Пакер

(й 9 В 331 НИ конус, заплашек в тко соедивижно ус- которого ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Северо-Кавказский государственныйнаучно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности(56) Зайцев Ю,В, и др. Пакеры и технологические схеглы их установок. М,: ВНИИОЭНГ,1969, с. 96,НаИЬвйоп Яегнсез Яаез алсос Яегнсе,р, 2874,(57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технике для испытания и обработки пласта послекрепления скважины обсадной колонной.Цель - повышение надежности за счет жесткой фиксации пакера в колонне обсадныхтруб, Пакер состоит из полого штока (ПШ) снаправляющим фиксатором (НФ), уплотнительных элементов(УЭ), расширяющего конуса (РК) с .внутренней цилиндрическойпроточкой, телескопически установленногона ПШ и взаимодействующего с УЭ, корпуса(К) с механическими заклинивающими.плашками (ЗП), концентрично установленного наПШ колодочного тормозного узла (ТУ), соединенного с К, и замкового механизма (ЗМ),содержащего цангу с радиальными выступами (РВ), установленную с возможностью их Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к технике для испытания и обработки пласта после крепления скважины обсадной колонной. взаимодействия с ответными выступами (В) ПШ. Пакер имеет подпружиненную относительно К гильзу (Г) с зубьями на нижнем торце и Г-образным пазом на боковой поверхности, в котором размещен свободный конец.НФ, Цанга жестко соединена с К, вы-. полнена с зубьями на верхнем торце для взаимодействия с зубьями Г 26. При спуске пакера с испытательным оборудованием в обсадную колонну НФ находится в нижней части Г-образного паза Г, а ЗП - в транспортном положении. При достижении заданной глубины пакер приподнимают и поворачивают вправо с последующим его опусканием, при этом Нф замыкается в Г-образном пазу, РК раздвигает ЗП, которые удерживаются от перемещения вниз ТУ. Дальнейшее перемещение вниз ПШ приводит к деформации УЭ и запакеровке пакера Одновременно с установкой пакера и перемещением ПШ вниз перемещаются В, которые раздвигают пружинные лепестки цанги и захватываются ее РВ, фиксируя положение ПШ относительно К., Зубчатое зацепление Г и цанги обеспечивает вращение ПШ относительно ТУ, что необходимо в период спуска и подъема испытательного оборудования с пакером. Снятие пакера производят путем создания увеличенного натяжения колонны труб. При этом Нф возвращается в исходное положение в Г-образном пазу Г, что не препятствует сьему пакера. 4 ил,Известен якорь, содержащи клинивающие плашки, фиксато виде пружинной цанги, шток, же ненный с конусом, фрикцион, по тановленный на штоке, внутр10 30 35 40 50 55 установлены башмаки, прижатые к стенке скважины, фрикцион жестко связан с корпусом замка,Недостатком этого якоря является пониженная надежность работы, обусловленная жестким соединением фрикциона с корпусом замка и жесткой связью штока с конусом,Наиболее близок к предлагаемому пакер с удерживающим устройством Ргеззцге Азззс йетгечаЫе "ЯТТЯ" Ра 1 сег, содержащий гидравлическое удерживающее устройство, уплотнительные элементы, механические плашки, расклинивающий конус, шток, корпус, тормозной фонарь с пружинами и замком.Недостатком известного пакера с удерживающим устройством является низкая надежность уплотнительных элементов, через которые передается вся сжимающая нагрузка на расклинивающий конус и механические плашки.В результате возможны случаи перегружения уплотнительных элементов, которые выходят из.строя, и одновременно недогружения сжимающей осевой нагрузкой расклинивающего конуса для зацепления механических плашек со стенкой обсадной колонны, Это приводит к негерметичности пакеровки, т,е. негерметичности изоляции испытываемого пласта.Цель изобретения - повышение надежности за счет жесткой фиксации пакера в колонне обсадных труб.Поставленная цель достигается тем, что пакер, включающий .гидравлический удерживающий узел, полый шток с направляющим фиксатором, уплотнительные элементы, установленные на полом штоке, распирающий конус с внутренней цилиндрической проточкой, телескопически установленный на полом штоке с воэможностью взаимодействия торцовой поверхностью с уплотнительными элементами, корпус с заклинивающими механическими плашками, размещенный на полом штоке, концентрично установленный на полом штоке тормозной колодочный узел, соединенный с корпусом, и замковый механизм, содержащий цангу с радиальными выступами, установленную с воэможностью их взаимодействия с ответными поверхностями полого штока, снабжен подпружиненной относительно корпуса гильзой с зубьями на нижнем торце и Г-образным пазом на боковой поверхности, а свободный конец на- правляющего фиксатора размещен в последнем, причем цанга жестко соединена с корпусом, выполнена с зубьями на верхнем торце и установлена с воэможностью взаимодействия с ответными зубьями гильзы.