Пакер

 

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности, а именно в пакерах, совмещенных с якорем многократного действия. Обеспечивает повышение надежности и облегчение технологии изготовления пакера. Сущность изобретения: пакер содержит шток с пазом. На штоке установлены уплотнительный элемент,верхние и нижние заякоривающие узлы и конусы с внутренним выступом. Они размещены соответственно над и под уплотнительным элементом. В нижнем заякоривающем узле установлен фиксатор и переводник. На верхнем конце штока закреплен переводник. Часть штока выполнена с верхним и нижним выступами и размещена внутри верхнего конуса. Он выполнен с дополнительным внутренним выступом. Выступ находится во взаимодействии с нижним выступом штока. Между верхним выступом штока и дополнительным выступом верхнего конуса размещена пружина. Расстояние между нижним выступом штока и дополнительным выступом верхнего конуса составляет не менее расстояния перемещения верхнего конуса до зацепления плашек верхнего заякоривающего узла со стенкой скважины. При этом это расстояние не более расстояния от верхнего торца корпуса верхнего заякоривающего узла до нижнего торца переводника. 3 ил.

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к пакеру, совмещенному с якорем многократного действия, воспринимающему усилие от перепада давлений, направленного как вниз,так и вверх.

Известен пакер типа ПН-ЯМ, состоящий из уплотнительного, заякоривающего и фиксирующего устройств [1] Для посадки пакера колонну труб вместе с пакером сначала приподнимают, а затем поворотом вправо с одновременным спуском выводят палец из фигурного паза. Шток с пальцем перемещаются вниз относительно якорного узла. В результате плашки раздвигаются до зацепления с обсадной колонной. При дальнейшем опускании штока пакера уплотнительный элемент сжимается и прижимается к стенке обсадной колонны.

В предложенном устройстве герметичность затрубного пространства обеспечивается только за счет осевой сжимающей нагрузки от массы колонны подъемных труб.

Однако при использовании этого устройства, если при создании избыточного давления под пакером вес труб недостаточен для удержания пакера, колонна труб с пакером будет перемещаться вверх на значительное расстояние (до нескольких метров), что приведет к чрезмерному изгибу колонны труб над пакером, а устьевое оборудование будет воспринимать большую сжимающую нагрузку, направленную снизу вверх.

При использовании этого пакера для предотвращения перемещения колонны со скважинным оборудованием вверх может быть использован якорь гидравлический типа ЯГ1 [2] Якорь устанавливают над пакером.

После пакеровки скважины и создания избыточного давления внутри колонны круглые плашки перемещаются в радиальном направлении и зацепляются за стенки обсадной колонны. В результате обеспечивается удержание колонны труб с пакером от вертикального перемещения вверх.

Предложенный пакер ПН-ЯМ совместно с гидравлическим якорем ЯГ1 может быть использован в скважинных условиях многократно.

Однако в процессе закачки в трубы различных реагентов плашки гидравлического якоря, передвигаясь в корпусе в радиальном направлении, открывают доступ к попаданию во внутрь каждого гнезда абразивных реагентов, например песка или кислоты. Поэтому внутренние части каждого гнезда, имеющие точно обработанную поверхность под герметичное уплотнение, оказываются под воздействием сильной струи закачиваемого реагента. В результате этого поверхности гнезд быстро изнашиваются, что приводит к нарушению герметичности уплотнения плашек. Поэтому это оборудование не может быть использовано для длительной эксплуатации. Кроме того, изготовление корпуса и плашек гидравлического якоря с точно обработанными поверхностями под уплотнительные кольца технологически затруднительно.

Далее при использовании пакера типа ПН-ЯМ для удержания колонны с пакером от перемещения вверх может быть использован также якорь типа ЯГ [3] Якорь состоит из заякоривающего устройства и гидроцилиндра. Якорь устанавливают над пакером. При создании избыточного давления внутри колонны труб жидкость воздействует на поршень и после среза винтов перемещает плашки с плашкодержателем вверх. Плашки, натягиваясь на конус, раздвигаются радиально и заякориваются за эксплуатационную колонну.

