Система для опрессовки эксплуатационных колонн

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефтяных, газовых и водяных скважин, проведении технологических операций для ремонта эксплуатационных колонн, разобщения пластов скважин. Система для опрессовки эксплуатационных колонн нефтяных, водяных и газовых скважин состоит из спускоподъемного устройства, энергопитающего устройства с приводом вращения и пакера, соединенного с последним через стыковочный узел, где пакер содержит вал с левой и правой наружной резьбой, верхнюю и нижнюю резьбовые втулки с наружными наклонными поверхностями, размещенные на валу и обращенные наклонными поверхностями друг к другу, эластичную манжету с внутренней полостью, расположенную соосно на валу между резьбовыми втулками. Система также включает механическую сцепную муфту, привод вращения выполнен реверсивным, снабжен выходным валом с внутренними шлицами со стороны его торца и фланцем. Сцепная муфта состоит из верхней и нижней полумуфт, размещенных между фланцем привода и верхней резьбовой втулкой пакера. Последний дополнительно содержит подпружиненные шлипсы, расположенные между нижней полумуфтой и верхней резьбовой втулкой, и перепускной клапан, установленный в его нижней части для сообщения надпакерного и подпакерного пространств. Вал пакера выполнен сплошным или составным из верхней оси и нижней втулочной части, жестко скрепленных между собой. Ось со стороны верхнего конца имеет многогранник, который сопряжен со шлицами вала привода, и снабжена дополнительной резьбой, размещенной между многогранником и резьбой под крепление верхней резьбовой втулки. Направление вращения этих резьб противоположное, верхняя резьбовая втулка, со стороны обращенной к приводу, выполнена ступенчатой и снабжена наружной резьбой на каждой ступени, верхняя полумуфта имеет втулочную часть с внутренней резьбой на нижнем конце, сопрягаемой с дополнительной резьбой оси, фланец на верхнем конце, посредством которого она неподвижно скреплена с фланцем привода, и закрепленный на фланце кольцевой упор. Нижняя полумуфта имеет в нижней части внутреннюю резьбу, посредством которой она неподвижно скреплена с верхней резьбовой втулкой, и обращенные в сторону последней наружные наклонные продольные направляющие гнезда и состыкована с верхней полумуфтой пазово-штыревым соединением, шлипсы выполнены в форме клиньев с профильными направляющими выступами с одной стороны, посредством которых они подвижно установлены в гнездах нижней полумуфты. С другой имеют выпуклую поверхность с рифлениями, пружина фиксации шлипсов размещена соосно на верхней резьбовой втулке и снабжена регулируемой упорной шайбой, закрепленной подвижно на резьбе промежуточной ступени последней, нижний конец втулочной части вала снабжен снаружи упором для нижней резьбовой втулки, перепускной клапан размещен на конструктивных элементах нижней резьбовой втулки и нижнего торца втулочной части вала. Повышается надежность работы системы. 9 з.п.ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефтяных, газовых и водяных скважин, проведении технологических операций для ремонта эксплуатационных колонн, разобщения пластов скважин.

Известна система для опрессовки скважин, содержащая спускоподъемное устройство и пакер [1]. В этой системе у пакера эластичный элемент и втулка с буртом образует со стволом кольцевую полость. Концентрично со стволом установлен пружинный элемент, имеющий внутренний выступ. Между втулкой и эластичным элементом имеются шлипсы с конусом, нижний конец втулки имеет кольцевое дно с внутренней комической поверхностью, пружинный элемент установлен с возможностью осевого перемещения. В процессе подъема в результате трения о стенки скважины шлипсы наползают на конус и фиксируют втулку. Эластичный элемент под действием усилия продольной деформации расширяется и герметизирует колонну скважины. Недостатком описанной системы является невозможность многократной переустановки пакера в заданном интервале глубин без полного подъема из скважины после каждого срабатывания.

Известна система для опрессовки скважин, содержащая спускоподъемное устройство и пакер [2]. В этой системе пакер состоит из эластичного элемента, управляющего прибора на кабеле, электродвигателя, жестко связанного с корпусом, и винтовой пары. Электродвигатель жестко соединен с корпусом и не позволяет отсоединить блок управления и оставить пакер в скважине. Недостатком этой системы является невозможность установки и удаления нескольких пакеров на разных глубинах одним спускоподъемным устройством.

