RU199515U1

RU199515U1 - Hydraulic packer

Info

Publication number: RU199515U1
Application number: RU2020117608U
Authority: RU
Inventors: Азат Нурисламович Галимов; Андрей Эдуардович Кунцман; