Аннотация
Устройство разрабатываемого гидравлического пакера с поршневой камерой, предназначенное для изоляции скважинного пространства под пакером и нагнетания в заизолированную полость тампонажной смеси. В данной работе описана конструкция и принцип работы устройства.
На кафедре технологии и техники бурения скважин было разработано устройство пакера гидромеханического действия для технологического тампонирования геологоразведочных скважин.
Рисунок 1 - Схема устройства гидромеханического пакера
Устройство гидравлического пакера.
Гидравлический пакер представляет собой устройство телескопического типа, в котором операция постановки пакера осуществляется за счет осевого смещения поршня относительно неподвижного корпуса. Переток замкнутого объема жидкости обеспечивает приведение резиновой камеры в рабочее положение.
Гидравлический пакер условно можно разделить на три составные части: корпус пакера, рабочая камера и поршневой узел
Поршневой узел включает шток-поршень 1, который свинчивается с трубой 2, в свою очередь соединенной резьбой с трубой с выточками 3. На верхней части шток-поршня находится резьбовое соединение, с помощью которого происходит присоединение к колонне бурильных труб. Внутри поршневого узла предусмотрен полый ствол для прохода рабочей жидкости на этапе спуска пакера в скважину и промывки ствола скважины при необходимости. В нижней части шток-поршня 1 выполнены 2 шпонки, которые служат для центрации данного элемента относительно верхнего корпуса 4 пакера и обеспечения продольного смещения поршневого узла при работе пакера. В верхней и нижней части трубы с выточками 3 выточены пазы под уплотняющие кольца 15 и 16, обеспечивающие герметичность внутреннего пространства пакера и изоляцию рабочей жидкости от внешней среды. При сборке пакера кольцевое пространство между нижним корпусом 5 и трубой с выточками 3 заполняется вязкой рабочей жидкостью.
Корпус пакера представлен верхним 4 и нижним 5 корпусами, выполненными в виде труб с соединительными резьбами на обоих концах. Непосредственно в верхнем корпусе 4 во внутренней части профрезерованы продольные, открытые с нижнего края пазы под шпоночное соединение. Благодаря этому соединению осуществляется продольное смещение штока-поршня относительно верхнего корпуса. Сверху верхнего корпуса 4 находится уплотнительное кольцо 13, обеспечивающие герметичность внутреннего пространства пакера и предотвращающее попадание мелких частиц в зазор между шток-поршнем и верхним корпусом.
В исходном положении поршневой узел и корпус пакера соединены технологическим срезным штифтом 14. Штифт необходим для удержания подвижных частей при спуске пакера в скважину.
К нижнему корпусу 5 навинчен переходник 6 рабочей камеры пакера. К внутренней нижней резьбе переходника 6 крепится труба 7. Эти две детали снабжены соосным полым стволом для прохода рабочей жидкости. Переходник 6 представляет собой ступенчатую цилндрическую деталь. Внизу переходника расположены зубцы штуцерной части, предназначенные для плотного контакта с резиновой камерой 10. Внутри по окружности высверлены 8 отверстий диаметром 2 мм, обеспечивающие переток рабочей жидкости в кольцевое пространство между трубой 7 и резиновой камерой 10. Отверстия также необходимы для создания дополнительного давления в этом участке пакера при приведении его в рабочее положение. На наружную нижнюю резьбу штуцерной части переходника 6 навинчивается присоединительное кольцо 9, которое служит для более плотного закрепления резиновой камеры, исключает возможность соскальзывания камеры с зубцов на переходнике и обеспечивает герметичность внутреннего пространства. Нижняя часть резиновой камеры закрепляется аналогично верхней. Камера одевается на трубу с зубцами 12, которая представляет собой ступенчатую цилиндрическую деталь. Во внутренней части имеются две выточки, предназначенные для укладки в них резиновых уплотнительных колец 17 и 18. Данная деталь, труба с зубцами 12, за счет резиновых уплотнительных колец плотно садится на трубу 7 для осуществления герметизации от внешней среды, а также, чтобы исключить возможность подтеков при повышении давления в рабочей камере. За счет того, что труба с зубцами не имеет резьбового соединения остается возможность осуществления ее продольного смещения относительно трубы 7. Присоединительное кольцо 11, служит для более плотного закрепления нижней части резиновой камеры, исключает возможность соскальзывания камеры с трубы с зубцами и обеспечивает герметичность внутреннего пространства. Переходник 8 в свою очередь навинчивается на трубу 7. Основная цель переходника, это удержание трубы с зубцами 12 от возможного соскальзывания и обеспечение прохода тампонажного раствора в зону тампонирования. Габаритные размеры деталей рабочей камеры в исходном положении предусматривают беспрепятственный спуск пакера в скважину.
Принцип действия гидравлического пакера.
Устройство опускается в скважину на колонне бурильных труб на требуемую глубину постановки пакера. Перед началом тампонирования при необходимости выполняется промывка ствола скважины.
На заданной глубине за счет осевой нагрузки срезается технологический штифт 14. Это приводит к смещению шток-поршня 1 в пазах верхнего корпуса 4 вниз. При этом рабочая жидкость из верхнего кольцевого пространства, образованного наружной деталью нижним переходником 5 и внутренней трубой с выточками 3 перетекает через отверстия в переходнике 6 в нижнюю полость. Она образована трубой 7 и резиновой камерой 10. Дальнейшее смещение поршневого узла обеспечивает увеличение давления в подпакерном пространстве за счет сжатия рабочей жидкости. Возрастание давления обеспечивает расширение резиновой камеры 10. При этом нижняя часть состоящая из трубы с зубцами 12 и присоединительного кольца 11, смещаются по трубе 7 вверх. Расширение камеры 10 обеспечивает ее контакт со стенками скважины или внутренней стенкой обсадной колонны.
После пакеровки скважинного пространства через колонну бурильных труб и центральный ствол пакера осуществляется закачка расчетного количества тампонажного раствора от цементировочного агрегата.
Для снятия пакера выполняется медленное поднятие колонны бурильных труб, под действием которого поршневой узел обеспечивает переток рабочей жидкости из нижней полости через отверстия в переходнике 6 в верхнюю полость. Давление внутри полости резиновой камеры 10 снижается и она возвращается в исходные габаритные размеры, не препятствуя извлечению пакера из скважины. После освобождения контакта камеры со скважиной пакер извлекают на поверхность.