RU133871U1

RU133871U1 - CUMULATIVE CUFF PACKER

Info

Publication number: RU133871U1
Application number: RU2013122453/03U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Яковлевич Полевщиков; Павел Николаевич Мельников; Максим Сергеевич Плаксин; Сергей Васильевич Кузьминич; Роман Иванович Родин
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2013-10-27

Abstract

1. Пакер кумулятивный манжетный, содержащий гидроцилиндр с крышкой на переднем конце и втулкой гидроцилиндра на его заднем конце, поршень с полым штоком, имеющим отверстия для подачи жидкости в полость образования трещин, и в конце полого штока закреплены опорная шайба и переходная муфта с уплотнительным кольцом, а на штоке установлены герметизирующие элементы, с фиксирующими капроновыми шайбами, упорная втулка, толкатель с цилиндрическими опорными поверхностями, на котором с помощью осей установлены клинья, с возможностью поворота перпендикулярно оси пакера, и в толкателе запрессована втулка скольжения, а между упорной втулкой и толкателем расположена цилиндрическая пружина, в крышке гидроцилиндра размещен воздушник, отличающийся тем, что на переднем торце гидроцилиндра установлена крышка, имеющая форму усеченного конуса с углом не менее 45º и с продольными канавками на поверхности, воздушник снабжен фильтром, опорная шайба дополнительно закреплена гайкой, упорная втулка имеет ограничитель, отверстия для подачи жидкости расположены под втулкой скольжения, распределены как по длине штока, так и радиально, выполнены разного диаметра и смещены относительно друг друга.2. Пакер по п.1, отличающийся тем, что герметизирующие элементы выполнены из прочного, эластичного материала.3. Пакер по п.1, отличающийся тем, что фильтр выполнен из войлочной ткани.4. Пакер по п.1, отличающийся тем, что длина клиньев может быть от 20 мм до 30 мм.1. The cumulative cuff packer, comprising a hydraulic cylinder with a cover on the front end and a hydraulic cylinder sleeve on its rear end, a piston with a hollow rod having holes for supplying fluid to the cracking cavity, and a support washer and adapter sleeve with a sealing ring are fixed at the end of the hollow rod and on the rod there are sealing elements with fixing kapron washers, a thrust sleeve, a pusher with cylindrical supporting surfaces, on which wedges are mounted with the help of axes, with the possibility of turning the perp perpendicular to the axis of the packer, and a sliding sleeve is pressed in the pusher, and a cylindrical spring is located between the thrust sleeve and the pusher, an air vent is placed in the cover of the hydraulic cylinder, characterized in that a cover having the shape of a truncated cone with an angle of at least 45 ° and with longitudinal grooves on the surface, the air vent is equipped with a filter, the thrust washer is additionally fixed with a nut, the thrust bush has a limiter, the holes for supplying fluid are located under the sliding bushing, distribution They are both along the length of the stem and radially made of different diameters and offset relative to each other. 2. The packer according to claim 1, characterized in that the sealing elements are made of durable, flexible material. The packer according to claim 1, characterized in that the filter is made of felt fabric. The packer according to claim 1, characterized in that the length of the wedges can be from 20 mm to 30 mm

Description

Полезная модель относится к горному делу и может быть использована для образования направленных трещин в пласте через пробуренную скважину для ускорения дегазации горного массива.The utility model relates to mining and can be used to form directed cracks in the formation through a drilled well to accelerate the degassing of the rock mass.

