МЕХАНИЧЕСКИЙ ПАКЕР

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использовано при освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Обеспечивает повышение надежности работы устройства. Сущность изобретения: устройство содержит ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными, чередующимися, и продольными короткими и длинными участками. Со стволом жестко связана опора. Под ней расположены нажимной уплотнительный элемент и конус. Конус установлен с возможностью осевого перемещения относительно ствола. На стволе с возможностью осевого перемещения установлена обойма. На обойме равномерно по ее окружности размещены шлипсы. Они подпружинены в радиальном направлении относительно обоймы и выполнены в виде двуплечих рычагов. В нижней части обоймы установлено кольцо. Оно выполнено с возможностью радиального вращения относительно обоймы, но жестко связано с ней в осевом направлении. На внутренней поверхности кольца выполнена канавка прямоугольного профиля. На наружной поверхности обоймы, в виде отдельных секторов, выполнены буртики прямоугольного профиля. Во внутренней части кольца вдоль одной оси, перпендикулярно оси пакера, по посадке с натягом, установлены два диаметрально противоположных направляющих штифта. Передний угол буртиков равен 10^o. 4 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, при проведении различных технологических операций по изоляции зон поглощения в процессе проводки скважин, при цементировании под давлением, гидроразрыве пластов и т.д.

Известен пакер (А.С. СССР N 1818461, МКИ E 21 B 33/12, 1993), содержащий шток с Г-образным пазом, имеющим длинную и короткую части, жестко связанный со штоком корпус, установленный на штоке уплотнительный элемент с конусом, плашки с хвостовиками, штифт, размещенный в Г-образном пазу штока, подпружиненный центратор, ступенчатую втулку, концентрично размещенную относительно штока и жестко связанную с ним нижним торцом, хвостовики плашек имеют цилиндрическую часть со скоcом на нижнем торце и размещенный между втулкой и штоком, при этом длина хвостовика по его цилиндрической образующей больше высоты короткой части Г-образного паза и меньше высоты длинной части Г-образного паза.

Недостатками известного технического решения являются сложность конструкции, большая металлоемкость и аварии, которые могут произойти в наклонно-направленных скважинах в результате развинчивания инструмента (насосно-компрессорных труб - НКТ) при распакеровке. (При распакеровке пакер необходимо снять с якоря, для этого нужно произвести вращение инструмента влево).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбранным за прототип является механический пакер (А.С.СССР N 1686128, МКИ E 21 B 33/12, 1991 г.), содержащий ствол с кольцевым фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленный с возможностью осевого перемещения относительно ствола, расположенную на стволе с возможностью радиально-осевого перемещения обойму с выступом на внутренней поверхности, размещенным в кольцевом фигурном пазу ствола, и установленные в обойме равномерно по ее окружности шлипсы, подпружиненные относительно обоймы в радиальном направлении, при этом пакер снабжен установленными на конусе кулачками, равномерно расположенными по окружности в продольных плоскостях коротких участков фигурного паза на расстоянии друг от друга не менее ширины шлипса, а внутренние поверхности кулачков выполнены наклонными к продольной оси ствола с вершиной угла наклона поверхности конуса к продольной оси ствола, при этом наружные поверхности шлипсов в верхней части выполнены ответными наклонным поверхностям кулачков для взаимодействия с последними в транспортном положении шлипсов.

Недостатком известного технического решения является ненадежность его в работе ввиду того, что при распакеровке посредством осевого перемещения производится проворот вокруг своей оси обоймы со шлипсами, а так как после длительного нахождения пакера в рабочем положении шлипсы практически всегда заклинивает, при провороте происходим их срыв. При этом пакер заклинивает в колонне, создается аварийная ситуация. Кроме того, при задании движения обойме имеющимся выступом происходит ее перекос на стволе, приводящий к заклинивании обоймы на последнем. При длительной работе пакера или его неправильной сборке фиксирующая деталь конуса на стволе выходит из строя, происходит его (конуса) радиальный проворот и, при переходе пакера в рабочее положение, шлипсы попадают под кулачки, тем самым они не занимают свое рабочее положение. Повторное распакерование становится невозможным. Кроме того, выполнение кулачков 14 повышает сложность изготовления, требующую необходимую точность, жесткую фиксацию конуса от радиального движения.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы пакера за счет предотвращения перекоса обоймы, радиального проворота обоймы и шлипсов и предотвращения последних от заклинивания.

Механический пакер, содержащий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные над ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленный с возможностью осевого перемещения относительно ствола, расположенную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе, установленные в обойме, равномерно по ее окружности, шлипсы, подпружиненные относительно обоймы в радиальном направлении и выполненные в виде двуплечих рычагов, согласно изобретения дополнительно содержит кольцо, установленное в нижней части обоймы с возможностью радиального вращения относительно обоймы и жестко связанное с ней в осевом направлении, на внутренней поверхности кольца выполнена канавка прямоугольного профиля, а на наружной поверхности обоймы в виде секторов выполнены буртики прямоугольного профиля, причем направляющий штифт установлен жестко по посадке с натягом во внутренней части кольца, где диаметрально противоположно ему установлен, жестко по посадке с натягом, дополнительный направляющий штифт; продольные короткие и продольные длинные участки фигурного паза выполнены обоюдно симметричными относительно ствола, а передний угол буртиков равен 10^o.

