Механический пакер

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в процессе освоения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин при герметизации различных их зон. Оно направлено на повышение надежности и удобства эксплуатации пакера. На штоке 1, имеющем продольный паз и по концам соединительную резьбу 3 и 4, установлены узлы герметизации и якорения, между которыми с возможностью продольного передвижения установлен конус 5. Втулка 6 установлена на штоке 1 с возможностью вращения и имеет систему фигурных пазов. Узел герметизации содержит выполненный из упругого материала уплотнительный элемент 12, облегающий шток 1 с боковых сторон, и упор 13 уплотнительного элемента 12. Якорный узел содержит цилиндрическую обойму 14 с закрепленными на ней штифтами, которые входят в участки системы пазов втулки 6. Закрепленный на обойме 14 штифт входит в продольный паз штока 1. На обойме 14 закреплены подпружиненные шлипсы 19, снабженные зубьями 22 и имеющие возможность отклоняться от штока 1 в радиальном направлении для зацепления за внутренние стенки обсадной трубы. Пакер крепят к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) и опускают к месту якорения (пакеровки). Герметизацию межтрубного пространства осуществляют путем возвратного движения пакера в скважине за счет продольного сжатия уплотнительного элемента 12 посредством воздействия на него упором 13. Использование симметричных U-образных участков системы фигурных пазов втулки 6 обеспечивает надежную блокировку пакера в транспортном положении. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в процессе освоения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин при герметизации различных их зон без упора на забой.

Известен механический пакер для герметичного перекрытия ствола скважины, содержащий шток, узел герметизации с уплотнительным элементом, упором уплотнительного элемента и подвижным конусом, а также якорный узел с раздвижными зубчатыми лапами (шлипсами), приводимыми в действие подвижным конусом (см. описание изобретения к патенту RU 2092675, кл. Е21В 33/12, опубл. 10.10.97 [1]). При установке пакера в рабочее положение якорный узел приводится в движение от гидропривода, что усложняет его эксплуатацию. Поэтому пакер подобного вида может получить на практике ограниченное распространение.

Из описания изобретения к патенту RU 2139408, кл. Е21В 33/12, опубл. 10.10.99 [2], известен механический пакер, включающий в себя шток с выполненной на нем системой фигурных пазов, узел герметизации с уплотнительным элементом, упирающимся в упор на штоке, и якорный узел с подпружиненными шлипсами, приводимыми в действие подвижным конусом. Механический пакер [2] переводят из транспортного положения в рабочее положение путем его подъема на 0,3-0,5 метра в обсадной трубе и последующего спуска. В результате таких перемещений шлипсы раздвигаются под действием конуса и их зубья зацепляются за стенки обсадной трубы, а уплотнительный элемент деформируется и герметизирует межтрубное пространство скважины. При передвижении штока пакера [2] относительно якорного узла участки фигурного паза выходят из обоймы, на них попадает шлам и твердые частицы породы, что может приводить к заклиниванию и созданию аварийной ситуации. Следует отметить, что кольцевой вырез на штоке пакера [2], образуемый участками фигурного паза, значительно уменьшает поперечное сечение штока, тем самым ослабляя его и создавая опасность разрушения. Кроме того, не исключена вероятность самопроизвольного перевода пакера из транспортного положения в рабочее положение.

Одним из близких аналогов предлагаемого механического пакера является пакер, известный из описания изобретения к патенту RU 2290490, кл. Е21В 33/128, опубл. 27.12.2006 [3], содержащий шток с фигурным пазом на наружной поверхности. Фигурный паз имеет короткие и длинные чередующиеся участки. На штоке имеется упор и узел герметизации с уплотнительным элементом, приводимым в действие установленным на штоке подвижным конусом. В качестве якорного узла в пакере [3] используют установленную на штоке с возможностью продольного передвижения обойму, снабженную направляющим штифтом, который расположен в фигурном пазе, и подпружиненными шлипсами, раскрывающимися от действия конуса. Поверхности штока пакера [3] не полностью защищены от попадания на них шлама в процессе работы. Это может приводить к заеданию и заклиниванию частей пакера, что связано с дополнительной тратой времени и средств для выхода из такой аварийной ситуации.

Кроме того, подъем пакера из скважины связан с операцией развинчивания колонны НКТ. При развинчивании труб возникают перемещения труб не только вверх, но и вниз - из-за посадки очередной верхней трубы на клинья или необходимости расхаживания колонны с пакером в скважине. Такие перемещения в итоге могут привести к несанкционированному переходу пакера в рабочее положение и явиться причиной серьезных осложнений. Указанные недостатки снижают надежность пакера [3] и затрудняют его эксплуатацию.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности и удобства эксплуатации пакера за счет возможности полной его блокировки в транспортном положении.

Указанный технический результат достигается в механическом пакере, включающем в себя шток с прямолинейным продольным пазом, установленные на штоке узел герметизации, якорный узел и конус, расположенный между ними и имеющий возможность передвижения вдоль штока, а также установленную с возможностью вращения и зафиксированную от продольного перемещения относительно штока втулку с системой фигурных пазов, имеющую два ряда равномерно расположенных по окружности участков пазов, причем первый ряд состоит из длинных участков, направленных вдоль штока, и чередующихся с ними коротких участков несимметричной U-образной формы, а второй ряд состоит из коротких участков несимметричной U-образной формы, смещенных по окружности на полшага относительно участков первого ряда, в обоих рядах выполнено по одному короткому участку симметричной U-образной формы, которые расположены друг против друга, узел герметизации содержит выполненный из упругого материала уплотнительный элемент, облегающий шток с боковых сторон, и расположенный на штоке упор уплотнительного элемента, якорный узел содержит установленную на штоке с возможностью продольного перемещения и имеющую цилиндрическую форму обойму с закрепленными в ней тремя штифтами, один из которых входит в прямолинейный продольный паз штока, а два других штифта расположены на одной образующей внутренней поверхности обоймы, причем один штифт из последних двух штифтов может входить в участки первого ряда пазов втулки, а другой штифт может входить в участки второго ряда пазов втулки, причем на стороне обоймы, обращенной к узлу герметизации, установлены подпружиненные шлипсы, удерживаемые ограничительным кольцом, которое закреплено на обойме, каждый шлипс представляет собой расположенный вдоль штока двуплечий рычаг, один конец которого, обращенный к конусу, с внутренней стороны имеет скошенную поверхность, предназначенную для контакта с конусом, а с наружной стороны снабжен зубьями, предназначенными для якорения, противоположный ему конец соединен с обоймой так, что шлипс имеет возможность радиального отклонения от обоймы, с наружной стороны шлипс имеет направляющий участок, предназначенный для контакта с обсадной трубой.

Предусмотрены следующие частные случаи выполнения изобретения.

Шток выполнен составным и имеет жестко закрепленную на нем втулку, на которой выполнен упомянутый прямолинейный продольный паз.

Длина обоймы якорного узла выполнена достаточной для полного перекрытия прямолинейного продольного паза штока, когда пакер находится в рабочем положении.

На конце обоймы якорного узла в месте выхода из нее штока установлено уплотнение.

Упор уплотнительного элемента выполнен в виде отдельной детали, закрепленной на штоке пакера.

Шток пакера дополнительно снабжен секцией, присоединенной к нему со стороны узла герметизации с помощью винтового соединения, а упор уплотнительного элемента закреплен на штоке между уплотнительным элементом и упомянутой секцией штока.

Штифт, входящий в прямолинейный продольный паз штока, расположен диаметрально противоположно штифтам, входящим в участки фигурных пазов втулки, а длина L упомянутого прямолинейного продольного паза штока определяется соотношением:

L=h1+h2+D,

где h1 - величина длинного паза системы фигурных пазов втулки,

h2 - максимальное расстояние между поверхностью штифта, который может входить в участки первого ряда пазов втулки, и торцом втулки, который обращен к этому штифту,

D - диаметр штифта, который входит в прямолинейный продольный паз штока.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

Фиг.1 - общий вид механического пакера в транспортном положении, продольный разрез.

Фиг.2 - то же, в рабочем положении, плоскость разреза повернута на 90°.

Фиг.3 - якорный узел в рабочем положении, масштаб увеличен.

Фиг.4 - поперечный разрез механического пакера по А-А на фиг.2.

Фиг.5 - то же, по В-В на фиг 2.

Фиг.6 - втулка с системой фигурных пазов, главный вид.

Фиг.7 - то же, вид сверху.

Фиг.8 - развертка боковой поверхности втулки с системой фигурных пазов, случай избыточного давления на пакер снизу.