Известно устройство для образования направленных трещин (патент №1323710, заявка №4039399, дата приоритета 19.. марта 1986 года, дата публикации 15 июля 1987 года, класс МПК E21C 37/00), содержащее выдвижные резцы с приводом для прорезания зародышевых щелей по которым затем производят направленный гидроразрыв. Основным недостатком известного устройства является то, что после создания зародышевой щели необходимо произвести замену его на устройство для гидроразрыва, что значительно усложняет процесс.A device for the formation of directional cracks (patent No. 1323710, application No. 4039399, priority date 19 .. March 1986, publication date July 15, 1987, IPC class E21C 37/00), containing retractable cutters with a drive for cutting germinal cracks on which then produce directional fracturing. The main disadvantage of the known device is that after the creation of the germinal gap, it is necessary to replace it with a device for hydraulic fracturing, which greatly complicates the process.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для образования направленных трещин (патент №2138631 по заявке №96105870 дата приоритета 26 марта 1996 год, дата публикации 27 сентября 1999 г., класс МПК E21B 43/26, E21C 37/06). Устройство содержит гидроцилиндр со штоком, герметизирующие элементы, втулку и пружину, отличающееся тем, что оно снабжено муфтой, шайбами и дополнительными втулками, при этом герметизирующие элементы, шайбы и втулки расположены на штоке между корпусом гидроцилиндра и муфтой, одна втулка снабжена клиньями, выполненными с возможностью поворота перпендикулярно оси устройства при взаимодействии с другой втулкой посредством расположенной между ними пружины, причем шток выполнен полым и имеет отверстия для подачи жидкости в полость образования трещин после перемещения втулки, обеспечивающего поворот клиньев.The closest in technical solution is a device for the formation of directed cracks (patent No. 2138631 for application No. 96105870, priority date March 26, 1996, publication date September 27, 1999, IPC class E21B 43/26, E21C 37/06). The device contains a hydraulic cylinder with a rod, sealing elements, a sleeve and a spring, characterized in that it is equipped with a coupling, washers and additional bushings, while the sealing elements, washers and bushings are located on the rod between the hydraulic cylinder body and the coupling, one sleeve is equipped with wedges made with the ability to rotate perpendicular to the axis of the device when interacting with another sleeve by means of a spring located between them, and the rod is hollow and has holes for supplying fluid into the cavity cracks after moving the sleeve, ensuring the rotation of the wedges.

Устройство предполагает режим непрерывного поступления жидкости под давлением в зону гидроразрыва, а затем спад давления жидкости путем прекращения подачи жидкости. Устройством не предусмотрен режим импульсного изменения давления для более эффективного развития трещин в породах большой прочности в соответствии с законами развития трещин. Устройство не защищено от попадания кусочков породы в систему. Плоская форма наконечника затрудняет его перемещение к забою скважины в связи с наличием в ней частиц породы.The device assumes a continuous flow of fluid under pressure into the fracturing zone, and then the fluid pressure drops by stopping the fluid supply. The device does not provide a pulse pressure change mode for more efficient development of cracks in rocks of high strength in accordance with the laws of crack development. The device is not protected against pieces of rock entering the system. The flat shape of the tip makes it difficult to move to the bottom of the well due to the presence of rock particles in it.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности гидроразрыва за счет создания импульсного давления нагнетания жидкости с периодами импульсов, соответствующими в режиме обратной связи скачкообразному развитию щели гидроразрыва.The technical result of the proposed utility model is to increase the hydraulic fracturing efficiency by creating a pulsed fluid injection pressure with pulse periods corresponding to the jump-like development of the hydraulic fracture in the feedback mode.

Пакер кумулятивный манжетный, содержащий гидроцилиндр с крышкой на переднем конце и втулкой гидроцилиндра на его заднем конце, поршень с полым штоком, имеющим отверстия для подачи жидкости в полость образования трещин и в конце полого штока закреплены опорная шайба и переходная муфта с уплотнительным кольцом, а на штоке установлены герметизирующие элементы, с фиксирующими капроновыми шайбами, упорная втулка, толкатель с цилиндрическими опорными поверхностями, на котором с помощью осей установлены клинья, с возможностью поворота перпендикулярно оси пакера и в толкателе запрессована втулка скольжения, а между упорной втулкой и толкателем расположена цилиндрическая пружина, в крышке гидроцилиндра размещен воздушник.A cumulative cuff packer containing a hydraulic cylinder with a cap on the front end and a hydraulic cylinder sleeve on its rear end, a piston with a hollow rod having holes for supplying fluid to the cracking cavity and a support washer and adapter sleeve with a sealing ring are fixed at the end of the hollow rod, and the stem is equipped with sealing elements with locking nylon washers, a thrust sleeve, a pusher with cylindrical supporting surfaces, on which wedges are mounted with the help of axes, with the possibility of rotation of perpens Sliding sleeve is pressed in accordance with the packer axis and in the pusher, and a cylindrical spring is located between the thrust sleeve and the pusher, an air vent is placed in the cover of the hydraulic cylinder.