На фиг.1 представлен механический пакер, общий вид; на фиг.2 - обойма и кольцо в разрезе; на фиг.3 - сечение А-А фиг.2; на фиг.4 - развертка формы и направления фигурного паза ствола пакера.

Механический пакер содержит ствол 1 с фигурным пазом 2 на наружной поверхности с равномерно расположенными, чередующимися, обоюдно симметричными относительно оси ствола 1, двумя продольными короткими 3 и двумя продольными длинными 4 участками. Со стволом 1 жестко связана опора 5, под которой расположены нажимной уплотнительный элемент 6 и конус 7. Конус 7 установлен с возможностью осевого перемещения относительно ствола 1. На стволе 1 с возможностью осевого перемещения установлена обойма 8. На обойме 8 равномерно по ее окружности размещены шлипсы 9, поджимаемые в радиальном направлении относительно обоймы 8 пружиной 10 и в средней части удерживаемые ограничителем 11. Нижняя часть шлипсов 9 выполнена в виде заходного направляющего кулачка 12. Кольцо 13 выполнено разъемным и установлено в нижней части обоймы 8 с возможностью радиального вращения относительно последней (8), но жестко связанное с ней (8) в осевом направлении. На внутренней поверхности кольца 13 выполнена канавка 14 прямоугольного профиля, а на наружной поверхности обоймы 8 в виде отдельных секторов выполнены буртики 15 прямоугольного профиля. Буртики 15 с канавкой 14 образуют пару скольжения и дополнительно играют роль очистки канавки 14 от шлама. Во внутренней части кольца 13 вдоль одной оси, перпендикулярно оси пакера, жестко, по посадке с натягом, установлены два диаметрально противоположные направляющие штифты 16. Для обеспечения перехода штифтов 16 из длинных 4 участков в короткие 3 и наоборот на стволе 1 выполнены наклонные участки 17 и 18. В торце кольца 13 выполнена выемка 19 для фиксации заходных направляющих кулачков 12. Передний угол бортиков 15 равен 10^o.

Механический пакер работает следующим образом.

Перед началом работ пакер находится в вертикальном положении (фиг.1), при этом диаметрально противоположные направляющие штифты 16 за счет собственного веса обоймы 8 занимают начальное положение соответственно в точках l'_I и l'₂ (рис.4).

Пакер спускают на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважину. В начале списка заходные направляющие кулачки 12, своей нижней частью зафиксированные в выемках 19 обоймы 8 и находясь в контакте с колонной за счет сил трения, увлекают обоймы 8 вверх относительно пакера, заставляя диаметрально противоположные направляющие штифты 16 скользить по обоюдно симметричным наклонным 18, затем продольным коротким участкам 3 фигурного паза 2, в точки 2'₁ и 2'₂ - транспортное положение. При переходе из точек 1'₁> и 1'₂ в точки 2'₁ и 2'₂ радиальный проворот относительно оси ствола 1 пакера и обоймы 8 совершает кольцо 13, проходя буртиками 15 по канавке 14. (Обойма 8 в радиальном направлении остается неподвижной.) При дальнейшем спуске к зоне пакерования в контакте со стенкой колонны находятся заходные направляющие кулачки 12 шлипсов 9, а верхние части, содержащие зубья, прижаты к стволу 1 пакера, образуя гарантированннй зазор со стенкой колонны, который обеспечивает исключение контакта и износа зубьев шлипсов 9. При достижении заданной глубины пакерования производят подъем инструмента на 0,3 - 0,5м. При этом обойма 8 со шлипсами 9 за счет движения диаметрально противоположных направляющих штифтов 16 по обоюдно симметричным коротким продольным участкам 3 и наклонным участкам 17 фигурного паза 2 в точки 3'₁ и 3'₂ перемещается вниз вдоль оси ствола пакера. Причем за счет силы трения направляющих кулачков 12 о стенки скважины обойма 8 остается неподвижной, а радиальное движение совершает кольцо 13, проходя бортиками 15 по канавке 14. Дополнительно бортики 15 за счет выполнения переднего угла равным 10^o, при прохождении по канавке 14, очищают ее от набившегося шлама, который также может привести к заклиниванию деталей. Затем продолжают спуск колонны. При этом диаметрально противоположные направляющие штифты 16 из точек 3'₁ и 3'₂ перемещаются по обоюдно симметричным относительно оси ствола наклонным 18, затем длинным продольным участкам 4 фигурного паза 2 в точки 4'₁ и 4'₂ (рабочее положение), радиальное движение берет на себя кольцо 13. Шлипсы 9 входят в контакт с конусом 7, раздвигаясь от центра к стенкам скважины, и прижимаются к внутренней поверхности стенки колонны, что обеспечивает установку пакера в рабочее положение. Нижняя часть заходных направляющих кулачков 12 погружается в выемки 19 обоймы 8. Верхняя часть шлипсов 9, содержащая зубья, входит в зацепление с колонной труб. Приложенная к пакеру нагрузка от веса инструмента через опору 5 и конус 7 передается нажимному уплотнительному элементу 6. Он деформируется и герметизирует межтрубное пространство скважины.

