Пакер

,и 17 РЕСПУБЛИК 21 В 3312 ЕТЕН ЗОБ САНИ СКОМУ СВ ьЛаД реьс еярЕРФ ЛЬСТВ К н ефтегазодоможет быть нагнетательовых наклон" инах,Изобре бывающей использова ных скваж ных нефтя ии из ствола, нус которого ение относится кпромышленности и о в добывающих инах, а именно кустых и газовых скваж остоя узла, лом, у ового ями,лотнительного узла, гидроциз которых верГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-производственное обьединение по химизации технологических процессов в нефтяной промышленности "Союзнефтепромхим"(56) Авторское свидетельство СССР М 307177, кл. Е 21 В 33/12, 1971.Авторское свидетельство СССР М 1148971, кл. Е 21 В 33/12, 1985.Авторское свидетельство СССР М 1502808, кл. Е 21 В 33/12, 1987.(57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности для разобщения ствола добывающих и нагнетательных скважин. Цель изобретения - повышение надежности работы пакера в наклонных скважинах, Пакер содержит полый ствол с верхним и нижним переводниками, концентрично установленный в стволе корпус; образующий со стволом кольцевой канал, размещенный на корпусе уплотнительный элемент с голов,.ой связанной со стволом и имеющей радиальные каналы, установленный над уплотнительным элементом конус со шлипсами и шлипсодержателем, концентрично установленный под уплотнительным элементом цилиндр, образующий со стволом кольцевую полость, в которой последовательно по высоте установлены жестко связанный с корпусом верхний поршень с патрубкомимеющим радиальные каналы, разделительный поршень, жестко связанный с цилиндром, и нижний поршень, При этом кольцевая полость между разделительным и верхним поршнями связана через радиальные каналы патрубка верхнего поршня, кольцевой канал и радиальные каналы головки с пространством скважины над пакером, а полость между разделительным и нижним поршнями гидравлически связана с полостью ствола. С патрубком верхнего поршня и нижним поршнем жестко связан дополнительный патрубок, имеющий радиальные каналы, для связи полости между разделительным и нижним поршнями с полостью ствола. Проставка с втулкой жестко связана с верхней частью цилиндра, взаимодействующей с конусом, и имеет внутренний кольцевой паз, в котором размещены разрезная обойма и плашка с взаимодейст- вующими оптическими поверхностями и амортизатор. Жидкость поступает в полость между разделительным и нижним поршнями, срезные элементы срезаются, цанги От- ходят от переводника, головка отходит от ствола, уплотнительный элемент сжимается сверху и снизу. Разрезные обойма и плашка с нарезкой под воздействием втулки перемещаются по нарезке корпуса, конус вклинивается под шлипсы, пакер закрепляется в скважине, 1 з. и, ф-лы, 1 ил,Известен пакер, с верхнего шлипсового жестко связан со ство узла. нижнего шлипс линдра с двумя порш10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 хний взаимодействует с конусом нижнего шлипсового узла, а нижний взаимодействует со шлипсодержателем нижнего шлипсового узла, В этом пакере ствол уплотнен в корпусе гидроцилиндра и имеет радиальные каналы, сообщающие внутреннюю полость ствола с рабочей полостью гидроцилиндра, а узел управления посадкой выполнен в виде размещейных в стволе ниже радиальных каналов седел для шариков,Однако данный пакер необладает достаточной надежностью при высоких перепадах давления, так как при превышении выталкивающих усилий от действия перепада давления над силой сжатия нижней части колонны труб от их веса происходит проскальзывание верхний. шлипсов по обсадной колонне и снятие сжимающей нагрузки с уплотнительного узла, что приводит к разгерметизации пакера, Накопление осадков в шлипсовом узле, размещенного над уплотнительным узлом, приводит к его заклиниванию и осложнениям при съеме пакера,.Известен пакер, содержащий ствол, головку, концентрично установленный на стволе патрубок, уплотнительный узел с уплотнительным элементом. шлипсовый узел с двусторонними шлипсами и верхним и нижним конусами, гидроцилиндр с поршнем, взаимодействующим с патрубком и корпусом, прикрепленным к стволу. Ствол . имеет радиальные отверстия, сообщающие его внутреннюю полость с рабочей поверхностью гидроцилиндра, а узел управления посадкой выполнен в виде седла ниже радиальных отверстий ствола.