Надувной гидравлический пакер

 

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для разобщения ствола скважины. Обеспечивает расширение функциональных возможностей путем обеспечения многократного перевода пакера из транспортного положения в рабочее и обратно при спуске в скважину без его извлечения. Пакер содержит корпус, закрепленный на нем уплотнительный элемент типа упругорасширяющегося рукава, соосно размещенный в корпусе полый ствол и основной поршень. Они образуют нагнетательную гидравлическую камеру. Между корпусом и стволом над основным поршнем установлен наружный поршень. Он образует с основным поршнем дополнительную полость. Эта полость через радиальные отверстия в стволе сообщается с внутритрубным пространством. Ствол имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса и уплотнительного элемента. На стволе имеется буртик для упора в основной поршень. На стволе концентрично установлена пружина, упирающаяся в корпус. Нагнетательная камера заполнена чистой гидравлической жидкостью при сборке пакера. Дополнительная полость заполнена рабочей смесью скважины. 1 з.п.ф., 1 ил.

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для разобщение ствола скважины.

Известен надувной гидравлический пакер, включающий ствол с основным каналом, связанный с колонной труб, уплотнительный элемент в виде упругорасширяющего рукава. На стволе имеются радиальные и продольные каналы для сообщения основного канала и внутренней полости уплотнительного элемента, а также подвижная дифференциальная втулка, срезные элементы и фиксаторы для фиксирования уплотнительного элемента в раздутом состоянии (А. с. N 1416666, кл.E 21 B 33/12, 1985).

Однако этот пакер не может многократно срабатывать - пакероваться и переводиться в транспортное положение (распакеровываться) в процессе одного спуска пакера в скважину, так как установленные на нем срезные элементы и фиксаторы обеспечивают лишь одноразовое пакерование без последующего перевода пакера из рабочего в транспортное положение.

Это является существенным недостатком известного пакера, ограничивающим его применение. Например, такой пакер не может быть использован при исследовании скважин и при испытаниях продуктивных горизонтов.

Известен также надувной гидравлический пакер, в котором отсутствует указанный недостаток. (Прототип - а. с. N 1756536, кл. E 21 B 33/12). Этот пакер состоит из корпуса и жестко связанных с ним патрубка и ствола, уплотнительного элемента в виде упругорасширяющегося рукава. В верхней части пакера имеется подвижный шлицевой шток с резьбой для соединения с колонной труб и поршнем, образующим с корпусом и патрубком нагнетательную камеру. В нижней части пакер снабжен полым цилиндром, установленным под уплотнительным элементом, и подвижным дополнительным поршнем. Полость под дополнительным поршнем связана с затрубным пространством радиальным каналом в корпусе.

В пакере для обеспечения пакерования и распакерования установлены нагнетательные и обратные клапаны для сообщения рабочей камеры уплотнительного элемента с нагнетательной камерой и кольцевой полостью под дополнительным поршнем.

Этот пакер позволяет неограниченное количество раз пакероваться и распакеровываться путем создания или снятия осевой нагрузки за счет массы труб, на которых опускается пакер.

Однако для перевода пакера в рабочее положение (пакерование) необходима обязательная установка хвостовой опоры на забой. Это является существенным недостатком, ограничивающим применение известного пакера, так как он не может переводиться в рабочее положение на другой необходимой глубине скважины, например при исследовании скважины и при испытании продуктивных горизонтов.

Целью изобретения является обеспечение многократного перевода пакера из транспортного положения и обратно в процессе одного спуска на любой глубине скважины, при этом пакерование должно производиться за счет создания избыточного гидравлического давления внутри спускаемых труб, а распакерование - за счет подъема труб. Поставленная цель достигается тем, что в известном гидравлическом пакере, включающем корпус, закрепленный на нем уплотнительный элемент типа упругорасширяющагося рукава, соосно размещенный в нем полый ствол, основной поршень, совместно образующие нагнетательную гидравлическую камеру, между корпусом и стволом над основным поршнем установлен дополнительный поршень, образующий с основным поршнем дополнительную полость, которая через радиальные отверстия в стволе сообщается с внутритрубным пространством, ствол имеет возможность осевого перемещения относительного элемента, а на стволе имеется буртик для упора в основной поршень и пружина, установленная концентрично стволу и упирающаяся в корпусе, при этом нагнетательная камера заполнена чистой гидравлической жидкостью при сборке пакера, а дополнительная полость заполняется рабочей смесью скважины при опускании пакера.

На свободном конце корпуса установлена гайка-ограничитель, а на наружном поршне имеется буртик, которым он упирается в гайку- ограничитель в процессе пакерования (при переводе из транспортного положения в рабочее).

Сущность предлагаемого изобретения представлена на чертеже, где на правой половине изображен пакер в транспортном положении, а на левой половине - в рабочем положении.

Надувной гидравлический пакер состоит из корпуса 1, образованного из наружной гильзы 2 и втулки 3, уплотнительного элемента 4 в виде рукава, закрепленного на втулке 3. Втулка имеет радиальные окна 5 для подачи рабочей жидкости во внутреннюю полость 6 уплотнительного элемента, а также уплотнительное резиновое кольцо 7.

