Пакерное устройство

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения ствола скважины, йель: повышение надежности работы, облегчение процесса установки и извлечение пакерного устройства. Для этого пакерное устройство состоит из ствола 1 с проходным каналом 2, кольцевым выступом 3 и опорной ступенью 4. На стволе 1 расположен узел управления 5, шлипсовой узел 6, уплотнительный элемент 7 и якорь 8.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sj>s Е 21 В 33/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 (21) 4862220/03 (22) 27.08.90 (46) 15.01.93. Бюл. ¹ 2 (71) Северо-Кавказский государствен н ый научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) И.В.Роман и А,В.Литвинов (56) Авторское свиде. ельство СССР

¹ 307177, кл. Е 21 В 33/12, 1968.

Проспект ВДНХ. Верхнее заякоривающее устройство пакеров одностороннего действия ЦИНТИХимнефтехимии", 1974.!

Ж, 1788208А1

2 (54) ПАКЕРНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения ствола скважины. Цель: повышениЕ надежности работы, облегчение процесса установки и извлечение haKepHoro устройства. Для этого пакерное устройство состоит из ствола 1 с проходным каналом 2, кольцевым выступом 3 и опорной ступенью 4. На стволе 1 расположен узел управления 5, шлипсовой узел 6, уплотнительный элемент 7 и якорь 8, 1788208 устройства

30

Втулка 9 установлена над якорем 8 концентрична относительно ствола 1 с возможность а осевого перемещения и взаимодействия нижним торцем 10 с шайбой 11 уплотнительного элемента 7, связаннога срезным элементом 12 с кольцевым выступом 3 ствола 1. Верхний торец 13 втулки 9 в рабочем положении взаимодействует с нижним тарцем обоймы, Якорь 8 состоит из плашек 14 с боковыми поверхностями типа "ласточкин хвост", узла расклинивания

15 плашек и синхронизатора 16 перемещения плашек. Узел расклинивания плашек включает обойму 17, клинья 18 и опорный конус 19, а обойма 17 представляет собой

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения ствола скважины.

Известна большое количество пакеров с якорями гидравлического действия, например, якорь-ЯГ1, состоящий из корпуса, в окна которого вставлены плашки. Пружина удерживает плашки в утопленном положении. Пружины ограничива от ход плашек в радиальном направлении и крепятся на корпусе при помощи винтов. Заякоривэние осуществляется в результате подачи давления в колонну труб.

Пакеры гидравлического действия с верхним якорем и гидравлические якори, применяемые вместе са шлипсавай опорой на эксплуатационную колонну, препятствуют перемещению скважинного оборудования под воздействием давления, направленного как сверху, так и снизу. Однако промысловая практика показывает, что при использовании таких гидравлических устройств при проведении различных технологических операций в скважине (на- 2 гнетание различных флюидов, гидрарэзрыв . или гидракислэтный разрыв пласта) при скачкообразном возрастании давления происходит падбрас пээтера, так как якорь не успевает срабатывать, и пакер снимается с бпоры.

Известно пэкернае устройство, близкое по технической сущности и принятое за прототип, содержащее расположенные на стволе узел управленйя, шлипсовую опору, 3 герметизирующий элемент, якорь, состоящий из корпуса в виде конуса с плашками.

Недостаткам известного г акернаго устройства является то, что удержива ощэя втулку с цилиндрической поверхностью с проходным отверстием, внутренней конической полостью и вилкообрэзными выступами. Конструкция устройства позволяет, производить era опору на шлипсы, запакеровку и якорение весом колонны насоснокомпрессорных труб, которым создается постоянная нагрузка на уплотнительный элемент 7, При превышении подпакерного. давления усилия от веса НКТ зубья плашек

14 сильнее внедряются в обсадную колонну, повышая удерживающую способность пакера. В ы пол н ение узла расклин иван ия плашек составным облегчает извлечение пакера из скважины 8 ил. способность якоря ограничена и определяется исходной нагрузкой, создаваемой на него при запакеравке.

