Пакер

 

ПАКЕР, вкдючакяций ствол с .головкой и пальцем, установленный на стволе уплотнитедьный эДемент, конус, шлипсы и фрикционный фонарь, включаюпрй корпус с фигзфным пазом для размещения пальца ствола и центраторы , отличающийся тем, что, с целью повышения надежности установки пакера, корпус фонаря выполнен с продольной канавкой и снабжен концентрично установленной относительно него втулкой с фиксатором под канавку корпуса, имеющий паз, расположенный против фигурного паза корпуса фонаря при зафиксированном положении корпуса и втулки, и винтовую поверхность на нижнем торце для фрикционного взаимодействия с пальцем ствола. (/)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„115571

4() Е 21 В 33/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00. ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ (21) 3660391/22-03 (22) 05. 11,83 (46) 15. 05. 85. Вюл. Ф 18

{72) А.К. Арсеньев и Е.Н. Зайцев (71) Северо-Кавказский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (53) 622.245.4(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 359374, кл. E 21 В 33/12, 1968.

2. Зайцев Ю.В. и др. Пакеры и технологические схемы их установок.

И.,ВНИИОЭНГ,1969,с.95. рис.80 (прототип).. (54)(57) ПАКЕР, включающий ствол с головкой и пальцем, установленный на стволе уплотнительный элемент, .конус, шлипсы и фрикционный фонарь, включающий корпус с фигурным пазом для размещения пальца ствола и центраторы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности установки пакера, корпус фонаря выполнен с продольной канавкой и снабжен концентрично установленной относительно него втулкой с фиксатором под канавку корпуса, имеющий паз, расположенный против фигурного паза корпуса фонаря при зафиксированном положении корпуса и втулки, и винтовую поверхность на нижнем торце для фрикционного взаимодействия с пальцем ствола.

1155719

tO

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к,пакерам, используемым для герметизации межтрубного пространства при эксплуатации скважин.

Известен пакер, включающий ствол с головкой и пальцем, уплотнительный элемент, конусы, шлнпсы, фрикционный фонарь для управления шлипсами путем поворота ствола при установке пакера, и узел его фиксирования в стволе скважины, приводимый в действие гидравлическим путем 1 g.

Недостатком пакера является сложность конструкции узла его фиксации, в связи с чем для удерживания пакера в зафиксированном положении необходимо постоянно поддерживать внутреннее избыточное давление в трубах, на которых пакер спускается в скважину., что в свою очередь ограничивает его применение при перепаде давлении на пакер снизу, Известен также пакер, включающий ствол с головкой и пальцем, установленный на стволе уплотнительный элемент, конус, шлипсы, и фрикционный фонарь, включающий корпус с фигурным наэом для размещения пальца ствола и центраторы. Пакер спускается в скважину на колонне насоснокомпрессорных труб и устанавливается путем .поворота и опускания его ствола., выдвижения шлипсов и зацепления их со стенками скважины, и расширения уплотнительного элемента от действия веса колонны труб (2).

Недостатком указанного пакера является возможность сдвига его вверх и опасность разгерметизации под действием подпакерного давления, так как шлипсы пакера могут удерживать его только от перемещения вниз.

Цель изобретения - повышение на" дежности установки пакера.

Поставленная цель достигается тем, что в пакере, включающем ствол с головкой и пальцем, установленный на.стволе уплотнительный элемент, конус, шлинсы и фрикционный фонарь, .включающий корпус с фигурным пазом для размещения пальца ствола и центраторы, корпус фонаря выполнен с продольной канавкой н снабжен концентрично установленной относительно него втулкой с фиксатором под канавку корпуса, имеющей паз, расположенный против фигурного паза корпуса фонаря при зафиксированном положении корпуса и втулки; и винтовую поверхность на нижнем торце для фрикционного взаимодействия с пальцем ствола.

На фиг. 1 представлен пакер перед пакеровкой, общий вид; на фиг.2— нижняя часть фрикционного фонаря пакера, в изометрическом изображении; на фиг. 3 — втулка, корпус фонаря, н изометрическом иэображении; на фиг. 4 - а — пакер, б — нижняя часть пакера, повернутая на 90, и взаимодействие пальца ствола с винтовой поверхностью втулки корпуса фонаря при различных толщинах стенки обсадной трубы.

Пакер (см. фиг, 1) включает ствол 1, свинченный с головкой 2, имеющий бурт 3 и палец 4, укрепленный в нижней части ствола. На стволе 1 подвижно установлены обойма 5 с подшипником 6, соединенная с головкой 2 винтом 7, входящим в кольцевой паз обоймы 5, уплотнительный элемент

8, конус 9 с гайкой 10 и шлипсами 11, установленными на конусе 9 соединением ласточкин хвост, фрикционный фонарь 12, связанный со шлипсами 11 с помощью Т-образных пазов 13, на котором в средней части установлены колодки 14 с пружинами 15 и кольцом

16, а в нйжней части на резьбу 17 навернута позиционная втулка 18, 3$ нижний торец которой выполнен в виде винтовой поверхности 19, фиксируемая на фонаре винтом 20. На нижней части фрикционного фонаря 12 (см. фиг. 2) выполнен Г-образный

46 фигурный паз, горизонтальная часть

21 которого выполнена сквозной, а вертикальная часть 22 не сквозной, а также канавку 23, в которую входит винт 20, фиксирующий позицион4$ ную втулку 18. В канавке 23 выполнена разметка 24, соответствующая толщинам стенок обсадных труб, в которых устанавливается пакер. Позиционная втулка 18 (см. фиг. 3) вы$0 полнена с внутренней цилиндрической резьбой 25 и внутренним буртом 26, в котором выполнен паз 27, от которого начинается и которым заканчивается винтовая поверхность, вслед$$ ствие чего у паза 27 одна стенка 28 короткая, а вторая стенка 29 длинная.

Уклон винтовой поверхности 19 к горизонтали выполняется примерно рав3 l1 ным углу трения стали по сгали для предупреждения скольжения опирающегося на эту поверхность пальца 4 от осевой нагрузки. Палец 4 имеет четырехгранную головку, у которой боковые грани параллельны оси пакера, нижняя грань горизонтальна, а верх-. няя параллельна винтовой поверхности 19.

Винт 20 фиксирует позиционную втулку 18 на фрикционном фонаре 12 в положении, когда пазы 22 и 27 совпадают, но при этом позиционная втулка 18 по резьбе t7 может быть навернута больше или меньше в соответствии с разметкой 24 в зависимости от толщины стенки обсадной трубы в месте установки пакера. В связи с этим шаг резьбы 17 должен быть кратным делениям разметки 24.

При необходимости на стволе пакера могут быть установлены несколько пальцев с горизонтальным или ярусным их расположением и соответствующим исполнением винтовой поверхности.

Сборка пакера производится следующим образом.

На фрикционном фонаре 12 собираются колодки 14 с их пружинами 15 и кольцом 16. В пазы 13 заводятся шлипсы 11 и сводятся так, чтобы конус 9 вошел в соединение с ними (ласточкин хвост).

На ствол 1 сверху одевается гайка 10 комуса, уплотнительный элемент 8, обойма 5 и подшипник 6, наворачивается головка 2 и .вворачивается винт 7. Сборка ствола 1 вставляется сверху в сборку фрикционного фонаря 12 и гайка 10 свинчивается с конусом 9. При верхнем положении фрикционного фонаря !2 (когда его верхний торец упирается в конус 9, а шлинсы наиболее раздвинуты) на стволе 1 устанавливается и закрепляется палец 4, как указано, т.е. чтобы нижняя грань головки была горизонтальна. Затеи при переводе фрикционного фонаря 12 в нижнее положение палец 4 заводится в Г-образный паэ на горизонтальный участок 2t.

В этом положении фрикционного фонаря 12 шлипсы 11 должны быть ."утоплены" полностьв под наружный диаметр D, пакера на 1,5 - 2 мм.

Затем снизу на резьбу 17 наворачивается позиционная втулка 18 до совпадения верхнего торца с деле55719 4

5S нием на разметке 24, соответствующем максимальной толщине стенки обсадной трубы, и фиксируется винтом 20.

При подготовке пакера к спуску в скважину, если толщина стенки обсадной трубы в месте пакеровки отличается от максимальной, винт 20 отпускается, позиционная втулка 18 свинчивается с фрикционного фонаря

12 до деления на разметке 24, соответствующего имеющейся толщине стенки обсадной трубы, и затем позиционная втулка вновь фиксируется винтом 20, Разметка 24 выполняется при изготовлении пакера и строится по следующему принципу (см. фиг. 4).

При максимальной толщине с стенки внутренний диаметр В обсадной трубы минимален, зазор s между пакером и стенкой трубы минимален и зазор z, между насеченной поверхностью шлипс и стенкой трубы минимален.

Следовательно, при пакеровке, когда ствол 1 с конусом 9 движется вниз, а фрикционный фонарь 12, опираясь подпружиненными колодками 14 на стенки скважины, остается вместе со шлипсами 11 на месте, путь пройденный стволом с конусом,и радиальное перемещение z, шлипсов 11 до соприкосновения со стенками обсадной трубы будет наименьшим и последующее продвижение ствола 1 (без конуса) на величину h соответствующую сжатию уплотнителя 8 в диаметре d, также будет наименьшим. Суммарное продвижение L, ствола вниз и пальца 4 из положения Р в положение

Р„ будет наименьшим.

При минимальной t2 толщине стенки внутренний диаметр d обсадных труб будет максимальным и соответственно максимальнымн будут зазоры

s u z ° а следовательно,, путь 1,, сжатие уплотнителя Ь и суммарное продвижение пальца L будут наибольшимие

Промежуточному t2 значению толщи ны стенки соответствуют и, з

2, h> и L>, Зная t>, а также диамегры обсадных труб D, пакера D и его ствола d, угол конусности eL и высоту Н уплотнителя, можно определить все остальные величины

d D - t

2 2 1 з Д вЂ” ) °

2 2 от

1155719

Ф

+ (1,5 2)

d г

„(в .— 4) .

Та*- d. ) .2 2

Е2

1 г

Каждому .положению пальца 4. (см. фиг. 4) Р„, Р и P должно 10 соответствовать положение позиционной втулки 18 и оно должно быть таковым, чтобы при горизонтальном перемещении пальца 4 вправо (что соответствует повороту ствола 1 с 11 пальцем 4 влево) от положения Р„, Р2 или Р верхняя грань пальца 4 взаимодейетвовала с винтовой поверхностью 19 позиционной втулки 18. и

Действительное продвижение L пальца 4 вниз может отличаться от расчетных значений L„, L или Е, так как в расчетах не учитывались возможный износ стенок обсадных труб и разли- э1 чная степень внедрения насечки шлипс в .стенки трубы. Однако благодаря . винтовой, поверхности 19 торца позиционной втулки 18. допускаются отклонения от, расчетных значений продвижения пальца 4 в пределах подъема винтовой. поверхности -. Д .

Так, например, (см. фиг. 4) продвижению L, пальца 4 в положение

P соответствует изображенное сплош- ®

1 ным контуром положение В позиционной. втулки 18 и тогда при повороте ствола 1 палец 4, пройдя менее 1/4 оборота из положения Р, в положение

P„, ляжет верхней гранью .на винтовую поверхность 19 и замкнет пакер. Но прй этом же положении позиционной втулки 18 произойдет замыкание пакера при продвижении L пальца 4 до положения Р, поскольку при вращении ствола 1 палец 4, сделав почти полный поворот до положения Р2, также ляжет верхней гранью на винтовую поверхность 19. Положению.Р пальца 4 соответствует свое положение

В позиционной втулки 18 (на фиг,4 не изображено), при котором палец 4 при -повороте ствола 1 влево ложится на винтовую поверхность в первой четверти оборота. Контуром (см.фиг.4) показано положение Вз позиционной втулки, соответствующее продвижению пальца 4.

Таким образом, благодаря установке позиционной втулки 18 по разметке 24 и благодаря винтовой поверхности 19 обеспечивается якорение (фиксация пакера) при любой толщине стенки обсадной трубы и наличии отклонений в пределах двух соседних значений толщины стенки трубы, Спуск пакера производится на насосно-компрессорных трубах обычным образом с небольшим. поворотом вправо и недопущением во избежание не.желательных посадок поворота влево.

При спуске палец 4, упираясь нижней, горизонтальной гранью в горизонтальную площадку паза 21, толкает фрикционный фонарь 12 вниз, а колодки 14 в это время скользят по стенкам обсадной трубы, преодолевая силы трения между ними.

Пакеровка скважины осуществляется следующим образом, У места пакеровки делают небольшой поворот (до 1/4 оборота) труб влево и опускают трубы. В это время палец 4 переходит по горизонтальной части паза 21 (см. фиг. 4) из

t положения Р, в положение Р, и затем из положения P, вниз по пазу 22.

Во время движения ствола 1 с пальцем 4 вниз конус 9 также движется вниз и раздвигает шлипсы 11, .которые вместе с фонарем 12 стоят на месте вследствие сил трения колодок 14 о стенки обсадной трубы, Дойдя до стенки трубы, шлипсы 11 заклинивают конус 9 и тогда под действием веса труб происходит деформация уплотнительного элемента 8 и происходит пакеровка.скважины. Достигнув расчетной разгрузки веса труб на уплотнительный элемент и считая пакеровку окончательной, не снимая веса труб,. производят проворот труб влево до 1 оборота. При этом палец 4 прижимается верхней гранью на винтовую поверхность 19, что можно почувство" вать по. увеличению момента сопротивления труб вращению. Таким образом достигается якорение (фиксация) пакера. Наличие .подшипника 6 между головкой 2 и обоймой 5 наряду со снижением момента сопротивления повороту ствола и устранением опасности разворота труб предохраняет уплотнительный элемент от. деформаций скручивания и возможного разрушения (появления трещин), что позволяет

11S5719 произвести поворот ствола относительно фрикционного фонаря в нагруженном весом труб запакерованном состоянии пакера для осуществления era фиксирования.

Извлечение пакера из скважины производится следующим образом.

Поворотом вправо частично разгруженных на пакер лифтовых труб переводят палец 4 в положение до упора в длинную стенку 29 паза 27, после чего производят подъем колонны труб.

При этом бурт 3 ствола 1, упираясь в гайку 10, выдергивает конус 9 иэпод шлипс 11 и те переходят в нижнее положение, а головка 2 с обоймой 5 приподнимаются над уплотнительным элементом 8, освобождают его от

5 нагрузки и он подхватывается конусом 9. При этом фрикционный фонарь

12, преодолевая трение колодок 14 о стенки обсадной трубы, движется вверх подталкиваемый пальцем 4 о верхнюю стенку паза 21 °

Технико-экономическая эффективность от использования пакера заключается в сокращении затрат на его . эксплуатацию за счет повышения на15 дежности установки в скважине.

1155719

Составитель Л. Фарушкин

Редактор О, Колесннкова Техред И.Асталоа

Корректор М. Пожо

Филиал НПП "Натент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3065/28 . - Тираж 540 Подписное. 3НИНПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

333035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5