Отличием является то, что на переднем торце гидроцилиндра установлена крышка, имеющая форму усеченного конуса с углом не менее 45 градусов и с продольными канавками на поверхности, воздушник снабжен фильтром, опорная шайба дополнительно закреплена гайкой, упорная втулка имеет ограничитель, отверстия для подачи жидкости расположены под втулкой скольжения, распределены как по длине штока так и радиально и выполнены разного диаметра и смещены относительно друг друга.The difference is that on the front end of the hydraulic cylinder there is a cover in the form of a truncated cone with an angle of at least 45 degrees and with longitudinal grooves on the surface, the air vent is equipped with a filter, the support washer is additionally secured with a nut, the stop sleeve has a stopper, the holes for supplying fluid are located under sleeve slide, distributed both along the length of the rod and radially and made of different diameters and offset relative to each other.

Вторым отличием является то, что герметизирующие элементы выполнены из прочного, эластичного материала.The second difference is that the sealing elements are made of durable, flexible material.

Другим отличием является то, что фильтр выполнен из войлочной ткани.Another difference is that the filter is made of felt fabric.

Отличием является и то, что длина клиньев может быть от 20 мм до 30 мм.The difference is that the length of the wedges can be from 20 mm to 30 mm.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. показан общий вид пакера кумулятивного манжетного.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where in FIG. Shows a general view of the cumulative cuff packer.

Пакер кумулятивного манжетный состоит из гидроцилиндра 1 с крышкой 2 на его переднем торце, втулки гидроцилиндра 4 на заднем торце, поршня с полым штоком 3. За гидроцилиндром 1 на штоке 3 установлены герметизирующие элементы из упругого материала 5 с капроновыми шайбами 6. Между герметизирующими элементами 5 расположены упорная втулка 7 с ограничителем 8 и цилиндрической пружиной 9, толкатель 10 с клиньями 11 и втулкой скольжения 12. За вторым герметизирующим элементом 5 расположены опорная шайба 13 с гайками 14, которые регулируют положение деталей пакера на штоке 3, и переходная муфта 15 с уплотнительным кольцом 16, к которой присоединяют трубопровод для подачи жидкости (не показан).The cumulative cuff packer consists of a hydraulic cylinder 1 with a cover 2 at its front end, a hydraulic cylinder sleeve 4 at the rear end, and a piston with a hollow stem 3. Sealing elements made of elastic material 5 with nylon washers 6 are installed behind the hydraulic cylinder 1 on the rod 3. Between sealing elements 5 there is a thrust sleeve 7 with a limiter 8 and a coil spring 9, a pusher 10 with wedges 11 and a sliding sleeve 12. Behind the second sealing element 5 there is a thrust washer 13 with nuts 14, which adjust the position of the parts packer on the rod 3, and the adapter sleeve 15 with a sealing ring 16, to which is attached a pipe for supplying fluid (not shown).

Клинья 11 закреплены на толкателе 10 с помощью осей 17 и имеют возможность поворота перпендикулярно продольной оси пакера, а при доставке пакера к забою скважины удерживаются от поворота с помощью ограничителя 8, расположенного на внешней поверхности упорной втулки 7, торец которой выполнен в конической форме.The wedges 11 are mounted on the pusher 10 using the axes 17 and can be rotated perpendicular to the longitudinal axis of the packer, and when the packer is delivered to the bottom of the well, they are prevented from turning by means of a limiter 8 located on the outer surface of the thrust sleeve 7, the end of which is made in a conical shape.

Втулка скольжения 12 прикрывает перед началом гидроразрыва все отверстия 18, расположенные в стенке полого штока 3.The sliding sleeve 12 covers before the start of hydraulic fracturing all holes 18 located in the wall of the hollow rod 3.

Крышка гидроцилиндра 2 имеет форму усеченного конуса с углом менее 45 градусов с продольными канавками на поверхности, а в ней расположены каналы воздушника 19, для сохранения нормального давления воздуха в гидроцилиндре при перемещении поршня, и фильтр 20 для предотвращения подсоса твердых частиц в гидроцилиндр при его обратном движении поршня.The cover of the hydraulic cylinder 2 has the shape of a truncated cone with an angle of less than 45 degrees with longitudinal grooves on the surface, and air duct 19 is located in it to maintain normal air pressure in the hydraulic cylinder when moving the piston, and a filter 20 to prevent solids from sucking into the hydraulic cylinder when it is reversed piston movement.

Пакер кумулятивный манжетный работает следующим образом. С помощью доставочного трубопровода (не показан) пакер размещают в скважине на заданной глубине.The cumulative cuff packer works as follows. Using a delivery pipeline (not shown), the packer is placed in the well at a predetermined depth.

В полость штока 3 подают жидкость под необходимым давлением. В штоковой полости гидроцилиндра 1 создается давление жидкости, которое обеспечивает встречное движение корпуса гидроцилиндра и закрепленной на конце штока 3 упорной шайбы 13 и, тем самым, сжимая пружину 9 и сближая упорную втулку 7 и толкатель 10. Герметизирующие элементы 5 начинают сжиматься и увеличиваться в объеме.In the cavity of the rod 3 serves fluid under the necessary pressure. A fluid pressure is created in the rod cavity of the hydraulic cylinder 1, which provides oncoming movement of the hydraulic cylinder body and the thrust washer 13 fixed to the end of the rod 3 and, thereby, compressing the spring 9 and bringing the thrust bush 7 and the pusher 10 closer together. The sealing elements 5 begin to compress and increase in volume .

Сближение упорной втулки 7 и толкателя 10 приводит к повороту клиньев 11 вокруг их осей с разрушением ограничителя 8. Клинья 11 вылетают и вдавливаются в стенки скважины, формируется радиальная система макротрещин, которая является зародышем щели гидроразрыва. При этом длина клиньев может быть разной и зависит от прочности породы стенок скважины. Длина клина от 20 мм используется для крепких углей. Длина клина 30 мм используется для слабых углей. При этом герметизирующие элементы 5 максимально сжимаются и изолируют интервал гидроразрыва с двух сторон.The approach of the thrust sleeve 7 and the pusher 10 leads to the rotation of the wedges 11 around their axes with the destruction of the limiter 8. The wedges 11 fly out and are pressed into the walls of the well, a radial system of macrocracks is formed, which is the nucleus of the hydraulic fracture. The length of the wedges may be different and depends on the strength of the rock wall of the well. A wedge length of 20 mm or more is used for hard coals. A wedge length of 30 mm is used for weak coals. In this case, the sealing elements 5 are compressed as much as possible and isolate the fracturing interval on both sides.

Одновременно, перемещается втулка скольжения 12, расположенная в толкателе 10 открывая при этом радиальные отверстия 18 на штоке 3. Жидкость для гидроразрыва поступает в интервал скважины, заполняя макротрещины. При достижении критического уровня давления происходит дальнейшее скачкообразное развитие щели гидроразрыва угольного пласта. В момент скачка давления жидкости и развития щели жидкость заполняет щели до конца. Давление жидкости в щели и нагнетательной камере пакера снижается. Втулка скольжения 12 начинает двигаться к исходному положению перекрывая часть радиальных отверстий 18 в штоке 3. Поступление жидкости в зону гидроразрыва уменьшается.At the same time, the sliding sleeve 12, located in the pusher 10, moves while opening the radial holes 18 on the stem 3. Hydraulic fracturing fluid enters the interval of the well, filling macrocracks. Upon reaching a critical pressure level, a further spasmodic development of the coal seam fracturing gap occurs. At the time of a jump in fluid pressure and the development of a gap, the liquid fills the gap to the end. The fluid pressure in the slit and discharge chamber of the packer is reduced. The sliding sleeve 12 begins to move to its original position, blocking part of the radial holes 18 in the rod 3. The flow of fluid into the fracturing zone is reduced.

Продолжая нагнетать жидкость через открытые отверстия 18 повышают давление в зоне гидроразрыва втулка скольжения 12 обратно открывает все отверстия 18. Формируется давление жидкости у «носика» щели, необходимое для следующего скачка давления.Continuing to pump liquid through open holes 18 increase the pressure in the fracturing zone, the sliding sleeve 12 opens all holes 18 back 18. The liquid pressure is formed at the “nose” of the slot, which is necessary for the next pressure surge.

Таким образом, устройство обеспечивает, в режиме обратной связи, импульсное давление гидроразрыва с относительно длительными периодами его снижения. Полученные механическим путем щели дробят и расширяют используя растягивающие напряжения в породе, возникающие под действием импульсного давления жидкости.Thus, the device provides, in feedback mode, the pulse fracturing pressure with relatively long periods of decline. The slots obtained mechanically are crushed and expanded using tensile stresses in the rock arising under the influence of pulsed fluid pressure.

При этом образуются крупные и мелкие частицы разрушенной породы. Крупные частицы дополнительно участвуют в развитии щели, расклинивая ее.In this case, large and small particles of the destroyed rock are formed. Large particles additionally participate in the development of the gap, wedging it.

После окончания гидроразрыва жидкость прекращает поступать в систему, давление в штоке 3 снижается до нуля и все элементы пакера возвращаются в транспортное положение. После этого пакер перемещается к следующему интервалу гидроразрыва и процесс повторяется. Перемещение пакера к устью скважины не требует фиксации клиньев, т.к. пружина 9 поддерживает необходимый зазор между упорной втулкой и толкателем.After hydraulic fracturing, the fluid stops flowing into the system, the pressure in the rod 3 decreases to zero and all the elements of the packer return to the transport position. After that, the packer moves to the next fracturing interval and the process repeats. Moving the packer to the wellhead does not require fixing wedges, as spring 9 maintains the necessary clearance between the thrust sleeve and the pusher.

Капроновые шайбы 6 одновременно способствуют уменьшению трения в скважине элементов герметизации 5, предохраняя их от повреждения.Kapron washers 6 at the same time reduce friction in the well of sealing elements 5, protecting them from damage.

Герметизация пакера в скважине осуществляется следующим образом. Герметизирующие элементы 5, выполненные из эластичного и прочного материала и расположены с двух сторон от зоны гидроразрыва, зафиксированы при этом капроновыми шайбами 6.Sealing the packer in the well is as follows. The sealing elements 5, made of elastic and durable material and are located on both sides of the fracture zone, are fixed with nylon washers 6.

На обратном ходу поршня 3 фильтр 20 очищает воздух от механических примесей и надежно защищает систему от попадания инородных тел, что повышает надежность и долговечность пакера.On the return stroke of the piston 3, the filter 20 cleans the air of mechanical impurities and reliably protects the system from the ingress of foreign bodies, which increases the reliability and durability of the packer.

Создание импульсного режима давления в зоне гидроразрыва позволяет обеспечить оптимальный режим проведения гидроразрыва.Creating a pulsed pressure regime in the fracturing zone allows you to provide the optimal fracturing mode.

Таким образом, в скважине можно получить множество гидроразрывов за небольшой промежуток времени.Thus, in the well, you can get many fractures in a short period of time.

Claims

1. The cumulative cuff packer, comprising a hydraulic cylinder with a cover on the front end and a hydraulic cylinder sleeve on its rear end, a piston with a hollow rod having holes for supplying fluid to the cracking cavity, and a support washer and adapter sleeve with a sealing ring are fixed at the end of the hollow rod and on the rod there are sealing elements with fixing kapron washers, a thrust sleeve, a pusher with cylindrical supporting surfaces, on which wedges are mounted with the help of axes, with the possibility of turning the perp perpendicular to the axis of the packer, and a sliding sleeve is pressed in the pusher, and a cylindrical spring is located between the thrust sleeve and the pusher, an air vent is placed in the cover of the hydraulic cylinder, characterized in that a cover having the shape of a truncated cone with an angle of at least 45 ° and with longitudinal grooves on the surface, the air vent is equipped with a filter, the thrust washer is additionally fixed with a nut, the thrust bush has a limiter, the holes for supplying fluid are located under the sliding bushing, distribution The wrenches, both along the rod length and radially, are made of different diameters and are offset relative to each other.

2. The packer according to claim 1, characterized in that the sealing elements are made of durable, flexible material.

3. The packer according to claim 1, characterized in that the filter is made of felt fabric.

4. The packer according to claim 1, characterized in that the length of the wedges can be from 20 mm to 30 mm.