RU59700U1 - Пакер - Google Patents

Abstract

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах для поинтервальной опрессовки обсадных колонн. Пакер состоит из корпуса со сквозными продольными пазами и тремя рядами радиальных отверстий: верхним, средним и нижним, узла герметизации с уплотнительным элементом, выполненным в виде самоуплотняющейся манжеты, закрепленной между нижней и верхней втулками на наружной поверхности корпуса. Клапанный узел выполнен в виде верхнего ряда радиальных отверстий корпуса снаружи перекрытого подвижным полым цилиндром, имеющим возможность осевого перемещения ограниченного снизу торцом корпуса и снабженным пружинными центраторами на наружной поверхности. Самоуплотняющаяся манжета в транспортном положении своими воротниками сжата во внутрь кожухом, установленным на наружной поверхности корпуса под нижней втулкой. Кожух оснащен сквозными отверстиями напротив нижней втулки и предназначен для исключения "эффекта поршневания" в процессе работы опрессовочного пакера. В сквозные продольные пазы корпуса установлены подвижные пальцы, которые с одной стороны соединены с кожухом, а с другой стороны с золотником перепускного устройства. Золотник выполнен полым, а сверху заглушен заглушкой. Золотник размещен внутри корпуса и посредством уплотнительного элемента, герметично перекрывает в транспортном положении средний ряд радиальных отверстий корпуса. В транспортном положении нижний ряд радиальных отверстий посредством сквозных вертикальных пазов, выполненных в золотнике сообщается с внутренней полостью золотника. Снизу корпус снабжен наружной цилиндрической выборкой, верхний торец которой ограничивает осевое перемещение вниз кожуха подпружиненного вверх посредством пружины относительно упора, выполненного в виде наружной кольцевой выборки на нижнем конце корпуса. В рабочем положении заглушка золотника имеют возможность герметичного перекрытия нижнего ряда радиальных отверстий корпуса. Корпус сверху оснащен муфтой-центратором, наружный диаметр которой D₁ больше наружного диаметра D₂ кожуха. Предлагаемый пакер имеет простую конструкцию и позволяет с достаточной эффективностью спрессовать обсадную колонну в требуемых интервалах скважины, а это позволяет сократить время на процесс опрессовки в целом и сэкономить материальные и финансовые средства.

Description

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах для поинтервальной опрессовки обсадных колонн.

Известен "Пакер", (св. на полезную модель RU №29090 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом он снабжен самоуплотняющейся манжетой, установленной на стволе выше опоры и жестко соединенным с ним наконечником, через который пропущен шток, выполненный с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отверстий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном; в качестве средства для подъема и спуска используют канат.

Недостатками данного пакера являются:

- возможность спуска только на канате что снижает область применения (например:

на небольших глубинах выигрыш во времени незначителен, причем требуется использования специального оборудования для спуска на канате);

- самоуплотняющаяся манжета для качественной работы при спуске контактирует с эксплуатационной колонной, что при спуске на большие (более 900 м) глубины вызывает ее истирание.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является "Опрессовочный пакер" (патент RU №2153570 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №21 от 27.07.2000 г.), включающий корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, нижней втулкой и камерой уплотнения, перепускное устройство и обратный клапан, при этом пакер имеет клапанный узел со срезными элементами, шаровым клапаном и седлом

под этот клапан в виде цилиндрической втулки, а корпус имеет кольцевой бурт ограничения перемещения нижней втулки, кольцевую проточку, ступенчатую кольцевую выточку и радиальные отверстия для установки срезных винтов, при этом перепускное устройство выполнено в виде золотника с внутренней ступенчатой выточкой, соответствующей ступенчатой кольцевой выточке корпуса, пружиной и регулировочной гайкой, устанавливающей усилие пружины и длину хода золотника, а камера уплотнения образована уплотнительным и кольцевой проточкой корпуса.

Недостатками данного опрессовочного пакера являются:

- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей, и как следствие сложность сборки;

- возможна не герметичная посадка клапана в узле обратного клапана в процессе опрессовки, особенно в случае сильного загрязнения клапана скважинной жидкостью, что снижает эффективность работы опрессовочного пакера в целом;

Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции пакера, а также повышение эффективности его работы.