Для перемещения инструмента вверх или вниз по стволу скважины производят его движение вверх. Диаметрально противоположные направляющие штифты 16 перемещаются вниз по длинным продольным участкам 4 и наклонным участкам 17 фигурного паза 2 в точки 1'₂ и 1'₁. Кольцо 13 совершает радиальный проворот. Нажимной уплотнительный элемент 6 восстанавливает свою форму, конус 7 освобождает шлипсы 9 и пакер снимается с места установки. Это дает возможность перемещать пакер вверх и вниз.

Использование предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом позволяет повысить надежность работы пакера за счет исключения перекоса обоймы, радиального проворота обоймы со шлипсами и предотвращения их заклинивания и тем самым исключить аварийные ситуации, влекущие за собой большие материальные затраты.

Формула изобретения

Механический пакер, содержащий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися и продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленный с возможностью осевого перемещения относительно ствола, расположенную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе, установленные в обойме, равномерно по ее окружности, шлипсы, подпружиненные относительно обоймы в радиальном направлении и выполненные в виде двуплечих рычагов, отличающийся тем, что дополнительно содержит кольцо, установленное в нижней части обоймы с возможностью радиального вращения относительно обоймы и жестко связанное с ней в осевом направлении, на внутренней поверхности кольца выполнена канавка прямоугольного профиля, а на наружной поверхности обоймы в виде секторов выполнены буртики прямоугольного профиля, причем направляющий штифт установлен жестко по посадке с натягом во внутренней части кольца, где вдоль одной с ним оси, перпендикулярно оси пакера, диаметрально, противоположно ему установлен, жестко по посадке с натягом, дополнительный направляющий штифт, продольные короткие и продольные длинные участки фигурного паза выполнены обоюдно симметричными относительно ствола, а передний угол буртиков равен 10^o.

Пакеры механические ПВМ -2 -118/50, ПВМ -2 -122/50,

ПВМ -2 -136/50, ПВМ -2 -140/50

Предназначены для уплотнения колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) в обсадной колонне скважины при проведении операций по воздействию на призабойнуюзону.

Область применения: освоение и эксплуатация нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин, гидроразрыв пласта, поиск негерметичности обсадной колонны, работа со струйными насосами, ремонтно-изоляционные работы, проведение других ремонтно-профилактических работ и технологических операций, осуществление которых требует создание избыточного давления над и под пакером.

Пакеры: Пакеры:

ПВМ -2 -118/50; ПВМ -2 -136/50;

ПВМ -2 -122/50. ПВМ -2 -140/50.

