальные пазы.

Недостатками данного пакера являются:

во-первых, сложность конструкции и изготовления, обусловленная большим количеством технологически сложных в изготовлении деталей (фиксаторы, зацепы, планки и т.д.), что увеличивает стоимость готового пакера;

во-вторых, конструкция клапана не позволяет производить изоляционные работы при низких давлениях в зоне изоляции, а также порционную закачку компонентов с выдержкой по времени.

Технической задачей изобретения является создание простой и технологичной конструкции пакера разбуриваемого, позволяющей при проведении ремонтных работ закачивать в зону изоляции изолирующие материалы в любых сочетаниях, в том числе и порционно, а также при низких давлениях в объекте изоляции.

Поставленная техническая задача решается пакером разбуриваемым, содержащим посадочный инструмент, состоящий из цилиндра и поршня с полым штоком, полый цилиндрический корпус с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на корпусе уплотнительный элемент с верхним и нижним упорами и конусными опорами, верхние и нижние шлипсы в виде кольцевых секторов, выполненных с возможностью продольного перемещения по конусным поверхностям опор, верхний и нижний толкатели, верхний из которых, взаимодействующий с цилиндром посадочного инструмента, снабжен фиксатором, имеющим резьбовую нарезку под нарезку корпуса, и хвостовик, причем нижний толкатель жестко соединен со срезным кольцом для соединения со штоком поршня посадочного инструмента.

Новым является то, что кольцевые сектора верхних и нижних шлипсов жестко соединены между собой разрушаемыми перемычками, а нижний толкатель жестко соединен с корпусом и снабжен пружинным фиксатором, причем хвостовик жестко соединен с полым штоком, фиксируя срезное кольцо изнутри, и снабжен ниже нижнего толкателя радиальными каналами и снизу - пробкой с кольцевой выборкой, соединенной с хвостовиком срезными винтами и выполненной с возможностью герметичного входа в нижний толкатель с взаимодействием кольцевой выборки с пружинным фиксатором, при этом снизу цилиндр посадочного инструмента оснащен камерой с разделительной перегородкой, а полый шток оснащен снаружи подвижной втулкой с кольцевой внутренней проточкой, зафиксированной разрушаемым элементом и расположенной внутри камеры, и радиальными отверстиями, в которые вставлены шарики, причем полость полого штока герметично перекрыта заглушкой с проточкой на поверхности для фиксации под шарики, поджимаемые снаружи полого штока втулкой, кольцевая проточка которой выполнена с возможностью совмещения с шариками после взаимодействия втулки с разделительной перегородкой камеры и перемещения ее вниз относительно полого штока, освобождая заглушку, которая выполнена с возможностью перемещения вниз ниже радиальных отверстий хвостовика.

На фиг.1 изображен пакер разбуриваемый в сборе в продольном разрезе.

На фиг.2 изображен разрез А-А нижних шлипсов с разрушаемыми перемычками.

Пакер разбуриваемый содержит посадочный инструмент 1 (см. фиг.1), состоящий из цилиндра 2 и поршня 3 с полым штоком 4, а также полый цилиндрический корпус 5 с резьбовой нарезкой 6 на наружной поверхности.

На корпусе 5 установлены уплотнительный элемент 7 с верхним 8 и нижним 9 упорами и конусными опорами 10 и 11 соответственно, а также верхние 12 и нижние 13 шлипсы, выполненные в виде кольцевых секторов (см. фиг.2), имеющие возможность продольного перемещения по конусным поверхностям 14 и 15 (см. фиг.1) соответствующих конусных опор 10 и 11.

Кроме того, пакер разбуриваемый содержит верхний 16 и нижний 17 толкатели, верхний из которых взаимодействует с цилиндром 2 посадочного инструмента 1 и снабжен фиксатором 18, имеющим резьбовую нарезку 19 под нарезку 6 корпуса 5.

Нижний толкатель 17 жестко соединен со срезным кольцом 20 для соединения со штоком 4 поршня 3 посадочного инструмента 1.

Кольцевые сектора верхних 12 и нижних 13 шлипсов жестко соединены между собой разрушаемыми перемычками 21 и 22 (см. фиг.2). Кольцевые сектора верхних 12 и нижних 13 шлипсов могут быть выполнены из различных материалов: снаружи более твердый материал, например сталь 40 Х (поз.13') (см. фиг.1), а внутри более хрупкий материал, например чугун (поз.13). Нижний толкатель 17 жестко соединен с полым корпусом 5 и снабжен пружинным фиксатором 23.