Указанная техническая задача решается предлагаемым пакером, включающим корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, закрепленным между нижней и верхней втулками, клапанный узел, перепускное устройство, состоящее из золотника и пружины.

Новым является то, что корпус снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий, при этом клапанный узел выполнен в виде верхнего ряда радиальных отверстий корпуса снаружи перекрытого подвижным полым цилиндром, имеющим возможность ограниченного осевого перемещения и снабженным пружинными центраторами на наружной поверхности, причем нижняя и верхняя втулки закреплены на корпусе жестко, а уплотнительный элемент узла герметизации выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты, сжатой в транспортном положении во внутрь кожухом, установленным на наружной поверхности корпуса под нижней втулкой и подпружиненным вверх относительно упора, выполненного в виде наружной кольцевой выборки на нижнем конце корпуса, при этом корпус снабжен сквозными продольными пазами ниже нижнего ряда радиальных отверстий, в которые установлены подвижные пальцы, с одной стороны соединенные с кожухом, оснащенным сквозными отверстиями напротив нижней втулки, а с другой - с золотником перепускного устройства, размещенного внутри корпуса, при этом золотник выполнен полым, а сверху заглушен заглушкой, которая в транспортном положении перекрывает средний ряд радиальных отверстий корпуса, а нижний ряд радиальных отверстий посредством сквозных

вертикальных пазов, выполненных в золотнике сообщается с внутренней полостью золотника, причем снизу корпус снабжен наружной цилиндрической выборкой, верхний торец которой ограничивает осевое перемещение кожуха вниз, при этом золотник и кожух, соединенные между собой посредством подвижных пальцев перемещаясь вниз по сквозным продольным пазам корпуса имеют возможность герметичного перекрытия заглушкой золотника нижнего ряда радиальных отверстий корпуса в рабочем положении, при этом корпус сверху оснащен муфтой центратором, наружный диаметр которой D₁ больше наружного диаметра D₂ кожуха, в которой находится герметизирующий узел в транспортном положении.

На фигуре изображен предлагаемый пакер в продольном разрезе.

Пакер состоит из корпуса 1 со сквозными продольными пазами 2 и тремя рядами радиальных отверстий: верхним 3, средним 4 и нижним 5, узла герметизации 6 с уплотнительным элементом, выполненным в виде самоуплотняющейся манжеты 7, закрепленной между нижней 8 и верхней 9 втулками, которые жестко зафиксированы на наружной поверхности корпуса 1.

Клапанный узел 10 выполнен в виде верхнего ряда радиальных отверстий 3 корпуса 1 снаружи перекрытого подвижным полым цилиндром 11, имеющим возможность осевого перемещения, ограниченного снизу торцом 12 корпуса 1 и снабженным пружинными центраторами 13 на наружной поверхности.

Самоуплотняющаяся манжета 7 в транспортном положении своими воротниками сжата во внутрь кожухом 14, установленным на наружной поверхности корпуса 1 под нижней втулкой 8.

Кожух 14 оснащен сквозными отверстиями 15 напротив нижней втулки 8 и предназначен для исключения "эффекта поршневания" в процессе работы опрессовочного пакера.

В сквозные продольные пазы 2 корпуса 1 установлены подвижные пальцы 16, которые с одной стороны соединены с кожухом 14, а с другой стороны с золотником 17 перепускного устройства.

Золотник 17 выполнен полым, а сверху заглушен заглушкой 18. Золотник 17 размещен внутри корпуса 1 и посредством уплотнительного элемента 19, герметично перекрывает в транспортном положении средний ряд радиальных отверстий 4 корпуса 1.

В транспортном положении нижний ряд радиальных отверстий 5 посредством сквозных вертикальных пазов 20, выполненных в золотнике 17 сообщается с внутренней полостью 21 золотника 17. Снизу корпус 1 снабжен наружной цилиндрической выборкой 22, верхний торец которой ограничивает осевое перемещение вниз кожуха 14

подпружиненного вверх посредством пружины 23 относительно упора 24, выполненного в виде наружной кольцевой выборки на нижнем конце корпуса 1.

Золотник 17 и кожух 14, соединенные между собой посредством подвижных пальцев 16, перемещаясь вниз по сквозным продольным пазам 2 корпуса 1 в рабочем положении имеют возможность герметичного перекрытия заглушкой 18 золотника 17 нижнего ряда радиальных отверстий 5 корпуса 1.

