Пакер для двухступенчатого цементирования обсадных колонн

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для цементирования обсадных колонн. Устройство содержит корпус с рядом радиальных отверстий, цементировочные окна, перепускные каналы. Конец нижней втулки выполнен с выступом и пазом. С выступом взаимодействует средняя подвижная втулка. Верхняя дифференциальная втулка размещена в головке. Пробки перекрывают проходной канал пакера. Соответствующие отверстия через пазы втулки совмещаются. Производится закачивание рабочей жидкости под эластичную манжету. Осуществляют пакерование скважины. Через открытые окна производят цементирование. Перекрытие окон осуществляется верхней дифференциальной втулкой. Исключается возможность разгерметизации уплотнений, увеличивается проходное сечение пакера, повышается надежность пакерования. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, именно к устройствам для цементирования обсадных колонн.

Известен уплотнительный элемент гидравлического пакера [1], включающий закрепленную в кольцевой арматуре эластичную манжету и металлический предохранительный элемент от затекания в кольцевой зазор между стенкой скважины и корпусом пакера, выполненный в виде сетчатой оплетки, закрепленный к концевой арматуре с помощью разрывного бандажа.

Недостатком его является низкая надежность защиты от затекания в зазор и прижатия уплотнительного элемента к стенке скважины из-за возможности порыва бандажа при спуске пакера, неравномерности распределения оплетки по кольцу зазора и наличия воздуха в подпакерном пространстве, что снижает надежность пакерования из-за сжимаемости воздуха.

Известен пакер для двухступенчатого цементирования обсадных колонн, клапанное устройство которого состоит из корпуса с радиальными отверстиями, манжеты, верхней и нижней срезной втулок и дополнительной втулки, установленной концентрично в нижней втулке, имеющие каналы гидравлической связи [2] .

Однако из-за расположения срезных элементов на уплотнительной поверхности втулок возможно нарушение посадочных поверхностей и уплотнительных колец при срезании элементов. Кроме того, уменьшается проходное сечение пакера из-за концентричного расположения втулок. Все это приводит к снижению надежности пакерования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пакер для двухступенчатого цементирования обсадных колонн [3]. Пакер включает корпус с цементировочными окнами и перепускными каналами, верхнюю и нижнюю срезные втулки с посадочными седлами, взаимодействующие между собой, и цементировочные пробки. Кроме того, внутренняя поверхность корпуса выше цементировочных отверстий выполнена ступенчатой, а верхняя втулка выполнена дифференциальной, взаимодействующей с уступами корпуса, и имеет кольцевую проточку в нижней части по наружной поверхности, причем полость под цементировочной пробкой гидравлически связана с полостью над дифференциальной втулкой.

Недостатками известного пакера является возможность его разгерметизации, так как при повышении давления в заколонном пространстве на дифференциальную втулку действует сила, открывающая цементировочные окна, все это снижает надежность работы.

Целью настоящего изобретения является исключение возможности разгерметизации уплотнений и увеличение проходного сечения пакера, а также повышение надежности пакерования за счет исключения возможности затекания манжеты в кольцевой зазор и исключения воздуха из-под пакерного пространства.

Поставленная цель достигается тем, что известный пакер для двухступенчатого цементирования обсадных колонн, включающий корпус с цементировочными окнами и перепускными каналами, верхнюю дифференциальную и нижнюю со срезными элементами втулки, эластичную манжету, согласно изобретению снабжен установленной на корпусе головкой, размещенной в ней средней подвижной втулкой, корпус выполнен с рядом радиальных отверстий, конец расположенной в корпусе нижней втулки выполнен с выступом и пазом, в котором расположен один из срезных элементов, при этом с выступом взаимодействует средняя подвижная втулка, верхняя дифференциальная втулка размещена в головке, а ее поверхность большего диаметра снабжена дополнительно кольцевым уплотнением с возможностью перекрытия цементировочных окон. Кроме того, он снабжен дополнительно двумя находящимися в противоположных концах корпуса втулками, выполненными с пазами и жестко соединенными с корпусом, в последнем выполнен дополнительный ряд радиальных отверстий и два заглушенных отверстия, сообщающихся между собой через пазы втулок. Концы эластичной манжеты по наружной стороне выполнены коническими.

На чертеже изображен предлагаемый пакер, общий вид.

Пакер содержит корпус 1 с рядом радиальных отверстий 2, эластичную манжету 3, концы которой по наружной стороне выполнены коническими (например, с основанием конуса не менее 1,5 кратной толщины стенки манжеты и длиной конической части не менее 1/3 длины последней), закрепленную обжимными втулками 4 головку 5 с цементировочными окнами 6 и установленную на корпусе 1, верхнюю дифференциальную 7 и нижнюю 8 втулки со срезанными элементами 9, 10, 11, посадочными седлами (не показаны), с рядом радиальных отверстий 12, пазом 13 и выступом 14 в нижней втулке 8, среднюю подвижную втулку 15, жестко связанные с корпусом втулки 16, 17, с пазами 18. В стенке корпуса выполнен дополнительный ряд отверстий 19 и два заглушенных пробками отверстия 20, 21. Все втулки имеют кольцевые резиновые уплотнения 22, а в дифференциальной втулке 7 выполнено дополнительное кольцевое уплотнение 23.

Пакер работает следующим образом.

Перед началом работ открывают заглушки отверстий 20, 21, к отверстию 20 подсоединяют, например, пресс-масленку и прокачивают жидкость через пазы 18 втулок, отверстия 2, 19 и пазы (не показаны) корпуса 1, полностью вытесняя воздух из подпаркерного пространства, после чего отверстия 20, 21 заглушают.

Пакер спускается в скважину на обсадной колонне. В заданный момент процесса цементирования в обсадную колонну спускается первая пробка (не показана), которая садится на седло нижней втулки 8 и перекрывает проходной канал пакера.

При избыточном давлении, создаваемом над пробкой, штифты 9 срезаются и нижняя втулка 8 вместе с пробкой перемещается вниз до упора стенки паза 13 в срезаемый элемент 10. При этом отверстия 12 через пазы 18 втулки 16 совмещаются с отверстиями 2 корпуса 1. Под действием создаваемого в обсадной колонне избыточного давления производится закачивание рабочей жидкости через отверстия 2, 12, 18 в полость под эластичную манжету 3, расширение последней и пакерование затрубного пространства скважины.

При дальнейшем повышении давления до заданной величины срезаются элементы 10, и нижняя втулка 8 перемещается вниз до упора в корпус втулки 16. При этом герметично перекрывается канал паза 18, а выступ 14 втулки 8, упираясь в стенку средней подвижной втулки 15, сдвигает последнюю вниз, открывая цементировочный окна 6.

Через открытие окна 6 производят цементирование скважины выше пакера.

Перекрытие цементировочного окна 6 осуществляется верхней дифференциальной втулкой 7 после окончания цементирования. Для этого в скважину пускают вторую пробку (не показано), которая садится на посадочное седло втулки 7. Над пробкой создают избыточное давление, при этом элементы 11 срезаются, втулка 7 перемещается вниз до упора в среднюю втулку 15, закрывая цементировочные окна 6 цилиндрическим участком большего диаметра между двумя уплотнениями 23 и выходя меньшим диаметром во втулку 15. Перепад давления на дифференциальных поверхностях втулки 7 надежно удерживает ее и все подвижные втулки в закрытом положении.

Использование предлагаемого технического решения позволит исключить возможную разгерметизацию уплотнений и увеличить проходное сечение пакера.

Предлагаемое техническое решение позволит повысить надежность пакерования.

Источники информации 1. А.с. СССР N 691553, кл. E 21 B 33/12, 1979, БИ N 38.

2. А.с. СССР N 746085, кл. E 21 B 33/14, 1980, БИ N 25.

3. А.с. СССР N 717287, кл. E 21 B 33/14, 1980, БИ N 7.

Формула изобретения

1. Пакер для двухступенчатого цементирования обсадных колонн, включающий корпус с цементировочными окнами и перепускными каналами, верхнюю дифференциальную и нижнюю со срезными элементами втулки, эластичную манжету, отличающийся тем, что он снабжен установленной на корпусе головкой, размещенной в ней средней подвижной втулкой, корпус выполнен с рядом радиальных отверстий, конец расположенной в корпусе нижней втулки выполнен с выступом и пазом, в котором расположен один из срезных элементов, при этом с выступом взаимодействует средняя подвижная втулка, верхняя дифференциальная втулка размещена в головке, а ее поверхность большего диаметра снабжена дополнительно кольцевым уплотнением с возможностью перекрытия цементировочных окон.

2. Пакер по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительно двумя находящимися в противоположных концах корпуса втулками, выполненными с пазами и жестко соединенными с корпусом, в последнем выполнен дополнительный ряд радиальных отверстий и два заглушенных отверстия, сообщающихся между собой через пазы втулок.

3. Пакер по п.1, отличающийся тем, что концы эластичной манжеты по наружной стороне выполнены коническими.

РИСУНКИ

Рисунок 1