ПВМ-2 ПВМ -2 ПВМ -2 ПВМ -2

- 118/50 -122/50 -136/50 - 140/50

Максимальный перепад давления 50 50 50 50

воспринимаемый пакером, МПа

Максимальное осевое усилие, кН

посадки пакера 150 150 150 150

освобождения пакера 80 80 80 80

Рабочая среда вода, глинистый раствор, тех. реагенты

Температура рабочей среды, ºС не выше 100 100 100 100

Наружный диаметр, мм 118 122 136 140

Диаметр проходного отверстия, мм 43 43 54 54

Присоединительная резьба

по ГОСТ 633-80 НКТ 73 НКТ 73 НКТ 89 НКТ 89

Эксплуатационные колонны труб 140х6,2…7,7 146х7…9,5 168х11…12,1 168х7…10,6

по ГОСТ 632-80, разобщаемые пакером, мм 146х9,5…10,7 178х12…15

Наибольшая длина, мм 890 890 920 920

Наибольший диаметр выхода

шлипсов в рабочее положение, мм 137 137 159 159

Масса, кг без тары 29 29,5 36 36,5

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Механический пакер содержаит ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней с возможностью осевого перемещения относительно ствола уплотнительный элемент, конус и обойму, в которой установлены равномерно по ее окружности зубчатые шлипсы, кольцо, установленное в нижней части обоймы с возможностью радиального вращения относительно обоймы, но жестко связанное с ней в осевом направлении, причем обойма зафиксирована относительно ствола в радиальном направлении, зубчатые шлипсы пружинами поджаты к стволу и расположены таким образом, что при контакте с конусом их наклонные плоские грани параллельны наклонным плоским граням конуса, а направляющий штифт размещен в фигурном пазе, в котором в отличие от прототипа зубчатые шлипсы помещены в кожух, который закреплен на обойме, имеющей в своей средней части пазы, в которых расположены центраторы с пружинами, закрепленные в обойме верхней и нижней крышками, причем под нижней крышкой расположено разрезное кольцо, на котором установлен направляющий штифт. Изобретение позволяет повысить надежность и эффективность работы пакера в процессе его установки, эксплуатации и демонтажа в нефтяных и газовых скважинах. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Известен пакер, который содержит ствол с фигурными пазами на наружной поверхности, имеющими продольные прямые короткий и длинный участки. Со стволом жестко связана опора, под которой расположены нажимной уплотнительный элемент и конус. Конус установлен с возможностью осевого перемещения относительно ствола. На стволе с возможностью осевого перемещения установлена обойма. На обойме равномерно по ее окружности размещены шлипсы, поджимаемые в радиальном направлении относительно обоймы пружиной и в средней части удерживаемые ограничителем. Нижняя часть шлипсов выполнена в виде направляющего кулачка. Кольцо выполнено разъемным и установлено в нижней части обоймы с возможностью радиального вращения относительно последней, но жестко связанное с ней в осевом направлении. На внутренней поверхности кольца выполнена канавка прямоугольного профиля, а на наружной поверхности обоймы в виде отдельных секторов выполнены буртики прямоугольного профиля. Буртики с канавкой образуют пару скольжения и дополнительно играют роль очистки канавки от шлама. Во внутренней части кольца вдоль одной оси, перпендикулярно оси пакера, жестко, по посадке с натягом, установлены два диаметрально противоположных направляющих штифта. На стволе выполнены наклонные участки и прямые участки. Каждый прямой участок против часовой стрелки переходит в наклонный, который, в свою очередь, примыкает к следующему прямому участку под острым углом. В торце кольца выполнена выемка для фиксации заходных направляющих кулачков (патент РФ номер 2209927, МПК Е21В 33/12, опу. 10.08.2003г.).Наиболее близким к предложенному является механический пакер, состоящий из ствола с фигурным пазом на наружной поверхности с продольными короткими и длинными участками. Со стволом жестко связана опора. Под ней расположены уплотнительный элемент и конус с равномерно расположенными по его окружности наклонными плоскими гранями. Конус установлен с возможностью осевого перемещения относительно ствола, зафиксирован относительно ствола в радиальном направлении шпонкой. Под конусом с возможностью осевого перемещения относительно ствола установлена обойма, в которой равномерно по ее окружности размещены зубчатые шлипсы, поджатые пружинами к стволу, внутренние поверхности которых выполнены в виде наклонных плоских граней. В обойме установлен направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе ствола. Наклонные плоские грани зубчатых шлипсов параллельны наклонным плоским граням конуса при их контакте. В нижней части обоймы установлено кольцо. Оно выполнено с возможностью радиального вращения относительно обоймы, но жестко связано с обоймой в осевом направлении (патент РФ номер 2232869, МПК Е21В 33/12, опубл. 20.07.2004 г.).

Недостатком известных устройств является низкая надежность в работе ввиду того, что шлипсы недостаточно защищены от контакта со стенками эксплуатационной колонны наклонной или горизонтальной скважины при движении пакера по ней, что приводит к их преждевременному износу, поломке пружин, поджимающих центраторы, приводит к недостаточному контакту центраторов с эксплуатационной колонной, что может привести к невозможности установки пакера, также два противоположных направляющих штифта могут заклинивать в фигурных пазах, при их неточном изготовлении. Кроме того, известные конструкции пакеров технологически сложны и трудоемки в изготовлении.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и эффективности работы пакера в процессе его установки, эксплуатации и демонтажа в нефтяных и газовых скважинах.

Положительный эффект от применения пакера в скважинах заключается в сокращении количества аварий, увеличении его срока службы, в росте межремонтного периода скважин и соответственно увеличении добычи флюида.

Технический результат достигается за счет исключения контактов шлипсов со стенкой эксплуатационной колонны, исключения аварийных ситуаций из-за поломки пружин центраторов и заклинивания фиксаторов, а так же снижения трудоемкости изготовления пакера и соответственно его цены при сохранении высоких эксплуатационных качеств и надежности.

Поставленая задача решается механическим пакером, содержащим ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней с возможностью осевого перемещения относительно ствола уплотнительный элемент, конус и обойму, в которой установлены равномерно по ее окружности зубчатые шлипсы, кольцо, установленное в нижней части обоймы с возможностью радиального вращения относительно обоймы, но жестко связанное с ней в осевом направлении, причем обойма зафиксирована относительно ствола в радиальном направлении, зубчатые шлипсы пружинами поджаты к стволу и расположены таким образом, что при контакте с конусом их наклонные плоские грани параллельны наклонным плоским граням конуса, а направляющий штифт размещен в фигурном пазе, в котором в отличие от прототипа зубчатые шлипсы помещены в кожух, который закреплен на обойме, имеющей в своей средней части пазы, в которых расположены центраторы с пружинами, закрепленные в обойме верхней и нижней крышками, причем под нижней крышкой расположено разрезное кольцо, на котором установлен направляющий штифт.

