CS212261B2

CS212261B2 - Těsnič

Info

Publication number: CS212261B2
Application number: CS44877A
Authority: CS
Inventors: Robert Horvath; Rudolf Laszlo; Geza Szabo
Original assignee: Koolaj Foldgazbanyaszati
Priority date: 1977-01-24
Filing date: 1977-01-24
Publication date: 1982-03-26

Abstract

Vynález se týká těsniěe pro utěsňování výpažnic v hloubkových vrtech pro těžbu ropy, zemního plynu a podobně. Těsniě podle vynálezu sestává z nátrubku, upraveného pro spojení se soustavou trubek a nasazeného svou vnitřní plochou na střední trubkové těleso (13), přičemž na vnější straně nátrubku (1) je upevněno opěrné pouzdro (2) s podlouhlým otvorem, kolem střední části středního trubkového tělesa (13) jsou rozmístěny těsnicí prvky (11) pro utěsnění vodiče ve výpažnici po stlačení a rozepnutí působením dutého pístu (14), uloženého kolem spodního konce středního trubkového tělesa (13) ve válci (16) a opřeného z jedné strany o těsnicí prvky (11), které jsou z druhé strany opřeny o opěrný kroužek (8) s radiálním vodicím kolíkem (9), jehož konec je veden v podélném vybrání ve stěně středního trubkového tělesa (13), přičemž kolem horní části středního trubkového tělesa (13) je pro spojeni s opěrným pouzdrem (2) umístěno aretační ústrojí, sestávající Z objímky (4) s kuželovým vybráním a z matice (5) s kuželovou vnější plochou. Podstata vynálezu spočívá v tom, že na středním trubkovém tělesu (13) a pod těsnicími prvky (11) je uloženo pomocné pouzdro (10), na jehož obvodovém závitu je našroubována posuvná matice (6), opatřená závitovým čepem (7), vystupujícím z ní radiálně do podlouhlého otvoru v opěrném pouzdru (2).The invention relates to a sealant for sealing casings in deep wells for the extraction of oil, natural gas and the like. The seal according to the invention consists of a sleeve adapted for connection with a system of pipes and fitted with its inner surface onto a central tubular body (13), with a support sleeve (2) with an elongated opening being fixed to the outer side of the sleeve (1), around the central part of the central tubular body (13) are arranged sealing elements (11) for sealing the conductor in the sleeve after compression and expansion by the action of a hollow piston (14), placed around the lower end of the central tubular body (13) in a cylinder (16) and supported on one side by the sealing elements (11), which are supported on the other side by a support ring (8) with a radial guide pin (9), the end of which is guided in a longitudinal recess in the wall of the central tubular body (13), with a locking ring (8) being positioned around the upper part of the central tubular body (13) for connection with the support sleeve (2). device consisting of a sleeve (4) with a conical recess and a nut (5) with a conical outer surface. The essence of the invention lies in the fact that an auxiliary sleeve (10) is placed on the central tubular body (13) and under the sealing elements (11), on whose peripheral thread a sliding nut (6) is screwed, provided with a threaded pin (7), protruding radially from it into an elongated hole in the support sleeve (2).

Description

Vynález se týká těsniče, vkládaného do výpažnice při těžbě ropy nebo zemního plynu a který se ve výpažnici upíná mechanicky a je ovládán hydraulicky. Těsnič podle vynálezu se ve výpažnici spojuje s dalSím těsniěem, kterým se zajišťuje vzájemné oddělení vrstev horniny, jimiž prochází vytvořený vrt a v nichž panují různé tlakové a teplotní podmínky.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sealer inserted into a casing during oil or gas extraction and which is clamped mechanically in the casing and is operated hydraulically. In the casing, the seal according to the invention is connected to another seal which ensures separation of the rock layers through which the borehole passes and in which different pressure and temperature conditions prevail.