Данный пакер ненадежен в работе и имеет сложную конструкцию. При посадке пакера до зацепления шлипсов с обсадной колонной уплотнительный элемент проскальзывает по колонне, что приводит к нарушению его наружной поверхности и снижению надежности уплотнения. Накопление осадков в шлипсовом узле выше уплотнительного элемента, а также сложный процесс съема пакера (создание давления жидкости в затрубном пространстве при одновременном подъеме и опускании колонны труб) затрудняет подъем пакера,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является гидромеханический пакер, содержащий полый ствол с верхним и нижним переводником, концентрично установленный в стволе корпус, образующий со стволом кольцевой канал, размещенный на корпусе уплотнительный элемент с головкой, связанной со стволом и имеющей радиальные каналы. установленные под уплотнительным элементом конус со шлипсами и шлипсодержателем, концентрично установленный под уплотнительным элементом цилиндр, образующий со стволом кольцевую полость, в которой последова-. тельно по высоте установлены жестко связанный с корпусом верхний поршень с патрубком, имеющим радиальные каналы, разделительный поршень, жестко связанный с цилиндром и нижний, при этом кольцевая полость между разделительным и верхним поршнем связана через радиальные каналы патрубка, кольцевой канал и радиальные каналы головки с пространством скважины над пакером, а полость между разделительным поршнем и нижним гидравлически связана с полостью ствола.Недостатком известного пакера является его недостаточная надежность при перепадах давления жидкости между подпакерным и надпакерным пространствами в наклонных скважинах. Как известно, при установке механических или гидромеханических пакеров, часто происходит нарушение их герметичности, так как при этом происходит продольный спиральный изгиб насосно-компрессорных труб и вес колонны труб становится недостаточным для деформации уплотнительных элементов. В результате не обеспечивается .оптимальная величина контактного давления и, как следствие, не обеспечивается надежная герметизация пакера. Особенно это относится к наклонным скважинам, где затруднено, а в ряде случаев практически невозможно создать требуемую нагрузку на пакер для герметичного его уплотнения.Другим недостатком известного пакера. приводящим к ненадежности его работы, является перемещение уплотнительных элементов пад воздействием перепада давлений при проведении раздельной закачки жидкости в трубы и затрубное пространство, уменьшение нагрузки от веса колонны труб, передаваемой пакеру, при изменении длины колонны труб за счет температурных изменений и давлений закачиваемой жид-. кости. Все это при отсутствии компенсации изменения длины колонны труб приводит к ненадежности герметизации пакера и его разуплотнению. В этим условиях даже дополнительное поджатие уплотнительного элемента в известном пакере за счет действия перепада давления в подпакерном и надпакерном пространствах не во всех случаях может скомпенсировать снижение нагрузки на уплотнительный элемент за счет рассматриваемых факторов.Еще одним недостатком известного пакера является то, что на колонну труб действуют знакопеременные нагрузки (сжимаю- держателем 11; концентрично установленщие нагрузки при установке пакера и сжи- ный под уплотйительным элементом 6 цимающие и растягивающие при проведении линдр 12, образующий со стволом 1 закачки жидкости), Это может привести к кольцевую полость 13, в которой последованегерметичности резьбовых соединений и в 5 тельно по высоте установлены жестко свяряде случаев даже к авариям. занный с корпусом 4 верхний поршень 14 сЦель изобретения - повышение надеж- патрубком 15, имеющим радиальные кана- ности вработе пакера в наклонных скважи- лы 16, разделительный поршень 17, жестко нах, связанный с цилиндром 12 и нижний 18, приПри посадке пакера не происходит про этом кольцевая полость 19 между разделискальзывания уплотнительного элемента по тельным 17 и верхним поршнем 14 связана стенке скважины из-эа одновременного через радиальные каналы 16 патрубка 15, сжатия его сверху и снизу, обеспечивается кольцевой канал 5 и радиальные каналы 8 фиксация уплотнительного элемента в сжа- головки 7 с пространством скважины над том состоянии, при котором сохраняется 15 пакером, а полость 20 между разделитель- достигнутое при посадке пакера сжатие уп- ным поршнем 17 и нижним 18 гидравличелотнительного элемента. компенсация ре- ски связана с полостью 21 ствола 1. Пакер лаксации напряжений и увеличение снабжен жестко связанным с патрубком 15 контактного давления на стенки обсадной и нижним поршнем 18 дополнительным патколонны при повышении давления жидко рубком 22, имеющим радиальные каналы 23 сти под пакером, обеспечивается компенса-для связи полости. 