Фиг.9 - то же, случай избыточного давления на пакер сверху.

Фиг.10 - крайние положения штифта, входящего в прямолинейный продольный паз штока.

На фиг.1-4 представлен пакер в собранном виде, выполненный согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения. Как видно из чертежей, элементом, связывающим все узлы и детали пакера, является шток 1, изготовленный из металлической трубы. На штоке 1 выполнен прямолинейный продольный паз 2. По концам штока 1 имеются участки 3 и 4 с соединительной резьбой, которая может быть использована для присоединения муфт. На штоке установлены узел герметизации и якорный узел, между которыми установлен конус 5, имеющий возможность передвижения вдоль штока 1. Якорный узел содержит установленную с возможностью вращения на штоке 1 втулку 6, которая зафиксирована на штоке 1 от осевых передвижений (она может быть установлена на штоке 1 с помощью радиально-упорных подшипников).

Как показано на фиг.6-9, втулка 6 имеет систему фигурных пазов, состоящую из двух рядов равномерно расположенных по ее окружности участков. Первый ряд (обозначенный римской цифрой I) состоит из длинных участков 7, направленных вдоль штока 1, чередующихся с короткими участками 8, имеющими несимметричную U-образную форму, а второй ряд (обозначенный римской цифрой II) состоит из коротких участков 9, также имеющих несимметричную U-образную форму. Как видно из чертежей, форма коротких участков 8 и 9 подобна. Одна сторона латинской буквы U имеет наклон, т.е. развернута (отогнута от вертикали) приблизительно на 30°, а другая сторона каждого из этих участков - вертикальная. В каждом из рядов I и II имеется по одному участку 10 и 11 U-образной формы, выполненному с симметричными наклонными боковыми сторонами, т.е. обе стороны каждого из участков 10 и 11 имеют наклон (приблизительно 30°). Из схем развертки боковой поверхности втулки 6, представленных на фиг.8 и 9, можно видеть, что все участки 9 ряда II смещены на полшага относительно участков 7 и 8 ряда I. Длинные участки 7 ряда I, подобно коротким участкам 8 ряда I, имеют с одной стороны частично наклонные стенки (точнее длинные участки 7 имеют наклон только с одной из сторон их входа). В отличие от участков 7, 8 и 9 участки 10 и 11 расположены на втулке 6 без смещения, точно друг против друга, т.е. на одной образующей цилиндрической поверхности втулки 6. Установленный на штоке 1 уплотнительный элемент 12 выполнен из упругого материала типа резины, имеет форму полого цилиндра, его наружный диаметр не превышает внутреннего диаметра обсадной трубы, для которой предназначен пакер. Внутренний диаметр уплотнительного элемента 12 несколько меньше наружного диаметра штока 1 из расчета его посадки на шток 1 с натягом. Опорой уплотнительного элемента 12 служит упор 13, имеющий вид кольцевого буртика, охватывающего шток 1. Обойма 14 закрывает снаружи втулку 6 и скрепляет детали якорного узла. Она имеет цилиндрическую форму и может перемещаться вокруг штока 1. Внутри обоймы 14 имеется закрепленный в ней штифт 15, который входит в прямолинейный продольный паз 2 штока 1. Кроме того, внутри обоймы 14 имеются два закрепленных в ней штифта 16 и 17. Штифт 16 может входить в участки 7, 8 и 10 ряда I системы фигурных пазов, а штифт 17 может входить в участки 9 и 11 ряда II системы фигурных пазов. Штифты 15, 16 и 17 имеют возможность передвижения вдоль пазов, в которые они входят. На стороне обоймы 14, обращенной к узлу герметизации, установлены подпружиненные посредством пружин 18 шлипсы 19, которые представляют собой выполненные в виде металлических плашек двуплечие рычаги. Шлипсы 19 в средней части своей длины удерживаются на обойме 14 с помощью ограничительного кольца 20. Один из концов каждого шлипса 19, который обращен к конусу 5, имеет скошенную поверхность 21, предназначенную для контакта с конической поверхностью конуса 5, и снабжен зубьями 22, предназначенными для зацепления за поверхность обсадной трубы. Противоположный конец каждого шлипса 19 соединен с обоймой 14 так, что конец шлипса 19, снабженный зубьями 22, имеет возможность отклонения от обоймы 14 в радиальном направлении (см. фиг.2 и 3). С наружной стороны шлипс 19 имеет направляющий участок 23, предназначенный для контакта с обсадной трубой и центрирования пакера по оси этой трубы.

