Пакер опорно-механический с кабельным вводом

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтедобывающей промышленности, и может быть использовано для разобщения полостей скважин пакерами с радиальным расширением под действием осевого давления при эксплуатации скважин с применением электропогружных насосов. Пакер опорно-механический с кабельным вводом содержит ствол, телескопически соединенный с присоединительной муфтой и опорным ниппелем с помощью манжет и стопорных пальцев, взаимодействующих с продольными пазами, выполненными в стволе, с возможностью осевого перемещения их между собой. Пакер оснащен кольцевым уплотнением с тарельчатыми упорами, разделенным промежуточными кольцами, и вводом силового кабеля через продольный глухой паз на стволе с герметикой под кольцевым уплотнением. С обеих сторон кольцевого уплотнения в зеркальном отображении установлены идентичные втулки, выполненные с соответствующими верхним и нижним тарельчатыми упорами для сжатия кольцевого уплотнения, соединенные с муфтой и ниппелем и зафиксированные стопорными винтами. На внутренних поверхностях втулок выполнены продольные пазы, а в стенках муфты и ниппеля выполнены сквозные пазы для свободного перемещения и выхода силового кабеля при сжатии кольцевого уплотнения. На обоих концах ствола в кольцевых пазах установлены ограничители хода муфты и ниппеля, выполненные в виде пар полукольцевых сухарей, охватывающие торцами силовой кабель и блокированные снаружи ступенями внутренних поверхностей муфты и ниппеля, выполненными с длиной, по меньшей мере, равной величине смещения каждого из упоров при сжатии кольцевого уплотнения с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины. Во втулках установлены срезные штифты, взаимодействующие с кольцевыми канавками на стволе, обеспечивая свободное размещение кольцевого уплотнения между тарельчатыми упорами при спуске пакера в скважину до упора в нижеустановленное устройство. Изобретение обеспечивает повышение технологичности изготовления и герметичности установки пакера в скважине. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтедобывающей промышленности, и может быть использовано для разобщения полостей скважин пакерами с радиальным расширением под действием осевого давления при эксплуатации скважин с применением электропогружных насосов.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является пакер опорно-механический, включающий ствол с упорными наружными буртами и канавками под срезные винты, состоящий из двух телескопических взаимосвязанных верхней и нижней частей с возможностью их осевого перемещения между собой и оснащенный уплотнительными кольцами и манжетами, переходником, регулировочной гайкой и фиксированным на нем механическим заякоривающим или центрующим устройством, состоящим из взаимосвязанных между собой конуса, плоских плашек и плашкодержателя, установленным ниже или выше уплотнительных манжет, и/или пакер выполнен с кабельным вводом в виде герметизирующей продольной глухой прорези на его стволе внутри уплотнительных манжет и гидравлическим якорем внутреннего трубного и/или внешнего подпакерного действия. (Патент RU №2365739 C2. Пакер опорно-механический Шарифова (варианты). - МПК: E21B 33/12. - 27.08.2009). Данное изобретение принято за прототип.

Недостатком известного опорно-механического пакера является низкая надежность эксплуатации из-за нарушения герметизации силового кабеля в продольной глухой прорези на стволе внутри уплотнительных колец при их сжатии, вызванной изгибом силового кабеля на выходе из пакера.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является исключение изгиба силового кабеля на выходе из пакера и обеспечение герметизации силового кабеля в продольной глухой прорези на стволе под кольцевым уплотнением при его сжатии.

Техническим результатом является повышение герметичности установки пакера опорно-механического с кабельным вводом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном пакере опорно-механическом с кабельным вводом, включающем ствол с канавками под срезные штифты, состоящий из телескопических взаимосвязанных частей посредством манжет и стопорного пальца, расположенного в продольном пазу ствола, с возможностью их осевого перемещения между собой и оснащенный кольцевым уплотнением с промежуточными кольцами и тарельчатыми упорами, манжетами, присоединительной муфтой, опорным ниппелем и вводом силового кабеля через продольный глухой паз на стволе с герметикой под кольцевым уплотнением, согласно предложенному техническому решению

ствол телескопически соединен с присоединительной муфтой и опорным ниппелем, в которых установлены стопорные пальцы, взаимодействующие с продольными пазами на стволе, на обоих концах которого в кольцевых пазах установлены ограничители хода муфты и ниппеля, выполненные в виде пар полукольцевых сухарей, охватывающие торцами силовой кабель и блокированные снаружи ступенью внутренней поверхности муфты или ниппеля, выполненной с длиной, по меньшей мере, равной величине смещения каждого из тарельчатых упоров при сжатии кольцевого уплотнения с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины, при этом с обеих сторон кольцевого уплотнения в зеркальном отображении установлены идентичные втулки, выполненные с соответствующими каждой верхним и нижним тарельчатыми упорами для сжатия кольцевого уплотнения, соединенные с соответствующими им муфтой и ниппелем и зафиксированные стопорными винтами, причем на внутренних поверхностях втулок выполнены продольные пазы, а в стенках муфты и ниппеля выполнены сквозные пазы для свободного перемещения и выхода силового кабеля при сжатии кольцевого уплотнения, при этом срезные штифты установлены в обеих втулках, обеспечивая свободное расположение кольцевого уплотнения между тарельчатыми упорами при спуске пакера в скважину до упора в нижеустановленное устройство;

срезные штифты, установленные во втулке, соединенной с ниппелем, выполнены с суммарным усилием среза меньшим, чем у срезных винтов во втулке, соединенной с муфтой;

кольцевое уплотнение выполнено с промежуточными кольцами;

на втулках выполнены гнезда под ключ.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного пакера опорно-механического с кабельным вводом, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение может быть реализовано на любом предприятии машиностроения из общеизвестных материалов и принятой технологии и успешно использовано на нефтегазовых скважинах. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

На представленной фигуре показан пакер опорно-механ6ический с кабельным вводом.

Пакер опорно-механический с кабельным вводом включает ствол 1, телескопически соединенный с присоединительной муфтой 2 с помощью манжет 4 и опорным ниппелем 3 с помощью манжет 5, а также стопорного пальца 6 в муфте 2 и стопорного пальца 7 в ниппеле 3, взаимодействующих с продольными пазами 8 и 9, выполненными сверху и снизу в стволе 1 соответственно с возможностью осевого перемещения их между собой. Ствол 1 оснащен кольцевым уплотнением 10 с тарельчатыми упорами, разделенным промежуточными кольцами 11, и вводом силового кабеля 12 в продольной глухой прорези на стволе 1 с герметикой под кольцевым уплотнением 10. С обеих сторон кольцевого уплотнения 10 в зеркальном отображении установлены идентичные втулки 13 и 14, выполненные с соответствующими верхним и нижним тарельчатыми упорами для сжатия кольцевого уплотнения 10, соединенные соответственно с муфтой 2 и ниппелем 3 и зафиксированные стопорными винтами 15 и 16. На внутренних поверхностях втулок 13 и 14 выполнены продольные пазы 17 и 18, а в стенках муфты 2 и ниппеля 3 выполнены сквозные пазы 19 и 20 для свободного перемещения и выхода силового кабеля 12 при сжатии кольцевого уплотнения 10. На обоих концах ствола 1 в кольцевых пазах установлены ограничители хода муфты 2 и ниппеля 3, выполненные в виде пар полукольцевых сухарей 21 и 22, охватывающие торцами силовой кабель 12 и блокированные снаружи ступенями 23 и 24 на внутренних поверхностях муфты 2 и ниппеля 3, выполненными с длиной, по меньшей мере, равной величине смещения каждого из тарельчатых упоров при сжатии кольцевого уплотнения 10 с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины. Во втулках 13 и 14 установлены срезные штифты 25 и 26, взаимодействующие с кольцевыми канавками на стволе 1, обеспечивая свободное размещение кольцевого уплотнения 10 между тарельчатыми упорами при спуске пакера в скважину до упора в нижеустановленное устройство. Срезные штифты 26, установленные во втулке 14, соединенной с ниппелем 3, выполнены с суммарным усилием среза меньшим, чем у срезных штифтов 25 во втулке 13, соединенной с муфтой 2. Это достигается либо разным количеством срезных штифтов или разностью диаметров либо материалами, из которых они изготовлены. На втулках 13 и 14 выполнены канавки 27 и 28 для скрытия головок срезных штифтов 25 и 26, а также гнезда 29 и 30 под ключ для свинчивания втулок 13 и 14 с муфтой 2 и ниппелем 3 соответственно.

Пакер опорно-механический с кабельным вводом работает следующим образом.