Současným použitím těsniče podle vynálezu, který je bezklínovým těsničem, a dalšího klínového těsniče ve výpažnici opatřeného zejména dvěma soustavami opačně působících rozpěrnýoh klínů, je možno provozovat potřebné činnosti současné a na sobě nezávisle v nejméně dvou vrstvách horniny, kterou prochází hlubinný vrt, a je možno vrtat selektivní nebo kombinované vrty, které jsou potřebné při těžbě ropy nebo přírodního plynu. Prochází-li vrt osazený výpažnici několika vrstvami horniny, pak je možno po osazení těsniče na rozhraní vrstev provádět potřebné práce, přičemž tato horní oblast je chráněna těsničem proti působení vyššího tlaku ze spodní oblasti a také proti korozi.By using a gasket according to the invention which is a keyless gasket and a further gasket in a casing having in particular two sets of oppositely acting spacing wedges, it is possible to carry out the required activities simultaneously and independently of at least two layers of rock through which a deep borehole passes. drill selective or combined boreholes that are needed for oil or natural gas extraction. If a borehole fitted with a casing passes through several layers of rock, then after installation of the sealer at the layer interface it is possible to carry out the necessary work, this upper area being protected by the sealer against high pressure from the lower area and also against corrosion.

Při těžbě ropy se dosud používají především bezklínové těsniče, které jsou ovládány buS mechanicky, zejména zátěží, která překonává hydrostatické sily, bránicí osazování těsniče, přičemž uvolnění se provádí odebráním zátěže, nebo hydraulicky, kdy upínání nebo uvolňování těsniče není závislé na zatížení výpažnice. U hydraulicky ovládaných těsničů není průběh uvolňování příliš příznivý, protože výpažnice je přitom namáhána značnými kroutícími silami a kromě tlakových sil, působících při uvolňování na uvolňovací závit, se vyskytují nepříznivé ohybové a tahové síly, takže uvolňování je obtížné.Until now, mainly oil-free gaskets are used which are operated either mechanically, especially by a load which overcomes hydrostatic forces, preventing the packing of the gasket, releasing it by removing the load, or hydraulically, when clamping or releasing the gasket does not depend on the casing load. In the case of hydraulically actuated seals, the release process is not very favorable because the casing is subjected to considerable torsional forces and, in addition to the compressive forces acting on the release thread, there are unfavorable bending and tensile forces, so that the release is difficult.

Jeden z takových známých těsničů sestává z pláště, připojovacího nátrubku a z trubky s těsnicím prvkem. Těsnič se uvolňuje odšroubováváním horní části soutyčí od spodní části, přičemž se přitom musí vyvodit značný krouticí moment.One such known sealer consists of a housing, a connection sleeve and a pipe with a sealing element. The gasket is released by unscrewing the upper part of the rod from the lower part, with considerable torque to be generated.

Jiný známý těsnič je opatřen nátrubkem, spojeným se soupravou tyčí, pouzdrem s vysoustruženým vybráním, trubkou s těsnicími prvky, hydraulickým válcem, s uzavíracími prvky, opěrným prstencem s kolíkem, zasahujícím do podélného vybrání a aretačním ústrojím, spolupůsobícím s pouzdrem.Another known seal is provided with a sleeve connected to a rod assembly, a recessed sleeve, a tube with sealing elements, a hydraulic cylinder, a locking element, a support ring with a pin extending into the longitudinal recess and a locking device interacting with the sleeve.

Tyto známé těsniče nezajišťují dostatečně potřebné podmínky pro práci s nástroji nacházejícími se ve vrtu a jejich uvolňováni je obtížné, protože jsou opatřeny uvolňovacím ústrojím s bajonetovým uzávěrem, který se obtížně uvolňuje a klínovou soustavou s dvojitým působením.These known seals do not provide the necessary conditions for working with the tools present in the borehole, and their release is difficult because they are provided with a release device with a bayonet closure that is difficult to release and a double action wedge system.

