Пакер

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технике для испытания и обработки пдаста после крепления скважины обсадной колонной. Цель - повышение надежности за счет жесткой фиксации пакера в колонне обсадных труб. Пакер состоит из полого штока (ПШ) с направляющим фиксатором (НФ), уплотнительных элементов(УЭ), расширяющего конуса (РК) с внутренней цилиндрической проточкой, телескопически установленного на ПШ и взаимодействующего с УЭ, корпуса (К) с механическими заклинивающими плашками (ЗП), концентрично установленного на ПШ колодочного тормозного узла (ТУ), соединенного с К, и замкового механизма (ЗМ), содержащего цангу с радиальными выступами (РВ), установленную с возможностью их взаимодействия с ответными выступами (В) ПШ. Пакер имеет подпружиненную относительно К гильзу (Г) с зубьями на нижнем торце и Г-образным пазом на боковой поверхности , в котором размещен свободный конец НФ. Цанга жестко соединена с К, выполнена с зубьями на верхнем торце для взаимодействия с зубьями Г 26. При спуске пакера с испытательным оборудованием в обсадную колонну НФ находится в нижней части Г-образного паза Г, а ЗП - в транспортном положении. При достижении заданной глубины пакер приподнимают и поворачивают вправо с последующим его опусканием, при этом НФ замыкается в Г-образном пазу, РК раздвигает ЗП, которые удерживаются от перемещения вниз ТУ. Дальнейшее перемещение вниз ПШ приводит к деформации УЭ и запакеровке пакера. Одновременно с установкой пакера и перемещением ПШ вниз перемещаются В, которые раздвигают пружинные лепестки цанги и захватываются ее РВ, фиксируя положение ПШ относительно К. Зубчатое зацепление Г и цанги обеспечивает вращение ПШ относительно ТУ, что необходимо в период спуска и подъема испытательного оборудования с пакером. Снятие пакера производят путем создания увеличенного натяжения колонны труб. При этом НФ возвращается в исходное положение в Г-образном пазу Г, что не препятствует сьему пакера.4 ил. (Л X СО ihO iOO

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 33/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (гд

С фь Ю С)О (21) 4754302/03 (22) 30.10.89 (46) 30.04,92. Бюл. N 16 (71) Северо-Кавказский государствен н ый научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) И.Б,Дагаев, М.П.Снежко и В.В.Подзолков (53) 622.245.4(088.8) (56) Зайцев Ю,В. и др. Пакеры и технологические схеглы их установок. М,: ВНИИОЭНГ, 1969, с. 96, HaIIiburton Services Saies and Service, р. 2874, (54) ПАКЕР (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технике для испытания и обработки пласта после крепления скважины обсадной колонной.

Цель — повышение надежности за счет жесткой фиксации пакера в колонне обсадных труб, Пакер состоит из полого штока (ПШ) с направляющим фиксатором (НФ), уплотнительных элементов(УЭ), расширяющего конуса (РК) с .внутренней цилиндрической проточкой, телескопически установленного на IlLU и взаимодействующего с УЭ, корпуса (К) с механическими заклинивающими.плашками (ЗП), концентрично установленного на

ПШ колодочного тормозного узла (ТУ), соединенного с К, и замкового механизма (3M). содержащего цангу с радиальными выступами (РВ), установленную с возможностью их

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к технике для испытания и обработки пласта после крепления скважины обсадной колонной.

„„5U„„1730428 А1 взаимодействия с ответными выступами (В)

ПШ. Пакер имеет подпружиненную относительно К гильзу (Г) с зубьями на нижнем торце и Г-образным пазом на боковой поверхности, в котором размещен свободный конец.НФ. Цанга жестко соединена с К, выполнена с зубьями на верхнем торце для взаимодействия с зубьями Г 26. При спуске пакера с испытательным оборудованием в обсадную колонну НФ находится в нижней части Г-образного паза Г, а ЗП вЂ” в транспортном положении. При достижении заданной глубины пакер приподнимают и поворачивают вправо с последующим его опусканием, при этом НФ замыкается в Г-образном пазу, РК раздвигает ЗП, которые удерживаются от перемещения вниз ТУ. Дальнейшее перемещение вниз ПШ приводит к деформации УЭ и запакеровке пакера.. Одновременно с установкой пакера и перемещением ПШ вниз перемещаются В, которые раздвигают пружинные лепестки цанги и захватываются ее РВ, фиксируя положение ПШ относительно К., Зубчатое зацепление Г и цанги обеспечивает вращение ПШ относительно ТУ, что необходимо в период спуска и подъема испытательного оборудования с пакером. Снятие пакера производят путем создания увеличенного натяжения колонны труб. При этом НФ возвращается в исходное положение в Г-образном пазу Г, что не препятствует съему пакера. 4 ил, Известен якорь, содержащий конус, заклинивающие плашки, фиксатор плашек в виде пружинной цанги, шток, жестко соединенный с конусом, фрикцион, подвижно установленный на штоке, внутри которого