Пакер спускают в скважину с помощью колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), соединенной с присоединительной муфтой 2, и устанавливают с упором опорного ниппеля 3 в нижепосаженный пакер. После упора ниппеля 3 создается осевая нагрузка на стопорные пальцы 6 и 7 опорно-механического пакера путем разгрузки НКТ. При этом муфта 2 начинает перемещать ствол 1 с кольцевым уплотнением 10 посредством втулки 13 и срезных штифтов 25 с упором на ниппель 3 через срезные штифты 26 и втулку 14. Стопорные пальцы 6 и 7, установленные в муфте 2 и ниппеле 7, перемещаются концами в продольных пазах 8 и 9 ствола 1, исключая поворот муфты 2 с втулкой 13 и ниппеля 3 с втулкой 14 вокруг ствола 1. Это приводит сначала к срезанию нижних срезных штифтов 26 во втулке 14 кольцевой канавкой на стволе 1, последний временно соединен с муфтой 2 посредством срезных штифтов 25 во втулке 13, расположенных в кольцевой канавке на стволе 1, поскольку суммарное усилие среза срезных штифтов 25 во втулке 13 больше, чем у срезных штифтов 26 во втулке 14, соединенной с ниппелем 3. Срезая штифты 26, муфта 2 перемещает ствол 1 посредством срезных штифтов 25 через втулку 13 с упором, последний сжимает кольцевое уплотнение 10 с промежуточными кольцами 11 относительно неподвижного упора на втулке 14, соединенной с ниппелем 3, а ствол 1 с манжетами 5 телескопически скользит в ниппеле 2, перемещая собой полукольцевые сухари 22 по ступени 24 внутренней поверхности ниппеля 3. При этом часть силового кабеля 12 свободно перемещается через продольный паз 18 из втулки 14 между торцами полукольцевых сухарей 22 с выходом через сквозной паз 20 в ниппеле 3. Перемещаясь вниз по ступени 24 внутренней поверхности ниппеля 3, полукольцевые сухари 22 упираются в уступ ступенчатой внутренней поверхности ниппеля 3, при этом кольцевое уплотнение 10 сжимается на величину, по крайней мере, не меньшую половине допустимого сжатия. С упором полукольцевых сухарей 22 в уступ ступенчатой внутренней поверхности ниппеля 3 ствол 1 останавливается, а муфта 2 продолжает телескопически перемещаться по неподвижному стволу 1 с манжетами 4, перемещая с собой втулку 13, срезает верхние срезные штифты 25 кольцевой канавкой на стволе 1 и продолжает сжимать кольцевое уплотнение 10. Полукольцевые сухари 21 по мере сжатия кольцевого уплотнения 10 скользят наружной поверхностью по ступени 23 внутренней поверхности муфты 2, вместе с ними стопорный палец 6 перемещается в продольном пазу 8, тем самым исключает поворот муфты 2 с втулкой 13 вокруг ствола 1. При этом часть силового кабеля 12 свободно выходит наружу через продольный паз 17 во втулке 13, между торцами полукольцевых сухарей 21 и сквозной паз 19 в муфте 2. По мере перемещения муфты 2 сжимается кольцевое уплотнение 10 с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины, не нарушая герметичности кабельного ввода в продольном глухом пазу на стволе 1 под кольцевым уплотнением 10.

Извлечение пакера из скважины осуществляют путем подъема НКТ вверх, при этом кольцевое уплотнение 10 разжимается и возвращается в исходное состояние.

Предложенная конструкция пакера опорно-механического с кабельным вводом проста и технологична в изготовлении и позволяет использовать ЭЦН ниже пакера, не нарушая герметичности скважины.

1. Пакер опорно-механический с кабельным вводом, включающий ствол с канавками под срезные штифты, состоящий из телескопических взаимосвязанных частей посредством манжет и стопорного пальца, расположенного в продольном пазу ствола, с возможностью их осевого перемещения между собой, и оснащенный кольцевым уплотнением с тарельчатыми упорами, манжетами, присоединительной муфтой, опорным ниппелем и вводом силового кабеля через продольный глухой паз на стволе с герметикой под кольцевым уплотнением, отличающийся тем, что ствол телескопически соединен с присоединительной муфтой и опорным ниппелем, в которых установлены стопорные пальцы, взаимодействующие с продольными пазами на стволе, на обоих концах которого в кольцевых пазах установлены ограничители хода муфты и ниппеля, выполненные в виде пар полукольцевых сухарей, охватывающие торцами силовой кабель и блокированные снаружи ступенью внутренней поверхности муфты или ниппеля, выполненной с длиной, по меньшей мере, равной величине смещения каждого из тарельчатых упоров при сжатии кольцевого уплотнения с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины, при этом с обеих сторон кольцевого уплотнения в зеркальном отображении установлены идентичные втулки, выполненные с соответствующими каждой верхним и нижним тарельчатыми упорами для сжатия кольцевого уплотнения, соединенные с соответствующими им муфтой и ниппелем и зафиксированные стопорными винтами, причем на внутренних поверхностях втулок выполнены продольные пазы, а в стенках муфты и ниппеля - сквозные пазы для свободного перемещения и выхода силового кабеля при сжатии кольцевого уплотнения, при этом срезные штифты установлены в обеих втулках, обеспечивая свободное расположение кольцевого уплотнения между тарельчатыми упорами при спуске пакера в скважину до упора в нижеустановленное устройство.

2. Пакер по п.1, отличающийся тем, что срезные штифты, установленные во втулке, соединенной с ниппелем, выполнены с суммарным усилием среза меньшим, чем у срезных винтов во втулке, соединенной с муфтой.

3. Пакер по п.1, отличающийся тем, что кольцевое уплотнение выполнено с промежуточными кольцами.

4. Пакер по п.1, отличающийся тем, что на втулках выполнены гнезда под ключ.