Наиболее близким аналогом того же назначения, как и заявляемое техническое решение, является система для опрессовки нефтяных и газовых скважин, состоящая из спускоподъемного устройства, энергопитающего устройства с приводом вращения и пакера [3]. Здесь пакер соединен с приводом через стыковочный узел и содержит вал с левой и правой резьбой, верхнюю и нижнюю резьбовые втулки с наружной наклонной поверхностью, размещенные на валу и обращенные наклонными поверхностями друг к другу, манжету с внутренней полостью, расположенную соосно валу между резьбовыми втулками.

Недостатком описанной системы является:

- возможность использования пакера только после извлечения его на поверхность дополнительным подъемным устройством и дополнительной его переналадкой;

- возможность смещения пакера после установки под давлением среды вверх или вниз с потерей герметизации из-за фиксации его на эксплуатационной колонне только эластичным элементом.

В основу изобретения положено решение задач:

- возможность многократного использования одной системы с одним и тем же пакером;

- возможность многократной перестановки системы с одним и тем же пакером в заданном интервале глубин без полного подъема системы из эксплуатационной колонны;

- возможность последовательной установки и удаления нескольких пакеров на разных глубинах одним спускоподъемным устройством и сопряженным с последним одним энергопитающим устройством с приводом;

- повышение надежности осевой фиксации пакера в эксплуатационной колонне после его установки.

Поставленные задачи решаются тем, что система для опрессовки эксплуатационных колонн нефтяных, водяных и газовых скважин состоит из спускоподъемного устройства, энергопитающего устройства с приводом вращения и пакера, соединенного с приводом через стыковочный узел. Пакер содержит вал с левой и правой резьбой, верхние и нижние резьбовые втулки с наружными наклонными поверхностями, размещенные на валу и обращенные наклонными поверхностями друг к другу, эластичную манжету с внутренней полостью, расположенную соосно на валу между резьбовыми втулками.

Согласно изобретению система включает в себя механическую сцепную муфту, а привод вращения выполнен реверсивным, снабжен выходным валом с внутренними шлицами со стороны его торца и фланцем. Сцепная муфта состоит из верхней и нижней полумуфт, размещенных между фланцем привода и верхней резьбовой втулкой пакера. Пакер дополнительно содержит подпружиненные шлипсы, расположенные между нижней полумуфтой и верхней резьбовой втулкой, и перепускной клапан, установленный в нижней его части для сообщения надпакерного и подпакерного пространств. Вал пакера выполнен составным из верхней оси и нижней втулочной части, жестко скрепленных между собой. Ось со стороны верхнего конца имеет многогранник, который сопряжен со шлицами вала привода, и снабжена дополнительной резьбой, размещенной между многогранником и резьбой под крепление верхней резьбовой втулки, причем направление вращения этих резьб противоположное. Верхняя резьбовая втулка со стороны, обращенной к приводу, выполнена ступенчатой и снабжена наружной резьбой на каждой ступени. Верхняя полумуфта имеет втулочную часть с внутренней резьбой на нижнем конце, сопрягаемой с дополнительной резьбой оси, и фланец на верхнем конце, посредством которого она неподвижно скреплена с фланцем привода, а также закрепленный на фланце полумуфты кольцевой упор. Нижняя полумуфта имеет в нижней части внутреннюю резьбу, посредством которой она неподвижно скреплена с верхней резьбовой втулкой и обращенные в сторону последней наружные наклонные продольные направляющие гнезда, и состыкована с верхней полумуфтой пазово-штыревым соединением. Шлипсы выполнены в форме клиньев с профильными направляющими выступами с одной стороны, посредством которых они подвижно установлены в гнездах нижней полумуфты, а с другой имеют выпуклую поверхность с рифлениями. Пружина для упругой осевой фиксации шлипсов размещена соосно на верхней резьбовой втулке и снабжена регулируемой упорной шайбой, закрепленной подвижно на резьбе промежуточной ступени последней. Нижний конец втулочной части вала снабжен снаружи упором для нижней резьбовой втулки, а перепускной клапан размещен на конструктивных элементах нижней резьбовой втулки и нижнего торца втулочной части вала.

