Электромеханический пакер на кабель-канате

 

Использование: в области нефтяной промышленности, а именно, в устройствах для разобщения зон обсадных колонн при проведении ремонтных изоляционных и исследовательских работ. Обеспечивает повышение надежности работы при многократной посадке и срыве и герметичности ствола скважины. Сущность изобретения: пакер состоит из полого корпуса с радиальными каналами. На корпусе установлен уплотнительный элемент с радиальными каналами. На корпусе установлен уплотнительный элемент с верхним и нижним фланцами. Под уплотнительным элементом установлен толкатель. Пакер имеет также конус. На нем размещены шлипсы. В полости установлен ствол. Он образует с корпусом циркуляционный канал. В пространстве над уплотнительным элементом установлен электропривод. Пакер имеет также втулку и тягу с пальцем. Втулка телескопически связана с корпусом и жестко связана с нижним фланцем. Тяга с пальцем взаимодействует с толкателем. Ствол в нижней части имеет окна. В них размещены пальцы тяги. Конус установлен на втулку. Плашки установлены с возможностью взаимодействия с толкателем. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а именно, к устройствам для разобщения зон обсадных колонн при проведении ремонтных, изоляционных и исследовательских работ.

Известен пакер, состоящий из корпуса с осевым каналом, уплотнительного элемента с верхним и нижним упорами, конической втулки со шлипсами и пружиной, полого обтекателя, в котором установлены цилиндры с атмосферным давлением, эластичный элемент, разделенные перегородкой с клапаном в виде диафрагмы [1] При применении данного пакера трудно угадать интервал его посадки, поскольку он спускается в скважину под собственным весом в режиме свободного падения.

Извлечение данного пакера затруднено, для этого необходимо опускать ловитель в скважину, заловиться, и извлекать пакер. Срыв пакера происходит за счет сил упругости уплотнительного элемента. Уплотнительные элементы, применяемые на пакерах, в течение 1,5-2 часов после посадки под давлением 150-200 атм, теря.т упругие свойства, что ставит под сомнение возможность извлечения пакера, пакер необходимо разбуривать, что связано с большими материальными затратами. В данном пакере не предусмотрен узел для срыва пакера. Нельзя его использовать для многократной посадки без извлечения на поверхность, где необходимо провести подготовительные работы. Известен также пакер, спускаемый на канате, состоящий из корпуса, уплотнительного элемента, толкателя, конуса, втулки верхнего и нижнего заякоривающих узлов и клапана [2] Недостатками данного пакера являются трудоемкость срыва и извлечения его из скважины, сложность конструкции одних герметичных подвижных соединений восемь, что снижает его надежность в работе.

Известен пакер электромеханический, на кабель-канате, выбранный в качестве прототипа, состоящий из полого корпуса с радиальными каналами, установленного на корпуса уплотнительного элемента с верхним и нижним фланцами и толкателем, конуса с размещенными на нем шлипсами, установленного в полости корпуса ствола, образующего с корпусом циркуляционный канал, сообщающий через радиальный каналы корпуса пространства за ним, над и под уплотнительным элементом и установленного с возможностью перекрытия циркуляционного канала после герметизации ствола скважины и электропривода, установленного над уплотнительным элементом и связанного с корпусом и стволом [3] Прототип не обеспечивает надежности при многократной посадке и срыве, а также герметичности ствола скважины.

Цель изобретения обеспечение надежности/ герметизации ствола скважины при многократной посадке и извлечения пакера.

Поставленная цель достигается тем, что пакер снабжен втулкой, телескопически связанной с корпусом и жестко с нижним фланцем и тягой с пальцем, взаимодействующей с толкателем, при этом ствол имеет в нижней части окна, пальцы тяги размещены в окнах ствола, конус установлен на втулке, а плашки установлены с возможностью взаимодействия с толкателем.

На фиг. 1 показан пакер электромеханический в транспортном исходном положении; на фиг. 2 в рабочем положении, когда посажен.

Пакер состоит из корпуса 1, в котором размещены электропривод 2, винтовая пара винт-3- и гайка 4, на которой расположены резиновые кольца 5, гайка 4 соединена через палец 6 и тягу 7 с толкателем 8. На наружной поверхности корпуса 1 смонтированный упорный фланец 8, уплотнительный резиновый элемент 10, ограниченный с нижней стороны фланцем 11, посаженным на подвижную втулку 12. На подвижной втулке смонтирован узел, состоящий из жестко закрепленного конуса 13 с направляющими пазами типа "ласточкин хвост", в которые соответствующим выступом подвижно посажены шлипсы 14.

На корпусе 1 и на подвижной втулке 12 предусмотрены отверстия 15 и 16 для перетока жидкости через внутреннюю полость пакера. Внутри корпуса 1 ниже отверстия 15 находится сопло 17, которое вместе с уплотнительными кольцами образуют клапан, перекрывающий переток жидкости через внутреннюю полость пакера. Пакер соединен кабель-канатом 18, служащим для подъема и спуска, а также для подачи электроэнергии на электропривод 2 с устья скважины. Концевые выключатели 19 и 20 расположены в корпусе 1 и служат для ограничения перемещения гайки 4 и подачи информации о крайних положениях гайки 4 на дневную поверхность через кабель-канат 18.