Целью изобретения является повышение надежности работы, облегчение процесса установки и извлечения пакерного

Поставленная цель достигается тем, что в пакерном устройстве, включающем полый ствол с опорной ступенью и кольцевым выступам на наружной поверхности, установленные на стволе уплотнительный элемент са шлипсовым узлом. размещенные над уплатнительным элементом плашки с синхрэнизатором их перемещения, связанным срезным элементом со стволом, конус, установленный на стволе с возможностью взаимодействия с ега опорной ступенью. обойму, установленные в обойме с вазможностыа взаимодействия с плашками клинья, связанные срезными элементами с конусом и установленную под обоймой канцентрична относительно ствола втулку, согласно изобретению, втулк» связана срезным элементом с кольцевым выступом ствола, ус ановлена относительно ствола с вОзможностью осевого перемещения и взаимодействия нижним торцом с уплотнительным элементам, а верхним торцом — с нижним торцом обоймы, обойма связана срейным элементом со стволом и выполнена с вилкоабразными выступами, клинья и конус размещены между выступами обоймы. а сопряженные с клиньями боковые поверхности выступов обоймы в верхней части наклонены к продольной оси обоймы и образуют с наружной поверхностью клиньев пазы типа "ласточкин хвост", при этом конус

cHA3GH срезным элементам с корпусом а

1788208 каждом образующемся между вилкообразными выступами 23 окне, попарно парал- 50 лельны между собой и параллельны продольной оси обоймы 17 и переходят в верхней части окон 23 в поверхности 25, наклоненные к продольной оси обоймы 17: под углом а, равным, например, 7-8 . По- 55 верхности 26 перпендикулярны к продольной оси обоймы 17, В нижней части обоймы

17 име}отся углубления с наклонными поверхностями 27, наклоненными к продольего верхний торец совпадает с верхними торцами выступов обоймы.

На фиг,1 изображено предлагаемое пакерное устройство в разрезе в транспортном положении при спуске в скважину; на фиг.2 — то же, в рабочем положении; на фиг.3 — то же, в транспортном положении при извлечении из скважины; на фиг.4— поперечный разрез узла расклинивания плашек, на фиг.5 — изометрическое изображение опорного конуса (два варианта исполнения якоря пакерного устройства с шестью плашками); на фиг,6 — изометрическое изображение клина; на фиг.7 — изометрическое изображение обоймы; на фиг.8— изометрическое изображение клина.

Пакерное устройство состоит из ствола

1 с проходным каналом 2, кольцевым выступом 3 и опорной ступенью 4. На стволе 1 расположены узел управления 5, шлипсовый узел 6, уплотнительный элемент 7 и якорь 8.

Втулка 9 установлена под якорем 8 концентрично относительно ствола 1, с возможностью осевого перемещения и взаимодействия нижним торцом 10 с шайбой 11 уплотнительного элемента 7, связана срезным элементом 12 с кольцевым выстуfloM 3 ствола 1, Верхний торец 13 втулки 9 при этом свободен, а в рабочем положении выполнен с возможностью взаимодействия с нижним торцом обоймы, Якорь 8 состоит из плашек 14 с боковыми поверхностями типа "ласточкин хвост, узла расклинивания плашек 15 и синхронизатора перемещения плашек 16. Узел расклинивания плашек 15 выполнен составным и включает обойму 17, клинья 18, опорный конус 19.

Обойма 17 представляет собой втулку с цилиндрической поверхностью 20, с проходным отверстием 21, внутренней конической полостью 2 и с вилкообразными, выступами 23

Обойма 17, выполненная с вилкообраз-, ными выступами 23, имеет поверхности 24, 25, 26, причем боковые поверхности 24, в

45 ной оси обоймы 17 под углом /3, равным, например, 10 — 12

Внутренняя коническая полость 22 обоймы 17 выполнена с конусностью, например, 1;5 и ограничена коническими поверхностями 28, Верхняя часть обоймы 17 ограничена верхними торцевыми поверхностями 29. В нижней части обоймы 17 имеются кольцевая ступень 30 и кольцевая канавка 31.

Клин 18 представляет собой клиновидную деталь в виде прямоугольника в сечении с верхней острой кромкой 32 и нижней торцовой поверхностью 33, расположенными под углом 90 к наружной цилиндрической поверхности 34, Боковые поверхности

35 клина 18 параллельны между собой и параллельны образующей наружной цилиндрической поверхности 34. Основание 36 клина 18 (фиг.6) выполнено под углом Р к образующей наружной цилиндрической поверхности 34. Поверхности 37 и 38 клиновидной части клина 18, сходящиеся у верхней острой кромки 32, наклонены к образующей наружной цилиндрической поверхности 34 подуглами а и) соответственно.

