CS270565B2 - Packer with mechanical control repeatedly fastenable by means of transport tube gravity - Google Patents

Description

Vynález se týká mechanicky ovládaného těsniče, opatřeného klínovou soustavou s jedinou řadou klínů, působící ve dvou směrech, těsnicími prvky, osou trubky, pohyblivou v osovém směru, otevíracím a uzavíracím vnitřním těsnicím systémem a také aretačními prvky, přičemž tento těsnič je po svém osazení do výpažnice studny nebo těžební sondy vícenásobně upínán vlastní tíží dopravní trubky a může být vyjmut ž výpažnice působením tahu.

Těsniče tohoto typu, které jsou ústrojími pro vzájemné oddělení vrstvy, se používají především и hlubinných vrtů s výpažnicemi, určených pro těžbu ropy a zemního plynu, a kromě jiného slouží pro ochranu výpažnice proti vysokému tlaku těžených látek.

Základním úkolem těsniče je oddělovat těžené látky z jednotlivých těžebních vrstev (kapalinu, plyn), proudící- výpažnicí z hlubinného vrtu, zejména studny nebo těžební sondy, popřípadě oddělovat látky, vtlačované do vrtu při vysokém tlaku a teplotě.

Při těžbě ropy a zemního plynu se využívají různé známé mechanicky ovládané těsniče. Část těchto známých zařízení je opatřeni klínovou soustavou, zabírající pouze v jednom směru, zatímco v opačném směru je hydraulické zatížení zachycováno aretačními ústrojími, ovladatelnými tlakem a opatřenými radiálními písty. Těsnicí a upínací schopnost těsniče je zajištěna stále působící vlastní tíží dopravní trubky. Minimálním nadzvednutím dopravní trubky se tento těsnič odblokuje a uvolní, takže se zruší jeho oddělovací funkce.

Jsou známa zařízení, která mohou být ovládána mechanicky, působením vlastní tíže dopravní trubky. Jejich společným znakem je jednosměrně působící provedení klínů, které je vhodné jen bud pro dolů působící nebo nahoru působící hydraulické nebo mechanické zatížení. U těchto obvyklých typů provedení je dosaženo upnutí tohoto zařízení proti hydraulickému tlaku, působícímu směrem nahoru, zajištěno ozubenými písty, které jsou působením tlaku přitlačovány na stěnu výpažnice. Při malém nadzvednutí dopravní trubky se zařízení uvolní a jeho těsnicí a upínací účinek se zruší.

Jiný typ známých těsničů je opatřen klínovou soustavou, působící v oboru směrech, ale jeho vnitřní trubní osa je pevně osazena a není pohyblivá v osovém směru. Malým zvednutím trubní osy, popřípadě dopravní trubky se zařízení uvolní a jeho těsnicí a přidržovací účinek se zruší.

Charakteristickým znakem jiných známých zařízení je dvojčinné provedení klínové soustavy, která drží těsnič ve stélé poloze i při hydraulickém nebo mechanickém zatížení, působícím ve dvou směrech, přičemž dopravní trubka, popřípadě trubní ose může být v provozním stavu bud jen v upnutém nebo jen v zatíženém stavu. Vytočením osy trubky nebo jejím zvednutím směrem nahoru se těsnič uvolní. .

Z uvedených těsničů je možno pokládat za nejmodernějěí typ zařízení, jehož konstrukční provedení zajišťuje jeho stabilní polohu i při působení hydraulických sil ze dvou směrů, přičemž při malém zvednutí trubní oey zůstávají těsnicí prvky mezi výpažnicí a tělesem těsniče v těsnicím stavu a mezi odděleným spodním a horním prostorem vzniká vyplachovací obvod.

Značná nevýhoda tohoto známého těsniče spočívá v tom, že na trubní osu, popřípadě dopravní trubku může působit jen omezená tahová síla, protože při určité větší tahové síle vzniká možnost případného uvolnění zařízení.

Další nevýhodou těchto známých těsničů je skutečnost, že jejich konstrukční provedení je složité a je citlivé na znečištění kapaliny, těžené z vrtu, přičemž odblokování a vytažení aretačních klínů, umístěných nad těsnicími prvky, je při znečištění velmi obtížné, dokonce v některých případech je třeba provádět časově náročné záchranné operace.