Выполнение привода реверсивным и его соединение с пакером через механическую сцепную муфту, состоящую из верхней и нижней полумуфт, и дополнительную резьбу на оси вала пакера позволяет многократно состыковывать и расстыковывать пакер с эксплуатационной колонной.

Расположение шлипсов между нижней полумуфтой и верхней резьбовой втулкой и создание на них тарированного осевого усилия пружиной посредством регулируемого по длине упора позволяет надежно устанавливать пакер в эксплуатационной колонне.

Выполнение вала пакера составным позволяет упростить технологию его изготовления.

Наличие на пакере перепускного клапана обеспечивает гарантированное сообщение надпакерного и подпакерного пространств в процессе его перемещения в колонне, с целью исключения насосных ходов, и надежное перекрытие этого сообщения в конце операции установки пакера на колонне, а также выравнивания давления для снятия пакера.

Соединение вала привода с валом пакера через шлицы и многогранник позволяет облегчить и обеспечить их взаимную угловую центрацию с малым углом поворота при стыковке.

Выполнение дополнительной резьбы на валу пакера с противоположным направлением вращения относительно резьбы верхней резьбовой втулки позволяет через сцепную муфту устанавливать пакер в эксплуатационной колонне и отсоединять привод от пакера, а также проводить обратную операцию по соединению привода с пакером и расстыковке пакера с колонной.

Крепление верхней полумуфты через фланцы к корпусу привода, а нижней полумуфты посредством резьбы к верхней резьбовой втулке и стыковка полумуфт между собой пазово-штыревым соединением также обеспечивает осевое соединение и рассоединение привода с пакером. Выполнение многогранника вала пакера из двух равногранных частей, сопряженных между собой, - рабочей части в виде призмы и заходной части в виде усеченной пирамиды, позволяет обеспечить радиальную центрацию вала привода и вала пакера между собой при их стыковке.

Пазово-штыревое соединение полумуфт между собой, состоящее из продольных глухих пазов, выполненных на внутренней поверхности нижней полумуфты, и сквозных радиальных отверстий в конце них, а также из радиальных винтов, установленных в нижней части верхней полумуфты с выступом во внутреннюю полость нижней полумуфты, которые размещены в пазах последней позволяет при вращении вала предотвратить угловой разворот полумуфт между собой и обеспечить осевое перемещение резьбовых втулок для создания или снятия осевого натяга с эластичной манжеты.

Выполнение профилей направляющих гнезд в нижней полумуфте и направляющих выступов шлипсов типа "ласточкин хвост" определяет их точное взаимное расположение в процессе фиксации пакера на колонне.

Дополнительное пазово-штыревое соединение шлипсов и нижней полумуфты, в котором каждое гнездо полумуфты на донной части имеет продольный паз ограниченной длины, а каждый шлипс снабжен резьбовым стопором, установленным с выступом над направляющей и размещенным в пазу гнезда, позволяет фиксировать шлипс от выпадения из гнезда в процессе сборки пакера.

Связь оси и втулочной части вала через промежуточную втулку посредством шпоночных соединений и опорных шайб, закрепленных на нижнем торце оси и верхнем торце втулочной части вала или через конусно-шпоночное соединение, позволяет жестко скрепить их между собой с большой степенью надежности.

Выполнение в промежуточной втулке сквозных продольных отверстий обеспечивает сообщение надпакерного и подпакерного пространств между собой через внутреннюю полость пакера.

Изготовление вала пакера сплошным или разъемным определяется наличием необходимого оборудования на конкретном предприятии-изготовителе этого вала.

Размещение перепускного клапана на конструктивных элементах нижней резьбовой втулки и нижнего торца втулочной части вала, где низ втулочной части вала снабжен торцевой заглушкой с осевым отверстием, а нижняя резьбовая втулка со стороны, противоположной наружной наклонной поверхности, имеет стакан со сквозными отверстиями в стенках, в котором на дне внутри по оси закреплен шток с уплотнительными элементами на свободном конце, размещенными в отверстии торцевой заглушки позволяет освободить верхний конец пакера для размещения стыковочного узла между последним и приводом, что обеспечивает их многократную стыковку и расстыковку. Размещение перепускного клапана в нижней части пакера позволяет также освободить его внутреннюю полость для рациональной компоновки остальных конструктивных элементов.

