Пакер

(72) А.К. Арсеньев и Е.Н, Зайцев (71) Северо-Кавказский государственный научно-исследовательский ипроектный институт нефтяной промышленности(56) 1. Авторское свидетельства СССР В 359374, кл. Е 21 В 33/12, 1968.2. Зайцев Ю.В, и др. Пакеры и технологические схемы их установок. И.,ВНИИОЭНГ,1969,с.95. рис.80 (прототип).ОПИСАНК АВТОРСКОМУ 80115571 на стволе уплотнительныи элемент, .конус, шлипсы и фрикционный фонарь, включающий корпус с фигурным пазом для размещения пальца ствола и центраторы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности установки пакера, корпус фонаря выполнен с продольной канавкой и снабжен концентрично установленной относительно него втулкой с фиксатором под канавку корпуса, имеющий паз, расположенный против фигурного паза корпуса фонаря при зафиксированном положении корпуса и втулки, и винтовую поверхность на нижнем торце дляонного взаимодействия с пальцеИзобретение относится к нефтегазодобывающей промьппленности, а именно к,пакерам, используемым для герметизации межтрубного пространствапри эксплуатации скважин,Известен пакер, включающий стволс головкой и пальцем уплотнительный элемент, конусы, шлнпсы, Фрикционный Фонарь для управления шлипсами путем поворота ствола при установке пакера, и узел его Фиксирования в стволе скважины, приводимыйв действие гидравлическим путем 1 .Недостатком пакера является сложность конструкции узла его Фиксации,в связи с чем для удерживания пакера в зафиксированном положении необходимо постоянно поддерживать внутреннее избыточное давление в трубах,на которых пакер спускается в скважину что в свою очередь ограничивает его применение при перепадедавлении на пакер снизу,Известен также пакер, включающийствол с головкой и пальцем, установленный на стволе уплотнительныйэлемент, конус, шлипсы, и Фрикционный Фонарь, включающий корпус с Фигурным пазом для размещения пальцаствола и центраторы. Пакер спускается в скважину на колонне насоснокомпрессорных труб и устанавливаетсяпутем .поворота и опускания его ствола., выдвижения шлипсов и зацепленияих со стенками скважины, и расширения уплотнительного элемента от действия веса колонны труб 2.Недостатком указанного пакера является возможность сдвига его вверхи опасность разгерметизации под действием подпакерного давления, таккак шлипсы пакера могут удерживатьего только от перемещения вниз.Цель изобретения - повьппение на"дежности установки пакера.Поставленная цель достигаетсятем, что в пакере, включающем стволс головкой и пальцем, установленныйна стволе уплотнительный элемент,конус, шлинсы и фрикционный фонарь,.включающий корпус с Фигурным пазомдля размещения пальца ствола и центраторы, корпус Фонаря выполнен спродольной канавкой н снабжен концентрично установленной относительно него втулкой с фиксатором подканавку корпуса, имеющей паз, расположенный против Фигурного паза корпуса Фонаря при зафиксированном положении корпуса и втулки; и винтовую поверхность на нижнем торце для фрикционного взаимодействия с пальцем ствола.На фиг. 1 представлен пакер перед пакеровкой, общий вид; на Фиг.2 - нижняя часть фрикционного фонаря пакера, в изометрическом изображении; на Фиг. 3 - втулка, корпус фонаря, в изометрическом иэображении; на Фиг. 4 - а - пакер, б - нижняя часть пакера, повернутая на 90, и взаимодействие пальца ствола с винтовой поверхностью втулки корпуса фонаря при различных толщинах стенки обсадной трубы.1Пакер (см. Фиг. 1) включаетствол 1, свинченный с головкой 2, ф имеющий бурт 3 и палец 4, укрепленный в нижней части ствола. На стволе 1 подвижно установлены обойма 5с подшипником 6, соединенная с головкой 2 винтом 7, входящим в кольцевойпаз обоймы 5, уплотнительный элемент8, конус 9 с гайкой 10 и шлипсами 11,установленными на конусе 9 соединением ласточкин хвост, ФрикционныйФонарь 12, связанный со щлипсами 11 6 с помощью Т-образных пазов 13, накотором в средней части установленыколодки 14 с пружинами 15 и кольцом16, а в нйжней части на резьбу 17навернута позиционная втулка 18, 33 нижний торец которой выполнен в виде винтовой поверхности 19, Фиксируемая на Фонаре винтом 20, На нижней части Фрикционного Фонаря 12(см. Фиг 2) выполнен Г-образный 46 фигурный паз, горизонтальная часть21 которого выполнена сквозной, авертикальная часть 22 не сквозной,а также канавку 23, в которую входит винт 20, Фиксирующий позицион ную втулку 18. В канавке 23 выполнена разметка 24, соответствующаятолщинам стенок обсадных труб, вкоторых устанавливается пакер. Позиционная втулка 18 (см. Фиг. 3) вы полнена с внутренней цилиндрическойрезьбой 25 и внутренним буртом 26,в котором выполнен паз 27, от которого начинается и которым заканчивается винтовая поверхность, вслед- И ствие чего у паза 27 одна стенка 28короткая, а вторая стенка 29 длинная.