Úkolem vynálezu je proto vyřešit konstrukci těsniče, který by mohl být ovládán mechanicky vlastní tíží dopravní trubky a který by po svém osazení, to znamená po dosažení utěsněného a pevně uchyceného stavu, byl schopen dokonale být upevněn, přičemž by měl stejně dobře fungovat jak ve vytaženém, tak také i v zatlačeném nebo zvednutém neutrálním stavu. Dopravní trubka, popřípadě vnitřní trubní osa by měla mít možnost být o určitou délku

CS 270 565 B2 povytažena z podélné díry těsniče, přičemž mezi oddělenými spodními a horními vrstvami má být zajištěno spojení.

Úkolem vynálezu je také takové konstrukční řešení mechanicky upínatelného těsniče, které může být vícenásobně ovládáno po osazení do libovolného cista výpažnice, přičemž těsnič má mít možnost snadného vytažení z vrtu tahem za dopravní trubku.

Tento úkol je vyřešen těsničem podle vynálezu, který Je mechanicky ovladatelný, vícenásobně osaditelný dopravní trubkou a je opatřen trubní osou, sestávající z prvků, vnějšími a vnitřními těsnicími prvky, pouzdrem, umístěným na vnější ploše tělesa těsniče, přítlačným pouzdrem, dvojčinnými klíny, přidržujícími těsnič ve dvou směrech, spodním a horním klínovým vychylovacím prvkem, vodicím pouzdrem pro vedení klínů, okénkovým pouzdrem, horními a spodními spojovacími prvky, snadno uvolnitelnýei a uspořádanými na trubní ose a třecími prvky, předepnutými pružinami; podstata vynálezu spočívá v tom, že mezi vnitřní plochou jeho blokovacího ústrojí, vytvořeného ve formě dělené matice s pilovitým závitem a ozubenou vnější plochou tělesa těsniče je umístěno kluzné pouzdro, posuvné trubní osou ve dvou směrech.

Podle výhodného konkrétního provedení je trubní osa opatřena vždy jedním, na kluzné pouzdro napojitelným spodním a horním nákružkem.

Jiný význam těsniče podle vynálezu spočívá v tom, že dorazový nákružek tělesa těsniče je přiřazen к dorazovému nákružku kluzného pouzdra.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu je mezi vodicím pouzdrem pro vedení klínu a horním vychylovacím prvkem umístěn pružný kroužek, uložený v plášťové drážce vychylovacího prvku, stlačovatelný působením axiální síly v radiální· směru a uložený na klínové vodicí pouzdro svou klínovou plochou ve formě kuželové plochy.

U těsniče podle vynálezu, který je mechanicky ovladatelný vlastní tíží dopravní těžní trubky a který je opatřen klínovým systémem, působícím v obou směrech a příslušnými pryžovými těsnicími prvky, je trubní osa, pohyblivá v axiálním směru a aretovatelná, vytvořena jako quasi uzavírací a otevírací ventil pro obcházení těsnicích prvků, uzavírajících prostor mezi tělesem těsniče a výpažnicí, což v praktickém použití přináší celou řadu výhod.

Příklad provedoní těsniče podle vynálezu je zobrazen na výkresech, kde obr.la znázorňuje těsnič ve výchozí poloze, polovina je zobrazena v podélném řezu, druhá polovina v bočním pohledu, na obr.lb je znázorněn v podélném řezu detail A z obr.la, na obr.2a je těsnič z obr.la, částečně v bočním pohledu a částečně v podélném řezu, v osazené poloze a na obr.2b je tflanlč z předchozích obrázků Částečně v bočním pohledu, Matečně v pedálnám fezu v odblokované a uvolněné poloze.

Na horním pouzdru 2 těsniče podle vynálezu je šroubovým závitem připojeno těleso 2 těsniče (obr.la). Na vnější ploše tělesa 3 těsniče jsou umístěny těsnicí prvky 4, sestávající z několika částí, pro utěsnění vnitřního prostoru výpažnice.

Těsnicí prvky 4· jsou zespodu podepřeny přítlačným pouzdrem 2· Vnitřní nákružek přítlačného pouzdra 5 je podepřen na žebrovitém dorazovém nákružku 3/c na vnější ploše tělesa 2 těsniče.

