Пакер

 

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и используется для разобщения ствола скважины. Цель - повышение надежности установки и облегчения извлечения пакера из скважины за счет использования замкнутой системы циркуляции хладагента. Для этого пакер, включающий полый ствол 1 с крышкой 2, размещенный на стволе уплотнительный элемент 3, толкатель 4 и размещенную в полости ствола возвратную пружину 5 и жестко связанные верхним концом стержневые силовые элементы 6, выполненные из сплава с термомеханической памятью формы, снабжен жестко связанным с толкателем штоком 7 с поршнем 8, ограничивающим в нижней части полость ствола и жестко связанным с крышкой 2 патрубком 9 для соединения с колонной, труб. Нижние концы силовых элементов жестко связаны с поршнем 8, нижний конец пружины взаимодействует с ним. По каналу 11 подают хладагент , перед спуском пакера стержневые силовые элементы 6 растягивают уплотнительный элемент 3. По достижению места установки из полости ствола 1 откачивают хладагент, силовые элементы нагреваются, длина их уменьшается, что ведет к сжатию пружины 5. Толкатель 4 движется в направлении к крышке 2, а уплотнительный элемент 3 зажимается между крышкой 2 и толкателем 4, увеличивая свой поперечный размер. 5 ил.0 сл XJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э Е 21 В 33/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4702003/03 (22) 06.06.89 (46) 07.09.92. Бюл. № 33 (75) А.В.Михайлусев, С.Н,Попович, Э.Г.Чайковский. О.И.Чернов, Ю.Г,Горбачев и

Н.Г.Кю (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 1244288, кл. Е 21 С 45/00, 1984, 2. Авторское свидетельство СССР

O 1046475, кл. Е 21 К 33/12, 1982, 3. Авторское свидетельство СССР

N 1691506, кл. Е 21 В 33/12, 1989, (54) ПАКЕР (57) Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и используется для разобщения ствола скважины. Цель — повышение надежности установки и облегчения извлечения пакера из скважины за счет использования замкнутой системы циркуляции хладагента. Для этого пакер, включающий полый ствол 1 с крышкой 2, размещенный на стволе уплотнительный элемент 3, толкатель 4 и размеИзобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и горному делу и может быть использовано для пакеровки скважин: в нефтяной и газовой промышленности — для проведения гидрогеологических исследований скважин, разобщения их ствола и т.д„ в горном деле — при флюидоразрыве горных пород для изоляции зоны инициирующей щели, в том числе при газодинамической стратификации труднообрушающихся кровел ь.

Известен пакер скважинного гидромониторного агрегата, содержащий полый. Ж, 1760085 А1 щенную в полости ствола возвратную пружину 5 и жестко связанные верхним концом стержневые силовые элементы 6, выполненные из сплава с термомеханической памятью формы. снабжен жестко связанным с толкателем штоком 7 с поршнем 8, ограничивающим в нижней части полость ствола и жестко связанным с крышкой 2 патрубком 9 для соединения с колонной труб. Нижние концы силсвых элементов жестко связаны с поршнем 8, нижний конец пружины взаимодействует с ним. По каналу 11 подают хладагент, перед спуском пакера стержневые силовые элементы 6 растягивают уплотнительный элемент 3. По достижению места установки из полости ствола 1 откачивают хладагент, силовые элементы нагреваются, длина их уменьшается, что ведет к сжатию пружины 5. Толкатель 4 движется в направлении к крышке 2, а уплотнительный элемент 3 зажимается между крышкой 2 и толкателем 4, увеличивая свой поперечный размер. 5 ил. шток, жестко связанный с торцом агрегата и гидравлически сообщенный с напорной колонной. стакан, установленный концентрично штоку, поршень, установленный в стакане, пружину, установленную концентрично штоку с нижним упором на втулку, установленную концентрично штоку с возможностью взаимодействия с торцом поршня через шаровые опоры, и запорное устройство в виде гибкого элемента (см. Авт. св. CCCP ¹ 1244288, кл. Е

21 С 45/00, 1984г.).