Уклон винтовой поверхности 19 к горизонтали выполняется примерно равз 11 ным углу трения стали по сгали для предупреждения скольжения опирающегося на эту поверхность пальца 4 от осевой нагрузки, Палец 4 имеет четырехгранную головку, у которой боковые грани параллельны оси пакера, нижняя грань горизонтальна, а верх-. няя параллельна винтовой поверхности 19.Винт 20 фиксирует позиционную втулку 18 на Фрикционном фонаре 12 в положении, когда пазы 22 и 27 совпадают, но при этом позиционная втулка 18 по резьбе 17 может быть навернута больше или меньше в соответствии с разметкой 24 в зависимости от толщины стенки обсадной трубы в месте установки пакера. В связи с этим шаг резьбы 17 должен быть кратным делениям разметки 24.При необходимости на стволе пакера могут быть установлены несколько пальцев с горизонтальным или ярусным их расположением и соответствующим исполнением винтовой поверхности.Сборка пакера производится следующим образом.На Фрикционном фонаре 12 собираются колодки 14 с их пружинами 15 и кольцом 16, В пазы 13 заводятся шлипсы 11 и сводятся так, чтобы конус 9 вошел в соединение с ними (ласточкин хвост).На ствол 1 сверху одевается гайка 10 комуса, уплотнительный элемент 8, обойма 5 и подшипник 6, наворачивается головка 2 и .вворачивается винт 7. Сборка ствола 1 вставляется сверху в сборку фрикционного фонаря 12 и гайка 10 свинчивается с конусом 9. При верхнем положении фрикционного фонаря 12 (когда его верхний торец упирается в конус 9, а шлинсы наиболее раздвинуты) на стволе 1 устанавливается и закрепляется палец 4, как указано, т,е. чтобы нижняя грань головки была горизонтальна. Затеи при переводе фрикционного Фонаря 12 в нижнее положение палец 4 заводится в Г-образный паэ на горизонтальный участок 21. В этом положении Фрикционного фонаря 12 шлипсы 11 должны быть ."утоплены" полностьв под наружный диаметр О, пакера на 1,5 - 2 мм.Затем снизу на резьбу 17 наворачивается позиционная втулка 18 до совпадения верхнего торца с деле 55719 4нием на разметке 24, соответствующем максимальной толщине стенкиобсадной трубы, и фиксируется винтом 20,При подготовке пакера к спускув скважину, если толщина стенки обсадной трубы в месте пакеровки отличается от максимальной, винт 20 отпускается, позиционная втулка 18свинчивается с фрикционного фонаря12 до деления на разметке 24, соответствующего имеющейся толщине стенки обсадной трубы, и затем позиционная втулка вновь фиксируется винтом 20,Разметка 24 выполняется при изготовлении пакера и строится последующему принципу (см. Фиг. 4).При максимальной толщине сстенкивнутренний диаметр Вобсадной трубы минимален, зазор з между пакером и стенкой трубы минимален и зазор г, между насеченной поверхностьюшлипс и стенкой трубы минимален.Следовательно, при пакеровке, когдаствол 1 с конусом 9 движется вниз,а фрикционный Фонарь 12, опираясьподпружиненными колодками 14 настенки скважины, остается вместесо шлипсами 11 на месте, путь 1пройденный стволом с конусом,и радиальное перемещение г, шлипсов 11 досоприкосновения. со стенками обсадной трубы будет наименьшим и последующее продвижение ствола 1 (без конуса) на величину Ь соответствующую сжатию уплотнителя 8 в диаметре Й , также будет наименьшим. Суммарное продвижение Е, ствола внизи пальца 4 из положения Р в положениеР будет наименьшим.При минимальной й, толщине стенки внутренний диаметр Й, обсадныхтруб будет максимальным и соответственно максимальнымн будут зазорыз, и г 2а следовательно, путь 1сжатие уплотнителя Ь и суммарноепродвижение пальца Ь будут наибольшимиеПромежуточному Г 2 значению толщиНЫ СТЕНКИ СООТВЕТСТВУЮТ Й82гф1, Ь и Ь. Зная й, а также диаметры обсадных труб О, пакера 0 и егоствола д угол конусности Ы и высоту Н уплотнителя, можно определитьвсе остальные величиный =0-й2 21з Д - )от+ 1 г Таким образом, благодаря установке позиционной втулки 18 по разметке 24 и благодаря винтовой поверхности 19 обеспечивается якорение(фиксация пакера) при любой толщинестенки обсадной трубы и наличии отклонений в пределах двух соседнихзначений толщины стенки трубы,Спуск пакера производится нанасосно-компрессорных трубах обычнымобразом с небольшим. поворотом вправо и недопущением во избежание нежелательных посадок поворота влево.При спуске палец 4, упираясь нижней,горизонтальной гранью в горизонталь. ную площадку паза 21, толкает фрикционный фонарь 12 вниз, а колодки 14в это время скользят по стенкам обсадной трубы, преодолевая силы трения между ними.Пакеровка скважины осуществляется следующим образом,У места пакеровки делают небольшой поворот (до 1/4 оборота) трубвлево и опускают трубы. В это времяпалец 4 переходит по горизонтальной части паза 21 (см. фиг. 4) изположения Р, в положение Р, и затемиз положения Р, вниз по пазу 22 1г Так, например, (см. фиг. 4) продвижению Ь , пальца 4 в положение Р соответствует изображенное сплош1ным контуром положение В позиционной втулки 18 и тогда при повороте ствола 1 палец 4, пройдя менее 1/4 оборота из положения Р, в положенИе Р, ляжет верхней гранью .на винтовую 40 поверхность 19 и замкнет пакер. Но прй этом же положении позиционной втулки 18 произойдет замыкание пакера при продвижении Ь пальца 4 до положениЯ Р гпосколькУпРи враЩении ствола 1 палец 4, сделав почти полный поворот до положения Р, также ляжет верхней гранью на винтовую поверхность 19. Положению.Р пальца 4 соответствует свое положение В позиционной втулки 18 (на фиг,4 не изображено), при котором палец 4 при повороте ствола 1 влево ложится на винтовую поверхность в первой четверти оборота. Контуром (см.фиг.4)55 показано положение Вз позиционной втулки, соответствующее продвижению .1. пальца 4. Каждому .положению пальца 4. (см. фиг, 4) Р, Р и Р должно 1 О соответствовать положение позиционной втулки 18 и оно должно быть таковым, чтобы при горизонтальном перемещении пальца 4 вправо (что соответствует повороту ствола 1 с15 пальцем 4 влево) от положения Р, Рг или Р верхняя грань пальца 4 взаимодейетвовала с винтовой поверхностью 19 позиционной втулки 18.иДействительное продвижение Ь пальца 4 вниз может отличаться от расчетных значений 1.1, 1. Или Ь , так как в расчетах не учитывались возможный износ стенок обсадных труб и разли- э 5 чная степень внедрения насечки шлипс в .стенки трубы. Однако благодаря . винтовой, поверхности 19 торца позиционной втулки 18 допускаются отклонения от, расчетных значений продвижения пальца 4 в пределах подъема винтовой поверхности -. Р . Во время движения ствола 1 с пальцем 4 вниз конус 9 также движется вниз и раздвигает шлипсы 11, которые вместе с фонарем 12 стоят на месте вследствие сил трения колодок 14 о стенки обсадной трубы, Дойдя до стенки трубы, шлипсы 11 заклинивают конус 9 и тогда под действием веса труб происходит деформация уплотнительного элемента 8 и происходит пакеровка.скважины. Достигнув расчетной разгрузки веса труб на уплотнительный элемент и считая пакеровку окончательной, не снимая веса труб,. производят проворот труб влево до 1 оборота. При этом палец 4 прижимается верхней гранью на винтовую поверхность 19, что можно почувство" вать по. увеличению момента сопротив" ления труб вращению. Таким образом достигается якорение (фиксация) пакера. Наличие подшипника 6 между головкой 2 и обоймой 5 наряду со снижением момента сопротивления повороту ствола и устранением опасности разворота труб предохраняет уплотиительный элемент от. деформаций скручивания и возможного разрушения (появления трещин), что позволяет1155719 08 произвести поворот ствола относительно фрикционного фонаря в нагруженном весом труб запакерованном состоянии пакера для осуществления его фиксирования,Извлечение пакера из скважины производится следующим образом. Поворотом вправо частично разгруженных на пакер лифтовых труб переводят палец 4 в положение до упора в длинную стенку 29 паза 27, после чего производят подъем колонны труб. При этом бурт 3 ствола 1, упираясь в гайку 10, выдергивает конус 9 иэпод шлипс 11 и те переходят в нижнееположение, а головка 2 с обоймой 5приподнимаются над уплотнительнымэлементом 8, освобождают его от 5 нагрузки и он подхватывается конусом 9. При этом фрикционный фонарь12, преодолевая трение колодок 14о стенки обсадной трубы, движетсявверх подталкиваемый пальцем 4 о 10 верхнюю стенку паза 21Технико-экономическая эффективность от использования пакера заключается в сокращении затрат на его. эксплуатацию за счет повышения на дежности установки в скважине.1155719 Составитель Л. ФарушкииТехред И,Асталоа Колесннко Корректор И. Пожо Редакт 5/28 Тираж 540Государственного комитетаелам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб Йодпи Зак по13035,д. 4/5 ал НПП Натеит" г. Ужгород, ул. Проектная, 4