Угол равен, например, 7 — 8 На наружной цилиндрической поверхности 34 клина 18 имеется канавка 39, Опорный конус 19 выполнен в виде усеченного конуса с конусностью, например, 1:5, с конической поверхностью 40, проходным отверстием 41, с верхним основанием

42 и нижним основанием 43. Опорный конус

19 имеет равномерно расположенные боковые плоскости 44. наклоненные под углом у к продольной оси, Узел расклинивания плашек 15 собран следующим образом, В окнах между вилкообразными выступами 23 обоймы 17 установлены клинья 18.

При этом боковые поверхности 35 клиньев

18 сопряжены с боковыми поверхностями

24 окон обоймы 17, основание 36 клиньев 18 опирается на наклонные поверхности 27, ;нижние торцовые поверхности 33 клиньев

18 упираются в поверхности 26, верхние острые кромки 32 клиньев 18 совпадают с верхними торцовыми поверхностями 29 обоймы 17. Цилиндрические поверхности

34 клиньев 18 совпадают с цилиндрической поверхностью 20 обоймы 17, канавки 39 клиньев 18 совпадают с кольцевой канавкой

3 1 "обоймы 17, Таким образом, поверхности 37 вместе с поверхностями 25 образуют на якоре 8 наклонные пазы типа "ласточкин хвост" с углом наклона й. Канавки 39 и 31 образуют сплошную кольцевую канавку.

1788208 узел 6, шлипсы кгторого. передвигаясь в наклонных пазах, упираются во внутрен- 50 нюю поверхность обсадной трубы. Таким образом осуществляется опора пакерного устройства на обсадную колонну. Щлипсовый узел 6 становится неподвижным, также становятся неподвижными уплотнительный элемент 7; шайба 11 и втулка 9. Нагрузкой от веса НКТ срезаются винты 12, ствол 1 вместе с якорем 8 продолжает спускаться относительно нег одвижного шлипсового узла 6, уплотнител .ного элемента 7 и втулки

Внутрь обоймы 17 вставлен опорный конус 19 таким образом, .что коническая поверхность 40 совпадает с коническими поверхностями 28, верхнее основание 42 опорного конуса 19 совпадает с верхними торцовыми поверхностями 29 обоймы 17 и верхними острыми кромками 32 клиньев 19.

При этом поверхности 38 клиньев 18 опираются на боковые плоскости 44 опорного конуса 19. В кольцевую канавку, образованную канавками 39 и 31, установлена кольцевая пружина 45, предохраняющая клинья 18 от выпадания наружу и обеспечивающая фиксацию клиньев 18, Клинья 18 с опорным конусом 19 и обойма

17 прикреплены к стволу 1 срезными элементами 46 и 47 соответственно. Таким образом, собранный и обоймы 17, клиньев 18 и опорного конуса 19 узел расклинивания плашек 15 представляет собой цельную систему и надет на ствол 1 проходными отверстиями 21 обоймы 17 и 41 опорного конуса

19 таким образом, что нижнее основание 43 обоймы 17 опирается на опорную ступень 4 ствола 1, Якорь 8 пакерного устройства собран таким образом, что в направляющих пазах типа "ласточкин хвост" узла р склинивания плашек 15 установлены плашки 14, Т-образные концы которых находятся в соответствующих пазах синхронизатора перемещения плац ек 16. ко1орый при помощи срезных элементов 48 прикреплен к муфте 49. Муфта 49 соединяет ствол 1 пакерного устройства и последнюю трубу колонны насосно-компрессорных труб. . Пакерное устройство работает следующим образом.

В собранном виде (фиг.1) пакерное устройство спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб, При достижении пакерным устройством требуемого места установки манцпулированием колонной насосно- компрессорных труб включается в работу узел управления 5, например, пово ротного действия (фиг.2), При дальнейшем опускании колонны насосно-компрессорHblx труб включае1ся в работ шлипсовый

9. При этом кольцевой выступ 3 доходит до шайбы 11, лежащей на уплотнительном элементе 7, одновременно с тем, когда кольцевая ступень 30 якоря 8 доходит до верхнего торца 13 втулки 9.