1730428 установлены башмаки, прижатые к стенке скважины, фрикцион жестко связан с корпусом замка, Недостатком этого якоря является пониженная надежность работы, обусловленная жестким соединением фрикциона с корпусом замка и жесткой связью штока с конусом, Наиболее близок к предлагаемому пакер с удерживающим устройством Pressure

Assist Retrievable "RTTS" Paker, содержащий гидравлическое удерживающее устройство, уплотнительные элементы, механические плашки, расклинивающий конус, шток, корпус, тормозной фонарь с пружинами и замком.

Недостатком известного пакера с удерживающим устройством является низкая надежность уплотнительных элементов, через которые передается вся сжимающая нагрузка на расклинивающий конус и механические плашки.

В результате возможны случаи перегружения уплотнительныx элементов, которые выходят из.строя, и одновременно недогружения сжимающей осевой нагрузкой расклинивающего конуса для зацепления механических плашек со стенкой обсадной колонны. Это приводит к негерметичности пакеровки, т.е. негерметичности изоляции испытываемого пласта.

Цель изобретения — повышение надежности за счет жесткой фиксации пакера в колонне обсадных труб.

Поставленная цель достигается тем, что пакер, включающий .гидравлический удерживающий узел, полый шток с направляющим фиксатором, уплотнительные элементы, установленные на полом штоке, распирающий конус с внутренней цилиндрической проточкой, телескопически установленный на полом штоке с воэможностью взаимодействия торцовой поверхностью с уплотнительными элементами, корпус с заклинивающими механическими плашками, размещенный на полом штоке, концентрично установленный на полом штоке тормозной колодочный узел, соединенный с корпусом, и замковый механизм, содержащий цангу с радиальными выступами, установленную с воэможностью их взаимодействия с ответными поверхностями полого штока, снабжен подпружиненной относительно корпуса гильзой с зубьями на нижнем торце и Г-образным пазом на боковой поверхности, а свободный конец направляющего фиксатора размещен в последнем, причем цанга жестко соединена с корпусом, выполнена с зубьями на верхнем торце и установлена с воэможностью взаимодействия с ответными зубьями гильзы.

Существенными отличиями предлагаемого пакера являются форма выполнения деталей — гильза имеет форму втулки с Г-образным пазом на боковой поверхности, а в нижней части снабжена зубьями, цанга имеет лепестки, в верхнем торце которых расположены зубья и радиальные выступы, а также наличие связи между деталями — нижняя часть тормозного устройства, в корпусе которого расположена гильза с Г-образным пазом в боковой поверхности, в котором

10 расположен направляющий фиксатор штоверхнем торце цанги, жестко соединенной с корпусом тормозного устройства, и, в свою очередь, все детали свободно расположены в этом корпусе, На фиг. 1 изображен пакер, разрез; на фиг. 2 — вид по стрелке А на фиг. 1 (корпус условно не показан)„ на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг, 4 — сечение В-В на фиг. 1.

Пакер с удерживающим устройством состоит из полого штока 1, в верхней части которого через переводник 2 навернуто гидравлическое удерживающее устройство 3, в теле которого размещены цилиндические поршни 4, фиксируемые винтами 5, пружины 6 и шлипсовые плашки g, На верхнюю и нижнюю части гидравли30 ческого удерживающего устройства 3 навернуты гайки 8, фиксируемые винтами 9.

В средней части штока 1 в свободной посадке расположен распирающий конус

10. В распирающем конусе 10 выполнена кольцевая выточка 13 с нижним упором Г.

На конусе 10 на резьбе закреплена гайка 14, 35 образуя верхний упор Д в выточке 13.