Úkolem vynálezu je vyřešit konstrukci těsniče, který by měl zvýšenou spolehlivost svého působeni a který by se snadněji uvolňoval.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a seal design which has an increased reliability and is more easily released.

Tento úkol je vyřešen těsničem podle vynálezu, sestávajícím z nátrubku spojeného s tyčemi a opatřeného opěrou, který je nasazen na střední trubkové těleso a jehož obvodová část je našroubována na válcové pouzdro s podélným vybráním, přičemž kolem středního trubkového tělesa jsou uloženy těsnicí prvky a kolem opačného konce středního trubkového tělesa je uložen posuvný píst s blokovacím ústrojím a válcem, dosedající na těsnicí prvky, na které z druhé strany dosedá opěrný kroužek s čepem, zasahujícím do podélného vybrání středního trubkového tělesa, s jehož jednou částí spolupůsobí prvky uvolnitelného aretečního ústrojí.This object is achieved by a seal according to the invention comprising a sleeve connected to the rods and provided with a support which is mounted on the central tubular body and the peripheral portion of which is screwed onto a cylindrical sleeve with longitudinal recess. at the end of the central tubular body there is a sliding piston with a locking device and a cylinder engaging the sealing elements, on the other side abutting a supporting ring with a pin extending into the longitudinal recess of the central tubular body with one part cooperating with the releasable locking elements.

Podstata těsniče podle vynálezu spočívá v tom, že kolem středního trubkového tělesa je uloženo pomocné pouzdro, uložené pod těsnicími prvky a opatřené na části svého vnějšího povrchu závitem, na kterém je uložena přesuvná matice se závitovým čepem, který prochází podélným vybráním ve stěně opěrného pouzdra.The principle of the seal according to the invention is that an auxiliary sleeve is placed around the central tubular body, located below the sealing elements and threaded on a part of its outer surface, on which a sliding nut with a threaded pin extends longitudinally in the wall of the support sleeve.

Po uvolnění těsniče podle vynálezu je umožněna manipulace se spodními nástroji nebo těsniči, oddělujícími od sebe jednotlivé úseky vrtu na rozhraní dvou vrstev horniny, které jsou uchyceny pomocí rozpěrných klínů na vnitřní ploše výpažnice.After loosening the seal according to the invention, it is possible to manipulate the lower tools or seals separating the individual boreholes at the interface of the two rock layers, which are fixed by means of spacing wedges on the inner surface of the casing.

Těsnič podle vynálezu se osazuje a upíné hydraulicky a uvolňuje se mechanicky při odlehčení přesuvné matice, takže není třeba při uvolňování působit velkými silami. Konstrukce těsniče je přitom jednoduchá a zaručuje spolehlivou funkci všech součásti při osazování i uvolňování.The seal according to the invention is mounted and clamped hydraulically and releases mechanically when the union nut is relieved, so that there is no need to exert great forces during releasing. The design of the sealer is simple and ensures reliable operation of all components during assembly and release.

Příklad provedení těsniče podle vynálezu je zobrazen v podélném řezu na výkresu, kde je jedna jeho polovina zobrazena v bočním pohledu.An embodiment of the seal according to the invention is shown in longitudinal section in the drawing, where one half of it is shown in a side view.

Těsnič podle vynálezu sestává z nátrubku 1, který je ve své rozšířené části naražen na střední trubkové těleso 1 3. procházející celou délkou těsniče, a na vnější plochu rozšířené části nátrubku 1 je našroubováno opěrné válcové pouzdro 2, opatřené na své vnitřní straně výstupky nebo prstencovým žebrem. Čelní plocha nátrubku 1 je opěrnou plochou, proti které se uvnitř opěrného válcového pouzdra 2 nachází objímka 4 s kuželovým vrtáním, spojená se středním trubkovým tělesem 13 kolikem J, který se při překročení určité hodnoty smykové síly usmykne. V kuželovém vrtání objímky 1 je uložena kuželová matice, sestávající z nejméně dvbu axiálně dělených čéstí.The seal according to the invention consists of a sleeve 1 which, in its enlarged part, is struck against a central tubular body 13 extending through the entire length of the seal, and a supporting cylindrical sleeve 2 is provided on its outer side. rib. The face of the sleeve 1 is a support surface against which a tapered bore sleeve 4 is located within the support cylindrical sleeve 2, connected to the central tubular body 13 by a plunger J which, upon exceeding a certain value of shear force, slides. The conical bore of the sleeve 1 accommodates a conical nut, consisting of at least two axially divided parts.