Внутри корпуса 1 соосно расположен полый ствол 8. Снаружи ствола, но внутри корпуса, концентрично размещены два поршня - основной 9 и наружный 10.

Камера 11, образованная основным поршнем, корпусом и стволом, является нагнетательной.

Полость 12, заключенная между двумя поршнями 9 и 10, является дополнительной, которая сообщается с внутритрубным пространством посредством радиальных отверстий 13 в стволе.

Нагнетательная камера 11 заполнена чистой гидравлической жидкостью при сборке пакера, а дополнительная полость 12 заполняется рабочей смесью скважины при спуске пакера.

На стволе 8 имеется два буртика: в буртик 14 снизу упирается корпус, буртик 15 предназначен для упора ствола в основной поршень 9.

На обоих конусах ствола установлены стопорные элементы 16 и 17, например в виде гаек. Стопорный элемент 16 предназначен для ограничения перемещения наружного поршня 10 вверх, нижний элемент 17 - для поджатия пружины 18 на определенное усилие. Пружина 18 посредством центрующих шайб 19 и 20 концентрично размещена на стволе и упирается во втулку 3.

Как видно из чертежа, в статическом состоянии пакера корпус 1 совместно с уплотнительным элементом 4 зафиксирован на стволе 8 между его буртиком 14 и пружиной 18. При преодолении усилия пружины возможно одностороннее движение ствола относительно корпуса.

В примере конкретного исполнения усилие пружины изменяется от 80 до 150 кгс.

Под действием внутреннего давления корпус 1 с уплотнительным элементом 4 стремится сжать пружину 18 и опуститься вниз по стволу 8. Однако находящийся под этим же давлением наружный поршень 10 своим буртиком 22 упирается в гайку-ограничитель 21 и препятствует этому перемещению.

После кратковременной выдержки в течение 5 ... 10 с избыточное давление в стволе снимается, но пакер остается в рабочем (раздутом) состоянии под гидростатическим давлением. Это происходит из-за дифференциальности площадей, на которые действует гидравлическое давление изнутри и снаружи уплотнительного элемента 4.

Площадь уплотнительного элемента со стороны полости 6 во много раз больше конусообразной площади уплотнительного элемента со стороны межтрубного и затрубного пространства.

В процессе эксплуатации скважины при повышении избыточного давления внутри ствола или в межтрубном пространстве оно воздействует на основной поршень 9 непосредственно или через наружный поршень 10 и через них и через рабочую жидкость в камере 11 и полости 6 избыточное давление передается на уплотнительный элемент 4 изнутри. Вследствие этого уплотнительный элемент более плотно прижимается к обсадной трубе, повышается герметизация, а также пропорционально повышается усилие сопротивления сдвигу пакера под действием избыточного давления.

Для перевода пакера из рабочего в транспортное состояние избыточное давление внутри трубы и межтрубном пространстве снимается, при создании подъемного усилия на колонне внутренних труб ствол 8, сжимая пружину 18, перемещается вверх. При этом его буртик 15, выбрав зазор до основного поршня 9, начинает поднимать этот поршень. Вследствие чего увеличивается суммарный объем камеры 11 и полости 6, а давление в них уменьшается. Под действием гидростатического давления в межтрубном пространстве уплотнительный элемент 4 уменьшается в объеме до исходных (транспортных) размеров. При подъеме ствола в начальный момент распакеровки уплотнительный элемент прижат к обсадной трубе и вместе с корпусом 1 неподвижен до момента уменьшения объема и потери контакта уплотнительного элемента с обсадной трубой.

В примере конкретного исполнения пакера усилие распакерования равно массе труб, опущенных в скважину, на которых висит пакер, плюс усилие пружины 18 - (90...150) кгс, а высота подъема труб при этом - (50...80) мм.

Использование предложенного изобретения в сравнении с известными позволяет повысить надежность уплотнительного элемента и пакера в целом, обеспечить на любой глубине скважины многократный перевод пакера из транспортного положения в рабочее за счет создания избыточного давления внутри спускаемых труб и обратно из рабочего в транспортное положение за счет подъема труб в процессе одного спуска пакера в скважину.

Формула изобретения

1. Надувной гидравлический пакер, содержащий корпус, закрепленный на нем уплотнительный элемент типа упругорасширяющегося рукава, соосно размещенный в корпусе полый ствол и основной поршень, совместно образующие нагнетательную гидравлическую камеру, отличающийся тем, что между корпусом и стволом над основным поршнем установлен наружный поршень, образующий с основным поршнем дополнительную полость, которая через радиальные отверстия в стволе сообщается с внутритрубным пространством, ствол имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса и уплотнительного элемента, на стволе имеется буртик для упора в основной поршень и на стволе также концентрично установлена пружина, упирающаяся в корпус, при этом нагнетательная камера заполнена чистой гидравлической жидкостью при сборке пакера, а дополнительная полость заполнена рабочей смесью скважины.

2. Надувной гидравлический пакер по п.1, отличающийся тем, что корпус на свободном конце имеет гайку-ограничитель, а наружный поршень оснащен буртиком для упора в гайку-ограничитель.

РИСУНКИ

Рисунок 1