Согласно изобретению ствол механического пакера может быть выполнен из двух частей - верхней и нижней, соединенных посредством резьбового соединения, причем нижний ствол по наружному диаметру больше верхнего и в месте соединения образует бурт, ограничивающий перемещение конуса вниз по стволу.

Согласно изобретению каждый центратор пакера может содержать три пружины.

Согласно изобретению опора может быть образована прикрепленной к верхней части ствола муфтой и связанной с ней резьбовым соединением гайкой.

Согласно изобретению уплотнительный элемент пакера может быть образован тремя уплотнительными манжетами.

Согласно изобретению обойма пакера может иметь в своей нижней части кольцевую наружную канавку с возможностью взаимодействия с кольцевым внутренним буртом разрезного кольца.

Цель изобретения достигается благодаря следующему.

Шлипсы помещены в кожух, исключающий соприкосновение шлипсов со стенками эксплуатационной колонны при движении пакера по скважине.

Каждый центратор имеет три пружины, жесткость каждой из которых ниже, чем жесткость пружин у прототипов. Это позволяет расширить диапазон применения пакера в эксплуатационных колоннах с разной толщиной стенки, снижая вероятность поломки пружин и обеспечивая необходимое усилие прижатия центраторов к эксплуатационной колонне.

Нижняя крышка, ограничивающая радиальное перемещение центраторов изготовлена отдельно от разрезного кольца. Такая конструкция позволяет не допустить заклинивание, исключающее вращение разрезного кольца с фиксатором относительно центраторов при попадании в зазор между центраторами и разъемным кольцом шлама.

Фигурный паз на поверхности нижнего ствола имеет минимальную площадь, необходимую для обеспечения надежной работы пакера. Сечение ствола позволяет выдерживать повышенные нагрузки при осложнениях со срывом пакера. Паз расположен на стволе с равномерным расположением двух длинных (рабочих) вертикальных участков и двух коротких (транспортных) вертикальных участков, которые соединены между собой двумя наклонными участками, расположенными под острым углом к вертикали, и очень короткими вертикальными (переходными) участками.

Для еще большего усиления нижнего ствола применяется замкнутый фигурный паз, который состоит из длинного вертикального участка (рабочее положение) и короткого вертикального участка (транспортное положение). В нижней части вертикальные участки соединены выборкой, имеющей треугольную форму. Вершина треугольной выборки располагается на коротком вертикальном участке, и сторона, прилегающая к вершине, располагается вертикально, являясь продолжением наружного контура короткого вертикального участка. Сторона, прилегающая к вершине треугольной выборки с другой стороны, образует с коротким вертикальным участком острый угол, а с длинным - тупой. Основание треугольной выборки образует с длинным вертикальным участком острый угол, а с коротким - тупой. Верхнюю часть короткого вертикального участка завершает наклонный участок, расположенный к короткому вертикальному участку под острым углом. Верхняя часть наклонного участка располагается между коротким и длинным вертикальными участками и выполнена в виде треугольного уступа, одна сторона которого располагается вертикально, а вторая образует с длинным вертикальным участком острый угол. Между длинным и коротким вертикальными участками располагается выступ, выполненный в виде параллелограмма. Наружные вертикальные стороны выступа являются внутренними вертикальными сторонами короткого и длинного вертикальных участков. Верхняя сторона выступа примыкает к короткому вертикальному участку, образуя острый угол внутри параллелограмма. Нижняя сторона выступа является основанием треугольной выборки и образует с коротким вертикальным участком тупой угол внутри параллелограмма.

Сущность изобретения и достижение указанного технического результата поясняются чертежами, где на фиг.1 изображен пакер механический в сборе; на фиг.2 - развертка кругового фигурного паза; на фиг.3 - развертка замкнутого паза.

