RU172422U1

RU172422U1 - CUP HYDRAULIC PACKER

Info

Publication number: RU172422U1
Application number: RU2017115077U
Authority: RU
Inventors: Павел Николаевич Мельников; Максим Сергеевич Плаксин; Виталий Исхакович Альков; Роман Иванович Родин; Андрей Александрович Рябцев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Гидроразрыв Кузнецк", ООО "Гидроразрыв Кузнецк"
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2017-07-07

Abstract

Полезная модель относится к горному делу и может быть использована для образования направленных трещин в пласте через пробуренную скважину для ускорения дегазации горного массива.Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности пакера при его эксплуатации за счет предотвращения его преждевременного срабатывания.Пакер манжетный гидравлический включает гидроцилиндры, закрепленные на полом штоке, имеющем отверстия для подачи воды в полость образования трещин, герметизирующие элементы, подвижные и неподвижные втулки с расположенной между ними пружиной, клинья, расположенные на подвижной втулке и зафиксированные защитным кожухом, редукционный клапан. Гидроцилиндров установлено два, расположены соосно, жестко связаны с полым штоком и зафиксированы стопорными кольцами, а между поршнями гидроцилиндров расположены герметизирующие элементы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.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. The technical result of the proposed utility model is to increase the reliability of the packer during its operation by preventing its premature operation. The cuff hydraulic cylinder includes hydraulic cylinders, fixed on a hollow stem having holes for supplying water to the cavity of the formation of cracks, sealing elements, movable and fixed sleeves with a spring located between them, wedges located on the movable sleeve and fixed with a protective cover, pressure reducing valve. Two hydraulic cylinders are installed, arranged coaxially, rigidly connected with the hollow rod and fixed with retaining rings, and sealing elements are located between the pistons of the hydraulic cylinders. 1 s.p. f-ly, 1 ill.

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 Е21С 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 March 19, 1986, publication date July 15, 1987, IPC class E21C 37/00) is known, containing retractable cutters with a drive for cutting germinal cracks, through 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 N2138631 С1 6 Е21В 43/26, Е21С 37/06). Устройство содержит гидроцилиндр с полым штоком, на котором установлены герметизирующие элементы, разделенные капроновыми шайбами, упорная втулка, граненая втулка с поворотными клиньями и пружина, помещенная между упорной и граненой втулками.The closest in technical solution is a device for the formation of directed cracks (patent N2138631 C1 6 ЕВВ 43/26, Е21С 37/06). The device comprises a hydraulic cylinder with a hollow rod, on which sealing elements are installed, separated by nylon washers, a thrust sleeve, a faceted sleeve with rotary wedges, and a spring placed between the stop and faceted bushings.

Недостатком устройства является то, что перемещение пакера по скважине может вызвать задержку гидроцилиндра трением о стенки скважины, что может привести к заклиниванию всего устройства из-за расширения герметизирующих элементов.The disadvantage of this device is that moving the packer along the well can cause the cylinder to delay by friction against the walls of the well, which can lead to jamming of the entire device due to the expansion of the sealing elements.

Вторым недостатком является то, что узел, содержащий клинья для образования зародышевых трещин гидроразрыва, не защищен от попадания фрагментов горной породы.The second disadvantage is that the site containing the wedges for the formation of embryonic hydraulic fractures is not protected from ingress of rock fragments.

Третьим недостатком является то, что клинья при сбросе давления не принимают транспортное положение, что затрудняет перемещение пакера по скважине после выполнения гидроразрыва.The third disadvantage is that the wedges do not take the transport position when depressurizing, which makes it difficult to move the packer along the well after hydraulic fracturing.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности пакера при его эксплуатации.The technical result of the proposed utility model is to increase the reliability of the packer during its operation.

Как показал результат проведенных патентных исследований, к конструкции пакера разработчиками предъявляются требования по повышению его надежности. Конструкция пакера должна обеспечивать технологичность и надежность его элементов, что является основными требованиями, предъявляемыми к пакеру. Основными задачами пакера являются обеспечение проведения гидроразрыва в запланированном месте и выдерживание нагрузки ,создаваемой высоким давлением жидкости на элементы пакера при осуществлении процесса гидроразрыва горной породы. Поэтому вопрос его преждевременного срабатывания по сути определяет возможность использования или неиспользования пакера при проведении гидроразрыва. Актуальными на сегодня являются вопросы продления срока службы пакеров, их компактности, повышения надежности и простоты эксплуатации.As the result of patent research showed, developers are required to increase the reliability of the packer by design. The design of the packer should ensure the manufacturability and reliability of its elements, which are the main requirements for the packer. The main tasks of the packer are to ensure hydraulic fracturing in the planned place and withstand the load created by the high pressure of the liquid on the packer elements during the implementation of the hydraulic fracturing process. Therefore, the issue of its premature operation essentially determines the possibility of using or not using the packer during hydraulic fracturing. Topical today are issues of extending the life of packers, their compactness, improving reliability and ease of operation.