Корпус 1 сверху оснащен муфтой-центратором 25, наружный диаметр которой D₁ больше наружного диаметра D₂ кожуха 14.

Несанкционированные перетоки жидкости на сопряженных поверхностях исключаются уплотнительным элементом 26.

Пакер работает следующим образом.

Пакер посредством муфты-центратора 25 соединяют с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 27 и спускают в заданный интервал опрессовки обсадной колонны 28. Муфта-центратор 25, имеющая наружный диаметр D₁ больший наружного диаметра D₂ кожуха 14, позволяет исключить контакт наружной поверхности кожуха 14, в котором в транспортном положении находится самоуплотняющаяся манжета 7 герметизирующего узла 6, с внутренними стенками обсадной колонны 28 в процессе спуско-подъемных операций. Пружинные центраторы 13, расположенные на наружной поверхности полого цилиндра 11 плотно контактируют с внутренними стенками обсадной колонны 28, центрируя пакер относительно оси скважины.

В процессе спуска пакера, находящаяся в скважине жидкость перетекает снизу вверх выше пакера в межколонное пространство 29 между колонной НКТ 27 и обсадной колонной 28 посредством сообщенных между собой в транспортном положении внутренней полости 21 золотника 17 и нижнего ряда радиальных отверстий 5.

По достижению заданного интервала опрессовки заполняют колонну НКТ 27 технологической жидкостью и доливают до заполнения межколонное пространство 29 скважины. Герметизируют устье скважины и посредством насосного агрегата (на фигуре не показано) нагнетают технологическую жидкость в колонну НКТ 27 и создают в ней давление, под действием которого золотник 17, герметично установленный внутри корпуса 1 совместно с кожухом 14, с которым он соединен посредством подвижных пальцев 16 начинают перемещаться вниз, сжимая пружину 23, упертую снизу в упор 24 корпуса 1. Кожух 14 опускается вниз относительно самоуплотняющейся манжет 7 узла герметизации 6, поскольку самоуплотняющаяся манжета 7 закреплена неподвижно посредством нижней 7 и верней 8 втулок на наружной поверхности корпуса 1, при этом самоуплотняющаяся манжета 7 выходит из кожуха 14, а ее воротник в транспортном

положении сжатый внутрь начинает выпрямляться и прилегать к внутренней стенке обсадной колонны 28.

Давление в колонне НКТ 27 продолжают поднимать, при этом золотник 17 совместно с подвижными пальцами 16 и кожухом 14 продолжает двигаться вниз по продольным сквозным пазам 2 корпуса 1, при этом воротник самоуплотняющейся манжеты 7 продолжает выпрямляться и все более плотно прилегать к внутренней стенке обсадной колонны 28 по мере выхода самоуплотняющейся манжеты 7 из кожуха 14.

В определенный момент открывается средний ряд радиальных отверстий 4 корпуса 1, при этом сжатие пружины 23 прекращается. Заглушка 18 золотник 17, оказывается ниже среднего ряда радиальных отверстий 4 корпуса 1. Создается гидравлическую связь между внутренним пространством колонны НКТ 27 и межколонным пространством 29 посредством среднего ряда радиальных отверстий 4 корпуса 1, в результате чего давление во внутреннем пространстве колонны НКТ 27 и межколонном пространстве выравнивается.

Далее продолжают нагнетать технологическую жидкость в колонну НКТ 27 и поднимают давление до намеченного давлением опрессовки (например 15, 0 МПа), при этом создаваемое давление будет дожимать самоуплотняющуюся манжету 7 к внутренней стенке обсадной колонны 28.

Выдерживают заданное время давление опрессовки, после чего с устья скважины путем открытия запорной арматуры (на фиг. не показано) сбрасывают давление в колонне НКТ 27 и в межколонном пространстве 29.

Кожух 14 под действием возвратной силы пружины 23, которая больше силы оказываемой столбом технологической жидкости в колонне НКТ 27 на заглушку 18 золотника 17 возвращается в транспортное положение, сжимая воротник самоуплотняющейся манжеты 7 внутрь, при этом сама самоуплотняющаяся манжета 7 перекрывается снаружи кожухом 14. Эффект «поршневания" в процессе перемещения вниз и вверх кожуха 14 исключается сквозными отверстиями 15, выполненными в кожухе 14 напротив нижней втулки 8.

