CC BY
86
© С.Б. Бекетов, P.B. Карапетов, A.C. Акопов, 2012
УДК 622.245+622.279.7
С.Б. Бекетов, Р.В. Карапетов, А.С. Акопов
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПАКЕР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РЕМОНТНО-ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ В НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ
Приведено описание конструкции и принципа действия технологического пакера, применяемого при ремонте нефтяных и газовых скважин, обработках пласта с цель увеличения их производительности. Ключевые слова: скважина, пакер, нефть, газ.
Пакер (англ. packer — уплотнитель, от pack — упаковывать, уплотнять), приспособление, спускаемое в скважину (нефтяную, газовую, водяную и др.) для перекрытия и герметизации отдельных зон скважины. Известны пакера различных конструкций и принципов действия [1, 2, 3].
Пакеры делятся на 3 основных типа:
• забойные (устанавливаются на забое скважины для изоляции её фильтровой части, служат для предотвращения сообщения пласта с вышележащей частью ствола и поверхностью на время проведения ремонтных работ в скважине, фонтанной арматуре и пр.);
• разобщающие (используются для разобщения частей ствола скважины и применяются при проведении ГРП, адресного воздействия на выбранный пласт при интенсификации притока флюидов, раздельной эксплуатации различных пластов в одной скважине и пр.);
• изолирующие (применяются для изоляции затрубного пространства от внутритрубного с целью предотвращения воздействия на эксплуатационную колонну пластовых флюидов вследствие их высокой температуры,
давления, активной абразивной, коррозионной активности).
Описываемое в работе пакерное устройство относится к разобщающему и изолирующему типам и предназначено для перекрытия межтрубного пространства скважины при проведении ремонтных работ, ГРП, а также различных геолого-технических мероприятий, может использоваться в процессе эксплуатации скважин. Технический результат, получаемый при реализации описываемой конструкции сводится к следующему;
• возможность создания надежного герметичного контакта уплотнитель-ного элемента со стенкой трубы обсадной колонны;
• возможность поддержания контактных напряжений на стенке трубы обсадной колонны в течении всего цикла работы пакера с сохранением удерживающей способности плашек якоря;
• возможность извлечения пакера из скважины путем ликвидации кинематической связи хвостовика со стволом, при устранении взаимодействия головок цанги с хвостовиком;
• возможность удаления ствола па-кера с уплотнителем при выводе плашек якоря из взаимодействия со стенкой трубы обсадной колонны.
Технический результат достигается тем, что пакер технологический содержит ствол с насечками на внешней поверхности, башмак с плашками якоря, разжимной конус, подвижную опору с стопорными пружинными кольцами, уплотнительный элемент. Пакер снабжен хвостовиком с внутренней присоединительной резьбой и кольцевой проточкой в осевом канале, соединенный со стволом в месте торцового контакта рядом чередующихся выступов и впадин. В осевом канале ствола выполнена резьба и установлена цанга, головки которой введены в кольцевую проточку хвостовика. Внутрь головок цанги введена втулка с посадочным седлом в верхней части и наружной расточкой, установленная с образованием герметичного контакта с хвостовиком и связанная со стволом тарированным срезным элементом. На ствол наведена тяга с головкой на верхнем конце и коническим переходником на нижнем, внутри которого выполнена кольцевая канавка. Головка введена в расточку разжимного конуса, подвижная опора снабжена удлинителем с выступом и установлена с возможностью образования подвижного герметичного соединения с тягой. На наружной поверхности ствола выполнена кольцевая проточка, снабженная разрезным пружинным кольцом, установленным с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой ствола, а кольцевой зазор между тягой и стволом герметизирован уплот-нительными кольцами в головке и коническом переводнике.
Конструкция пакера технологического показана на рисунке.
Пакер технологический состоит из ствола 1 и хвостовика 2, связанных друг с другом в месте их торцового контакта, за счет наличия ряда выступов 3 и впадин 4 на их торцовых по-
верхностях. Хвостовик 2 снабжен внутренней присоединительной резьбой 5 и кольцевым карманом 6 в осевом канале в верхней части.