Недостатком данного устройства является ненадежность герметизации скважи1760085 ны, обусловленная тем, что применяемое криогенныхтемпературах,какэтопредлагазапорное устройство выполнено в виде жгу- ется в новом техническом решении. та, установленного между верхней и ниж- Целью изобретения является повышеней втулками по винтовой линии, т,к, при ние надежности установки и облегчения изсжатии возможен перекос из-за смещения 5 влечения пакера из скважины за счет жгута на неодинаковое расстояние относи- и" пользования замкнутой системы циркулятельно оси устройства, что повлечет за со- ции хладоагента. бой неравномерное перекрытие канала и Указанная цель достигается тем, что в возможность просачивания скважинной заявляемый пакер, включающий полый жидкости между витками запорного устрой- 10 ствол с крышкой, размещенный на стволе с ства. Другим недостатком является гидрав- воэможностью взаимодействия с крышкой лическое управление устройством, что уплотнительный элемент, установленный требует наличия на поверхности земли спе- под ним возможностью осевого перемециального оборудования, создающего тре- щения и взаимодействия с уплотнительным уемое давл и 15 элементом толкатель, размещенные в полоИзвестно устройство для изоляции on- сти ствола возвратную пружину, взаимодейробуемых интервалов скважин, включаю- ствующую с крышкой и жестко связанные щее корпус, секционный уплотнительный верхними концами с крышкой стержневые элемент, цилиндр с поршнем, жестко соеди- силовые элементы, выполненные из сплава ненный с полым штоком, выполненным с 20 с термомеханической памятью формы, радиальным отверстием, толкатель, уста- снабжен жестко связанным с толкателем новленный на нижнем конце штока. устано- штоком с поршнем, ограничивающим в нижвочный патрубок, соединенный с колонной ней части полость ствола и жестко связантруб (см. А.С. СССР N 1046475. кл, Е 21 В ным с крышкой патрубком для соединения

33/12, 1982г,). 25 с колонной труб, при этом нижние концы

Недостатком данного устройства явля- стержневых силовых элементов жестко свяется также применение гицравлического заны с поршнем, нижний конец пружины привода, что требует наличия бурового на- взаимодействует с ним, а в крышке ствола и соса для подачи воды, а также сложность патрубке выполнены каналы для сообщения изготовления устройства, обусловленная 30 полости ствола между крышкой и поршнем наличием большого количества взаимодей с источником хладоагента, ствующих деталей и необходимость вытачи- На фиг,1 представлен пакер в нерабования большого количества различной чем состоянии; на фиг.2 — то же. в рабочем конфигурации выступов, выемок, пазов, состоянии; на фиг,3 — разрез А-А на фиг,; упоров, радиальных отверстий, изготовле- 35 на фиг.4 — разрез Б — Б на фиг.1; на фиг.5— ние крестовин, защелок. узел I на фиг.1.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототи- Пакер состоит из полого ствола с

1 пом) является пакер по А.С. СССР N. по крышкой 2, размещенный на стволе 1 с воз40 мо>кностью взаимодействия с крышкой 2 упНедостатком данного пакера является лотнительный элемент 3, установленный электрическое управление силовым приво- под ним с возможностью осевого перемедом, состоящим из системы силовых эле- щения и взаимодействия с уплотнительным ментов, изменение длины которых при элементом 3 толкатель 4, размещенные в нагреве приводит в действие уплотнитель- 45 полости ствола 1 возвратную пружину 5, ные элементы, которые герметизируют взаимодействующую с крышкой 2 и жестко скважину, Данный способ управления тре- связанные верхними концами с крышкой 2 бует наличия мощного трансформатора, ка- стержневые силовыеэлементы 6, выполненналов связи, надежной электрической ные из сплава с термомеханической паизоляции внутри пакера для предотвраще- 50 мятью формы. Пакер снабжен жестко ния возможности короткого замыкания. Все связанным с толкателем 4 штоком 7 с поршэто усложняет конструкцию пакера, техно- нем 8, ограничивающим в нижней части пологичностьeго сборки и технологию подго- лость ствола 1 и жестко связанным с товки пакера к работе. Кроме того, в данном крышкой 2 патрубком 9 для соединения с пакере для изготовления силовых элемен- 55 колонной труб 10, при этом нижние концы тов используется высокотемпературный стержневых силовых элементов 6 жестко сплав генерируемые которым напряжения связаны с поршнем 8, нижний конец пружиI могут быть в 2 — 3 раза ниже, чем при исполь- ны 5 взаимодействует с ним. а в крышке 2 зовании материалов с термомеханической ствола 1 и патрубке 9 выполнены каналы 11

nBMATblQ формы, работающих при низких и (12) для сообщения полости ствола 1 между

1760085

55 крь.шкой 2 и поршнем 8 с источником хладагента, Стержневые силовые элементы 6 выполняются из сплава с термомеханической памятью формы, что позволяет при мартенситном превращении получать значительные механические напря>кения порядка

40-80 кг/мм сечения (см. Хачин Н.В. "Память формы", М.: Знание, 1984г., серия "Физика", N. 6, с. 35).