Хвостовик 24 жестко соединен со штоком 4, фиксируя срезное кольцо 20 изнутри, и снабжен ниже нижнего толкателя 17 радиальными каналами 25 и снизу пробкой 26 с кольцевой выборкой 27, соединенной с хвостовиком 24 срезными винтами 28.

Хвостовик 24 выполнен с возможностью герметичного входа в нижний толкатель 17 и взаимодействия с кольцевой выборкой 27 с пружинным фиксатором 23.

Снизу цилиндр 2 посадочного инструмента 1 оснащен камерой 29 с разделительной перегородкой 30.

Шток 4 оснащен снаружи подвижной втулкой 31 с кольцевой внутренней проточкой 32, зафиксированной разрушаемым элементом 33 и расположенной внутри камеры 29, и радиальными отверстиями 34, в которые вставлены шарики 35.

Полость корпуса 5 герметично перекрыта заглушкой 36 с проточкой 37 на поверхности для фиксации под шарики 35, поджимаемые снаружи штока 4 подвижной втулкой 31, внутренняя кольцевая проточка 32 которого выполнена с возможностью совмещения с шариками 35 после взаимодействия подвижной втулки 31 с разделительной перегородкой 30 камеры 29 и перемещения ее вниз относительно штока 4, освобождая заглушку 36, которая выполнена с возможностью перемещения вниз ниже радиальных каналов 25 хвостовика 24.

Несанкционированные перетоки жидкости исключены установкой уплотнительных колец 38, 39, 40.

Пакер разбуриваемый работает следующим образом.

Пакер разбуриваемый в сборе, как показано на фигурах 1 и 2, спускают в скважину на колонне труб, например колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) (на фиг.1 и 2 не показано) в заданный интервал посадки.

Затем в колонне НКТ (см. фиг.1) закачкой жидкости создают давление, под действием которого в подпоршневом пространстве 41 посадочного инструмента 1 полый шток 4 через срезное кольцо 20 передает усилие, направленное вверх, на нижний толкатель 17, который, в свою очередь, передает усилие вверх через нижние шлипсы (13; 13'), конусную опору 11 и нижний упор 9 на уплотнительный элемент 7.

Одновременно с этим верхний толкатель 16, упертый сверху в цилиндр 2 посадочного инструмента 1, передает усилие, направленное вниз, через верхние шлипсы (12; 12'), конусную опору 10 и верхний упор 8 на уплотнительный элемент 7, при этом фиксатор 18, размещенный в верхнем толкателе 16 и имеющий резьбовую нарезку 19, скользит по нарезке 6 корпуса 5.

В результате уплотнительный элемент 7 начинает сжиматься и радиально расширяться наружу, в определенный момент срезаются разрушаемые перемычки 22 и 22' (см. фиг.1 и 2) верхних 12 и нижних 13 шлипсов и кольцевые сектора верхних 12 и нижних 13 шлипсов, жестко соединенные между собой, расходятся наружу, продольно перемещаясь по конусным поверхностям 14 и 15 (см. фиг.1) соответствующих конусных опор 10 и 11.

Давление в колонне НКТ и соответственно в подпоршневом пространстве 41 посадочного инструмента 1 продолжают повышать, при этом полый шток 4 через срезное кольцо 20 продолжает воздействовать на нижний толкатель 17, при этом верхние (12; 12') и нижние (13; 13') шлипсы, скользящие по конусным поверхностям 14 и 15 соответствующих конусных опор 10 и 11 и перемещающиеся радиально наружу, вступают во взаимодействие с внутренней стенкой колонны (на фиг.1 и 2 не показано) и фиксируют пакер в заданном интервале.

В определенный момент разрушается срезное кольцо 21, и полый шток 4 освобождается от нижнего толкателя 17, а фиксатор 18, размещенный в верхнем толкателе 16 и имеющий резьбовую нарезку 19, окончательно фиксируется в нарезке 6 корпуса 5, а пакер остается в окончательно запакерованном положении.

Верхние 8 и нижние 9 упоры выводят пакер в концентричное положение относительно внутренней стенки колонны, что значительно повышает коэффициент однородности нагружения уплотнительного элемента 7. Благодаря разрушаемым перемычкам 21 и 22 обеспечивается одновременное начальное перемещение верхних 12 и нижних 13 шлипсов, выполненных в виде кольцевых секторов, по конусным поверхностям 14 и 15 соответствующих конусных опор 10 и 11.

Для сообщения внутритрубного пространства колонны НКТ с подпакерным пространством (на фиг.1 и 2 не показано) скважины продолжают повышать давление, при этом полый шток 4 с подвижной втулкой 31, шариками 35 и заглушкой 36, хвостовиком 24 перемещаются вверх.