Выполнение шага дополнительной резьбы оси с превышением шага резьбы под крепление резьбовых втулок облегчает многократную осевую стыковку привода и пакера между собой. Таким образом, решены поставленные в изобретении задачи:

- возможность многократного использования для проверки герметичности эксплуатационных колонн одним и тем же пакером;

- возможность осуществления многократной поинтервальной переустановки системы с одним и тем же пакером в заданном интервале глубин без полного подъема системы из эксплуатационной колонны;

- возможность последовательной установки и удаления нескольких пакеров на разных глубинах одним спускоподъемным устройством и одним энергопитающим устройством с приводом.

Настоящее изобретение будет более понятно после рассмотрения последующего подробного описания выполнения системы для опрессовки эксплуатационных колонн нефтяных, водяных и газовых скважин со ссылкой на прилагаемые чертежи, где

на фиг.1 и 2 изображены верхняя и нижняя части единой фигуры - предлагаемой системы в транспортном положении;

на фиг.3 и 4 - верхняя и нижняя части единой фигуры - предлагаемой системы в процессе установки или снятия ее в колонне;

на фиг.5 и 6 - верхняя и нижняя части единой фигуры - предлагаемой системы после установки ее в колонне;

на фиг.7 - пакер предлагаемой системы после установки его в колонне и отстыковки от него привода;

на фиг.8 - сечение А-А фиг.7;

на фиг.9 - сечение Б-Б фиг.7;

на фиг.10 - вариант конусно-шпоночного соединения оси и втулочной части вала пакера между собой.

Система для опрессовки эксплуатационных колонн, представленная на фиг.1-10 состоит из спускоподъемного и энергопитающего устройств с реверсивным приводом вращения сопряженных между собой (на чертежах не показаны) и пакера, соединенного с приводом через стыковочный узел.