kuželovou matici 5 j^e opřeno pomocné pouzdro 10. které je ve své horní části opatřeno závitem, na kterém je uložena přesuvná matice 6; závit má upraven tvar zubů a stoupání pro snadné uvolňování a přesouvání přesuvné matice 6. Do přesuvné matice έ je z boku kolmo na její osu zašroubován závitový čep 2, který prochází podlouhlou drážkou v opěrném válcovém pouzdru 2· N® pomocném pouzdru 10 je pod přesuvnou maticí 2 uložen opěrný kroužek 8, o který se opírají pryžové těsnicí prvky 11. přičemž v opěrném kroužku 8 je uchycen vodicí kolík 2, procházející pomocným pouzdrem a zasahující svým vystupujícím koncem do axiál ní drážky, vytvořené ve vnější ploše středního trubkového tělesa 22» aby se zabránilo otáče ni opěrného kroužku 8 a pomocného pouzdra 10 vůči střednímu trubkovému tělesu 13.conical nut 5 J ^e is supported by the auxiliary housing 10. in its upper threaded portion on which is mounted union nut 6; the thread has a toothed shape and a pitch for easy loosening and shifting of the sliding nut 6. The sliding nut έ is screwed from the side perpendicular to its axis with a threaded pin 2 which passes through the elongated groove in the supporting cylindrical sleeve 2 The support ring 8 is supported by a nut 2 on which the rubber sealing elements 11 are supported. rotation of the support ring 8 and the auxiliary bushing 10 relative to the central tubular body 13 is prevented.

Kolem spodní části středního trubkového tělesa 13 je uložen dutý píst 14. uložený ve válci 16. který axiálně stlačuje pryžové těsnicí prvky 21» ^a tím je rozpírá do stran. Dutý píst 14 je ve své spodní části opatřen blokovacím ústrojím 15 pro zajištění polohy' dutého pístu 14 po stlačení těsnicích prvků 11. přičemž válec 16. vytvořený jako přechodový kus, je ve své spodní části pod dutým pístem 14 opatřen otvory, procházejícími stěnou středního trubkového tělesa u pro přívod tlakové kapaliny. Dutý píst 14 je ve své základní poloze zajištěn střižným kolíkem 12, spojujícím dutý píst 14 s pomocným pouzdrem 10.Around the lower part of the central tubular body 13 is a hollow piston 14 mounted in a cylinder 16 which axially compresses the rubber sealing elements 21 ^and thereby extends them laterally. The hollow piston 14 is provided at its lower part with a locking device 15 for securing the position of the hollow piston 14 after compression of the sealing elements 11. wherein the cylinder 16 formed as a transition piece is provided at its lower part below the hollow piston 14 with openings body for supplying pressure fluid. The hollow piston 14 is in its basic position secured by a shear pin 12 connecting the hollow piston 14 to the auxiliary housing 10.