В выточке 13 размещен упор 12, выполненный в виде хомута из двух полуколец, размещенных свободно в проточке 11 штока

1. Выточка 13 имеет высоту Н (ход упора 12

40 между упорами Г и Д).

Высота Н выточки зависит от деформации уплотнительных элементов пакера, их материала, коэффициента упругости и коэффициента перекрытия скважины.

Между переводником 2, навернутым на верхнюю часть штока 1, и гайкой 14 распирающего конуса 10 на штоке 1 размещены упорная гайка 15, резиновые

50 уплотнительные элементы 16 пакера и промежуточные кольца 17. Диаметр резиновых уплотнительных элементов 16 соответству55 ет диаметру упорной гайки 15 и и ромежуточных колец 17.

На нижней части распирающего конуса

10 имеются четыре паза 18, расположенные

15 ка, подпружиненный пружиной, находится в принудительном зацеплении с зубьями на

1730428 мощью пружин 43 прижимаются к стенке скважины. По достижении заданной глубины колонна труб приподнимается на 2 — 3 м с целью перемещения вверх штока 1 относительно замкового механизма 25 и тормозного устройства 40 и проворачивается вправо, чтобы шток 1 повернулся на 1/4 оборота относительно гильзы 26. При этом направляющий фиксатор 33 выходит из зам; кового паза 30 Г-образного паза 27 замка и перемещается в верхнюю часть 32 Г-образного паза 27 и попадает в наклонный паз 29.

Затем колонну труб необходимо медленно опустить, перемещая шток 1 с направляющим фиксатором 33 по вертикальному пазу

28. При этом распирающий конус 10 направляющими пазами 18 раздвигает заклинивающие механические плашки 19, которые вместе с хомутами 21 и корпусом 24 удерживаются от перемещения вниз колодочным тормозным устройством 40. Плашки 19 входят в зацепление со стенкой скважины, и конус 10 заякорен неподвижно.

Дальнейшее перемещение вниз штока

1 передает осевую нагрузку на резиновые уплотнительные элементы 16 пакера, которые деформируются. Одновременно упор

12 отходит от торца Д выточки 13 и перемещается к нижнему упору Г.

Деформация резиновых элементов 16 рассчитана на уплотнение ствола скважины при работе резиновых уплотнительных элементов в пределах допускаемых напряжений по деформации, что обеспечивается высотой Н выточки 13.

Высота Н рассчитана в зависимости от коэффициента перекрытия скважины, материала уплотнительных элементов и упругих деформаций.

Такая конструкция пакера позволяет использовать его на 10 — 15 испытаний, что повышает использование пакера в 3-5 раз.

При достижении упором 12 штока 1 упора Г конуса 10 деформация уплотнительных резиновых элементов 16 прекращается и осевая нагрузка от штока 1 через упор 12, упор Г и плашки 19 передается на стенки скважины, Повышение осевой нагрузки на пакер в дальнейшем приводит к повышению прочности закрепления плашек 19 на стенках скважины.

Таким образом, перегрузка уплотнительных элементов пакера исключена, что обеспечивает их дополнительную работу.

Одновременно с установкой пакера и опусканием штока 1 перемещаются вниз и выступы 39, которые раздвигают пружинные лепестки цанги 34 и захватываются ее радиальными выступами. Это фиксирует посимметрично под углом к его оси. В пазах 18. размещены заклинивающие механические плашки 19, входящие в пазы 20 хомута 21, состоящего из двух полуколец. соединенных жестко между собой винтами 22. Хомут 5

21 с помощью кольцевой выточки 23 соединен с верхней частью корпуса 24 замкового механизма 28 .

Замковый механизм 25 свободно концентрично расположен в корпусе 24 и на 10 штоке 1 и выполнен в виде гильзы 26 с

Г-образным пазом 27, состоящим из вертикального паза 28, паза 29 под углом 30 и замкового паза 30 под углом 10, имеющего. нижнюю часть 31 и верхнюю часть 32. В 15 пазу 27 расположен цилиндрический направляющий фиксатор 33. расположенный в цилиндрическом отверстии на штоке 1.

Верхний торец гильзы 26 через упорные кольца 36 и пружину 35 подпружинен к кор- 20 пусу замкового механизма через цангу 34.