Пакер содержит вал с левой и правой наружной резьбами, верхнюю 1 и нижнюю 2 резьбовые втулки с наружными наклонными поверхностями 3 и 4, размещенные на валу и обращенные наклонными поверхностями 3 и 4 друг к другу, эластичную манжету 5 с внутренней полостью, расположенную соосно валу между резьбовыми втулками. Причем резьбовые втулки 1 и 2 установлены с предварительным осевым натягом по наклонным поверхностям 3 и 4 относительно манжеты 5. Привод вращения снабжен выходным валом 6 с внутренними шлицами со стороны его торца и фланцем 7. Пакер также содержит механическую сцепную муфту, состоящую из верхней 8 и нижней 9 полумуфт, размещенных между фланцем 7 привода и верхней резьбовой втулкой 1. Пакер дополнительно содержит шлипсы, поджатые пружиной 10, расположенные между нижней полумуфтой 9 и верхней резьбовой втулкой 1 и перепускной клапан, установленный в его нижней части для сообщения надпакерного и подпакерного пространств. Вал пакера выполнен составным из верхней оси 11 и нижней втулочной части 12, жестко скрепленных между собой. Ось 11 со стороны верхнего конца имеет многогранник, который сопряжен со шлицами вала 6 привода, и снабжена дополнительной резьбой 13, размещенной между многогранником и резьбой под крепление верхней резьбовой втулки 1, причем направление вращения этих резьб противоположное. Верхняя резьбовая втулка 1 со стороны, обращенной к приводу, выполнена ступенчатой из двух ступеней и снабжена наружной резьбой на каждой ступени. Верхняя полумуфта 8 имеет втулочную часть, обращенную вниз, с внутренней резьбой на нижнем конце, сопрягаемую с дополнительной резьбой 13 оси 11, фланец 14, на верхнем конце посредством которого она неподвижно скреплена с фланцем 7 привода, и закрепленный на фланце 14 кольцевой упор 15. Нижняя полумуфта 9 имеет в нижней части внутреннюю резьбу, посредством которой она неподвижно скреплена с верхней резьбовой втулкой 1, и обращенные в сторону последней наружные наклонные продольные направляющие гнезда и состыкована с верхней полумуфтой 8 пазово-штыревым соединением. Шлипсы выполнены в форме клиньев 16 с профильными направляющими выступами со стороны, обращенной к гнездам нижней полумуфты 9, посредством которых они подвижно установлены в последних и имеют с противоположной стороны выпуклую поверхность 17 с рифлениями. Пружина 10 фиксации шлипсов 16 размещена соосно на верхней резьбовой втулке 1 и снабжена регулируемой упорной шайбой 18, закрепленной подвижно на резьбе промежуточной ступени последней. Нижняя втулочная часть 12 вала пакера снабжена снаружи упором 19 для нижней резьбовой втулки 2. Перепускной клапан размещен на конструктивных элементах нижней резьбовой втулки 2 и нижнего торца втулочной части 12 вала. Многогранник оси 11 вала пакера выполнен из двух равногранных частей, сопряженных между собой - рабочей части 20 - в виде призмы и заходной части 21 - в виде усеченной пирамиды, обращенной верхней частью к валу привода 6. Это улучшает центровку вала пакера относительно вала привода при их стыковке между собой. Пазово-штыревое соединение полмуфт 8 и 9 состоит из продольных глухих пазов 22, выполненных на внутренней поверхности нижней полумуфты 9 и сквозных радиальных отверстий 23 в глухом конце их, а также радиальных винтов 24, установленных в нижней части верхней полумуфты 8 с выступом во внутреннюю полость нижней полумуфты 9, которые размещены в пазах 22 последней. Профили направляющих гнезд в нижней полумуфте 9 и направляющих выступов шлипсов 16 выполнены типа "ласточкин хвост". Шлипсы 16 и нижняя полумуфта 9 имеют дополнительное пазово-штыревое соединение (см. фиг.9), в котором каждое гнездо на своей донной части имеет продольный паз 25 ограниченной длины, а каждый шлипс 16 снабжен резьбовым стопором 26, установленным с выступом над направляющей и размещенным в пазу 25 гнезда. Ось 11 и втулочная часть 12 вала пакера (см. фиг.8) жестко связаны между собой через промежуточную втулку 27 посредством шпоночных соединений 28 и 29, а также опорных шайб 30 и 31, закрепленных на нижнем торце оси 11 и верхнем торце втулочной части 12 вала резьбовыми крепежными элементами. В промежуточной втулке 27 выполнены сквозные продольные отверстия 32 для прохода жидкой среды. Как вариант (см. фиг.10) ось 11 и втулочная часть 12 могут быть связаны между собой через конусно-шпоночное соединение, скрепленное резьбовыми крепежными элементами. Вал пакера может быть выполнен также сплошным, что определяется возможностями предприятий-изготовителей пакера.

Низ втулочной части 12 вала снабжен торцевой заглушкой 33 с осевым отверстием 34, а нижняя резьбовая втулка 2 со стороны, противоположной наружной наклонной поверхности 4, имеет стакан 35 со сквозными отверстиями 36 в стенках. В стакане 35 на дне внутри по оси закреплен шток 37 с уплотнительными элементами 38 перепускного клапана на свободном конце, размещенными в отверстии 34 торцевой заглушки 33. Шаг дополнительной резьбы 13 оси 11 превышает шаг резьбы под крепление верхней 1 и нижней 2 резьбовых втулок.

Монтаж системы перед работой заключается в сборке спускоподъемного устройства, энергопитающего устройства с приводом и пакера между собой. Конструкции спускоподъемного устройства и энергопитающего устройства с приводом разрабатываются сторонними организациями и здесь не рассматриваются.