Шток 1 пакера выполнен составным, т.е. составленным из двух частей (элементов). Он имеет жестко закрепленную на наружной поверхности втулку 24, которую можно в данном случае рассматривать как элемент штока 1. Прямолинейный продольный паз 2 в этом случае выполнен на наружной поверхности втулки 24.

Длина обоймы 14 достаточна для перекрытия прямолинейного продольного паза 2, когда пакер находится в рабочем положении, т.е. в том положении, когда шток 1 выдвинут из обоймы 14 в сторону якорного узла на максимальное расстояние.

На конце обоймы 14 установлено уплотнение 25, предохраняющее трущиеся поверхности от попадания на них шлама, кусочков породы и других посторонних частиц.

Упор 13 уплотнительного элемента 12 выполнен в виде отдельной детали, закрепленной на штоке 1 пакера. Шток 1 пакера в этом случае дополнительно снабжен секцией 26, присоединенной к нему со стороны узла герметизации с помощью винтового соединения, а упор 13 уплотнительного элемента 12 закреплен на штоке 1 между уплотнительным элементом 12 и секцией 26 штока 1.

Механический пакер используется следующим образом.

В зависимости от условий работы в скважине (с верхним или нижним по отношению к пакеру избыточным давлением в межтрубном пространстве) пакеру следует придавать определенное положение, что подробно разъясняется ниже.

В случае если предстоит работа, связанная с избыточным давлением на пакер снизу, перед спуском в скважину пакеру придают вертикальное положение, подвешивая к колонне НКТ за тот его конец, на котором установлен якорный узел (т.е. узел герметизации должен быть расположен под якорным узлом). При этом штифт 16 должен быть установлен на одном из коротких участков 8 ряда I, а штифт 17 должен находиться на некотором расстоянии от втулки 6 (на фиг.8 положение штифтов 16 и 17 относительно втулки 6 перед спуском обозначено индексами 16ПС и 17ПС). Затем начинают, поджав подпружиненные шлипсы 19 к штоку 1, производить спуск колонны НКТ с пакером в скважину. В результате того, что при спуске суммарная сила трения направляющих участков 23 шлипсов 19 о стенки обсадной трубы превышает силу веса якорного узла, последний в начальный момент спуска пакера остается на месте, а шток 1 с втулкой 6 смещается относительно якорного узла вниз. При этом штифт 16 выходит из короткого участка 8 ряда I и находится на некотором расстоянии от втулки 6, а штифт 17 входит в короткий участок 9 ряда II, повертывая на полшага втулку 6 относительно штока 1 и обоймы 14 (на фиг.8 положение штифтов 16 и 17 относительно втулки 6 обозначено 16ТП1 и 17ТП1). Пакер при этом остается в транспортном положении. После достижения уровня скважины, намеченного для пакеровки (т.е. достижения того места, где необходимо перевести пакер из транспортного положения в рабочее положение), пропустив пакер вниз еще приблизительно на один метр, спуск прекращают и осуществляют короткий (приблизительно на один метр) подъем НКТ. В результате этого подъема якорный узел, зафиксированный действием сил трения направляющих 23 шлипсов 19 о стенки обсадной трубы, остается на месте, а шток 1 с втулкой 6 смещается относительно якорного узла вверх. При этом штифт 17 выходит из короткого участка 9 ряда II, а штифт 16, поворачивая втулку 6 еще на полшага, входит в длинный участок 7 ряда II. В результате этого узел герметизации настолько приближается к обойме 14, удерживаемой подпружиненными шлипсами 19 на необходимом уровне, что конус 5 входит в контакт со шлипсами 19 и разводит их зубчатые концы в радиальном направлении от штока 1. В результате зубья 22 шлипсов 19 входят в зацепление со стенками обсадной трубы. При дальнейшем натяжении НКТ упор 13 сжимает систему: упругий элемент 12 - конус 5, что сопровождается расширением упругого элемента 12 и герметичным разобщением внутреннего объема НКТ и межтрубья с одновременным усилением сцепления шлипсов с обсадной трубой. Таким образом, пакер оказывается приведенным в рабочее положение (на фиг.8 положение соответствующих штифтов обозначено как 16РП и 17РП).