Пакер манжетный гидравлический содержит гидроцилиндры, закрепленные на полом штоке, имеющем отверстия для подачи воды в полость образования трещин, герметизирующие элементы, подвижные и неподвижные втулки с расположенной между ними пружиной, клинья, расположенные на подвижной втулке и зафиксированные защитным кожухом, редукционный клапан.The hydraulic cuff packer contains hydraulic cylinders mounted on a hollow stem having holes for supplying water to the cracking cavity, sealing elements, movable and fixed bushings with a spring located between them, wedges located on the movable sleeve and fixed by a protective cover, and a pressure reducing valve.

Отличием является то, что гидроцилиндров установлено два, расположены соосно и они жестко связаны с полым штоком и зафиксированы стопорными кольцами, а между поршнями гидроцилиндров расположены герметизирующие элементы. Другим отличием является наличие защитного кожуха необходимого для защиты пространства между упорной и подвижной втулками от попадания фрагментов горной породы, обеспечивающего принудительное возвращение клиньев в транспортное положение после сброса давления.The difference is that two cylinders are installed, are coaxial and are rigidly connected to the hollow rod and fixed by retaining rings, and sealing elements are located between the pistons of the hydraulic cylinders. Another difference is the presence of a protective casing necessary to protect the space between the thrust and movable bushings from ingress of rock fragments, which ensures the forced return of the wedges to the transport position after depressurization.

Сущность полезной модели иллюстрируется чертежом, где показан общий вид устройства.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows a General view of the device.

Устройство состоит из двух гидроцилиндров 1, «нанизанных» на общий полый шток 2, закрепленных с ним с одной стороны стопорными кольцами гидроцилиндров 3, а с другой стороны гайками 4. Полый шток с одной стороны имеет переходник 5, а торец другой, пробку 6, конец которой имеет в сечении квадрат для удержания при закручивании гаек 4. Поршни 7 упираются в герметизирующие элементы 8, которые, в свою очередь, контактируют со стороны переходника 5, с подвижной втулкой 9, а с другой, с шайбой 10, с фиксирующим кольцом 11. В то же время фиксирующее кольцо 11 ограничивает движение упорной втулки 12. На упорной втулке 12 расположен редукционный клапан 13, настроенный на определенное давление. Подача жидкости в клапан осуществляется через отверстие 14, а выход жидкости в отверстие 15. Давление открывания редукционного клапана можно отрегулировать крышкой 16, сжимая или отпуская пружину 17. В свою очередь, втулка 9 ограничена кольцом 18 и пружиной 19, которая расположена между втулками 9 и 12. Втулка 9 имеет граненые поверхности, на которых располагаются клинья 20, закрепленные на осях 21, с возможностью поворота. Для фиксации клиньев 20, в нейтральном положении, предусмотрен защитный кожух 22, который в нерабочем состоянии прижимает клинья 20 к втулке 12 и перекрывает пространство между втулками 9 и 12, защищая его от попадания штыба. Защитный кожух 22 винтами 23 соединяется с втулкой 12. Кроме того, втулка 12 опирается на резиновое кольцо 24, которое является амортизатором при внедрении клиньев 20 в стенки скважины.The device consists of two hydraulic cylinders 1, "strung" on a common hollow rod 2, secured with it on one side by the retaining rings of the hydraulic cylinders 3, and on the other hand by the nuts 4. The hollow rod has an adapter 5 on one side and a plug 6 on the other, the end of which has a cross-section in square to hold when tightening the nuts 4. The pistons 7 abut against the sealing elements 8, which, in turn, are in contact on the adapter side 5, with the movable sleeve 9, and on the other, with the washer 10, with the locking ring 11 At the same time, the locking ring 11 of the ogre ichivaet movement of the stop sleeve 12. In the retaining sleeve 12 is disposed a pressure reducing valve 13 which is tuned to a certain pressure. The fluid is supplied to the valve through the hole 14, and the fluid exit to the hole 15. The opening pressure of the pressure reducing valve can be adjusted by the cover 16, compressing or releasing the spring 17. In turn, the sleeve 9 is limited by the ring 18 and the spring 19, which is located between the bushings 9 and 12. The sleeve 9 has faceted surfaces on which wedges 20 are mounted, fixed on the axles 21, with the possibility of rotation. To fix the wedges 20, in the neutral position, a protective casing 22 is provided, which in the inoperative state presses the wedges 20 against the sleeve 12 and covers the space between the bushings 9 and 12, protecting it from the pin. The protective casing 22 is connected by screws 23 to the sleeve 12. In addition, the sleeve 12 is supported by a rubber ring 24, which is a shock absorber when wedges 20 are introduced into the borehole walls.

Пакер манжетный гидравлический работает следующим образом. С помощью специального доставочного трубопровода (не показан) пакер размещают в скважине на заданной глубине. Наличие двух гидроцилиндров 1, зафиксированных стопорными кольцами 3, защищает пакер от преждевременного срабатывания во время его транспортировки к месту проведения гидроразрыва. Как показали испытания опытного образца пакера, предлагаемая полезная модель не застревает при ее транспортировке по скважине к месту гидроразрыва, что подтверждает существенность признаков и наличие причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом. Признаки влияют на повышение эффективности эксплуатации пакера.Packer cuff hydraulic works as follows. Using a special delivery pipeline (not shown), the packer is placed in the well at a predetermined depth. The presence of two hydraulic cylinders 1, fixed by retaining rings 3, protects the packer from premature operation during its transportation to the place of hydraulic fracturing. As the tests of the prototype packer showed, the proposed utility model does not get stuck during its transportation along the well to the hydraulic fracturing site, which confirms the materiality of the signs and the presence of a causal relationship with the claimed technical result. Signs affect the increase in the efficiency of the packer.

После установки пакера в скважине в полость штока 2 подают жидкость под необходимым давлением. В штоковых полостях гидроцилиндров 1 создается давление жидкости, которое обеспечивает встречное движение поршней 7 к общему центру и сжатие пружины 19, приближая подвижную втулку 9 к упорной втулке 12. Одновременно расположенные с двух сторон от зоны гидроразрыва герметизирующие элементы 8 начинают продольно сжиматься и увеличиваться в диаметре, изолируя интервал гидроразрыва с двух сторон.After installing the packer in the well, a liquid is supplied into the cavity of the rod 2 under the necessary pressure. In the rod cavities of the hydraulic cylinders 1, a fluid pressure is created, which ensures the reciprocal movement of the pistons 7 to the common center and compression of the spring 19, bringing the movable sleeve 9 closer to the thrust sleeve 12. At the same time, the sealing elements 8 located on both sides of the fracturing zone begin to compress longitudinally and increase in diameter isolating the fracture interval on both sides.

Сближение подвижной втулки 9 и упорной втулки 12 приводит к повороту клиньев 20 вокруг их осей 21. Клинья 20 поворачиваются и вдавливаются в стенки скважины, формируется радиальная система макротрещин, которая является зародышем щели гидроразрыва. Во избежание возникновения изгибающих сил на клиньях 20 втулка 12 может перемещаться вдоль штока, сжимая при этом резиновое кольцо 24. Признаки способствуют повышению эффективности пакера при его эксплуатации и являются существенными.The convergence of the movable sleeve 9 and the thrust sleeve 12 leads to the rotation of the wedges 20 around their axes 21. The wedges 20 are rotated and pressed into the walls of the well, a radial system of macrocracks is formed, which is the nucleus of the fracture. To avoid the occurrence of bending forces on the wedges 20, the sleeve 12 can move along the stem, compressing the rubber ring 24. The signs contribute to the efficiency of the packer during its operation and are significant.

Далее, при достижении давления жидкости в системе до уровня открытия редукционного клапана 13 клапан 13 открывается и жидкость через отверстие 14 и отверстие 15 поступает в зародышевые щели, созданные клиньями при внедрении в стенки скважины, и заполняет их. 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. Редукционный клапан закрывается. Поступление жидкости в зону гидроразрыва прекращается.Further, when the pressure of the liquid in the system reaches the opening level of the pressure reducing valve 13, the valve 13 opens and the liquid through the hole 14 and the hole 15 enters the germinal slots created by the wedges when introduced into the walls of the well, and fills them. 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 pressure reducing valve closes. The flow of fluid into the fracturing zone ceases.