Существенными отличиями предлагаемого пакера являются форма выполнения деталей - гильза имеет форму втулки с Г-образным пазом на боковой поверхности, а в нижней части снабжена зубьями, цанга имеет лепестки, в верхнем торце которых расположены зубья и радиальные выступы, а также наличие связи между деталями - нижняя часть тормозного устройства, в корпусе которого расположена гильза с Г-образным пазом в боковой поверхности, в котором расположен направляющий фиксатор што 15 ка, подпружиненный пружиной, находится в принудительном зацеплении с зубьями на верхнем торце цанги, жестко соединенной с корпусом тормозного устройства, и, в свою очередь, все детали свободно рэсположены в этом корпусе,На фиг. 1 изображен пакер, разрез; нэ фиг, 2 - вид по стрелке А на фиг. 1 (корпус условно не показан) на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг, 4 - сечение В-В на фиг. 1.Пакер с удерживающим устройством состоит из полого штока 1, в верхней части которого через переводник 2 навернуто гидравлическое удерживающее устройство 3, в теле которого размещены цилиндические поршни 4, фиксируемые винтами 5, пружины 6 и шлипсовые плашки 7,На верхнюю и нижнюю части гидравлического удерживающего устройства 3 навернуты гайки 8, фиксируемые винтами 9.В средней части штока 1 в свободной посадке расположен распирающий конус 10. В распирающем конусе 10 выполнена кольцевая выточка 13 с нижним упором Г. На конусе 10 на резьбе закреплена гайка 14,образуя верхний упор Д в выточке 13.В выточке 13 размещен упор 12, выполненный в виде хомута из двух полуколец, размещенных свободно в проточке 11 штока 1. Выточка 13 имеет высоту Н (ход упора 12 между упорами Г и Д).Высота Н выточки зависит от деформации уплотнительных элементов пакера, их материала, коэффициента упругости и коэффициента перекрытия скважины.Между переводником 2, навернутым нэ верхнюю часть штока 1, и гайкой 14 распирающего конуса 10 на штоке 1 размеще. ны упорная гайка 15, резиновые уплотнительные элементы 16 пакера и промежуточные кольца 17. Диаметр резиновых уплотнительных элементов 16 соответствуетдиаметруупорной гайки 15 и промежуточных колец 17. На нижней части распирающего конуса10 имеются четыре паза 18, расположенныемощью пружин 43 прижимаются к стенкескважины. По достижении заданной глубины колонна труб приподнимается на 2 - 3 мс целью перемещения вверх штока 1 относительно замкового механизма 25 и тормозного устройства 40 и проворачиваетсявправо, чтобы шток 1 повернулся на 1/4оборота относительно гильзы 26, При этомнаправляющий фиксатор 33 выходит из зам;кового паза 30 Г-образного паза 27 замка иперемещается в верхнюю часть 32 Г-образного паза 27 и попадает в наклонный паз 29.Затем колонну труб необходимо медленноопустить, перемещая шток 1 с направляющим фиксатором 33 по вертикальному пазу28, При этом распирающий конус 10 нап равляющими пазами 18 раздвигает заклинивающие механические плашки 19, которыевместе с хомутами 21 и корпусом 24 удерживаются от перемещения вниз колодочнымтормозным устройством 40. Плашки 19 входят в зацепление со стенкой скважины, иконус 10 зая корен неподвижно.Дальнейшее перемещение вниз штока1 передает осевую нагрузку на резиновыеуплотнительные элементы 16 пакера, которые деформируются. Одновременно упор12 отходит от торца Д выточки 13 и перемещается к нижнему упору Г.Деформация резиновых элементов 16рассчитана на уплотнение Ствола скважиныпри работе резиновых уплотнительных элементов в пределах допускаемых напряжений по деформации, что обеспечиваетсявысотой Н выточки 13.Высота Н рассчитана в зависимости откоэффициента перекрытия скважины, материала уплотнительных элементов и упругихдеформаций.Такая конструкция пакера позволяет использовать его на 10 - 15 испытаний, что повышает использование пакера в 3-5 раз.При достижении упором 12 штока 1 упора Г конуса 10 деформация уплотнительныхрезиновых элементов 16 прекращается иосевая нагрузка от штока 1 через упор 12,упор Г и плашки 19 передается на стенкискважины,Повышение осевой нагрузки на пакер вдальнейшем приводит к повышению прочности закрепления плашек 19 на стенкахскважины.Таким образом, перегрузка уплотнительных элементов пакера исключена, чтообеспечивает их дополнительную работу.Одновременно с установкой пакера иопусканием штока 1 перемещаются вниз ивыступы 39, которые раздвигают пружинные лепестки цанги 34 и захватываются еерадиальными выступами. Это фиксирует посимметрично под углом к его оси. В пазах 18.