Činnost těsniče podle vynálezu je následující:The operation of the sealer according to the invention is as follows:

Při osazování se těsnič napojí na běžnou výstroj vrtu, přičemž uvnitř soustavy tyčí se vyvodí přetlak, který začne působit na dutý píst 14 a posouvá jej směrem nahoru. Při překročení určité hodnoty tlaku se přestřihne smykovými silami kolík 12, který udržoval vzájem nou polohu dutého pístu 14 a pomocného pouzdra 10. a dutý plst 14 stlačuje pryžové těsnicí prvky 11. které se deformují a rozpínají do stran na stěnu výpažnice, na kterou se přitlačujl a utěsňují tak těsnič ve výpažnici.During assembly, the sealer is connected to a conventional borehole rig, and an overpressure is exerted inside the rod assembly, which acts on the hollow piston 14 and moves it upward. When a certain pressure value is exceeded, the pin 12 which maintains the relative position of the hollow piston 14 and the auxiliary bushing 10 is sheared by shear forces, and the hollow felt 14 compresses the rubber sealing elements 11 which deform and extend laterally to the wall of the casing to which they are pressed. and seal the seal in the casing.

Po dosažení konečného osazovacího tlaku, který se přenáší otvory ve stěně středního trubkového tělesa 13 do vnitřního prostoru válce 16 pod spodní konec dutého pístu 14. se blokovací ústrojí 15 zachytí na ozubené povrchové ploše středního trubkového tělesa 13. takže zůstane zachována stlačená poloha těsnicích prvků 11. Mechanické síly a hydraulické tlaky se přenášejí přes těsnič podle vynálezu dále dolů do dalších těsničů s klínovými uchycovacími prostředky, které slouží k vzájemnému těsnému oddělování oblastí mezi dvěma vrstvami horniny nebo oblastmi s rozdílným tlakem.Upon reaching the final setting pressure which is transmitted through the holes in the wall of the central tubular body 13 to the interior of the cylinder 16 below the lower end of the hollow piston 14. the locking device 15 engages on the toothed surface of the central tubular body 13 so that The mechanical forces and hydraulic pressures are transmitted further down through the seal according to the invention to further seals with wedge-retaining means, which serve to separate the areas between two rock layers or regions of different pressure from one another.

Při uvolňováni těsniče podle vynálezu se jeho těleso zatíží shora tíhou horní části výstroje vrtu a současně se horní přippjené části otáčejí směrem doprava. Zatížením je nátrubek 1 přitlačován na střední trubkové těleso 13 a na opěrné pouzdro 2, kterým se tlak přenáší do opěrného kroužku 8, který je přitlačován na těsnicí prvky 11, ale oddalován od posuvné matice 6,. Tím se posuvná matice 6 odlehčí, protože se již do ní nepřenáší reakce stlačovaných pružných těsnicích prvků 11. a může se snadno otáčet působením malého kroutícího momentu.When releasing the seal according to the invention, its body is loaded from above by the weight of the upper part of the borehole equipment and at the same time the upper attached parts rotate to the right. By load, the sleeve 1 is pressed against the central tubular body 13 and onto the support sleeve 2, by which the pressure is transmitted to a support ring 8 which is pressed against the sealing elements 11 but moved away from the sliding nut 6. As a result, the sliding nut 6 is relieved because the reaction of the compressed elastic sealing elements 11 is no longer transmitted to it and can be easily rotated by a low torque.

Kroutící moment, kterým se působí na nátrubek £, se z nátrubku £ přenáSÍ do opěrného pouzdra 2, v jehož podélném výřezu je uložen a veden závitový čep £, uchycený v posuvné matici 6. Otáčením opěrného pouzdra 2 je unáěen závitový čep £, se kterým se otáčí také posuvná matice 6, která se otáčením posouvá směrem nahoru, až po určitém počtu otáček dosedne na přírubu na konci pomocného pouzdra £0; dosednutí se projeví v podstatném zvýSení odporu proti otáčení, který se musí vyrovnat zvýšením kroutícího momentu.The torque exerted on the sleeve 6 is transmitted from the sleeve 6 to the support sleeve 2, in which a threaded pin 6, which is received in the sliding nut 6, is received and guided in its longitudinal cutout. the sliding nut 6 is also rotated, which is rotated upwards until after a certain number of revolutions it engages the flange at the end of the auxiliary housing 60; the abutment results in a substantial increase in the rotational resistance, which must be compensated by an increase in the torque.