В нижней части в хвостовике 2 выполнена проточка 7, ствол 1 снабжен внутренней резьбой 8, на которой установлена цанга 9, лепестки 10 которой снабжены головками 11 , располагающимися внутри проточки 7. Внутрь лепестков 10 цанги 9 введена втулка 12, с наружной расточкой 13, связанная с хвостовиком 2 тарированным срезным элементом 14. На верхнем конце втулки 12 установлено уплотнительное кольцо 15 и она образует подвижное соединение с хвостовиком 2. В осевом канале втулки 12 выполнено посадочное седло 16 под шаровой клапан 17 (см. фиг.). На внешней стороне ствола 1 последовательно установлен башмак 18 с окнами 19, разнесенными по периметру, в которые введены плашки 20 якоря, опирающиеся на пружину 21 и снабженные зубцами 22. Плашки 20 выполнены с внутренней конической поверхностью 23, на которую опирается конический переходник 24, связанный тягой 25, пропущенной выше места расположения торцового соединения хвостовика 2 и ствола 1 . На верхнем конце тяга 25 установлена головка 26 с внутренней канавкой 27 под уплотнительное кольцо 28. На внутренней поверхности конического переходника 25 выполнена кольцевая канавка 29 и проточка 30 под уплот-нительное кольцо 31 .
На наружную поверхность конического переходника 24 тяги 25 наведен разжимной конус 32, снабженный технологической расточкой и конусом 33, на которые наведен нижний уплотнитель 34, поджимаемый сверху промежуточной шайбой 35. На последнюю сверху установлен верхний уплотнитель 36, поджимаемый сверху
Пакер технологический:
а - конструкции устройства в разрезе в транспортном положении деталей, в момент спуска в скважину; б - взаимное положение деталей устройства при посадке в осевом
канале ствола скважины и перекрытием межтрубного пространства уплотнительным элементом, а его перекрытием; в -взаимное положение деталей устройства при разделении ствола пакера и снятия осевой сжимающей нагрузки на уплотни-тельном элементе и освобождением плашек якоря; г - взаимное положение деталей устройства при извлечении из скважины, при захвате и взаимодействии хвостовика и ствола
гильзой 37 с ответным направляющим конусом 38, введенным внутрь уплотнителя 36.
На гильзу 37 опирается удлинитель 39 с выступом 40, охватывающим тягу 25 и снабженным уплотни-тельным кольцом 41 .
На внешней стороне хвостовика 2 выполнена винтовая насечка 42. Удлинитель 39 верхним концом связан с корпусом 43 подвижной опоры, внутри которого выполнена расточка 44, с размещенными в ней разрезными стопорными кольцами 45, с коническими скосами, между опорными кольцами 46.
Пакет разрезных стопорных колец 45 и опорных колец 46, поджат грундбуксой 47, с образованием между ними технологического зазора, достаточного для обеспечения посадки пакера. На наружной поверхности ствола 1 выполнена кольцевая проточка 49, снабженная разрезным пружинным кольцом 50, поджимаемым к внутренней
поверхности тяги 24 в исходном положении.
Работа пакера технологического осуществляется следующим образом.
Внутренней присоединительной резьбой 5 хвостовика 2 пакер подсоединяется, через гидравлическое посадочное устройство к нижнему концу трубы лифтовой колонны и опускается в скважину на заданную глубину.
Осуществляют подачу под давлением рабочую жидкость в гидравлическое посадочное устройство (на фигурах не показано), с воздействием осевой нагрузкой на корпус 43, который перемещается относительно хвостовика 2. с передачей осевой нагрузки через удлинитель 39, гильзу 37 на уплотнительные элементы 36, 34, с вводом разжимного конуса 32 под плашки 20. Плашки 20 перемещаются в радиальном направлении в окнах 19 башмака 18, с внедрением зубьев 22 в стенку трубы обсадной колонны и сжатием пружин 21 .
После фиксации пакера, дальнейшим перемещением вниз осуществляют сжатие уплотнительных элементов 34 и 36, с перекрытием межтрубного пространства. В процессе перемещения корпуса 43 происходит проскальзывание разрезных стопорных колец 45 относительно выступов винтовой насечки 42, до момента полного сжатия уплотнительных элементов 34 и 36. После сброса давления рабочей жидкости в гидравлическом посадочном устройстве, стопорные кольца 45 входят в контакт с выступами винтовой насечки 42 на хвостовике 2, тем самым сохраняя в напряженно - деформированном состоянии нижний и верхний уплотни-тельные элементы 34 и 36. Пакер подготовлен в работе в режиме восприятия перепада давления как сверху, так и снизу.