Сборка пакера начинается со сборки отдельных сборочных единиц (см. фиг.1 и 2). Ось 11 состыковывается с втулочной частью 12 вала через промежуточную втулку 27 посредством шпоночных соединений 28, 29 и опорных шайб 30, 31, закрепленных на нижнем торце оси 11 и верхнем торце втулочной 12 вала резьбовыми крепежными элементами. В низ втулочной части 12 вала ввертывается до упора торцевая заглушка 33 с осевым отверстием 34. На верхнюю резьбовую втулку 1 устанавливается упорная шайба 18 со стопорной шайбой, пружина 10 и нижняя полумуфта 9. В наружные наклонные продольные направляющие гнезда нижней полумуфты 9 вставляются шлипсы 16, которые контрятся от выпадения резьбовыми стопорами 26 (см. фиг.9). Далее верхняя резьбовая втулка 1 в сборе, эластичная манжета 5 и нижняя резьбовая втулка 2 устанавливаются на вал. Причем резьбовые втулки 1 и 2 устанавливаются с таким осевым натягом относительно манжеты 5, чтобы момент трения между манжетой 5 и поверхностями 3 и 4 втулок 1 и 2 превышал момент трения в резьбе между втулкой 2 и втулочной частью 12 вала пакера. Наружный диаметр манжеты 5 при этом не выступает за габариты других деталей пакера. Затем на нижний конец втулочной части 12 вала устанавливается упор 19 для нижней втулки 2, а на последнюю - стакан 35 с уплотнительными элементами 38 на штоке 37. Шток 37 находится вне отверстия 34 торцевой заглушки 33. Сверху на ось 1 навертывается верхняя полумуфта 8 так, чтобы резьба 13 оси целиком вышла во внутреннюю полость полумуфты 8 и между торцами резьб образовался осевой зазор. При этом полумуфта 8 располагается с осевым люфтом относительно полумуфты 9. Далее полумуфты 8 и 9 разворачиваются так, чтобы гнезда под винты 24 совпали с отверстиями 23 полумуфты 9 и в полумуфту 8 устанавливаются винты 24. Затем на фланец 14 полумуфты 8 устанавливается кольцевой упор 15 для шлипсов 16. Окончательной операцией сборки пакера является регулировка размещения в заданный размер упорной шайбы 18 для создания тарированного осевого усилия на шлипсах 16 при установке пакера в колонне. Далее пакер собирается с приводом.

Система по фиг.1-10 работает следующим образом.

Система, состоящая из спускоподъемного и энергопитающего устройств и привода, скрепленного с пакером, опускается с устья скважины с кольцевым зазором в эксплуатационную колонну на заданную глубину. Центрирование привода и пакера относительно внутренней поверхности эксплуатационной колонны осуществляется по их выступающим наружным поверхностям. Подпакерное и надпакерное пространства сообщаются между собой. После достижения заданной глубины на привод подается управляющий сигнал, вызывающий вращение вала привода и сопряженного с ним вала пакера. В процессе вращения вала пакера (см. фиг.1 и 2) его резьба 13 ввинчивается во внутреннюю резьбу верхней полумуфты 8 и пакер опускается вниз. Пакер и привод расходятся друг от друга. В процессе вращения вала (см. фиг.3 и 4) резьбовые втулки 1 и 2 перемещаются навстречу друг к другу внутрь эластичной манжеты 5, деформируя ее с увеличением наружного диаметра. Шток 37 входит в отверстие 34 торцевой заглушки 33, перекрывая сообщение между подпакерным и надпакерным пространствами по внутренней полости пакера. За счет пазово-штыревого соединения нижняя полумуфта 9 без вращения отходит от верхней полумуфты 8, позволяя шлипсам 16 перемещаться по направляющим вверх под действием пружины 10, сохраняя торцевой контакт с упором 15. При дальнейшем вращении вала пакера (см. фиг.5 и 6) шлипсы 16 устанавливаются рифленой поверхностью 17 на внутреннюю поверхность эксплуатационной колонны, расклиниваются на ней и теряют торцевой контакт с упором 15. Относительно установленного пакера привод начинает двигаться вверх. Затем дополнительная резьба 13 вала окончательно выходит из внутренней резьбы, привод перестает перемещаться вверх и устанавливается в колонне с осевым упором на нее вниз через внутреннюю резьбу верхней полумуфты 8, дополнительную резьбу 13, верхнюю резьбовую втулку 1, нижнюю полумуфту 9 и шлипсы 16. При дальнейшем вращении вала пакера через резьбовые втулки 1 и 2 манжета 5 за счет расширения ее наружной поверхности поджимается к внутренней поверхности эксплуатационной колонны и уплотняет ее на двух уровнях. Подпакерное и надпакерное пространства окончательно разобщаются между собой. При этом пакер дополнительно стопорится манжетой 5 относительно эксплуатационной колонны. По нарастанию токовой нагрузки на приводе сверх заданного предела привод отключается. При необходимости спускоподъемное устройство совместно с энергопитающим устройством и приводом может быть извлечено на поверхность (см. фиг.7).