После проведения необходимых технологических операций (например, закачка через НКТ кислотного раствора в пласт и т.п.) перевод пакера из рабочего положения в транспортное положение осуществляют следующим образом. Колонну НКТ подают приблизительно на один метр вниз, вследствие чего шлипсы 19 отделяются от конуса 5 и уже не прижимают зубья 22 к обсадной трубе, штифт 16 при этом выходит из длинного участка 7 ряда I, а штифт 17 входит в короткий участок 9 ряда II, поворачивая на полшага втулку 6. Конус 5 отходит от уплотнительного элемента 12 и принимает свои прежние форму и размеры. Теперь пакер вновь приведен в транспортное положение (соответствующее положение штифтов 16 и 17 на фиг.8 обозначено 16ТП2 и 17ТП2). Пакер готов к установке в новом месте скважины, где (после его транспортировки) можно повторить описанные выше операции якорения (пакеровки). В случае если нет необходимости в дальнейшем использовании, пакер, находясь в транспортном положении, может быть извлечен на дневную поверхность. Перед этим делают несколько коротких перемещений НКТ вверх и вниз до тех пор, пока штифт 16 не установится в коротком симметричном участке 10 ряда I и пакер окажется надежно заблокированным в транспортном положении.

В случае если предстоит работа, связанная с избыточным давлением на пакер сверху, перед спуском в скважину пакеру придают вертикальное положение, подвешивая его к НКТ за конец, на котором находится узел герметизации (т.е. узел герметизации должен быть расположен над якорным узлом). При этом перед спуском НКТ, как показано на фиг.9, штифт 17 должен быть установлен на одном из коротких участков 9 ряда II, а штифт 16 должен находиться на некотором расстоянии от втулки 6 (на фиг.9 положение штифтов в этот момент обозначено 16ПС и 17ПС). Затем, поджав шлипсы 19 к штоку 1, начинают спуск пакера в скважину. В результате того, что суммарная сила трения направляющих участков 23 шлипсов 19 превышает силу веса якорного узла, якорный узел с обоймой 14 стремится остаться на месте, а втулка 6 со штоком 1 смещается вниз относительно якорного узла. При этом штифт 17 выходит из короткого участка 9 ряда II и останавливается на некотором расстоянии от втулки 6, а штифт 16 входит в короткий участок 8 ряда I, поворачивая на полшага втулку 6 относительно штока 1 и обоймы 14 (на фиг.9 соответствующее положение штифтов 16 и 17 показано индексами 16ТП1 и 17ТП1). В случае если штифт 16 войдет не в короткий участок 8, а в длинный участок 7 ряда I, необходимо осуществить еще короткий подъем и короткое опускание колонны НКТ для приведения пакера в транспортное положение. Итак, пакер приведен в транспортное положение и его можно передвигать вдоль скважины. После достижения уровня скважины, намеченного для пакеровки (т.е. после достижения того места, где необходимо перевести пакер из транспортного положения в рабочее положение), пропустив пакер вниз приблизительно еще на один метр, спуск колонны НКТ с пакером прекращают и осуществляют подъем колонны НКТ приблизительно на один метр. В результате этого короткого подъема якорный узел под действием сил трения направляющих 23 шлипсов 19 о стенки обсадной трубы стремится остаться на месте, а втулка 6 со штоком 1 смещаются относительно якорного узла вверх. При этом штифт 17 входит в короткий участок 9 ряда I, поворачивая втулку 6 на полшага, а штифт 16 выходит из короткого участка 8 ряда I и отступает на некоторое расстояние от втулки 6 (на фиг.9 положение штифтов 16 и 17 в этот момент обозначено 16КП и 17КП). После этого осуществляют короткий спуск колонны НКТ, в результате которого узел герметизации приближается к обойме 14, удерживаемой от смещения подпружиненными шлипсами 19 на необходимом уровне. При этом штифт 17 выходит из короткого участка 9 ряда II и останавливается на некотором расстоянии от втулки 6, а штифт 16, поворачивая на полшага втулку 6 относительно штока 1 и обоймы 14, входит в длинный участок 7 ряда I (на фиг.9 положение штифтов 16 и 17 в этот момент обозначено 16РП и 17РП). В процессе короткого спуска НКТ, вследствие приближения узла герметизации к якорному узлу, конус 5 входит в контакт со шлипсами 19 и отводит их зубчатые концы от штока 1 в радиальном направлении, зубья 22 входят в зацепление со стенками обсадной трубы, суммарная сила трения шлипсов 19 о стенки обсадной трубы увеличивается. В результате возрастает осевое усилие со стороны конуса 5 на шлипсы 19. Упор 13, сдвигаясь вниз, сжимает уплотняющий элемент 12. За счет расширения уплотнительного элемента 12 осуществляется герметическое разобщение внутреннего объема НКТ и межтрубья с одновременным усилением сцепления шлипсов с обсадной трубой. Теперь пакер находится в рабочем положении.