Далее ствол 1 давит кольцевым выступом 3 на шайбу 11, сжимающую уплотнительный элемент 7, состоящий, например, из втулок из фторопласта 4, Уплотнительный элемент 7 под действием веса колонны

НКТ сжимается, увеличиваясь в диаметре, и перекрывает кольцевое пространство, происходит запакеровка, Одновременно с началом взаимодействия кольцевого выступа 3 с шайбой 11 начинается взаимодействие втулки 9 с якорем 8 через посредство кольцевой ступени 30.

При этом после срезания винтов 47 узел расклинивания плашек 15, собранный из обоймы 17, клиньев 18 и опорного конуса 19. включается в ранее ставшей неподвижной систему. При дальнейшем опускании ствола

1 плашки 14 передвигаются в наклонных пазах типа "ласточкин хвост" узла расклинивания плашек 15 и упираются во внутреннюю поверхность обсадной трубы. Теперь разгрузка веса колонны НКТ передается уже на плашки 14, что приводит к посадке якоря 8. При этом разгрузка от веса НКТ передается на плашки 14 только до момента срезки винтов 49, и усилие посадки якоря 8 определяется механическими свойствами материалов винта 49. Это усилие впоследствии остается неизменным.

Таким образом, производится опора На шлипсы, запакеровка и якорение пакерного устройства весом колонны насосно-компрессорных труб. Нагрузка эта является постояннойй.

При создании под пакерным устройством давления нагнетания, превышающего давление от веса колонны НКТ, происходит следующее. Сила, развиваемая давлением нагнетания, действует на уплотнительный элемент 7 и, уменьшенная на величину силы трения уплотнителей о внутреннюю поверхность обсадных труб и вес НКТ, передается через посредство втулки 9 якорю 8, имеющему некоторую свободу осевого перемещения относительно ствола 1. При этом усилие заякоривания не уменьшается, а наоборот возрастает пропорционально передаваемой на якорь 8 cvne. Нагрузка от веса

НКТ продолжает полностью передаваться на уплотнительный элемент 7, обеспечивал герметичность пакеровки, Клинья 18 все сильнее заклиниваются относительно внедрившихся в обсадную колонну плашек 14, тем самым все сильнее внедряя зубья последних во внутреннюю поверхность обсац1788208

5

30

55 ной трубы, то есть увеличение выталкивающего усилия ведет к возрастанию удерживающейй сил ы я коря 8.

Извлечение пакерного устройства производится следующим образом. Срыв пакерного устройства происходит при простом поднятии колонны НКТ. При движении вверх ствола 1 относительно неподвижной системы остальных узлов пакерного устройства (фиг.З) опорная ступень 4 на стволе 1 после срезки винтов 46 приподнимает конус 19 и выводит его из-под шарнирно закрепленных клиньев 18, которые, опадая внутрь обоймы 17, освобождают от заклинивания плашки 14, Плашки 14 выходят из зацепления с обсадной колонной.

Придальнейшем поднятии НКТ верхнее основание 42 конуса 19, нижнее основание

43 которого взаимодействует с опорной ступенью 4, воздействует на синхронизатор перемещения плашек 16, который тянет вверх плашки 14 за их верхние Т-образные концы.

Обойма 17 и клинья 18 падают на кольцевой выступ 3 ствола 1, Таким образом, пакерное устройство освобождается от заякоривания.

В процессе освобождения от заякоривания обычным образом разжимается уплотнительный элемент 7 и освобождается шлипсовый узел б, чем пакерное устройство. приводится в положение, позволяющее извлечь его на поверхность, Таким образом, конструкция пакерного устройства позволяет производить его опору на шлипсы, запакеровку и якорение весом колонны насосно-компрессорных труб, которым создается постоянная нагрузка на уплотнительный элемент 7, Размещение между уплотнительным элементом 7 и якорем 8, установленным на стволе 1 с обеспечением некоторой свободы осевого перемещения относительно ствола 1, втулки 9, позволяет обеспечить новое свойство пакерного устройства: когда сила давления под пакерным устройством превышает усилие от веса Н КТ, сила перепада давления на уплотнительный элемент 7 через посредство втулки 9 воздействует на якорь 8, причем чем больше выталкивающее усилие, тем .сильнее внедряются зубья плашек 14 якоря