После установки пакера в колонне с устья скважины создается испытательное давление 80-100 атм в течение 15-20 минут. Если в данный период давление в скважине не снижается, то эксплуатационная колонна целая, разрушений нет. После этого испытательное давление снимается. Система извлекается из скважины на поверхность. При удалении установленной в скважине системы включается привод и вал пакера начинает вращаться в другую сторону (см. фиг.3 и 4). Дополнительная резьба 13 вала ввинчивается во внутреннюю резьбу полумуфты 8. Резьбовые втулки 1 и 2 расходятся друг от друга, уменьшая осевой натяг на манжету 5. Шток 37 выходит из отверстия 34 торцевой заглушки 33, открывая сообщение по внутренней полости пакера между подпакерным и надпакерным пространствами. Нижняя полумуфта 9 движется вверх, уменьшая расклинивание шлипсов 16. После контакта шлипсов 16 с упором 15 между шлипсами 16 и внутренней поверхностью колонны появляется радиальный зазор. При этом весь вес привода и пакера передается на манжету 5. Дальнейшее вращение вала пакера выводит дополнительную резьбу 13 оси 11 во внутреннюю полость верхней полумуфты 8. На манжете 5 уменьшается осевой натяг и появляется кольцевой зазор между манжетой и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны. Пакер через привод повисает на спускоподъемном устройстве. При последующем вращении вала пакера нижняя резьбовая втулка 2 контактирует с упором 19. По нарастанию токовой нагрузке на приводе сверх заданного предела привод отключается. Система готова для переустановки.

Если колонна над пакером имеет разрушения и уровень испытательного давления не устанавливается, то пакер снимается с колонны, система поднимается выше на следующий заданный уровень и цикл повторяется. Перемещением вверх системы определяется место разрушения колонны.

Таким образом, данная система позволяет поинтервально испытывать эксплуатационную колонну, не извлекая ее на поверхность из скважины.

В случае аварийной поломки привода в процессе установки пакера до контакта шлипсов 16 с внутренней поверхностью колонны система в сборе без осложнений извлекается на поверхность для ремонта.

В случае аварийной поломки привода после установки пакера на колонну система беспрепятственно без пакера извлекается на поверхность для ремонта или замены привода (см. фиг.5, 6 и 7).

Использование предлагаемой системы позволяет обеспечивать непрерывный многократный процесс поинтервальной опрессовки эксплуатационной колонны испытательным давлением без поднятия ее на поверхность, а при установке двух пакеров, отсекающих нижний и верхний интервалы колонны, сократить межпакерное расстояние для определения более точного места негерметичности и ликвидации ее, что повышает производительность работ и снижает их трудоемкость.

Экономический эффект от использования предложенной системы достигается за счет уменьшения количества и времени исполнения технологических операций. Настоящее изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности и других отраслях промышленности, где производится добыча жидких сред из скважин.

Использованные источники

1. Патент РФ №1828489, МПК Е 21 В 33/12.

2. Патент РФ №2087672, МПК Е 21 В 33/12.

3. Патент РФ №2122104, МПК Е 21 В 33/12.