Potom se začne vytahovat souprava trubek, spojená s nátrubkem £, a spolu s ní se zvedá opěrné pouzdro £, jehož vnitřní výstupky, vytvořené popřípadě ve formě prstencového vnitřního žebra, dosednou na čení plochu objímky £ s kuželovým vybráním. Při překročení určité síly se přestřihne kolík £, spojující objímku £ se středním trubkovým tělesem 13 a objímka £ se stáhne s kuželové matice £, jejíž kuželová vnější plocha byla vložena do kuželového vybrání objímky £. Tím se také uvolní pomocné pouzdro £0, které pak se může volně posouvat v axiálním směru.Thereafter, the tube assembly connected to the sleeve 8 is pulled out and, together with it, the support sleeve 4 is lifted, the inner projections of which may be in the form of an annular internal rib abutting the surface of the sleeve 8 with the conical recess. When a certain force is exceeded, the pin 6 connecting the sleeve 4 to the central tubular body 13 is cut and the sleeve 5 is pulled off from the conical nut 6 whose conical outer surface has been inserted into the conical recess of the sleeve 6. This also releases the auxiliary sleeve 60, which can then freely slide in the axial direction.

Při dalším vytahování trubek a nátrubku £ dosedne závitový čep £ na konec podlouhlého otvoru ve stěně opěrného pouzdra 2 a musí se potom Zvedat společně s opěrným pouzdrem £.Upon further withdrawal of the tubes and sleeve 8, the threaded pin 6 abuts the end of the elongated hole in the wall of the support sleeve 2 and must then be lifted together with the support sleeve 4.

Tím se musí také zvedat posuvná matice 6, spojené se závitovým čepem £ a našroubovaná na závitech pomocného pouzdra £0, které se tak musí rovněž zvedat a postupně se vytáhne zpod těsnicích prvků 11 . které se uvolní a mohou se oddálit od stěny výpažnice. Při tomto zvedání se konec vodícího kolíku £ posouvá ve vodicí podélné drážce, vytvořené ve stěně středního trubkového tělesa U. takže celá soustava, tvořená nátrubkem £, opěrným pouzdrem 2, závitovým čepem £, posuvnou maticí 6 a pomocným pouzdrem £0, se může podélně posouvat, ale nemůže se natáčet, takže se mohou dobře provádět všechny operace, potřebné pro úplhé uvolnění a vytažení.As a result, the sliding nut 6 connected to the threaded pin 6 and screwed onto the threads of the auxiliary bushing 60 must also be lifted, which must also be lifted and gradually pulled out from under the sealing elements 11. which are released and may move away from the wall of the casing. In this lifting, the end of the guide pin 8 is displaced in the guide longitudinal groove formed in the wall of the central tubular body U, so that the entire assembly consisting of the sleeve 6, support sleeve 2, threaded pin 6, sliding nut 6 and auxiliary sleeve 60 can be longitudinally. but cannot rotate so that all the operations necessary for complete release and withdrawal can be performed well.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Seal consisting of a sleeve connected to a set of rods and provided with a support surface which is fitted with its inner surface on the central tubular body and on the outer surface of which is supported a support sleeve with an elongated hole. and around the opposite end of the central tubular body there is a hollow piston with a locking device mounted in a cylinder and abutting on one side the sealing elements, on which the abutment ring with a guide pin extends into the longitudinal recess in the wall of the central tubular body. a locking device is provided around the upper part of the central tubular body for locking the position of the central tubular body with respect to the support sleeve, characterized in that on the central tubular body (13) and below the sealing elements (11) A sliding nut (6) is screwed onto the circumferential outer thread of the sleeve (10), provided with a threaded pin (7) extending radially therefrom into an elongated hole in the support sleeve (2).