Продолжая нагнетать жидкость, давление возрастает до уровня давления открытия редукционного клапана, который открывается, и жидкость опять начинает поступать в зону гидроразрыва. Формируется давление жидкости у «носика» щели, необходимое для следующего скачка давления.Continuing to pump the fluid, the pressure rises to the pressure level of the opening of the pressure reducing valve, which opens, and the fluid again begins to flow into the fracturing zone. The fluid pressure is formed at the “nose” of the slit, 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.

После окончания гидроразрыва жидкость прекращает поступать в систему, давление снижается до нуля и все элементы пакера возвращаются в транспортное положение. В этом случае редукционный клапан выполняет функцию обратного клапана. Клапан в закрытом состоянии не пропускает в систему загрязненную жидкость. Защитный кожух 22 позволяет защищать пространство между втулками 9 и 12 от попадания в него штыба во время проведения гидроразрыва и при транспортировке пакера по скважине. Попадание штыба между втулками 9 и 12 может привести к препятствованию их сближения, что отразится на качестве создаваемых зародышевых щелей. Признак «защитный кожух» является существенным, т.к. влияет на повышение эффективности работы пакера.After hydraulic fracturing is completed, the fluid stops flowing into the system, the pressure drops to zero and all the elements of the packer return to the transport position. In this case, the pressure reducing valve acts as a check valve. When closed, the valve does not allow contaminated fluid to enter the system. The protective casing 22 allows you to protect the space between the sleeves 9 and 12 from falling into the shaft during hydraulic fracturing and during transportation of the packer downhole. The penetration of the bayonet between the bushings 9 and 12 can lead to an obstacle to their rapprochement, which will affect the quality of the created embryonic cracks. The sign "protective cover" is essential, because affects the increase in packer performance.

На этом цикл заканчивается. После этого пакер перемещается к следующему интервалу гидроразрыва и процесс повторяется.This ends the cycle. After that, the packer moves to the next fracturing interval and the process repeats.

Фиксация клиньев в транспортном положении обеспечивается защитным кожухом 22, а также усилием пружины 19, поддерживающей необходимый зазор между подвижной втулкой 9 и упорной втулкой 12.Fixation of the wedges in the transport position is provided by a protective casing 22, as well as the force of the spring 19, which maintains the necessary clearance between the movable sleeve 9 and the thrust sleeve 12.

Технический результат, как указано выше, заключается в повышении надежности пакера при его эксплуатации. Как следует из текста описания, совокупность существенных признаков формулы полезной модели способствует повышению надежности эксплуатации пакера путем предотвращения его преждевременного срабатывания.The technical result, as indicated above, is to increase the reliability of the packer during its operation. As follows from the description text, the set of essential features of the utility model formula improves the reliability of the packer by preventing its premature operation.

Кроме того, использование предлагаемой полезной модели позволяет защитить пространство между упорной и подвижной втулками от попадания фрагментов горной породы и обеспечить принудительное принятие транспортного положения клиньями при сбросе давления (после выполнения гидроразрыва), что значительно повышает надежность пакера при его эксплуатации.In addition, the use of the proposed utility model allows to protect the space between the thrust and movable bushings from ingress of rock fragments and to ensure the forced adoption of the transport position by the wedges when depressurizing (after hydraulic fracturing), which significantly increases the reliability of the packer during its operation.

Таким образом, все признаки, включенные в независимый пункт формулы полезной модели, являются существенными и влияют на повышение надежности пакера при его эксплуатации, т.е. находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом. Все признаки независимого пункта формулы обеспечивают работоспособность, надежность и технологичность работы пакера.Thus, all the features included in the independent claim of the utility model formula are essential and affect the increase in the reliability of the packer during its operation, i.e. are in causal connection with the claimed technical result. All the signs of an independent claim ensure the availability, reliability and manufacturability of the packer.

Claims

1. The hydraulic cuff packer contains hydraulic cylinders mounted on a hollow stem having holes for supplying water to the cracking cavity, sealing elements, a movable and a thrust sleeve with a spring located between them, wedges located on the movable sleeve, and a pressure reducing valve, characterized in that the wedges are fixed with a protective casing, two hydraulic cylinders are installed, they are coaxial, rigidly connected to the hollow rod and fixed with retaining rings, and between the pistons of the hydraulic cylinders are herme teasing elements.

2. The packer according to claim 1, characterized in that the wedges are forced to take the transport position when depressurizing.