размещены заклинивающие механическиеплашки 19, входящие в пазы 20 хомута 21,состоящего из двух полуколец. соединенных жестко между собой винтами 22, Хомут 521 с помощью кольцевой выточки 23 соединен с верхней частью корпуса 24 замковогомеханизма 2 ЙЗамковый механизм 25 свободно концентрично расположен в корпусе 24 и на 10штоке 1 и выполнен в виде гильзы 26 сГ-образным пазом 27, состоящим из вертикального паза 28, паза 29 под углом 30 изамкового паза 30 под углом 10, имеющего.нижнюю часть 31 и верхнюю часть 32. В 15пазу 27 расположен цилиндрический направляющий фиксатор 33. расположенныйв цилиндрическом отверстии на штоке 1.Верхний торец гильзы 26 через упорныекольца 36 и пружину 35 подпружинен к корпусу замкового механизма через цангу 34.На нижнем торце гильзы 26 выполненызубья 37, находящиеся в зацеплении с зубьями 38 на лепестках верхнего торца цанги34, 25Цанга 34 выполнена в виде многолепестковой пружины-цанги с зубьями 38 на верхних торцах лепестков и с радиальнымивнутренними выступами.Цанга 34 в верхней части имеет резьбу 30и закреплена на корпусе 41 тормозного колодочного устройства 40.Тормозное колодочное устройство содержит корпус 41. в прорезях которого размещены четыре колодки 42, 35Внутри корпуса 41 расположены шюк 1и пружины 43, прижимающие колодочныебашмаки 42 к втулкам 44, навернутым наверхнюю и нижнюю части корпуса 41.Нижняя втулка 44 фиксируется на корпусе 41 гайкой 45.В верхнем торце корпуса 41 на резьбезакреплена цанга 34.На штоке 1 ниже фиксатора 33 выполнены кольцевые радиальные выступы 39 и на 45нижнем конце навернут переводник 46.Герметичность внутренней полостиудерживающего устройства обеспечивается резиновыми уплотнительными кольцами47-49, 50Пакер с удерживающим устройствомработает следующим образом,Пакер спускается с фиксатором 33 замкового механизма 25, находящимся в нижней части 31 Г-образного паза 27 гильзы 26. 55При этом плашки 19 якорного устройстванаходятся в исходном положении. В исходном положении также находится гидравлическое удерживающее устройство 3,Тормозные колодочные башмаки 42 с по 1730428ложение штока 1, повышает надежность и герметичность пакеровки.При передаче на пакер большого числа оборотов приводит к вращению штока 1, который через замок связан с корпусом 41 тормозного устройства, которое тормозит вращение пакера, что может привести к срезу фиксатора 33,Однако вращение штока 1 через фиксатор 33 приводит во вращение гильзу 26, которая своими зубьями 37 скользит по зубьям 38 цанги 34. Гильза 26 приподнимается, сжимает пружину 35 и проворачивается относительно цанги 34, Это предупреждает срез фиксатора 33 и повышает надежность работы замка и пакера,В период спуска и подьема испытательного оборудования с пакером происходит вращение инструмента, штока 1, чему препятствует тормозное устройство, Зубчатое зацепление замка и цанги обеспечивает вращение штока 1 относительно тормозного устройства, что повышает работоспособность замка и долговечность работы устппйства.При проведении операций, требующих создания давления в подпакерной зоне скважины, указанное давление действует на поршни 4, входящие в шлипсовые плашки 7, которые входят в зацепление с колонной, что предотвращает перемещение покера сверх,Снятие пакера с места пакеровки производится путем создания увеличенного натяжения колонны труб. При этом фиксатор 33 возвращается в исходное положение в Г-образном пазу 27 гильзы 26 и замыкается в замковом пазу 30. Применение пакера обеспечивает экономию времени и материалов за счет исключения необходимости перекрытия эксплуатационной колонной непродуктив ной нижней части скважины.Формула изобретенияПакер, включающий гидравлический10 удерживающий узел, полый шток с направляющим фиксатором, уплотнительные элементы, установленные на полом штоке,расширяющий конус с внутренней цилиндрической проточкой, телескопически уста 15 новленный на полом штоке с возможностьювзаимодействия торцовой поверхностью суплотнительными элементами, корпус с заклинивающими механическими плашками,размещенный на полом штоке, концентрич 20 но установленный на полом штоке тормозной колодочный узел, соединенный скорпусом, и замковый механизм, содержащий цангу с радиальными выступами,установленную с возможностью их вза 25 имодействия с ответными поверхностями полого штока, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения надежности за счет жесткой фиксации пакера вколонне обсадных труб, он снабжен30 подпрукиненной относительно корпуса гильзой с зубьями на нижнем торце иГ-образным пазом на боковой поверхности,а свободный конец направляющего фиксатора размещен в последнем, причем цанга35 жестко соединена с корпусом, выполнена сзубьями на верхнем торце и установлена свозможностью взаимодействия с ответными зубьями гильзы,