RU195714U1 - Манжета пакера - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам, применяемым в нефтяной промышленности в качестве уплотнительных элементов к пакерам, предназначенным для гидравлического разрыва пласта, тампонажных работ, кислотной обработки, испытания пласта и обнаружения негерметичности обсадной колонны. Технической результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы. Манжета пакера включает корпус из эластичного материала, выполненный в виде кольца с трапецеидальной формой продольного осевого сечения, наружная поверхность которого представляет собой два сопряженных участка цилиндрической и усеченно-конической форм, армированного металлическими элементами в виде двух цанг - внутренней и наружной - лепестковой конструкции и конической формы, расположенных коаксиально и с перекрытием зазоров между лепестками, элемент для фиксации манжеты в пакере, при этом наружная цанга выполнена методом штамповки, при этом цанга внутренняя выполнена из цельного стального горячекатаного проката круглого сечения методом точения и фрезерования в виде одной детали с элементом фиксации манжеты в пакере и оснащена отверстиями по окружности для заливки эластичного материала, а наружная поверхность части цанги внутренней в виде элемента фиксации выполнена ступенчатой для обеспечения возможности установки цанги наружной относительно цанги внутренней при заливке резины. 3 фиг.

Description

Полезная модель относится к устройствам, применяемым в нефтяной промышленности в качестве уплотнительных элементов к пакерам, предназначенным для гидравлического разрыва пласта, тампонажных работ, кислотной обработки, испытания пласта и обнаружения не герметичности обсадной колонны.

Известна манжета пакера, включающая корпус из эластичного материала, выполненный в виде кольца, армированного металлическими элементами (см. описание полезной модели к патенту Российской Федерации № 164 011, МПК E21B 33/12, опубл. 28.08.2016).

Корпус манжеты выполнен в виде втулки, которая имеет промежуточную часть, одну торцовую часть и другую торцовую часть. Промежуточная часть выполнена из эластичного материала - резины. Торцовые части также выполнены из эластичного материала и армированы металлическими элементами в виде витков стальной проволоки. Продольное осевое сечение каждой торцовой части имеет форму усеченной прямоугольной трапеции, внутри которой расположены витки стальной проволоки.

Известная манжета пакера для перехода в рабочее состояние требует наличия в пакере механического или гидравлического якоря, применение которых обусловлено осложнениями при их поломке. В предлагаемой манжете для перехода в рабочее состояние не требуется наличия в пакере механического или гидравлического якоря, что удешевляет и упрощает конструкцию пакера.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели, принятым в качестве прототипа, является манжета пакера, включающая корпус из эластичного материала, выполненный в виде кольца с трапецеидальной формой продольного осевого сечения, наружная поверхность которого представляет собой два сопряженных участка цилиндрической и усеченно-конической форм, армированного металлическими элементами, выполненными в виде двух металлических цанг, внутренней и наружной, лепестковой конструкции конической формы, расположенных коаксиально, и с перекрытием зазоров между лепестками, и элемента для фиксации манжеты в пакере (см. описание полезной модели к патенту Российской Федерации №81 249, МПК E21B 33/12, опубл. 10.03.2009).

Известная манжета пакера не надёжна в процессе эксплуатации. В известной манжете пакера обе цанги выполнены методом штамповки из листовой стали, в результате чего имеют недостаточную жесткость, что приводит к чрезмерному выгибанию цанг наружу и впоследствии разрушению всей манжеты. Цанги закреплены на элементе для фиксации манжеты в пакере, выполненной в виде втулки, методом сварки, что при эксплуатации при высоких осевых давлениях приводит к частым разрывам манжеты в месте скрепления.

Технической задачей и результатом предлагаемой полезной модели, является повышение надежности работы.

Технический результат достигается тем, что в известной манжете пакера, включающей корпус из эластичного материала, выполненный в виде кольца с трапецеидальной формой продольного осевого сечения, наружная поверхность которого представляет собой два сопряженных участка цилиндрической и усеченно-конической форм, армированного металлическими элементами в виде двух цанг - внутренней и наружной - лепестковой конструкции конической формы, расположенных коаксиально и с перекрытием зазоров между лепестками, элемент для фиксации манжеты в пакере, при этом наружная цанга выполнена методом штамповки, имеются отличия, а именно цанга внутренняя выполнена из цельного стального горячекатаного проката круглого сечения методом точения и фрезерования в виде одной детали с элементом фиксации манжеты в пакере и оснащена отверстиями по окружности для заливки эластичного материала, при этом наружная поверхность части цанги внутренней в виде элемента фиксации выполнена ступенчатой для обеспечения возможности установки цанги наружной относительно цанги внутренней при заливке резины.

Для достижения поставленной задачи цанга внутренняя изготовлена в виде одной детали с элементом фиксации - втулкой - из цельного стального горячекатаного проката круглого сечения методом точения и фрезерования, в результате чего имеет более жесткую форму (цельнометаллическую), которая способна воспринимать более высокие нагрузки и давления (до 850 атм), что значительно превышает допустимое давление известной манжеты (до 700 атм).

Полезная модель поясняется чертежами где: на фиг.1 изображено продольное сечение общего вида манжеты пакера; на фиг.2 - продольное сечение внутренней цанги; на фиг 3 - продольное сечение наружной цанги.