20 между разделительция изменений длины колонны труб при ным 17 и нижним 18.поршнями с полостью пульсации закачиваемой жидкости без воз ствола 1, жестко связанной с верхней действия на уплотнительный элемент и. частьюцилиндра 12 проставкой 24 свтулкой обеспечивается съем пакера с места уста 25, взаимодействующей с конусом 9 и именовки даже после длительного нахождения ющей внутренний кольцевой паз 26, и размещенными в пазу 26 втулки 25 разрезнымиЦель достигается тем, что пакер снаб- обоймой 27 и плашкой 28 с взаимодейству: жен жестко связанным с патрубком и ниж- ющими коническими поверхностями 29 и ним поршнем дополнительным патрубком, 30 амортизатором 30, при этом обойма 27 и, имеющимрадиальныеканалыдлясвязипо- плашка 28 установлены с возможностью ласти между разделительным и нижним взаимодействиясконусом 9.плашкавыполпоршнями с полостью ствола, жестко свя- нена с нарезкой 31, а корпус 4 - с ответной занной с верхней.частью цилиндра простав- нарезкой 32 длявзаимодействия с нарезкой кой со втулкой, взаимодействующей с 35 31 плашки 28,Цилиндр 12 надверхнимкольконусом и имеющей. внутренний кольцевой цевым поршнем 14 имеет радиальные канапаз и размещенными в пазу втулки разрез- лы 32, в нижней части - захват в виде цанги ными обоймой и плашкой с взаимодейству- . 33, соединенной срезным элементом 34 с ющими коническими поверхностями и нижнимпереводникомЗ.а головкасвязана амортизатором, при этом обойма и плашка 40 со стволом 1 среэным элементом 35.установлены с возможностью взаимодейст- . Пакер работает следующим образом. вия с конусом, плашка выполнена с нарез- Спускают пакер.на колонне труб в сквакой. а корпус с ответной нарезкой для жину. В колонну труб сбрасывают шарик и взаимодействия с нарезкой плашки, ци- нагнетают жидкость. Жидкость под давлелиндр над верхним кольцевым поршнем 45 нием поступает в полость 20, гидравлически имеет радиальные каналы, а в нижней части связанную с полостью 21 ствола 1, и воздей - захват в виде цанги, соединенный срез- ствует на разделительный поршень 17 и. ным элементом с нижним переводником, а нижний поршень 18, Разделительный порголовка связана со стволом срезным эле- шень 17;жесткосвязанныйсцилиндром 12,50 через цангу 33 воздействуют на срезнойНа чертеже представлен пакер, элемент 34, а через жестко связанные с верОн содержит полый ствол 1 с верхним 2 хней частью цилиндра 12 проставку 24, втули нижним 3 переводниками, концентрично ку 25, конус 9, шлипсы 10 и установленный в стволе корпус 4, образую- шлипсодержатель - на уплотнительный элещий со стволом 1 кольцевой канал 5, разме мент 6 снизу. Нижний поршень 18 через щенный на корпусе 4 уплотнительный дополнительный патрубок 22, патрубок 15, элемент 6 с головкой 7, связанной со ство- верхний поршень 14,. корпус 4 и головку 7 лом 1 и имеющей радиальные каналы 8, воздействует на срезной элемент 35 и упустановленные под уплотнительным эле- лотнительный элемент б сверху. Срезные ментом 6 конус 9 со шлипсами 10 и шлипсо- элементы 34 и 35 срезаются, цанга 33 отцепляется от переводника 3, а головка 7 осво, бождается от связи со стволом 1 и уплотнительный элемент 6, сжимаемый одновременно сверху и снизу, расширяется до обсадной колонны. При этом разрезные обойма 27 и плашка 28 с нарезкой 31 под воздействием втулки 25 и амортизатора 30 перемещаются по нарезке 32 корпуса 4; а конус 9 вклинивается под шлипсы 10, которые входят в зацепление с обсадной колонной и пакер закрепляется и уплотняется в скважине. При дальнейшем повышении давления в колонне труб шарик с седлом падают в хвостовик пакера (не показано). Ствол 1 получает свободу перемещения и колонна труб приспускается вниз до выхода нижнего переводника 3 из цанги 33. ПрИ закачке жидкости давление в подпакерном пространстве скважины воздействует на верхний поршень 14. В кольцевой полости 19 через каналы 5, 8 и 16 поддерживается давление жидкости над пакером. Засчет разности перепада давлений междуподпакерным и нэдпакерным пространствами скважины верхний поршень 14 воэдействует через корпус 4 и головку 7 на уплотнительный элемент 6, компенсируя релаксацию напряжений в нем, Давление жидкости в стволе 1 пакера через каналы 23воздействует на разделительный поршень 17, кОторый через цилиндр 12, проставку 24, втулку 25 воздействует на конус 9 и шлипсы 10, поддерживая их сцепление с обсадной колонной. При этом также поддерживаетсясцепление разрезной плашки 28 с.