Пакер механический состоит из нижнего 1 и верхнего 2 стволов, соединенных посредством резьбового соединения, нижний 1 ствол по наружному диаметру больше верхнего 2 и в месте соединения образует бурт. Сверху к верхнему стволу 2 посредством резьбового соединения прикреплена муфта 3, к которой посредством резьбового соединения присоединена гайка 4. Вместе с муфтой 3 они образуют опору для манжет уплотнительных 5, которые располагаются на верхнем стволе ниже гайки 4. Ниже манжет уплотнительных 5 располагается конус 6. Перемещение конуса по верхнему стволу ограничено вниз - буртом нижнего ствола, вверх - манжетами уплотнительными 5. На нижний ствол 1 надет якорный узел, основу которого составляет обойма 7. Сверху на обойму 7 посредством резьбового соединения прикреплен кожух 8. В кожухе равномерно располагаются шлипсы 9, прижатые к нижнему стволу пружинами 10, при таком положении исключается возможность соприкосновения шлипсов 9 со стенками эксплуатационной колонны при любом ее расположении. В средней части обоймы 7 равномерно выполнены продольные пазы, в которых располагаются центраторы 11, которые пружинами 12 прижимаются к стенкам эксплуатационной колонны. Центраторы 11 удерживаются в корпусе крышками: верхней 13 и нижней 14. В нижней части корпуса устанавливается кольцо разрезное 15, которое взаимодействует с кольцевой наружной канавкой корпуса кольцевым внутренним буртом. Такое соединение позволяет кольцу разрезному 15 вращаться относительно обоймы 7, имея возможность продольного перемещения только совместно с ней. На кольце разрезном 15 посредством резьбового соединения установлен направляющий штифт 16, внутренний конец которого постоянно находится в фигурном пазу, образуя таким образом командный аппарат якорного узла. Такая конструкция позволяет посредством осевых перемещений стволов 1 и 2 обеспечивать якорному узлу транспортное или рабочее положение.

При применении замкнутого фигурного паза (фиг.3) пакер отличается от описанного конфигурацией фигурного паза.

Механический пакер работает следующим образом.

1. Использование кругового фигурного паза (фиг.2).

Перед спуском в скважину пакер находится в вертикальном положении (фиг.1), направляющий штифт 16 в фигурном пазу необходимо установить в точку А. Такое положение фиксатора в фигурном пазу обусловлено весом деталей якорного узла и необходимостью при спуске пакера обеспечить транспортное положение якорного узла. Спуск пакера в скважину осуществляется при помощи насосно-компрессорных труб (НКТ). При входе пакера в устье скважины центраторы 11 взаимодействуют со стенками эксплуатационной колонны и не дают возможности якорному узлу двигаться вниз до тех пор, пока совместное усилие пружин 12 не будет преодолено силой веса спускаемой колонны. Таким образом, якорный узел остановится при входе в эксплуатационную колонну скважины, а ствол 1 будет продолжать движение вниз. Направляющий штифт 16 будет передвигаться по очень короткому вертикальному участку I (фиг.2), далее по наклонному участку II и короткому вертикальному участку III до тех пор пока не попадет в точку Б. В этой точке перемещение ствола 1 относительно якорного узла прекратится, и они начнут совместное перемещение вниз. Одновременно пружины 12 сожмутся, обеспечивая постоянный контакт центраторов 11 со стенками эксплуатационной колонны скважины. Такое положение деталей пакера будет сохраняться до установки спускаемой НКТ на клиновую подвеску устья скважины. После установки следующей спускаемой НКТ на предыдущую, колонну НКТ следует приподнять для снятия с клиновой подвески. При подъеме колонны НКТ происходит следующее: якорный узел, удерживаемый на стенках эксплуатационной колонны прижатыми к ней центраторами 11, будет оставаться на месте. Ствол 1 начнет перемещение вверх относительно стоящего на месте якорного узла. Одновременно направляющий штифт 16 будет двигаться вниз по короткому вертикальному участку III. Для обеспечения транспортного положения якорного узла такое перемещение можно продолжать только до точки В, при достижении которой следует начать спуск колонны НКТ. Перемещение колонны НКТ вверх при снятии ее с клиновой подвески составляет 100-200 мм. Спуск приведет к перемещению вниз ствола 1 относительно якорного узла. Такое перемещение будет продолжаться до тех пор, пока направляющий штифт 16 не достигнет точки Б. После этого ствол 1 и якорный узел начнут совместное перемещение вниз до установки очередной спускаемой НКТ на клиновую подвеску. Таким образом при перемещении пакера вниз направляющий штифт 16 будет перемещаться в коротком вертикальном участке III от точки Б до точки В, обеспечивая транспортное положение якорного узла. После достижения пакером планируемого интервала установки следует перевести якорный узел из транспортного положения в рабочее посредством следующих манипуляций: поднять колонну НКТ на высоту, равную или немного превышающую Нm (фиг.2). Одновременно с этим направляющий штифт 16 будет перемещаться по короткому вертикальному участку III, наклонному участку IV до достижения точки Г. После этого следует опустить колонну НКТ до установки (посадки) пакера. Одновременно направляющий штифт 16 будет перемещаться из точки Г по очень короткому вертикальному участку V, по наклонному участку VI и по длинному вертикальному участку VII, стремясь достигнуть точки Д. Детали пакера будут изменять свое положение следующим образом: стволы 1 и 2 будут перемещаться вниз относительно стоящего на месте якорного узла. Шлипсы 9, двигаясь по конусу 6, будут расходиться радиально и, сжимая пружины 10, приближаться к стенке эксплуатационной колонны скважины до врезания в нее. Одновременно якорное устройство и конус 6 остановятся и зафиксируются на стенке эксплуатационной колонны скважины. Муфта 3, гайка 4, ствол 2 продолжат движение вниз относительно остановившихся конуса и якорного узла, сжимая манжеты уплотнительные 5 до соприкосновения их со стенкой эксплуатационной колонны скважины. Это перемещение будет продолжаться до тех пор пока вес спускаемой колонны НКТ не сравняется с суммарными реактивными усилиями сил трения во всех сопряжениях и сил упругости манжет уплотнительных 5. После сжатия манжет уплотнительных внутреннее пространство эксплуатационной колонны скважины будет герметично разобщено на подпакерное и надпакерное.