После проведения необходимых технологических операций перевод пакера из рабочего положения в транспортное положение осуществляют следующим образом. Колонну НКТ подают вверх, вследствие чего штифт 16 выходит из длинного участка 7 ряда I, а штифт 17 входит в короткий участок 9 ряда II, поворачивая втулку 6 на полшага (на фиг.9 положение штифтов 16 и 17 в этот момент обозначено 16ТП2 и 17ТП2). При этом конус 5 отделяется от шлипсов 19 и более не прижимает их к стенкам обсадной трубы. Уменьшается до нуля давление конуса 5 на уплотнительный элемент 12 и последний принимает первоначальные размеры и форму, соответствующие условиям транспортировки пакера в скважине. После транспортировки пакера на новый горизонт скважины, где назначена его установка (пакеровка), необходимо повторить описанные выше операции. В случае если нет необходимости в дальнейшем использовании, пакер может быть извлечен на дневную поверхность. Перед этим делают несколько коротких перемещений НКТ вверх и вниз до тех пор, пока штифт 17 не установится в коротком симметричном участке 11 ряда II и пакер окажется надежно заблокированным в транспортном положении.

Подробнее разъясним необходимость надежной блокировки пакера в транспортном положении перед подъемом на дневную поверхность. Как отмечалось выше, на практике при транспортировке пакеров, аналогичных предлагаемому в данном изобретении, в скважине часто происходит незапланированный (самопроизвольный) переход из транспортного в рабочее положение. Это имеет место в процессе подъема таких пакеров, прикрепленных к длинной колонне НКТ. В таких случаях неизбежны некоторые перемещения колонны вниз, например при посадке труб на клинья. Для того чтобы защитить от таких нежелательных случаев, при использовании предлагаемого пакера следует путем дополнительных подъемов и опусканий пакера на расстояние около одного метра перевести штифт 16 или штифт 17 на симметричный участок 10 или 11 системы фигурных пазов втулки 6. После этого пакер будет надежно заблокирован в транспортном положении и никакие вертикальные перемещения не смогут повлечь раскрытие его шлипсов 19. Разблокирование пакера в таких случаях осуществляют только после извлечения его из скважины на дневную поверхность.

Далее поясним полезные свойства, вносимые отдельными признаками, сформулированными в дополнительных пунктах формулы изобретения.

Выполнение системы фигурных пазов на втулке 6 (а не на штоке, как в известных аналогах) позволяет повысить надежность штока и упрощает ремонтные работы, так как в случае износа фигурных пазов достаточно ограничиться заменой втулки 6.

Выполнение штока 1 составным и дополнительное снабжение его втулкой 24 (закрепленной на нем) позволяет сделать шток 1 более прочным в области прямолинейного продольного паза 2, т.е. повысить надежность штока и, следовательно, надежность пакера. При износе прямолинейного продольного паза, сохраняя шток 1, можно ограничиться только заменой втулки 24.

Выполнение обоймы 14 длиной, достаточной для перекрытия прямолинейного продольного паза 2, а также снабжение конца обоймы 14 уплотнением 25 позволяет предохранить от износа трущиеся элементы штока 1 и тем самым дополнительно повысить надежность пакера.

Выполнение упора 13 уплотнительного элемента 12 в виде отдельной детали, присоединяемой к штоку 1 посредством дополнительной секции 26, позволяет снизить расходы, связанные с изготовлением и монтажом пакера.