нарезкой 31 с ответной нарезкой 32 корпуса 4,При повышении давления закачивавмой жидкости в полости 21 ствола 1 и подпакернам пространстве усилие на уплотнительнь 1 й элемент 6, корпус 9 и шлипсы 10 от действия перепада давлений на верхний поршень 14 и разделительный поршень 17 увеличивается, При этом увеличивается также и контактное давлениеуплотнительного элемента 6 на обсадную колоннуи зацепление шлипсов с обсадной колонной.Ствол 1, связанный с колонной труб верхним переводником 2, имеет свободное перемещение .относительно корпуса 4, не оказывая воздействия на него, чем обеспечивается компенсация изменения длины колонны труб, При этом сцепление разрезной плашки 28 с нарезкой 31 с ответной нареэкой 32 корпуса 4 обеспечивает надежноеуплотнение пэкера в обсадной колонне как в период закачки жидкости, так и при ее прекращении.После окончания закачки жидкости колонну труб, связанную со стволом 1 приподнимают до зацепления цэнги 33 с нижним переводником 3 и потом опускают, Усилие от веса колонны труб через ствол 1, нижний переводник 3; захват в виде цанги 33, цилиндр 12, проставку 24 передается на втулку 25. Втулка 25 перемещается вниз. выходит из контакта с разрезной обоймой 27, освобождая пространство между обоймой 27 и конусом 9. Под действием усилия, передаваемого на конус 9, и усилия от сжатого уплотнительного элемента 6, передаваемого через головку 7 и нарезку 32 корпуса 4 на разрезные плашки 28, последние выходят из зацепления с нарезкой 32 корпуса 4 и размещаются с обоймой 27 в освободившемся пространстве в конусе 9, При дальнейшем опускании извлекается конус 9 из-под шлипсов 10, шлипсы отходят от обсадной колонны и возвращаются в исходное положение, нагрузка на уплотнительный элемент 6 снимается и он принимает первоначальную форму, При подъеме колонны труб нижний переводник 3 ствола 1 упирается в нижний поршень 18, который через дополнительный патрубок 22, патрубок 15, верхний поршень 14 и корпус 4 воздействует на головку 7. Пакер приводится в транспортное. положение и извлекается на ,поверхность,51015 20 25 30 Формула изобретения 40 45 50 55 5 1, Пакер. содержащий полый ствол сверхним и нижним переводниками, концентрично установленный в стволе корпус, образующий со стволом кольцевой канал, размещенный на корпусе уплотнительный элемент с головкой связанной со стволом и имеющей радиальные каналы, установленные под уплотнительным элементом конус со шлипсами и шлипсодержателем, концентрично установленный под уплотнительным элементом цилиндр, образующий со стволом кольцевую полость, в которой последовательно по высоте установлены жестко связанный с корпусом верхний поршень с патрубком. имеющим радиальные каналы, разделительный поршень, жестко связанный с цилиндром, и нижний, при этом кольцевая, полость между разделительным и верхним поршнями связана через радиальные каналы патрубка, кольцевой канал и радиальные каналы головки с пространством скважины над пакерома полость между разделительным и нижним поршнями гидравлически связана с полостью ствола, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности в работе пакера в1745882 19 16 И 22 эктор С.Патрушева р Л,Лукач оставитель И,Кепкеехред М,Моргентал Ко Тираж Государственного комитета по изобр 113035, Москва, Ж, Раушказ 237 ВНИИ Подписноениям и открытиям при ГКНТ ССя наб 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 наклонных скважинах, он снабжен жестко связанным с патрубком и нижним поршнем дополнительным патрубком, имеющим радиальные каналы для связи полости между разделительным и нижним поршнями с полостью ствола, жестко связанной с верхней частью цилиндра проставкой с втулкой, взаимодействующей с конусом и имеющей внутренний кольцевой паз, и размещенными в пазу втулки разрезными обоймой и плашкой с взаимодействующими коническими поверхностями и амортизатором, при этом обойма и плашка установлены с возможностью взаимодействия с конусом, плашка выполнена с нарезкой, а корпус - с ответной нарезкой для взаимодействия с 5 нарезкой плашки.2. Пакер по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что цилиндр над верхним кольцевым поршнем имеет радиальные каналы, а в нижней части захват в виде цанги, соеди ненный срезным элементом с нижним переводником, а головка связана со стволом срезным элементом,