К работе силовые элементы подготавливаются следующим образом. Заготовки в виде стержней, выполненных из сплава с термомеханической памятью формы, фиксируют в специальном штампе и отжигаЮт в муфельнай печи при температуре 550-600 градусов в течение 30-60 минут, После отжига и охлаждения до комнатной температуры, стержни извлекают из штампа и на разрывных механизмах деформируют путем растяжения на 4-10/ их первоначальной длины. Далее силовые элементы на специальной установке подвергают термоциклированию для отработки обратимой памяти формы порядка 70-100 циклов.

Пакер работает следующим образом, Перед тем, как опустить пакер в скважину, в полый ствол 1 по каналу 11 подается хладоагент (например вода, жидкий азот, углекислота). При охлаждении выполненные из сплава с термомеханической памятью формы стержневые силовые элементы 6, жестко связанные верхними концами с крышкой 2, а нижними — с поршнем 8, примут форму стержня, имеющего длину на 4-10 больше

его первоначальной длины. Удлинению стержней 6 будет также способствовать возвратная пружина 5, размещенная в полости ствола 1 и взаимодействующая с крышкой 2 и поршнем 8. Увеличение длины стержневых силовых элементов 6 приведет к подтягиванию поршня 8 и осевому перемещению связанного с ним талкателя 4. При этом расстояние между разделительными жесткими прокладками 13 увеличится, что приведет к растяжению закрепленных между ними уплотнительных элементов 3. т.е, диаметр устройства будет меньше диаметра скважины.

Устройство готово к опусканию в скважину.

По достижении глубины установки через канал 12 из полости ствола 1 аткачивается хладоагент. Силовые элементы 6, выполненные из сплава с термомеханической памятью формы, постепенно нагреваются до температуры конца обратного мартенситного превращения, которая соответствует температуре в объеме скважины.

При этом длина силовых стержневых элементов 6 уменьшается. При уменьшении длины стержневые силовые элементы 6 генерируют значительные механические напряжения. Это ведет к сжатию возвратной пружины 5 и вызывает движение толкателя

4 в направлении к крышке 2. При этом уплотнительный элемент 3 зажимается между крышкой 2 и толкателем 4, а также между разделительными жесткими прокладками

13 и увеличивает свой поперечный размер.

Происходит герметизация скважины.

Для разгерметизации скважины и снятия устройства в полость ствола 1 по каналу

11 подается хладагент, охлаждающий стержневые силовые элементы 6, выполненные из сплава с термомеханической памятью формы. При охлаждении стержневые силовые элементы Gудлиняются,,чему также способствует возвратная пружина 5. толкатель

4 движется по направлению от крышки 2, растягивая уплотнительный элемент 3, что ведет к уменьшению диаметра устройства.

После этого устройство извлекается из скважины.

Использование предлагаемого пакера. благодаря применению стержневых силовых элементов, выполненных из сплава с термомеханической памятью формы и использование замкнутой системы циркуляции хладагента позволит добиться повышения надежности установки и облегчения извлечения пакера из скважины.

Формула изобретения

Пакер, включающий полый ствол с крышкой, размещенный на стволе с возможностью взаимодействия с крышкой уплотнительный элемент, установленный под ним с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с уплотнительным элементом талкатель, размещенные в полости ствола возвратную пружину, взаимодействующую с крышкой, и жестко связанные верхними концами с крышкой стержневые силовые элементы, выполненные из сплава с термомеханической памятью формы, о т л и ч а юшийся тем, что, с целыю повышения надежности установки и облегчения извлечения пакера из скважины за счет использования замкнутой системы циркуляции хладагента, пакер снабжен жестко связанным с талкателем штокам с поршнем, ограничивающим в нижней части полость ствола, и жестко связанным с крышкой патрубкам для соединения с колонной труб, при этом нижние концы стержневых силовых элементов жестко связаны с поршнем, нижний конец пружиkû взаимодействует с ним, а в крышке ствола и патрубке выполнены каналы для сообщения полости ствола между крышкой и поршнем с источником хладагента.

1760085

Уйг. 2

Узел 1 у Вели сто

Рсс г

Составитель А,Михайлусев

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л.Филь

Заказ 3166 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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