Следует отметить, что штифт 15, входящий в прямолинейный продольный паз 2 штока 1, выполняет следующие функции: предотвращает вращение обоймы 14 при повороте втулки 6, компенсируя реактивные силы, возникающие при повороте втулки 6, препятствует осевому перекосу обоймы 14 относительно штока 1 и частично воспринимает осевые усилия, возникающие от действия веса якорного узла и от его трения о внутреннюю поверхность обсадной трубы, разгружая тем самым штифты 16 или 17. Разумеется, для указанного частичного восприятия штифтом 15 осевых нагрузок от веса обоймы 14 и действия сил трения, возникающих вследствие контакта шлипсов 19 с обсадной трубой, длина прямолинейного продольного паза 2 и его расположение на штоке 1 должны быть строго регламентированы. Предпочтительно диаметрально противоположное расположение штифтов 16 и 17 по отношению к штифту 15 на внутренней цилиндрической поверхности обоймы 14 якорного узла.

Для достижения упомянутого одновременного действия осевой нагрузки на штифты 15 и 17 или на штифты 15 и 16 (в зависимости от положения пакера якорным узлом вверх или вниз) необходимо соблюдение следующего соотношения:

L=h1+h2+D; где L - длина прямолинейного продольного паза 2 штока 1, h1 - величина длинного участка 7 системы фигурных пазов втулки 6, h2 - максимальное расстояние между поверхностью штифта 16 и торцом втулки 6, обращенным к этому штифту и D - диаметр штифта 15, который входит в прямолинейный продольный паз 2 штока 1 (см. фиг.10).

Был изготовлен опытный экземпляр описанного выше пакера, который показал хорошие результаты при лабораторных испытаниях и в производственных условиях.

Перечень элементов и деталей

1. шток,

2. прямолинейный продольный паз штока,

3. соединительная резьба на конце штока,

4. соединительная резьба на концах штока,

5. конус,

6. втулка с системой фигурных пазов,

7. длинный участок ряда I,

8. короткий участок ряда I,

9. короткий участок ряда II,

10. участок симметричной U-образной формы, ряд 1,

11. участок симметричной U-образной формы, ряд II,

12. уплотнительный элемент,

13. упор уплотнительного элемента 12,

14. обойма якорного узла,

15. штифт прямолинейного продольного паза 2 штока 1,

16. штифт ряда I,

17. штифт ряда II,

18. пружина шлипса 19,

19. шлипс,

20. ограничительное кольцо для шлипсов 19,

21. скошенная поверхность шлипса 19,

22. зубья шлипса 19,

23. направляющий участок шлипса 19,

24. втулка с продольн. пазом 2, закрепленная на штоке,

25. уплотнение на конце обоймы 14,

26. дополнительная секция штока 1.

I-й ряд пазов, II-й ряд пазов.

Сокращения на фиг.8 и 9: ТП - транспортное положение, РП - рабочее положение, ППС - положение штифта перед спуском пакера в скважину, КП - короткий подъем пакера.

1. Механический пакер, включающий в себя шток с прямолинейным продольным пазом, установленные на штоке узел герметизации, якорный узел и конус, расположенный между ними и имеющий возможность передвижения вдоль штока, а также установленную с возможностью вращения и зафиксированную от продольного перемещения относительно штока втулку с системой фигурных пазов, имеющую два ряда равномерно расположенных по окружности участков пазов, причем первый ряд состоит из длинных участков, направленных вдоль штока, и чередующихся с ними коротких участков несимметричной U-образной формы, а второй ряд состоит из коротких участков несимметричной U-образной формы, смещенных по окружности на полшага относительно участков первого ряда, в обоих рядах выполнено по одному короткому участку симметричной U-образной формы, которые расположены друг против друга, узел герметизации содержит выполненный из упругого материала уплотнительный элемент, облегающий шток с боковых сторон, и расположенный на штоке упор уплотнительного элемента, якорный узел содержит установленную на штоке с возможностью продольного перемещения и имеющую цилиндрическую форму обойму с закрепленными в ней тремя штифтами, один из которых входит в прямолинейный продольный паз штока, а два других штифта расположены на одной образующей внутренней поверхности обоймы, причем один штифт из последних двух штифтов может входить в участки первого ряда пазов втулки, а другой штифт может входить в участки второго ряда пазов втулки, причем на стороне обоймы, обращенной к узлу герметизации, установлены подпружиненные шлипсы, удерживаемые ограничительным кольцом, которое закреплено на обойме, каждый шлипс представляет собой расположенный вдоль штока двуплечий рычаг, один конец которого, обращенный к конусу, с внутренней стороны имеет скошенную поверхность, предназначенную для контакта с конусом, а с наружной стороны снабжен зубьями, предназначенными для якорения, противоположный ему конец соединен с обоймой так, что шлипс имеет возможность радиального отклонения от обоймы, с наружной стороны шлипс имеет направляющий участок, предназначенный для контакта с обсадной трубой.