Однако гидроцилиндр с точно обработанными поверхностями под уплотнительные кольца может подвергаться коррозии и выходить из строя. Поэтому этот якорь не может быть использован для длительной эксплуатации. Кроме того, конструктивно удерживающее усилие этого якоря зависит не только от величины создаваемого внутритрубного давления, но и от площади поперечного сечения гидроцилиндра, которая имеет небольшую площадь. Якорь рассчитан на небольшой перепад давления (21 МПа) и не обеспечивает удержание колонны труб от перемещения вверх при гидравлическом разрыве пласта с большими перепадами давления (40-100 МПа).

По вышеуказанным причинам практическое применение предложенного оборудования ограничено.

Цель изобретения повышение надежности работы в скважине и облегчение технологии изготовления пакера.

Достигается это тем, что в пакере,содержащем шток с пазом, установленные на штоке уплотнительный элемент, верхний и нижний заякоривающие узлы, конусы с внутренним выступом, размещенные соответственно над и под уплотнительным элементом, фиксатор, установленный в нижнем заякоривающем узле, и переводник, закрепленный на верхнем конце штока, часть штока выполнена с верхним и нижним выступами и размещена внутри верхнего конуса, который выполнен с дополнительным внутренним выступом, находящимся во взаимодействии с нижним выступом штока,и прижата пружиной, размещенной между верхним выступом штока и дополнительным выступом верхнего конуса, при этом расстояние между нижним выступом штока и дополнительным выступом верхнего конуса составляет не менее расстояния перемещения верхнего конуса до зацепления плашек верхнего заякоривающего узла со стенкой скважины и не более расстояния от верхнего торца корпуса верхнего заякоривающего узла до нижнего торца переводника (т.е. H₃≥H₁≥H₂).

Существенным отличием заявленного решения от известных является то, что часть штока выполнена с верхним и нижним выступами и размещена внутри верхнего конуса, который выполнен с дополнительным внутренним выступом, находящимся во взаимодействии с нижним выступом штока и прижата пружиной, размещенной между верхним выступом штока и дополнительным выступом верхнего конуса, при этом расстояние между нижним выступом штока и дополнительным выступом верхнего конуса составляет не менее расстояния перемещения верхнего конуса до зацепления плашек верхнего заякоривающего узла со стенкой скважины и не более расстояния от верхнего торца корпуса верхнего заякоривающего узла до нижнего торца переводника.

На фиг. 1 изображен пакер в исходном положении; на фиг.2 то же,после пакеровки скважины и зацепления плашек нижнего заякоривающего узла со стенкой скважины; на фиг. 3 -то же,после пакеровки скважины и зацепления плашек верхнего заякоривающего узла со стенкой скважины.

Пакер включает жестко соединенные друг с другом штоки 1 и 2, установленный на штоке уплотнительный элемент 3. Над и под уплотнительным элементом установлены верхний 4 и нижний конус 5 соответственно с внутренним выступами 6 и 7. Над и под уплотнительным элементом размещены также верхний 8 и нижний 9 заякоривающие узлы с возможностью свободного осевого перемещения относительно штоков.

В корпусах 10 и 11 якорных узлов размещены центраторы 12, прижатые в радиальном направлении к корпусам с помощью пружин 13. В нижней части корпуса 10 и верхней части корпуса 11 якорных узлов установлены прижатые во внутрь с помощью пружины 14 плашки 15. К верхнему концу штока 1 навернут переводник 16.

Часть штока 1 выполнена с верхним 17 и нижним 18 выступами и размещена внутри верхнего конуса 4, который выполнен с дополнительным внутренним выступом 19, находящимся во взаимодействии с нижним выступом 18 штока 1 и прижата пружиной 20, размещенной между верхним выступом 17 штока 1 и дополнительным выступом 19 верхнего конуса 4, при этом расстояние (H₁) между нижним выступом 18 штока 1 и дополнительным выступом 19 верхнего конуса 4 составляет не менее расстояния перемещения (H₂) верхнего конуса 4 до зацепления плашек 15 верхнего заякоривающего узла 8 со стенкой скважины и не более расстояния (H₃) от верхнего торца корпуса 10 верхнего заякоривающего узла до нижнего торца переводника 16 (т.е. H₃≥H₁≥H₂).

В корпусе 11 нижнего заякоривающего узла установлен фиксатор 21, концевая часть которого находится в пазе 22 штока 2.

Перед спуском пакера в скважину фиксатор 21 устанавливают в укороченной части паза 22, как показано на фиг.1.