При необходимости проведения опрессовки обсадной колонны 28 в другом интервале скважины колонну НКТ 27 вместе с пакером спускают или поднимают на необходимую глубину и операцию повторяют.

В случае спуска колонны НКТ 27 клапанный узел 10 остается закрытым (см. фигуру).

В случае подъема колонны НКТ 27 открывается клапанный узел 10, полый цилиндр 11 которого посредством пружинных центраторов 13, находящихся в плотном контакте с

внутренней стенкой обсадной колонны 28 остается на месте, а все остальные детали пакера поднимаются вверх до тех пор, пока полый цилиндр 11 снизу не упрется в торец 12 корпуса 1, при этом открываются верхние радиальные отверстия 3 корпуса 1 и происходит переток технологической жидкости из внутреннего пространства колонны НКТ 27 в межколонное пространство 29. Далее полый цилиндр 11 совместно с другими деталями пакера начинает перемещаться вверх.

Достигнув верхнего интервала опрессовки необходимо опустить пакер вниз на 1 метр, при этом полый цилиндр 11 посредством пружинных центраторов 13, находящихся в плотном контакте с внутренней стенкой обсадной колонны 28 остается на месте, а все остальные детали пакера опускаются вниз до тех пор, пока полый цилиндр 11 верхним торцом не упрется в нижний торец муфты-центратора 25, при этом полый цилиндр 11 герметично перекрывает верхний ряд радиальных отверстий 3 корпуса 1. Далее производят опрессовку обсадной колонны 28 (см. описание выше).

По окончанию опрессовочных работ колонну НКТ 27 с пакером извлекают из скважины, при этом клапанный узел 10 открывается, а технологическая жидкость перетекает из внутреннего пространства колонны НКТ 27, через верхний ряд радиальных отверстий 3 в межколонное пространство 29, что позволяет вести подъем колонны НКТ 27 без излива технологической жидкости на устье скважины.

Предлагаемый пакер имеет простую конструкцию и позволяет с достаточной эффективностью опрессовать обсадную колонну в требуемых интервалах скважины, а это позволяет сократить время на процесс опрессовки в целом и сэкономить материальные и финансовые средства.

Claims (1)

1. Пакер, включающий корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, закрепленным между нижней и верхней втулками, клапанный узел, перепускное устройство, состоящее из золотника и пружины, отличающийся тем, что корпус снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий, при этом клапанный узел выполнен в виде верхнего ряда радиальных отверстий корпуса снаружи перекрытого подвижным полым цилиндром, имеющим возможность ограниченного осевого перемещения и снабженным пружинными центраторами на наружной поверхности, причем нижняя и верхняя втулки закреплены на корпусе жестко, а уплотнительный элемент узла герметизации выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты, сжатой в транспортном положении во внутрь кожухом, установленным на наружной поверхности корпуса под нижней втулкой и подпружиненным вверх относительно упора, выполненного в виде наружной кольцевой выборки на нижнем конце корпуса, при этом корпус снабжен сквозными продольными пазами ниже нижнего ряда радиальных отверстий, в которые установлены подвижные пальцы, с одной стороны соединенные с кожухом, оснащенным сквозными отверстиями напротив нижней втулки, а с другой - с золотником перепускного устройства, размещенного внутри корпуса, при этом золотник выполнен полым, а сверху заглушен заглушкой, которая в транспортном положении перекрывает средний ряд радиальных отверстий корпуса, а нижний ряд радиальных отверстий посредством сквозных вертикальных пазов, выполненных в золотнике сообщается с внутренней полостью золотника, причем снизу корпус снабжен наружной цилиндрической выборкой, верхний торец которой ограничивает осевое перемещение кожуха вниз, при этом золотник и кожух, соединенные между собой посредством подвижных пальцев перемещаясь вниз по сквозным продольным пазам корпуса имеют возможность герметичного перекрытия заглушкой золотника нижнего ряда радиальных отверстий корпуса в рабочем положении, при этом корпус сверху оснащен муфтой центратором, наружный диаметр которой D₁ больше наружного диаметра D₂ кожуха, в которой находится герметизирующий узел в транспортном положении.