2. Механический пакер по п.1, отличающийся тем, что длина обоймы якорного узла выполнена достаточной для полного перекрытия прямолинейного продольного паза штока, когда пакер находится в рабочем положении.

3. Механический пакер по п.1, отличающийся тем, что на конце обоймы якорного узла в месте выхода из нее штока установлено уплотнение.

4. Механический пакер по п.1, отличающийся тем, что упор уплотнительного элемента выполнен в виде отдельной детали, закрепленной на штоке пакера.

5. Механический пакер по п.4, отличающийся тем, что шток пакера дополнительно снабжен секцией, присоединенной к нему со стороны узла герметизации с помощью винтового соединения, а упор уплотнительного элемента закреплен на штоке между уплотнительным элементом и упомянутой секцией штока.

6. Механический пакер по п.1, отличающийся тем, что штифт, входящий в прямолинейный продольный паз штока, расположен диаметрально-противоположно штифтам, входящим в участки фигурных пазов втулки, а длина L упомянутого прямолинейного продольного паза штока определяется соотношением
L=h1+h2+D,
где h1 - величина длинного паза системы фигурных пазов втулки;
h2 - максимальное расстояние между поверхностью штифта, который может входить в участки первого ряда пазов втулки, и торцом втулки, который обращен к этому штифту;
D - диаметр штифта, который входит в прямолинейный продольный паз штока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии и технике добычи углеводородов и может быть использовано для изоляции негерметичного участка или нерабочего интервала перфорации ствола скважины.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству и ремонту скважин, обсадные колонны которых пришли в негодность. .

Изобретение относится к оборудованию для нефтегазовой промышленности, в частности для разобщения межтрубного пространства в скважинах с интервалами негерметичности в насосной, газлифтной или нагнетательной скважине с одним или несколькими эксплуатационными пластами.

Изобретение относится к технике добычи жидких или газообразных углеводородов и предназначено для отсоединения и последующего соединения колонны труб со скважинным оборудованием.

Изобретение относится к технике подземного ремонта и исследования скважин, а именно к устройствам для разобщения кольцевого пространства при обработке призабойной зоны, гидроразрыва пластов и других работ.

Пакер // 2379470
Изобретение относится к технике и технологии добычи углеводородов и может быть применено для разобщения межтрубного пространства в насосной, фонтанной, газлифтной или нагнетательной скважине с одним или несколькими эксплуатационными объектами - пластами.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при опрессовке колонны насосно-компрессорных труб в скважине. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадной колонны от высокого давления. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадной колонны от высокого давления. .

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для сохранения коллекторских свойств пласта и предотвращения загрязнения призабойной зоны пласта при глушении, освоении скважин и в процессе их эксплуатации

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и, в частности, к герметизации межколонного пространства скважин

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты эксплуатационной колонны от высокого давления при проведении изоляционных работ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, а именно к устройствам для направленной закачки различных реагентов в заданные интервалы скважины при обработке призабойной зоны кислотными и другими растворами, а также при ремонтно-изоляционных работах по ликвидации заколонных перетоков и по ограничению водопритока в скважину методом селективной закачки тампонажных растворов

Изобретение относится к технике и технологии добычи углеводородов и может быть использовано для изоляции негерметичного участка эксплуатационной колонны или нерабочего интервала перфорации ствола (неэксплуатируемого пласта) насосной, фонтанной, газлифтной, нагнетательной или пьезометрической скважины

Изобретение относится к устройствам для временного герметичного перекрытия скважины или трубопровода

Изобретение относится к устройствам для временного герметичного перекрытия скважины или трубопровода

Изобретение относится к области добычи углеводородов и может быть использовано для управления скважиной при одновременно-раздельной и поочередной разработке нескольких продуктивных пластов и пропластков

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности для временного перекрытия ствола скважины, обеспечивает простоту конструкции, гарантированное и безопасное извлечение пакера-пробки без заклинивания

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в процессе освоения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин при герметизации различных их зон

Наверх