Для демонтажа пакера необходимо выполнить подъем спускаемой колонны НКТ. При этом будут происходить следующие перемещения деталей пакера: стволы 1 и 2, муфта 3, гайка 4 будут перемещаться вверх, манжеты уплотнительные 5 приходят в свое первоначальное положение. Это перемещение будет происходить до соприкосновения конуса с буртом нижнего ствола 1. После этого под действием пружин 10 шлипсы выйдут из соприкосновения со стенкой эксплуатационной колонны скважины и прижмутся к нижнему стволу 1. Одновременно направляющий штифт 16 будет перемещаться по длинному вертикальному участку фигурного паза VII, наклонному участку VIII до точки А'. После этого перемещение стволов 1 и 2 относительно якорного узла прекратится и начнется их совместное перемещение вверх до установки колонны НКТ на клиновую подвеску, которая сопровождается перемещением колонны НКТ вниз. Одновременно якорный узел фиксируется на эксплуатационной колонне при помощи центраторов 11, а стволы 1 и 2 перемещаются вниз. Одновременно направляющий штифт 16 из точки А' по очень короткому вертикальному участку I', наклонному участку II' переходит в короткий вертикальный участок III' и при дальнейшем подъеме колонны НКТ передвигается в нем от точки А' до точки В', обеспечивая транспортное положение якорного узла при перемещении пакера из скважины.

2. Использование замкнутого фигурного паза (фиг.3).

Перед спуском в скважину пакер находится в вертикальном положении (фиг.1), направляющий штифт 16 в фигурном пазу (фиг.3) устанавливается в точку А. Такое положение направляющего штифта в фигурном пазу обусловлено весом деталей якорного узла. Спуск пакера в скважину осуществляется при помощи насосно-компрессорных труб (НКТ). При входе пакера в устье скважины центраторы 11 взаимодействуют со стенками эксплуатационной колонны и не дают возможности якорному узлу перемещаться вниз до тех пор, пока совместное усилие пружин 12 не будет преодолено силой веса спускаемой колонны. Таким образом, якорный узел остановится при входе в эксплуатационную колонну скважины, а ствол 1 будет продолжать перемещение вниз. Одновременно направляющий штифт 16 будет передвигаться по короткому вертикальному участку I, далее по наклонному участку II до тех пор, пока не попадет в точку Б. В этой точке перемещение ствола 1 относительно якорного узла прекратится, и они начнут совместное перемещение вниз. При этом пружины 12 сожмутся, обеспечивая постоянный контакт центраторов 11 со стенками эксплуатационной колонны скважины. Такое положение деталей пакера будет сохраняться до установки спускаемой НКТ на клиновую подвеску. После установки следующей спускаемой НКТ на предыдущую колонну НКТ следует приподнять для снятия с клиновой подвески на высоту, равную или немного превышающую Нm (фиг.3), что обеспечит транспортное положение якорного узла. При подъеме колонны НКТ происходит следующее: якорный узел, удерживаемый на стенках эксплуатационной колонны прижатыми к ней центраторами 11, будет оставаться на месте. Ствол 1 начнет перемещение вверх относительно стоящего на месте якорного узла. Одновременно направляющий штифт 16 будет перемещаться относительно ствола 1 вниз до соприкосновения с выступом III в точке В, после чего направляющий штифт 16 будет перемещаться наклонно по верхней стороне выступа III, по длинному вертикальному участку IV, стороне нижней выборки, образующей с длинным пазом тупой угол до точки А. При последующем спуске колонны НКТ произойдет перемещение ствола 1 вниз относительно якорного узла. Такое перемещение будет продолжаться до тех пор, пока направляющий штифт 16 не достигнет точки Б. После этого ствол 1 и якорный узел начнут совместное перемещение вниз до установки очередной спускаемой НКТ на клиновую подвеску. Таким образом, при перемещении пакера вниз направляющий штифт 16 будет передвигаться в замкнутом контуре от точки Б по верхней стороне выступа, длинному вертикальному участку до точки А, далее по короткому вертикальному и наклонному участкам до точки Б, обеспечивая транспортное положение якорного узла. После достижения пакером планируемого интервала установки следует перевести нижний якорный узел из транспортного положения в рабочее посредством следующих манипуляций: поднять колонну НКТ на высоту, не превышающую Нр (фиг.3). Одновременно направляющий штифт 16 будет перемещаться из точки Б вниз до соприкосновения с выступом III, по верней стороне выступа III до длинного вертикального участка, по длинному вертикальному участку не ниже точки Г. Переключение из транспортного положения в рабочее может производиться от точки Е до точки Г. При расположении направляющего штифта между точками Е и Г следует опустить колонну НКТ до установки (посадки) пакера. Одновременно направляющий штифт 16 будет перемещаться вверх по длинному вертикальному участку IV, стремясь достигнуть точки Д. Детали пакера будут изменять свое положение следующим образом: стволы 1 и 2 будут перемещаться вниз относительно стоящего на месте якорного узла. Шлипсы 9, двигаясь по конусу 6, будут расходиться радиально и, сжимая пружины 10, приближаться к стенке эксплуатационной колонны скважины до врезания в нее. Одновременно якорное устройство и конус 6 остановятся и зафиксируются на стенке эксплуатационной колонны скважины. Муфта 3, гайка 4, ствол 2, манжеты продолжат перемещение вниз относительно остановившихся конуса и якорного узла, сжимая манжеты уплотнительные 5 до соприкосновения их со стенкой эксплуатационной колонны скважины. Это перемещение будет продолжаться до тех пор, пока вес спускаемой колонны НКТ не сравняется с суммарными реактивными усилиями сил трения во всех сопряжениях и сил упругости манжет уплотнительных 5. После сжатия манжет уплотнительных 5 внутреннее пространство эксплуатационной колонны скважины будет герметично разобщено на подпакерное и надпакерное.