Na přítlačném pouzdru 5 je Šroubovým závitem uložen kuželový horní klínový vychylovací prvek 7, v jehož obvodové drážce 7/a je uložen pružící kroužek 6 (obr.lb). Na kuželové ploše pružícího kroužku 6 je opřeno klínové vodicí pouzdro £. Do zářezů vodícího pouzdra 8 Jsou vloženy horní konce dvojčinných klínů £. Spodní konce dvojčinných klínů 2 jsou osazeny v kuželových kapsách tvaru T spodního vychylovacího prvku 10, kterým jsou klíny 2 vedeny, přičemž na plášti horního vychylovacího prvku 2» popřípadě spodního vychylovacího prvku 10 jsou radiálně vystupující a pohyb omezující tažné čepy 18, 19, které zasahují do podélných drážek vodícího pouzdra .8 pro vedení klínů 2· Na spodní vychylovací prvek 10 je závitem připojeno okénkové pouzdro 12» ^v jehož vybrání jsou umístěny třecí vložky 14, pře

CS 270 565 B2 depnuté šroubovicovými pružinami.

Mezi spodním klínovým vychylovacím prvkem ÍO a okénkovým pouzdrem 13 umístěno blokovací ústrojí 12, opatřené kuželovými a kolmými dorazovými plochami, které je při svém osazení do základní polohy podepřeno na kluzném pouzdru. 11, přičemž po zablokování těsniče blokovací ústrojí 12 udržuje ve stlačené poloze těsnicí prvky £ a dvojčinné klíny 2 na ozubené vnější ploše 3/a tělesa 3 těsniče,.

Mezi radiálně vytvořenými žebry pružné opěry 15 a uzavírací matice 17 je umístěna dělená matice 16 s pilovitými závity, na kterou je připojen šroubový závit 1/b trubní osy Horní konec této trubní osy 1, je opatřen pro připojení neznázorněné těžní dopravní trubky kuželovým maticovým závitem a na její vnější ploše je vytvořen vyříznutý snadno uvolnitelný pilovitý závit 1/a, který přichází při ovládání těsniče do záběru se šroubovým závitem 2/a horního pouzdra 2. Mezi prvním nákružkem 1/a a. druhým nákružkem 1/e trubní osy l· a také mezi nákružkem 3/b tělesa 3 těsniče je umístěno již zmíněné kluzné pouzdro 11, sloužící к odblokování těsniče a uložené v základní poloze na ozubené vnější ploše 3/a tělesa 3 těsniče.

Na trubní oss 2 se nachází také těsnicí systém 1/c, sestávající z několika prvků, které zajišťují jednak utěsnění podélné díry tělesa 3 těsniče, jednak při určitém zvednutí trubní osy zajišťují cirkulaci.

Funkce těsniče bude nejprve objasněna v souvislosti s jeho osazováním a upevňováním, přičemž konečná poloha.této operace, to znamená upnutá poloha těsniče, je zobrazena na obr.2a. .

Těsnič podle vynálezu se pomocí dopravní trubky dopraví výpažnicí do požadované hloubky.

V průběhu zasouvání kloužou třecí vložky 14 po vnitřní stěně výpažnice a zajišťují, že dělená matice 16 zůstává ve stanoveném místě osazování ve fixovaném stavu, zamezujícím jejímu otáčení vzhledem к výpažnici. Posuvu spodních vychylovacích prvků 10 směrem dolů je zamezeno rovněž třecími vložkami 14.

Potom se dopravní trubka a spolu s ní i trubní osa 2 otáčí směrem doprava. V důsledku otáčení se vytáčí šroubový závit 1/b trubní osy χ z dělené matice 16 směrem dolů a dopravní trubka, popřípadě trubní ose 2 může být spuštěna dolů.

Protože nákružek 1/b trubní osy 1, narazí na plochu 11/a kluzného pouzdra 11 a posune je dolů pod blokovací ústrojí 12, přijde blokovací ústrojí 12 do záběru s ozubenou vnější plochou 3/a tělesa 2 těsniče, zatímco čtvrtý nákružek 1/f trubní osy 2 narazí na čelní plochu 2/b horního pouzdra 2> jak je patrno z obr.2a. Vyříznutý, snadno uvolnitelný pilovitý závit 1/a přichází do záběru se šroubovým závitem 2/a horního pouzdra 2> přičemž těsnicí systém 1/c vklouzne do podélné díry tělesa 3 těsniče. Po dalším spuštění dopravní trubky se část tíhy této trubky přenese na horní pouzdro 2.

Působením zatěžovací síly se horní pouzdro 2, přítlačné pouzdro 5» horní vychylovací prvky 2 ^a vodicí pouzdro podepřené pružícím kroužkem £, posunou dolů, přičemž dvojčinné klíny 2> podepřená vodicím pouzdrem £, kloužou v kuželových vodicích kapsách spodních vychylovacích prvků 10 směrem ven a dosedají na vnitřní plochu stěny výpažnice; potom při určité síle dochází ke stlačení pružícího kroužku 6 v radiálním směru, takže kuželová plocha horního vychylovacího prvku 2 ⁸⁰ dostává pod horní konce dvojčinných klínů 2· dochází к dvojitému kuželovitému podepření dvojčinných klínů 9, takže těsnicí prvky získávají zdola stabilní podepření.

Dalším zvýšením zatížení dochází ke stlačování těsnicích prvků 4 а к jejich rozpínání v radiálním směru, takže jsou přitlačovány z vnitřní strany na stěnu výpažnice. Tím se dosahuje utěsnění mezery mezi tělesem 3 těsniče a výpažnicí. Dvojčinné klíny 2 tedy zajišťují působením zvýšení upínací síly pevnou aretovanou polohu.

CS 270 565 B2

Současně s tímto procesem a s popsaným průběhem pohybů jednotlivých součástí těsniče klouže ozubená vnější plocha 3/a tělesa 3 těsniče pod blokovací ústrojí 12 a směrem dolů a přestane-li působit potřebná upínací síla, je zachována stlačená poloha oběma uvedenými prvky, tj. ozubenou vnější plochou 3/a a blokovacím ústrojím 12.

Popsaný stav je zobrazen na obr. 2a.

* Těsnič podle vynálezu, uvedený do provozního stavu popsaným postupem, je vhodný pro upevnění a utěsnění proti mechanickým a hydraulickým zatížením, působícím jak dolů, tak také nahoru a umožňuje tak provádění různých technologických operací.

V průběhu popsaného upínacího postupu se dostává trubní osa 2 do polohy, kdy je její vyříznutý, snadno uvolnitelný pilovitý závit 1/a upevněn ve šroubovém závitu 2/a horního pouzdra 2. Pootočí-li se dopravní trubka a spolu s ní trubní osa _1 v mírně povytažené poloze směrem doprava, vytočí se vyříznutý, snadno uvolnitelný pilovitý závit 1/a ze šroubového závitu 2/a horního pouzdra 2. Jestliže se nyní dopravní trubka zvedne až do určitě výše, vyklouzne těsnicí systém 1/c na trubní ose 2 z podélné osové díry tělesa 2 těsniče, takže mezi prostory, oddělenými od sebe těsnicími prvky £ a umístěnými nahoře a dole, vzniká vzájemné propojeni, přičemž těleso 2 těsniče a s ním spojené prvky zůstávají dále upnuty na výpažnici a v utěsněném stavu.

Po provedení odpovídajících technologických operací, například po pročištění dna studny nebo vrtu kapalinovým výplachem, se spustí dopravní trubka, vyříznutý, snadno uvolnitelný pilovitý závit 1/a trubní osy 2 přijde znovu do záběru se šroubovým závitem 2/a, přičemž těsnicí systém 1/c v podélné osové díře tělesa 2 těsniče zabezpečuje opět dokonalé uzavření průchodu.

Proces odblokování, popřípadě uvolnění těsniče je objasněn v příkladech, zobrazených na obr. 2a a 2b, přičemž obr. 2a znázorňuje výchozí stav a obr. 2b konečný stav.

Po zajištění rovnovážného stavu ve vrtu se dopravní trubka a s ní spojená trubní osa 2 ve vytaženém stavu pootočí směrem doprava. V důsledku tohoto otáčivého pohybu se vytočí vyříznutý, snadno uvolnitelný pilovitý závit 1/a ze šroubového závitu 2/a, načež se trubní osa 2 nadzvedne.

V důsledku zvednutí narazí druhý nákružek 1/e trubní osy 2 ^na spodní konec kluzného pouzdra 11 a unáší jej sebou nahoru, přičemž kluzné pouzdro 11 se dostává pod kuželovitý konec blokovacího ústrojí 12 a zvedá je nad ozubenou vnější plochu 3/a tělesa 3 těsniče, takže těleso 3 těsniče může být vysunuto směrem nahoru.

