Уплотнительный узел пакера

 

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к пакерующим устройствам с набухающими уплотнительными элементами, которые применяются для разобщения пространства и изоляции пластов при строительстве, эксплуатации и ремонте нефтяных и газовых скважин. Обеспечивает повышение надежности работы уплотнительного узла пакера и расширяет его технологические возможности. Сущность полезной модели: уплотнительный узел пакера включает, по крайней мере, два взаимодействующих друг с другом эластичных элемента, один из которых выполнен из не набухающей резины в виде манжеты чашеобразной формы с внутренней конической поверхностью, а другой выполнен из набухающего в скважинных жидкостях эластомера и имеет форму полого цилиндра. Один из концевых участков полого цилиндра имеет наружную коническую поверхность и контактирует с внутренней конической поверхностью чашеобразной манжеты. У несмежных концевых участков эластичных элементов размещены защитные кольца. Согласно полезной модели уплотнительный узел пакера снабжен армирующим слоем, закрепленным на внутренней поверхности полого цилиндра, при этом армирующий слой выполнен из тканого либо нетканого материала и имеет двухстороннее покрытие из не набухающего эластомера, обладает большей жесткостью в радиальном направлении и меньшей теплопроводностью, нежели полый цилиндр, и податлив в осевом направлении. 1 з.п. ф-лы, 2 илл.

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к пакерующим устройствам с набухающими уплотнительными элементами, предназначенным для разобщения пространства и изоляции пластов при строительстве, эксплуатации и ремонте нефтяных и газовых скважин.

Известен уплотнительный узел пакера, включающий эластичный элемент в форме полого цилиндра с кольцевыми канавками на внешней поверхности, выполненный из набухающего в скважинных жидкостях эластомера, и защитные кольца на его концевых участках [Патент на полезную модель 86650, E21B 33/12, 2009].

Недостатком уплотнительного узла пакера является недостаточная жесткость эластичного элемента в радиальном направлении и невысокая герметизирующая способность при действии перепада давления, что существенно снижает надежность его спуска в скважину и ограничивает область применения.

Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является уплотнительный узел пакера, включающий два эластичных элемента, взаимодействующих друг с другом, один из которых выполнен из не набухающей резины в виде манжеты чашеобразной формы с внутренней конической поверхностью, а другой выполнен из набухающего в скважинных жидкостях эластомера и имеет форму полого цилиндра, один из концевых участков которого имеет наружную коническую поверхность и контактирует с внутренней конической поверхностью чашеобразной манжеты. Уплотнительный узел также содержит защитные кольца, размещенные у несмежных концевых участков эластичных элементов [Патент на полезную модель 108095, E21B 33/12, 2011].

Недостатком уплотнительного узла пакера является то, что полый цилиндр из набухающего эластомера не обладает достаточной жесткостью в радиальном направлении, что может привести к его повреждению при спуске в скважину, а со стороны внутренней поверхности цилиндр подвержен охлаждению при закачивании технологических жидкостей в скважину (например, при проведении гидроразрыва пластов), что отрицательно сказывается на качестве набухания эластомера и, в конечном итоге, на изолирующие свойства уплотнительного узла. Это в целом снижает надежность работы пакера и ограничивает его технологические возможности.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности работы уплотнительного узла пакера и расширение его технологических возможностей.

Необходимый технический результат достигается тем, что уплотнительный узел пакера, включащий, по крайней мере, два взаимодействующих друг с другом эластичных элемента, один из которых выполнен из не набухающей резины в виде манжеты чашеобразной формы с внутренней конической поверхностью, а другой выполнен из набухающего в скважинных жидкостях эластомера и имеет форму полого цилиндра, один из концевых участков которого имеет наружную коническую поверхность и контактирует с внутренней конической поверхностью чашеобразной манжеты, и защитные кольца, размещенные у несмежных концевых участков эластичных элементов, снабжен армирующим слоем, закрепленным на внутренней поверхности полого цилиндра, при этом армирующий слой выполнен из тканого либо нетканого материала и имеет двухстороннее покрытие из не набухающего эластомера, обладает большей жесткостью в радиальном направлении и меньшей теплопроводностью нежели полый цилиндр и податлив в осевом направлении.

Кроме того, для дополнительной жесткости наружная коническая поверхность концевого участка полого цилиндра и контактирующая с ней внутренняя коническая поверхность чашеобразной манжеты связаны между собой клеевым составом.

На фиг. 1 изображен уплотнительный узел пакера в транспортном положении; на фиг. 2 - вариант размещения двух уплотнительных узлов на пакере в транспортном положении.

Уплотнительный узел пакера (фиг. 1) в частном исполнении состоит из двух взаимодействующих друг с другом эластичных элементов, один из которых выполнен из не набухающей резины в виде манжеты 1 чашеобразной формы с внутренней конической поверхностью 1a, а другой выполнен из набухающего в скважинных жидкостях эластомера и имеет форму полого цилиндра 2. Концевой участок полого цилиндра 2, обращенный к манжете 1, имеет наружную коническую поверхность 2а, контактирующую с внутренней конической поверхностью 1а чашеобразной манжеты 1. У несмежных концевых участков эластичных элементов 1 и 2 размещены защитные кольца 3 и 4, препятствующие возможному повреждению эластичных элементов при спуске в скважину и их разрушению при действии заданного перепада давления. Защитные кольца 3 и 4 могут быть выполнены в виде простых колец, как это описано в патенте 86650, или быть более сложной конструкции с дополнительными элементами противоэкструзионной защиты, как это описано в патенте 108095.