8 в обсадную колонну, т.е. тем выше удерживающая способность якоря 8, Выполнение узла расклинивания плашек 15 составным, включающим обойму 17 и опорный конус 19 со встречной наклону пазов якоря 8 конусностью, имеющий плоскости 44, на которые опираются шарнирно закрепленные клинья 18, позволяет, кроме обеспечения вышеописанного нового свойства пакерного устройства, легко извлекать пакерное устройство из скважины простым поднятием колонны насосно-компрессорных труб.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении надежности его работы по сравнению с прототипом, чем обеспечивается увеличение межремонтного периода эксплуатации скважин, Формула изобретения

Пакерное устройство, включающее полый ствол с опорной ступенью и кольцевым выступом на наружной поверхности, установленные HB стволе уплотнительный элемент со шлипсовым узлом, размещенные над уплогнительным элементом плашки с синхронизатором их перемещения, связанным срезным элементом со стволом, конус, установленный на стволе с возможностью взаимодействия с его опорной ступенью, обойму, установленные в обойме с возможностью взаимодействия с плашками клинья, связанные срезными элементами с конусом, и установленную под обоймой концентрично относительно корпуса втулку, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе, облегчения процесса установки и извлечения пакерного устройства, втулка связана срезным элементом с кольцевым выступом ствола, установлена относительно ствола с возможностью осевого перемещения и взаимодействия нижним торцом с уплотнительным элементом и верхним торцом — с нижним торцом обоймы, обойма связана срезным элементом со стволом и выполнена с вилкообразными выступами, клинья и конус размещены между выступами обоймы, а сопряженные с клиньями боковые поверхности выступов обоймы в верхней части наклонены к продольной оси обоймы и образуют с наружной поверхностью клиньев пазы типа ласточкина хвоста, при этом конус связан срезным элементом с корпусом, а его верхний торец совпадает с верхними торцами выступов обоймы.

1788208

1788208

1788208 йод

B д

КоРРектоР E.Ïàïï

Редактор

Заказ 58 Тира>к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

51 га

Составитель А.Литвинов

Техред M,Ìoðãåíòàë

Пакерное устройство Пакерное устройство Пакерное устройство Пакерное устройство Пакерное устройство Пакерное устройство Пакерное устройство Пакерное устройство 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике добычи нефти

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и используется для герметизации межтрубного пространства скважины„ Цель - повышение надежности разобщения ствола скважины при проведении работ под давлением и расширения области применения

Изобретение относится к области испытания нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано в аварийных ситуациях при геофизических и гидродинамических исследованиях

Изобретение относится к геологоразведочной области и может быть использовано для изоляции ствола в разведочной скважине

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для отсоединения и повторного соединения колонны труб с пакером

Пакер // 1765360
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к пакерам для разобщения ствола скважины

Пакер // 1760085
Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и используется для разобщения ствола скважины

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к подземному оборудованию для спуска пакера на колонне труб, разъединения их от пакерэ после его установки в скважине и повторного соединения с пакером перед его извлечением из скважины

Пакер // 1760083
Изобретение относится к буровой технике , а именно к устройствам для опрессовки в скважине обсадной колонны с противовыбросовымоборудованием, Цель - повышение надежности работы пакера при опрессовке обсадной колонны и облегчение извлечения его из скважины

Изобретение относится к добыче нефти и газа, а более точно к устройству для нефтяных и газовых скважин при их герметизации

Пакер // 2101461

Изобретение относится к отраслям промышленности, ведущим бурение на нефть, газ и воду

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в процессе строительства газовых и нефтяных скважин

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности,а именно к устройствам для извлечения пакера

Изобретение относится к скважинному оборудованию для нефтегазодобывающей промышленности, в частности к глубинному оборудованию, например, для раздельной эксплуатации пластов, предотвращения фонтанирования, изоляционных работ, гидроразрыва пластов

Пакер // 2105862
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к техническим средствам для защиты эксплуатационной колонны нагнетательных и поглощающих скважин от высокого давления и воздействия закачиваемой жидкости
Наверх