На нижнем торце гильзы 26 выполнены зубья 37, находящиеся в зацеплении с зубьями 38 на лепестках верхнего торца цанги

34, 25

Цанга 34 выполнена в виде многолепестковой пружины-цанги с зубьями 38 на верхних торцах лепестков и с радиальными внутренними выступами.

Цанга 34 в верхней части имеет резьбу 30 и закреплена на корпусе 41 тормозного колодочного устройства 40.

Тормозное колодочное устройство содержит корпус 41. в прорезях которого размещены четыре колодки 42, 35

Внутри корпуса 41 расположены шюк 1 и пружины 43, прижимающие колодочные башмаки 42 к втулкам 44, навернутым на верхнюю и нижнюю части корпуса 41.

Нижняя втулка 44 фиксируется на.кор- 40 пусе 41 гайкой 45.

В верхнем торце корпуса 41 на резьбе закреплена цанга 34.

На штоке 1 ниже фиксатора 33 выполнены кольцевые радиальные выступы 39 и на 45 нижнем конце навернут переводник 46.

Герметичность внутренней полости удерживающего устройства обеспечивается резиновыми уплотнительными кольцами

47-49, 50

Пакер с удерживающим устройством работает следующим образом.

Пакер спускается с фиксатором 33 замкового механизма 25, находящимся в нижней части 31 Г-образного паза 27 гильзы 26. 55

При этом плашки 19 якорного устройства находятся в исходном положении. В исходном положении также находится гидравлическое удерживающее устройство 3, Тормозные колодочные башмаки 42 с по1730428 ложение штока 1, повышает надежность и герметичность пакеровки.

При передаче на пакер большого числа оборотов приводит к вращению штока 1, который через замок связан с корпусом 41 5 тормозного устройства, которое тормозит вращение пакера, что может привести к срезу фиксатора 33.

Однако вращение штока 1 через фиксатор 33 приводит во вращение гильзу 26, 10 которая своими зубьями 37 скользит по . зубьям 38 цанги 34. Гильза 26 приподнимается, сжимает пружину 35 и проворачивается относительно цанги 34, Это предупреждает срез фиксатора 33 и повы- 15 шает надежность работы замка и пакера.

В период спуска и подьема испытательного оборудования с пакером происходит вращение инструмента, штока 1, чему препятствует тормозное устройство, Зубчатое 20 зацепление замка и цанги обеспечивает вращение штока 1 относительно тормозного устройства, что повышает работоспособность замка и долговечность работы устройства.. 25

При проведении операций, требующих создания давления в подпакерной зоне скважины, указанное давление действует на поршни 4, входящие в шлипсовые плашки 7, которые входят в зацепление с колон- 30 ной, что предотвращает перемещение покера сверх, Снятие пакера с места пакеровки производится путем создания увеличенного натяжения колонны труб. При этом фиксатор 35

33 возвращается в исходное положение в

Г-образном пазу 27 гильзы 26 и замыкается в замковом пазу 30.

Применение такера обеспечивает экономию времени и материалов за счет исключения необходимости перекрытия эксплуатационной колонной непродуктивной нижней части скважины.

Формула изобретения

Пакер, включающий гидравлический удерживающий узел, полый шток с направляющим фиксатором, уплотнительные элементы, установленные на полом штоке, расширяющий конус с внутренней цилиндрической проточкой, телескопически установленный на полом штоке с возможностью взаимодействия торцовой поверхностью с уплотнительными элементами, корпус с заклинивающими механическими плашками, размещенный на полом штоке, концентрично установленный на полом штоке тормозной колодочный узел, соединенный с корпусом, и замковый механизм, содержащий цангу с радиальными выступами, установленную с возможностью их взаимодействия с ответными поверхностями полого штока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет жесткой фиксации пакера в колонне обсадных труб, он снабжен подпружиненной относительно корпуса гильзой с зубьями íà нижнем торце и

Г-образным пазом на боковой поверхности, а свободный конец направляющего фиксатора размещен в последнем, причем цанга жестко соединена с корпусом, выполнена с зубьями на верхнем торце и установлена с возможностью взаимодействия с ответными зубьями гильзы.

1730428

В 4

1730428

1730428

ЩагФ

Составитель С.Морозов

Техред М,Моргентал Корректор С.Лыжова

Редактор А.Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1503 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5