На нижней части гайки 4 образован паз (фиг. 2), где свободно перемещаются палец 6, ход перемещения составляет 30 мм. На верхней части гайки 4 выполнен выступ 22 (фиг. 1), взаимодействующий с концевыми выключателями 19 и 20.

Пакер электромеханический работает следующим образом.

Собранный пакер (фиг. 1) опускают в скважину на кабель-канате 18. Жидкость через отверстия 15 и 16 протекает из подпакерного пространства в надпакерное пространство, а при подъеме наоборот, тем самым, исключается образование поршневого эффекта при спуске и подъеме. После достижения необходимого интервала через кабель-канат 18 подается эл. энергия на электропривод 2, гайка 4 перемещается вверх и через палец 6, тягу 7 и поднимает толкатель 8 вверх, в свою очередь, толкатель 8 перемещает вверх шлипсы 14, расположенные на конической поверхности конуса 13, они выдвигаются и закрепляются на поверхности обсадной колонны и остаются неподвижными под действием привода 2. Тяга 7 начинает перемещать корпус 1 вниз, упорный фланец 9 давит через уплотнительный резиновый элемент 10 на фланец 11, жестко закрепленный на подвижной втулке 12, конус 13 перемещается вниз в пределах упругой деформации стенок обсадной колонны. Одновременно резиновый уплотнительный элемент 10 деформируется и перекрывает ствол скважины (фиг. 2). Уплотнительные кольца 5, расположенные на гайке 4, заходят в седло 17 и перекрывают сообщение надпакерного пространства с подпакерным пространством. Движение корпуса 1 вниз прекращается как только выступ 22 коснется концевого датчика 19, который отключает электропривод 2 (фиг. 2), что означает, что пакер посажен, ствол перекрыт.

С устья скважины создают испытательное давление в скважине согласно техническим условиям, в порядка 80-100 атм и сохраняют в течение 15-20 мин. Если в данный период давление в скважине не снижается обсадная колонна целая, нарушения нет, испытательное давление в скважине сбрасывается.

Срыв пакера производят следующим образом.

По кабель-канату 18 подуют сигнал на электропривод 2, гайка 4 относительно корпуса 1 перемещается вниз, уплотнительные кольца 5 выходят из седла 17, образуется зазор между седлом 17 и гайкой 4, тем самым, выбирается свободный ход гайки 4, равный 30 мм. Надпакерное пространство сообщается с подпакерным пространством, статическое давление выравнивается, т.е. снимается гидростатическое давление столба жидкости на пакер, без чего невозможно извлечь пакер.

Как только гайка 4 упрется о палец, корпус 1 начинает двигаться вверх, потому что шлипсы 10 пока заклинены между стенкой обсадной колонны и конусом 13.

По мере движения вверх корпуса 1 уплотнительный резиновый элемент 10 раздеформируется, т. е. принимает исходное положение. Корпус 1 упирается в буртик подвижной втулки 12 и перемещает ее вверх вместе с конусом 13. Конус 13 освобождает шлипсы 14, они принимают исходное положение фиг. 1.

Буртик 22 доходит до выключателя 20 и отключает привод 2. Сигнал от выключателей 19 и 20 идет по кабель-канату 18 на устье, загорается сигнальная лампочка, это дает возможность контролировать, в каком положении находится пакер, если сигнальная лампочка загорелась от выключателя 20, значит, пакер сорван, можно его поднимать вверх для последующей опрессовки верхней части обсадной колонны.

Если колонна где-то имеет нарушение и испытательное давление упало, для поиска места нарушения пакер поднимают на верхний интервал, подают эл. энергию на электропривод 2, пакер сажается на обсадную колонну. Создают испытательное давление в скважине, если снова давление упадет, то пакер срывают и поднимают на следующий интервал, перемещая вверх пакера, определяют место нарушения эксплуатационной колонны с точностью ± 0,5 метра.

Таким образом, данный пакер позволяет поинтервально испытывать эксплуатационную колонну на герметичность, не извлекая его на дневную поверхность.

В настоящее время разработаны рабочие чертежи пакера, изготовлен в металле заякоривающий узел. Были проведены стендовые испытания в институте "ТатНИПИнефтемаш". Результаты положительные, это подтверждает, что конструкция и принцип действия пакера работоспособны.

Формула изобретения

1. Электромеханический пакер на кабель-канате, состоящий из полого корпуса с радиальными каналами, установленного на корпусе уплотнительного элемента с верхним и нижним фланцами, установленного под уплотнительным элементом толкателя, конуса с размещенными на нем шлипсами, установленного в полости корпуса ствола, образующего с корпусом циркуляционный канал, сообщающийся через радиальные каналы корпуса пространства за ним, над и под уплотнительным элементом, и установленного с возможностью перекрытия циркуляционного канала после герметизации ствола скважины, и электропривода, установленного над уплотнительным элементом, связанного с корпусом и стволом, отличающийся тем, что он снабжен втулкой, телескопически связанной с корпусом и жестко с нижним фланцем, и тягой с пальцем, взаимодействующей с толкателем, при этом ствол имеет в нижней части окна, пальцы тяги размещены в окнах ствола, конус установлен на втулку, а плашки установлены с возможностью взаимодействия с толкателем.

2. Пакер по п. 1, отличающийся тем, что электропривод выполнен в виде электродвигателя с винтом, связанным резьбовым соединением со стволом, и размещенных на внутренней поверхности корпуса концевых выключателей, установленных с возможностью взаимодействия со стволом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2