Při dalším tažení trubní osy Ϊ, popřípadě kluzného pouzdra 11 směrem nahoru narazí plocha 11/a kluzného pouzdra 11 na nákružek 3/b tělesa 2 těsniče, načež těleso 2 těsniče klouže působením tahové síly směrem nahoru, takže se zruší stlačení těsnicích prvků £, které se tak mohou rozpínat a vracet se do své původní polohy. Současně dosedne dorazový nákružek 3/c tělesa 3 těsniče na vnitřní nákružek přítlačného pouzdra 2·

Udržováním stejně velké tahové síly nebo jejím zvýšením se vytáhne kuželovitý horní klínový vychylovací prvek 2 pomocí uvedeného dorazového nákružku 3/c a přítlačného pouzdra 2 ²P°d dvojčinného klínu 9, takže dvojčinný klín 2 ztratí svoji horní oporu. V další fázi se vodicí pouzdro 2 P^ro vedení dvojčinných klínů 2 povytáhne tažným čepem 18 směrem nahoru a aretované dvojčinné klíny 2 ^3e vodicím pouzdrem 2 odtrhnou od vnitřní plochy stěny výpažnlce, načež se zatáhnou zpět do své výchozí polohy v prizmatických vybráních (kapsách) spodních vychylovacích prvků 10.

Na konci uvolňovacího procesu narazí vodicí pouzdro 2 P^ro vedení dvojčinných klínů 2 na spodní tažný čep 19 na spodním vychylovacím prvku 10, zatímco šroubový závit 1/b trubní osy 2 přichází do záběru s dělenou maticí 16.

Na konci procesu, kdy je trubní osa ve zvednuté neutrální poloze, se nachází těsnicí systém 1/c nad čelní plochou 2/b horního pouzdra 2. Na spodním konci trubní osy 2 J^e tě

CS 270 565 82 leso 2 těsniče 1 nadále upevněno na výpažnici a je také vůči ní utěsněno.

VSechny konstrukční prvky takto uvolněného těsniča podle vynálezu se vracejí tímto způsobem do původní výchozí polohy a mohou být odstraněny z výpažnice nebo mohou být přemístěny na jiné místo výpažnice podle technologických požadavků a upnuty opakováním známého upínacího postupu.

Výhoda těsniče podle vynálezu spočívá kromě jeho jednoduchého konstrukčního provedení také v tom, že může být opakovaně upnut ve výpažnici mechanickými prostředky, představovanými vlastní tíhou výpažnice, a že může být z výpažnice odstraněn jednoduchým vytahovacím postupem.

Konstrukční provedení těsniče podle vynálezu zajišťuje po jeho osazení a upnutí pevné držení a utěsnění nezávisle na zatížení dopravní trubky při mechanických a hydraulických zatíženích, působících ve dvou vzájemně opačných směrech - směrem nahoru nebo směrem dolů, přičemž dopravní těžební trubka může být ve vytažené nebo zatlačené poloze.

Další výhoda těsniče podle vynálezu spočívá v tom, že zvednutím dopravní trubky, popřípadě trubní osy o určitou hodnotu je zajištěno spojení mezi spodními a horními prostory, přičemž těleso těsniče zůstává v upevněné a utěsněné poloze.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Těsnič s mechanickým ovládáním, opakovaně upevnitelný tíhou dopravní trubky a uvolnitelný tahem, sestávající z trubní osy z jednotlivých prvků, z vnějšího těsnění a těsnicích prvků, z horního pouzdra, umístěného na vnější ploše tělesa těsniče, z přítlačného pouzdra, z dvojčinných klínů, zajišťujících držení ve dvou vzájemně opačných směrech, z horního a spodního vychylovacího prvku, z vodícího pouzdra pro .vedení klínů, ze spojovacích uvolnitelných prvků, umístěných na trubní ose nahoře a dole a z třecích vložek, předepnutých pružinou, vyznačující se tím, že je opatřen kluzným pouzdrem /11/, posuvným ve dvou směrech a umístěným mezi vnitřní plochou blokovacího ústrojí /12/, vytvořeného ve formě dělené matice, opatřené pilovitým závitem, a mezi ozubenou vnější plochou /3/а/ tělesa /3/ těsniče. . .
2. 2. Těsnič podle bodu 1, vyznačující se tím, že trubní osa /1/ je opatřena spodním dorazovým nákružkem /l/с/ a horním*dorazovým nákružkem /1/d/, připojitelným ke kluznému pouzdru /11/.
3. 3. Těsnič podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že dorazový nákružek /З/b/ tělesa /3/ těsniče je přiřazen к dorazové ploše /ll/а/ kluzného pouzdra /11/.
4. 4. Těsnič podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že mezi vodicím pouzdrem /8/ pro vedení dvojčinných klínů /9/ a horním klínovým vychylovacím prvkem /7/ pro vychylování dvojčinných klínů /9/ je v obvodové drážce /7/а/ horního klínového vychylovacího prvku /7/ uložen pružící kroužek /6/, stlačitelný v radiálním směru působením axiální síly a uložený na vodicím pouzdru /8/ kuželovou plochou.