В процессе спуска пакера в скважину центраторы 12 заякоривающих узлов прижаты к стенкам скважины (обсадной колонны), плашки 15 сложены во внутрь и их перемещение в радиальном направлении исключается.

Пакер работает следующим образом.

Для установки пакера в скважине колонну труб с пакером приподнимают, а затем поворотом вправо с одновременным перемещением труб вниз фиксатор 21 вводят в длинную часть паза 22 и инструмент разгружают. Штока 1 и 2 перемещаются вниз относительно заякоривающих узлов 8 и 9. В результате нижний конус 5 соприкасается с плашками 15 нижнего заякоривающего узла 9 и,сжимая пружину 14, переместит их в радиальном направлении до зацепления со стенками скважины. При разгрузке инструмента нижний выступ 18 штока 1 перемещается вниз до упора с дополнительным выступом 19 верхнего конуса 4 на расстояние H₁, пружина 20 сжимается. Уплотнительный элемент 3 под действием сжимающей нагрузки, увеличиваясь до диаметра скважины, герметизирует подпакерную зону, как показано на фиг.2. При пакеровке скважины корпус 10 верхнего заякоривающего узла упирается в нижний торец переводника 16.

После создания избыточного давления под пакером, например для гидравлического разрыва пласта или закачки в пласт различных реагентов под высоким давлением, когда вес колонны труб над пакером недостаточен для удержания колонны труб от перемещения вверх, под действием давления, передаваемого снизу вверх по площади скважины (обсадной колонны), штоки 1 и 2 вместе с уплотнительным элементом 3 перемещаются вверх на расстояние (H₂) (практически это расстояние исчисляется в пределах 20-40 мм). В результате верхний конус 4 своим коническим выступом 6 воздействует на плашки 15 и,сжимая пружину 14, перемещает их в радиальном направлении до зацепления со стенкой скважины, как показано на фиг.3. С этого момента дальнейшее усилие на пакер, направленное снизу вверх, воспринимается только стенкой скважины (обсадной колонны). При этом исключается изгиб колонны труб над пакером и возможность передачи сжимающей нагрузки на устьевое оборудование.

Для перевода пакера в транспортное положение избыточное давление из подпакерного пространства снимают. В результате под действием сжимающей нагрузки штоки 1 и 2 с верхним конусом 4 и уплотнительным элементом 3 перемещаются вниз до упора с нижним конусом 5 на расстояние (H₂). Плашки 15 верхнего заякоривающего узла под действием пружины 14 возвращаются в исходное положение, как показано на фиг.2.

Затем натяжением колонны труб снимают сжимающую нагрузку с пакера. При этом штоки 1 и 2 приподнимаются вверх относительно заякоривающих узлов на расстояние H₃. Плашки 15 нижнего заякоривающего узла складываются во внутрь. Уплотнительный элемент 3 принимает первоначальное положение, фиксатор 21 возвращается в укороченную часть паза 22, а верхний конус 4 перемещается вниз до упора с верхним выступом 17 штока 1, как показано на фиг.1.

При необходимости повторной установки пакера в скважине операция повторяется в вышеуказанной последовательности.

Экономический эффект от применения предложенного пакера достигается за счет повышения надежности работы в скважине, а также облегчения технологии изготовления пакера.

Формула изобретения

Пакер, содержащий шток с пазом, установленные на штоке уплотнительный элемент, верхние и нижние заякоривающие узлы, конусы с внутренним выступом, размещенные соответственно над и под уплотнительным элементом, фиксатор, установленный в нижнем заякоривающем узле, и переводник, закрепленный на верхнем конце штока, отличающийся тем, что часть штока выполнена с верхним и нижним выступами и размещена внутри верхнего конуса, который выполнен с дополнительным внутренним выступом, находящимся во взаимодействии с нижним выступом штока, и прижата пружиной, размещенной между верхним выступом штока и дополнительным выступом верхнего конуса, при этом расстояние между нижним выступом штока и дополнительным выступом верхнего конуса составляет не менее расстояния перемещения верхнего конуса до зацепления плашек верхнего заякоривающего узла со стенкой скважины и не более расстояния от верхнего торца корпуса верхнего заякоривающего узла до нижнего торца переводника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3