В определенный момент подвижная втулка 31 ударяется об разделительную перегородку 30 камеры 29 и останавливается. При дальнейшем повышении давления срезается разрушаемый элемент 33, при этом полый шток 4 продолжает перемещаться вверх, а шарики 35 попадают в кольцевую внутреннюю проточку 32 подвижной втулки 31 и освобождают заглушку 36, которая перемещается вниз внутри полого штока 4 и оказывается ниже радиальных каналов 25 хвостовика 24.

В результате открывается канал 42, гидравлически сообщающий внутритрубное пространство колонны НКТ с подпакерным пространством радиальными каналами 25 хвостовика 24. Далее производят намеченные ремонтные работы в подпакерном пространстве скважины. Для этого с устья скважины по колонне НКТ через канал 42 полого штока 4 и радиальные каналы 25 хвостовика 24 производится закачка тампонирующих материалов в подпакерное пространство скважины, то есть под уплотнительный элемент 7 пакера разбуриваемого. После этого колонну НКТ с посадочным инструментом 1, полым штоком 4 и соединенным с ним хвостовиком 24 приподнимают относительно неподвижно размещенного в скважине пакера, в результате пробка 26 с кольцевой выборкой 27, соединенной с хвостовиком 24 срезными винтами 28, герметично устанавливается в нижний толкатель 17, а пружинный фиксатор 23 фиксирует пробку 26 за ее кольцевую выборку 27. При достижении нагрузки, достаточной для разрушения срезных винтов 28, хвостовик 24 освобождается от пробки 26, и посадочный инструмент 1 приподнимается на 1 метр и промывается, после чего колонна НКТ с посадочным инструментом и его полым штоком, жестко соединенным с хвостовиком 24, извлекают из скважины. Разбуриваемый пакер остается в скважине, при этом все детали разбуриваемого пакера, оставляемые в скважине, выполнены из легкоразбуриваемых материалов (например, чугуна, алюминия и т.п.).

Пакер разбуриваемый имеет простую и технологичную конструкцию, в связи с чем снижается стоимость его изготовления, при этом конструкция якорного узла позволяет производить надежное разобщение зоны изоляции в условиях разностенности эксплуатационных колонн, а конструкция клапана позволяет при проведении ремонтных работ закачивать в зону изоляции изолирующие материалы в любых сочетаниях, в том числе и порционно, а также при низких давлениях в объекте изоляции.

Claims (1)

1. Пакер разбуриваемый, содержащий посадочный инструмент, состоящий из цилиндра и поршня с полым штоком, полый цилиндрический корпус с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на корпусе уплотнительный элемент с верхним и нижним упорами и конусными опорами, верхние и нижние шлипсы в виде кольцевых секторов, выполненных с возможностью продольного перемещения по конусным поверхностям опор, верхний и нижний толкатели, верхний из которых, взаимодействующий с цилиндром посадочного инструмента, снабжен фиксатором, имеющим резьбовую нарезку под нарезку корпуса, и хвостовик, причем нижний толкатель жестко соединен со срезным кольцом для соединения со штоком поршня посадочного инструмента, отличающийся тем, что кольцевые сектора верхних и нижних шлипсов жестко соединены между собой разрушаемыми перемычками, а нижний толкатель жестко соединен с корпусом и снабжен пружинным фиксатором, причем хвостовик жестко соединен с полым штоком, фиксируя срезное кольцо изнутри, и снабжен ниже нижнего толкателя радиальными каналами и снизу пробкой с кольцевой выборкой, соединенной с хвостовиком срезными винтами и выполненной с возможностью герметичного входа в нижний толкатель с взаимодействием кольцевой выборки с пружинным фиксатором, при этом снизу цилиндр посадочного инструмента оснащен камерой с разделительной перегородкой, а полый шток оснащен снаружи подвижной втулкой с кольцевой внутренней проточкой, зафиксированной разрушаемым элементом и расположенной внутри камеры, и радиальными отверстиями, в которые вставлены шарики, причем полость полого штока герметично перекрыта заглушкой с проточкой на поверхности для фиксации под шарики, поджимаемые снаружи полого штока втулкой, кольцевая проточка которой выполнена с возможностью совмещения с шариками после взаимодействия втулки с разделительной перегородкой камеры и перемещения ее вниз относительно полого штока, освобождая заглушку, которая выполнена с возможностью перемещения вниз ниже радиальных отверстий хвостовика.

Images