Для демонтажа пакера необходимо выполнить подъем спускаемой колонны НКТ. Одновременно будут происходить следующие перемещения деталей пакера: стволы 1 и 2, муфта 3, гайка 4 будут перемещаться вверх, манжеты уплотнительные 5 будут приходить в свое первоначальное положение. Это перемещение будет происходить до соприкосновения конуса с буртом нижнего ствола 1. После этого под действием пружин 10 освобожденные конусом 6 шлипсы 9 выйдут из соприкосновения со стенкой эксплуатационной колонны скважины и прижмутся к нижнему стволу 1. Одновременно направляющий штифт 16 будет перемещаться по длинному вертикальному участку IV наклонной части нижней выборки до точки А. После этого перемещение стволов 1 и 2 относительно якорного узла прекратится и начнется их совместное перемещение вверх до установки колонны НКТ на клиновую подвеску, которое сопровождается движением колонны НКТ вниз. Одновременно якорный узел фиксируется на эксплуатационной колонне при помощи центраторов 11, а стволы 1 и 2 перемещаются вниз. Одновременно направляющий штифт 16 будет перемещаться из точки А по короткому вертикальному участку I, наклонному участку II до точки Б, обеспечивая транспортное положение якорного узла при перемещении пакера из скважины.

Предложенная конструкция пакера обеспечивает исключение контактов шлипсов со стенкой эксплуатационной колонны, исключение аварийных ситуаций из-за поломки пружин центраторов и заклинивания направляющих штифтов.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность и эффективность работы пакера в процессе его установки, эксплуатации и демонтажа в нефтяных и газовых скважинах.

Формула изобретения

1. Механический пакер, содержащий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней с возможностью осевого перемещения относительно ствола уплотнительный элемент, конус и обойму, в которой установлены равномерно по ее окружности зубчатые шлипсы, кольцо, установленное в нижней части обоймы и с возможностью радиального вращения относительно обоймы, но жестко связанное с ней в осевом направлении, причем обойма зафиксирована относительно ствола в радиальном направлении, зубчатые шлипсы пружинами поджаты к стволу и расположены таким образом, что при контакте с конусом их наклонные плоские грани параллельны наклонным плоским граням конуса, а направляющий штифт размещен в фигурном пазе, отличающийся тем, что зубчатые шлипсы помещены в кожух, который закреплен на обойме, имеющей в своей средней части пазы, в которых расположены центраторы с пружинами, закрепленные в обойме верхней и нижней крышками, причем под нижней крышкой расположено разрезное кольцо, на котором установлен направляющий штифт.

2. Механический пакер по п.1, отличающийся тем, что ствол выполнен из двух частей - верхней и нижней, соединенных посредством резьбового соединения, причем нижний ствол по наружному диаметру больше верхнего и в месте соединения образует бурт, ограничивающий перемещение конуса вниз по стволу.

3. Механический пакер по п.1, отличающийся тем, что каждый центратор содержит три пружины.

4. Механический пакер по п.1, отличающийся тем, что опора образована прикрепленной к верхней части ствола муфтой и связанной с ней резьбовым соединением гайкой.

5. Механический пакер по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент образован тремя уплотнительными манжетами.

6. Механический пакер по п.1, отличающийся тем, что обойма имеет в своей нижней части кольцевую наружную канавку с возможностью взаимодействия с кольцевым внутренним буртом разрезного кольца.

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 17ТП ²). 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.

Поиск по сайту: