[1]Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для герметичного разобщения сред в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) при работе погружной установки электроцентробежного насоса на грузонесущем кабеле (далее УКЭЦН) для проведения технологических операций в нефтяных и газовых скважинах.
[2]Известен клапан-отсекатель погружной установки электроцентробежного насоса [RU 2738920 C1, опубл. в Бюл. №35 от 18.12.2020], размещаемый в посадочном ниппеле и содержащий сборный корпус с центральным каналом, запорный орган, состоящий из подвижной оправки и цанги, механизм управления, включающий пружину и клапан, отличающийся тем, что запорный орган снабжен стопорными упорами, расположенными в верхней части подвижной оправки и выдвигаемыми при осевом перемещении запорного органа через сквозные пазы корпуса с возможностью взаимодействия с упорной поверхностью посадочного ниппеля, механизм управления выполнен в виде подпружиненного трубчатого плунжера, имеющего сверху на наружной поверхности кольцевой поршень и ряд продольных отверстий в нижней части, совмещаемых с аналогичными отверстиями на сборном корпусе для обеспечения функции клапана, при этом подвижная оправка сверху соединена с головкой клапана-отсекателя, а снизу уперта в плунжер. При работающем электроцентробежном насосе во внутренней полости клапана-отсекателя создается пониженное по сравнению с затрубным пространством давление и за счет образующегося перепада давления плунжер сдвигается. При этом сквозные, продольные отверстия в нижней части плунжера совпадают с аналогичными отверстиями в сборном корпусе, что обеспечивает проход через них скважинной жидкости на вход электроцентробежного насоса. При неработающем насосе давление в затрубном пространстве и во внутренней полости клапана-отсекателя выравнивается, пружина разжимается и плунжер под ее действием сдвигается к подвижной оправке, в результате чего сквозные, продольные отверстия в плунжере и корпусе перестают совпадать, а поступление скважинной жидкости в центробежный насос прекращается. Использование клапана отсекателя, повышает надежность работы электроцентробежного насоса за счет обеспечения бесперебойной подачи скважинной жидкости при включенном электродвигателе и позволяет автоматически отсекать скважную жидкость при выключенном насосе.
[3]Недостатком данного устройства является необходимость монтажа ниппеля посадочного на требуемую глубину посадки в составе колонны НКТ.
[4]Наиболее близким к заявляемому является пакер механический [Патент РФ №2748337 С1, опубл. в Бюл. №15, 24.05.2021], имеющий проходной канал и включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с чередующимися осевым коротким и длинным участками, соединенными между собой замкнутым фигурным участком, узел уплотнения в виде уплотнительной манжеты с опорой, установленной с возможностью осевого перемещения на наружной поверхности штока, имеющего центральный канал, якорный узел, расположенный ниже узла уплотнения, обойму с направляющим штифтом, размещенным в фигурном пазе, и центратор, в котором уплотнительная манжета зафиксирована опорой снизу, а сверху корпусом, подпружиненным к головке в осевом направлении и выполненным с возможностью осевого перемещения вдоль штока, причем головка снабжена по окружности центратором, при этом выше уплотнительной манжеты дополнительно размещен узел расстыковки, содержащий ловильную головку.
[5]К недостаткам прототипа относится ограниченная область использования пакера, ввиду отсутствия функции отсечения проходного канала при выключенной УКЭЦН, что не позволяет использовать пакер в скважинах с газонефтеводопроявлениями (далее ГНВП) и на шельфе, а также ограниченная герметичность, обусловленная односторонним действием узла уплотнения.
[6]Техническим результатом (задачей) настоящего изобретения является разработка надежного и герметичного механического пакера, обеспечивающего перекрытие проходного канала от поступления скважинной жидкости из подпакерного пространства при выключенной УКЭЦН и открытие проходного канала для подачи скважинной жидкости при включенной УКЭЦН, а также - предотвращающего выбросы из скважины и ГНВП.
[7]Указанный технический результат достигается тем, что в пакер механический, имеющий проходной канал и включающий узел уплотнения с опорой, установленный с возможностью осевого перемещения, якорный узел, расположенный ниже узла уплотнения, и узел расстыковки, согласно изобретению, между узлом уплотнения и якорным узлом вмонтирован клапан-отсекатель, а над узлом уплотнения дополнительно размещен верхний якорный узел, при этом узел уплотнения выполнен в виде двух разнонаправленных чашечных манжет.
[8]Кроме того, клапан-отсекатель выполнен в виде корпуса с перемещающимся внутри него под воздействием пружин сжатия поршнем, имеющим радиальные отверстия, совмещаемые с отверстиями на корпусе.
[9]Узел уплотнения, выполненный в виде двух разнонаправленных чашечных манжет, не требует большого усилия посадки и удерживает давление в двух направлениях, то есть является узлом уплотнения двухстороннего действия.
[10]Включение в состав пакера верхнего механического якорного узла, дополнительно фиксирующего пакер, предотвращает выталкивание пакера вверх при воздействии на него снизу пластового давления, что повышает надежность заявляемой конструкции.
[11]Сущность изобретения поясняется чертежами, где
[12]на фиг.1 представлен общий вид заявляемого устройства,
[13]на фиг.2 показан заявляемый пакер со встроенным клапаном-отсекателем в открытом (рабочем) положении, поперечный разрез.
[14]Пакер механический содержит последовательно установленные сверху-вниз узел расстыковки 1, верхний якорный узел 2, узел уплотнения 3, клапан-отсекатель 4 и нижний якорный узел 5 (фиг.1).