Полый цилиндр 2 из набухающего эластомера снабжен армирующим слоем 5 из тканого либо нетканого материала (например, из полиамидной или хлопчатобумажной ткани), закрепленным на его внутренней поверхности, при этом армирующий слой имеет двухстороннее покрытие 5а и 5б из не набухающего эластомера. Армирующий слой 5 в совокупности с двухсторонним покрытием обладает большей жесткостью в радиальном направлении и меньшей теплопроводностью, нежели полый цилиндр, и имеет определенную податливость в осевом направлении.

Для большей жесткости конструкции уплотнительного узла наружная коническая поверхность 2а концевого участка полого цилиндра 2 и контактирующая с ней внутренняя коническая поверхность 1 а чашеобразной манжеты 1 связаны между собой клеевым составом (на фиг. 1 не показан).

Для применения на скважине уплотнительный узел устанавливается на трубу 6 пакера с присоединительными резьбами на концевых участках (на фиг. 1 не показаны), при этом защитные кольца 3 и 4 фиксируются на трубе стопорными винтами 7 или другими способами, известными из уровня техники, а герметизация кольца 3 по внутренней поверхности обеспечивается уплотнительным кольцом (на фиг. 1 не указан). Данная конструкция уплотнительного узла пакера обеспечивает лучшую герметизацию пространства в скважине при действии перепада давления, направленного снизу вверх.

Для обеспечения надежной герметизации при действии перепада давления в равной степени, как снизу, так и сверху, на трубу 6 пакера устанавливаются симметрично два уплотнительных узла (см. фиг. 2).

Уплотнительный узел пакера работает следующим образом.

В зависимости от заданных условий применения в скважине уплотнительный узел устанавливается на трубу 6 в компоновке, показанной на рис. 1 или рис. 2. Установка всех элементов уплотнительного узла на трубу 6 может производиться на заводе-изготовителе или непосредственно на производственных базах нефтегазодобывающих компаний.

Уплотнительный узел пакера, оснащенный нефтенабухающим или водонабухающим эластомером в зависимости от геолого-технических условий в скважине, спускают в составе колонны обсадных труб (на рисунках не показана) к месту установки в открытый ствол или эксплуатационную колонну для изоляции межпластовых перетоков или интервалов пласта. Во время спуска армирующий слой 5 препятствует радиальной деформации полого цилиндра 2 под действием гидродинамики скважинной жидкости и преждевременному разрушению уплотнительного узла. Клеевое соединение манжеты 1 с концевым участком полого цилиндра 2 также способствует надежному спуску компоновки в скважину.

После спуска, в процессе освоения и эксплуатации скважины или создания специальных нефтяных или водных ванн, полый цилиндр 2 взаимодействует с скважинной жидкостью и набухает до плотного контакта с поверхностью открытого ствола или обсадной колонны, обеспечивая надежную изоляцию заданных интервалов в скважине. При действии перепада давления, возникающего при эксплуатации скважины, полый цилиндр 2 передает осевую нагрузку на чашеобразную манжету 1 и деформирует ее в радиальном направлении до контакта с внутренней поверхностью обсадной колонны или открытого ствола. Это обеспечивает надежное перекрытие кольцевого зазора между защитным кольцом 3 и обсадной колонной (на фигурах не показано) и предотвращает выдавливание и разрушение полого цилиндра 2 под действием перепада давления.

При проведении ряда работ в скважинах, связанных с закачкой в пласты холодных жидкостей, например при гидроразрыве пластов, эластомер полого цилиндра 2 через контактную поверхность с обсадной трубой 6 подвергается кратковременному охлаждению, что может отрицательно сказаться на его изолирующих свойствах, так как температура является одним из основных факторов, влияющих на характеристики набухающих эластомеров. Армирующий слой 5 с более низкой теплопроводностью, закрепленный на внутренней поверхности полого цилиндра 2, уменьшает влияние охлаждающих жидкостей на изолирующие свойства уплотнительного узла и способствует повышению надежности его работы в скважине

Такая конструкция уплотнительного узла пакера в двух описанных вариантах обеспечивает надежный спуск и установку его в скважине, повышает надежность работы и способствует расширению его технологических возможностей при разобщении и изоляции пластов в скважинах.

1. Уплотнительный узел пакера, включающий, по крайней мере, два взаимодействующих друг с другом эластичных элемента, один из которых выполнен из не набухающей резины в виде манжеты чашеобразной формы с внутренней конической поверхностью, а другой выполнен из набухающего в скважинных жидкостях эластомера и имеет форму полого цилиндра, один из концевых участков которого имеет наружную коническую поверхность и контактирует с внутренней конической поверхностью чашеобразной манжеты, и защитные кольца, размещенные у несмежных концевых участков эластичных элементов, отличающийся тем, что он снабжен армирующим слоем, закрепленным на внутренней поверхности полого цилиндра, при этом армирующий слой выполнен из тканого либо нетканого материала и имеет двухстороннее покрытие из не набухающего эластомера, обладает большей жесткостью в радиальном направлении и меньшей теплопроводностью, нежели полый цилиндр, и податлив в осевом направлении.

2. Уплотнительный узел пакера по п. 1, отличающийся тем, что наружная коническая поверхность концевого участка полого цилиндра и контактирующая с ней внутренняя коническая поверхность чашеобразной манжеты связаны между собой клеевым составом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для установки пакерующих устройств в скважинах при проведении в них ремонтных работ, таких как испытание обсадных колонн на герметичность, изоляционные работы и другое

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для манжетного цементирования скважины и направлено на сохранение коллекторских свойств пластов путем снижения гидростатического давления столба цементного раствора, а также для разобщения пластов в скважине в условиях низких градиентов гидроразрыва пластов и наличия в скважинах зон, склонных к поглощениям, а также для предупреждения нефтегазопроявлений и межпластовых перетоков
Наверх