Корпус 1 манжеты пакера выполнен из эластичного материала и армирован металлическими цангами 2 и 3 лепестковой конструкции с продольными разрезами.

Корпус 1 имеет форму, напоминающую усеченный конус, а продольное осевое сечение - форму трапеции. При этом и внешняя и внутренняя поверхности уплотнительного элемента имеют технологические неровности, обусловленные функциональным назначением конструкции. Верхняя часть корпуса 1 имеет цилиндрическую форму, а нижняя - усечено-коническую. Такая геометрия корпуса 1 позволяет обеспечить надежное прижатие манжеты к стенкам обсадной колонны без создания дополнительного осевого усилия.

Цанга 2 внутренняя выполнена в виде одной детали, состоящей из двух частей нижней - элемента фиксации манжеты в пакере, и верхней части лепестковой конструкции.

Поскольку основную нагрузку воспринимает цанга 2 внутренняя, она изготовлена из цельного стального горячекатаного проката круглого сечения методом точения и фрезерования. Это позволяет изготавливать цангу 2 внутреннюю из высококачественных легированных конструкционных сталей и подвергать готовое изделие термической обработке, повышая тем самым её твердость, что позволяет повысить надёжность и безотказность в работе и воспринимать высокие давления. Наружная поверхность элемента фиксации манжеты в пакере выполнена ступенчатой для обеспечения возможности фиксации цанги наружной 3 относительно цанги внутренней 2 при заливке резины.

Цангу 3 наружную выполняют методом штамповки из листовой стали марки 65 Г (рессорно-пружинной).

На цанге 2 внутренней в основании между лепестков выполнены отверстия 4 по окружности (на известной манжете аналогичные отверстия отсутствуют). Отверстия 4 позволяют эластичному материалу при его заливке свободно проникать в пространство между цангами 2 и 3, повышая тем самым целостность корпуса 1, и обеспечивают отсутствие воздушных пузырьков в теле эластичного материала манжеты - резины.

Цанги 2 и 3 расположены коаксиально с перекрытием зазоров между лепестками. Таким образом, лепестки внешней металлической цанги 3 расположены в зазорах, образованных продольными разрезами внутренней цанги 2.

Каждая цанга 2 и 3 имеет возможность деформироваться в радиальном направлении на большую величину без ее разрушения, что способствует увеличению срока службы манжеты пакера.

Устройство работает следующим образом.

Манжету устанавливают элементом фиксации цанги 2 внутренней на стволе пакера. При спуске инструмента в скважину манжета деформируется в радиальном направлении и цилиндрической частью наружной поверхности прилегает к стенке обсадной колонны.

После подачи давления жидкость воздействует на внутренние конические поверхности манжеты и дополнительно прижимает наружную поверхность к стенке обсадной колонны, обеспечивая герметичность. Необходимую прочность манжете обеспечивает наличие цанг 2 и 3. При выполнении работы не требуется дополнительных манипуляций с колонной насосно-компрессорных труб, необходимых для прижатия манжеты к обсадной трубе и т.п.

Пример конкретного выполнения

Изготовлена манжета 202.01.00 для пакера (пакера моделей ПГС-М1 ПГС-М2),общий вид которой, в целом, напоминает усеченный конус, а продольное осевое сечение представляет собой трапецию. Корпус манжеты выполнен из резиновой смеси, марку которой выбирают в зависимости от условий эксплуатации и армирован двумя металлическими цангами лепестковой конструкции. Манжета имеет габаритные размеры: высота трапеции 135 мм, верхний наружный диаметр 135 мм. Фиксатором манжеты на оправке пакера является внутренняя цилиндрическая поверхность элемента фиксации диаметром 80 мм, выполненная в виде одной детали с верхней частью цанги 2 внутренней из цельного стального горячекатаного проката круглого сечения методом точения и фрезерования.

Цанга внешняя изготовлена из листовой стали толщиной 1,8 мм толщиной 1,5 мм и имеет 20 лепестков шириной 15 мм, высотой 93 мм и величиной зазора между лепестками, равной 2,7мм. Цанга внутренняя имеет 20 лепестков шириной 15,8 мм и высотой лепестков 60 мм. Лепестки цанги внутренней расположены таким образом, что перекрывают зазоры, образованные разрезами металлической цанги внешней, усиливая прочность и жесткость конструкции. Манжета заявляемой конструкции позволяет обеспечить герметичное разобщение обсадной колонны без создания осевых усилий при давлениях до 850 атм.

Claims (1)

1. Манжета пакера, включающая корпус из эластичного материала, выполненный в виде кольца с трапецеидальной формой продольного осевого сечения, наружная поверхность которого представляет собой два сопряженных участка цилиндрической и усеченно-конической форм, армированного металлическими элементами в виде двух цанг - внутренней и наружной - лепестковой конструкции и конической формы, расположенных коаксиально и с перекрытием зазоров между лепестками, элемент для фиксации манжеты в пакере, при этом наружная цанга выполнена методом штамповки, отличающаяся тем, что цанга внутренняя выполнена из цельного стального горячекатаного проката круглого сечения методом точения и фрезерования в виде одной детали с элементом фиксации манжеты в пакере и оснащена отверстиями по окружности для заливки эластичного материала, при этом наружная поверхность части цанги внутренней в виде элемента фиксации выполнена ступенчатой для обеспечения возможности установки цанги наружной относительно цанги внутренней при заливке резины.

Images