[15]Клапан-отсекатель 4 установлен над нижним якорным узлом 5 и состоит из корпуса 6 и конуса 7, соединенного со стержнем 8, внутри которых подвижно размещен подпружиненный поршень 9 (фиг.2). Поршень 9 и корпус 6 образуют замкнутую подпоршневую камеру, соединенную с внутренней полостью над клапаном-отсекателем 4 посредством радиальных отверстий на цилиндрической поверхности поршня 9. Корпус 6 также имеет продольные радиальные отверстия на цилиндрической поверхности, совмещаемые с отверстиями на цилиндрической поверхности поршня 9. При совпадении эти отверстия образуют окна, связывающие внутреннюю полость над клапаном-отсекателем 4 с пространством колонны НКТ 26. В нижней части поршень 9 опирается на упор 10 и пружину сжатия 11, надетую на стержень 8. Корпус 6 в верхней части скреплен с основанием 12, соединенным, в свою очередь, с конусом 13 и втулкой 14. Основание 12 снабжено каналами, параллельными оси, выполненными в боковой стенке.
[16]Узел уплотнения пакера 3 составляют втулка 14, установленная на ее наружной поверхности с возможностью осевого перемещения гильза 15, на которой в упор закреплены две разнонаправленные чашечные манжеты 16. Втулка 14 также имеет параллельные оси канавки на наружной поверхности, предназначенные для обеспечения прохода скважинной жидкости из надпакерной зоны в полость поршня 9. Конус 13 снабжен уплотнительными кольцами и вместе с нижней и верхней чашечными манжетами 16 представляют герметичное двухстороннее уплотнение межтрубного зазора. Гильза 15 снабжена радиальными отверстиями для перетока скважинной жидкости из надпакерного пространства в подпакерное и выравнивания давления для складывания чашечных манжет 16 и извлечения пакера.
[17]Гильза 15, расположенные над ней корпус нажимной 17 и обойма 18 образуют подвижное соединение для радиального раскрытия чашечных манжет 16 и герметизации узла уплотнения 3. Для раскрытия нижней чашечной манжеты 16 предназначен расположенный под ней конус 13, закрепленный на основании 12, а верхняя чашечная манжета 16 раскрывается под воздействием корпуса нажимного 17, подвижно установленного на втулке выравнивающей 19. Внутренняя поверхность корпуса 6 клапана-отсекателя, наружная поверхность и торец поршня 9 с нижним торцом основания 12 образуют вторую надпоршневую камеру, имеющую гидравлическую связь через каналы основания 12 с канавками втулки 14 и пространством выше узла уплотнения 3.
[18]Обойма 18 опирается на пружину сжатия 20 и выполнена с радиальными пазами, в которых установлены подпружиненные в радиальном направлении плашки 21. Конус 22, установленный выше плашек 21, обойма 18, плашки 21, гайка 23, кольцо разрезное 24 и цанга 25 образуют подвижное соединение верхнего якорного узла 2 для радиального перемещения плашек 21 до упора и фиксации по колонне НКТ 26.
[19]Пакер работает следующим образом.
[20]Пакер с закрытым клапаном-отсекателем 4 спускают в скважину вместе с УКЭЦН за одну спускоподъемную операцию без дополнительной подготовки колонны НКТ. При достижении необходимого интервала для посадки пакера, производят посадку нижнего якорного узла 5 под действием веса УКЭЦН переводом штыря в канавке управляющего паза из транспортного положения в рабочее при подъеме УКЭЦН на 0,5 м и последующим спуске. После спуска и активации нижнего якорного узла 5 происходит активация узла уплотнения 3: корпус нажимной 17 под действием веса УКЭЦН перемещается вниз, сжимая расположенную внутри него пружину 20, и вместе с конусом 13 разжимает верхнюю и нижнюю чашечные манжеты 16. При дальнейшем спуске и разгрузке УКЭЦН на нижний якорный узел 5 за счет осевого перемещения активируется верхний якорный узел 2. При этом конус 22 спускается вниз, раздвигая плашки 21, которые прижимаются к стенкам колонны НКТ 26. Посадка пакера завершена.
[21]После этого устье скважины герметизируют, внутри колонны НКТ 26 увеличивается давление, воздействующее на уплотнительную манжету 16 сверху, в результате чего манжета раздувается и плотно прилегает к внутренней поверхности колонны НКТ. По окончанию процесса опрессовки, давление сбрасывают, включают УКЭЦН и начинают эксплуатацию скважины. УКЭЦН выкачивает жидкость из внутреннего канала пакера над клапаном-отсекателем 4 в надпакерную зону (в НКТ выше узла уплотнения 3), возникает разность давлений, за счет чего поршень 9 перемещается и его отверстия совпадают с отверстиями корпуса 6. Клапан-отсекатель 4 переходит в открытое положение и начинается добыча скважинной жидкости из подпакерного пространства.
[22]При демонтаже во время подъема УКЭЦН, конус 22 верхнего якорного узла 2 выходит из-под плашек 21, и они складываются. При дальнейшем подъеме УКЭЦН корпус нажимной 17 с гильзой 15 поднимаются вверх, отверстия на гильзе выходят из перекрытия с конусом 13 и через них открывается переток из надпакерного пространства в подпакерное. Давление выравнивается, чашечные манжеты 16 возвращаются в исходное состояние. Далее происходит деактивация нижнего якорного узла 5. После этого пакер можно переместить в другой интервал скважины для опрессовки колонны НКТ или извлечь из скважины на поверхность.
[23]Таким образом, заявляемая конструкция позволяет повысить надежность и герметичность пакера и расширить возможность его применения за счет использования пакера в скважинах с ГНВП и на шельфе.