Формула изобретения

1. Система для опрессовки эксплуатационных колонн нефтяных, водяных и газовых скважин, состоящая из спускоподъемного устройства, энергопитающего устройства с приводом вращения и пакера, соединенного с последним через стыковочный узел, где пакер содержит вал с левой и правой наружной резьбой, верхнюю и нижнюю резьбовые втулки с наружными наклонными поверхностями, размещенные на валу и обращенные наклонными поверхностями друг к другу, эластичную манжету с внутренней полостью, расположенную соосно на валу между резьбовыми втулками, отличающаяся тем, что она также включает механическую сцепную муфту, привод вращения выполнен реверсивным, снабжен выходным валом с внутренними шлицами со стороны его торца и фланцем, сцепная муфта состоит из верхней и нижней полумуфт, размещенных между фланцем привода и верхней резьбовой втулкой пакера, причем последний дополнительно содержит подпружиненные шлипсы, расположенные между нижней полумуфтой и верхней резьбовой втулкой, и перепускной клапан, установленный в его нижней части для сообщения надпакерного и подпакерного пространств, вал пакера выполнен сплошным или составным из верхней оси и нижней втулочной части, жестко скрепленных между собой, где ось со стороны верхнего конца имеет многогранник, который сопряжен со шлицами вала привода, и снабжена дополнительной резьбой, размещенной между многогранником и резьбой под крепление верхней резьбовой втулки, причем направление вращения этих резьб противоположное, верхняя резьбовая втулка со стороны, обращенной к приводу, выполнена ступенчатой и снабжена наружной резьбой на каждой ступени, верхняя полумуфта имеет втулочную часть с внутренней резьбой на нижнем конце, сопрягаемой с дополнительной резьбой оси, фланец на верхнем конце, посредством которого она неподвижно скреплена с фланцем привода, и закрепленный на фланце кольцевой упор, нижняя полумуфта имеет в нижней части внутреннюю резьбу, посредством которой она неподвижно скреплена с верхней резьбовой втулкой, и обращенные в сторону последней наружные наклонные продольные направляющие гнезда и состыкована с верхней полумуфтой пазово-штыревым соединением, шлипсы выполнены в форме клиньев с профильными направляющими выступами с одной стороны, посредством которых они подвижно установлены в гнездах нижней полумуфты, а с другой имеют выпуклую поверхность с рифлениями, пружина фиксации шлипсов размещена соосно на верхней резьбовой втулке и снабжена регулируемой упорной шайбой, закрепленной подвижно на резьбе промежуточной ступени последней, нижний конец втулочной части вала снабжен снаружи упором для нижней резьбовой втулки, перепускной клапан размещен на конструктивных элементах нижней резьбовой втулки и нижнего торца втулочной части вала.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что многогранник вала пакера выполнен из двух равногранных частей, сопряженных между собой, - рабочей части в виде призмы и заходной части в виде усеченной пирамиды.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что пазово-штыревое соединение полумуфт состоит из продольных глухих пазов, выполненных на внутренней поверхности нижней полумуфты и сквозных радиальных отверстий в конце них, а также радиальных винтов, установленных в нижней части верхней полумуфты с выступом во внутреннюю полость нижней полумуфты, которые размещены в пазах последней.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что профили направляющих гнезд в нижней полумуфте и направляющих выступов шлипсов выполнены типа "ласточкин хвост".

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что шлипсы и нижняя полумуфта имеют дополнительное пазово-штыревое соединение, в котором каждое гнездо на донной части имеет продольный паз ограниченной длины, а каждый шлипс снабжен резьбовым стопором, установленным с выступом над направляющими и размещенным в этом пазу гнезда.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что ось и втулочная часть вала связаны между собой через промежуточную втулку посредством шпоночных соединений и опорных шайб, закрепленных на нижнем торце оси и верхнем торце втулочной части вала резьбовыми крепежными элементами.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что в промежуточной втулке выполнены сквозные продольные отверстия.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что ось и втулочная часть вала связаны между собой через конусно-шпоночное соединение, скрепленное резьбовыми крепежными элементами.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что низ втулочной части вала снабжен торцевой заглушкой с осевым отверстием, а нижняя резьбовая втулка со стороны, противоположной наружной наклонной поверхности, имеет стакан со сквозными отверстиями в стенках, в котором на дне внутри по оси закреплен шток с уплотнительными элементами перепускного клапана на свободном конце, размещенными в отверстии торцевой заглушки.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что шаг дополнительной резьбы оси превышает шаг резьбы под крепление верхней и нижней резьбовых втулок.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10