При необходимости съема пакера с места установки, в осевой канал лифтовой колонны труб сбрасывают шаровой клапан 17, с установкой на посадочное седло 16, с последующей подачей давления, которое воспринимается втулкой 12, которая после разрушения тарированного срезного элемента 14 перемещается в осевом канале хвостовика 2 до упора в цангу 9 и расположением расточки 13 на уровне расположения головок 11 лепестков 10, что приводит появлении свободы для радиального перемещения лепестков 10 к оси устройства. Натяжением лифтовой колонны труб осуществляют перемещение хвостовика 2 вместе с опорной гайкой 48, до образования торцового контакта с грундбуксой 47 жестко связанный с корпусом 43, что приводит к их совместному перемещению вверх, с вводом выступа 40 удлинителя 39 в торцовый контакт с головкой 26, тяги 25. Это приводит с выводу разжимного конуса 32 и конического переходника 24 из взаимодействия с плашками 20 якоря.
При дальнейшем перемещении, зубцы 22 плашек 20 якоря выходит из взаимодействия со стенкой трубы обсадной колонны и усилием предварительно сжатой пружины 21 они возвращаются в исходное положение.
При перемещении тяги 25 вверх относительно ствола 1 , вместе с коническим переходником 24, кольцевая канавка 29 располагается на уровне установки разрезного пружинного кольца 50 в кольцевой проточке 49, что приводит к ее вводу внутрь кольцевой канавки 29, с превращением перемещения тяги 25 относительно ствола 1 , с продолжением их совместного перемещения вверх на поверхность.
Пакер надежен в работе, что доказано промысловыми испытаниями рассмотренной в работе конструкции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Басарыгин Ю.М., Макаренко П.П., Мавромати В.Д. Ремонт газовых скважин. М. ОАО Издательство «Недра». 1998. С. 145—147.
2. Разведочное бурение на суше и континентальном шельфе России / ОАО НПО
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
«Бурение» Сб. научных трудов. Выпуск 14. Краснодар, 2005. С. 377-383 г.).
3. Буровое оборудование / В.Ф. Абуба-киров, Ю.Г. Буримов, А.Ё. Гноевых и др. / Т. 2. «Буровой инструмент». — М.: ОАО Издательство «Недра». 2003 г. С. 458. ^ТШ
Бекетов Сергей Борисович - доктор технических наук, профессор почетный работник науки и техники РФ, СевКавГТУ,
Карапетов Рустам Валерьевич - кандидат технических наук, заместитель генерального директора по производству, «ТехСнабКомплект»,
Акопов Арсен Сергеевич — ведущий инженер лаборатории технологического сопровождения ремонта скважин, филиал «Газпром ПХГ» «ИТЦ».
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
ОРГАНИЗАЦИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА (ОАО «ЕВРАЗ КГОК»)
Лагутин Константин Иванович, вице-президент-руководитель горнорудного дивизиона,
Ионова Наталья Леонидовна, вице-президент по персоналу,
«ЕвразХолдинг»,
Напольских Сергей Александрович, управляющий директор,
Сухарев АнатолийГригорьевич, директор по производству,
Мартынов Владимир Анатольевич, главный инженер,
Ярославцев Андрей Александрович, директор по персоналу,
Бухаров Вячеслав Александрович, директор по операционным улучшениям,
«ЕВРАЗ КГОК»,
Макаров Александр Михайлович, доктор технических наук, профессор, заместитель генерального директора,
Коркина Татьяна Александровна, доктор экономических наук, доцент, старший научный сотрудник,
Захаров Святослав Игоревич, кандидат экономических наук, научный сотрудник «НТЦ-НИИОГР».
Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2012. — № 2. — 36 с.— М.: издательство «Горная книга».
Рассмотрены мероприятия по организации системы повышения эффективности и безопасности производства, предложены модели совершенствования организации труда, направленные на устранение «производственной суеты» — источника повышенных рисков травмирования. Ключевые слова: безопасность производства, организация труда, интенсивность труда.
ORGANIZATION OF INCREASE OF EFFICIENCY AND SAFETY OF PRODUCTION (JSC EVRAZ KGOK)
Lagutin Konstantin Ivanovich, Ionova Natalia Leonidovna, Napolskyh Sergey Aleksandrovich, Sukharev Anatoliy Grigoryevich, Martynov Vladimir Anatolyevich, Yaroslavtsev Andrey Aleksandrovich, Bukharov Vyacheslav Aleksandrovich, Makarov Alexander Mikhaylovich, Korkina Tat-yana Aleksandrovna, Zakharov SvyatoslavIgorevich
Actions for the organization of system of increase of efficiency and safety of production are considered, models of improvement of the organization of the work, directed on elimination of «production vanity» — a source of the increased risks of a travmirovaniye are offered. Key words: safety of production, work organization, intensity of work.
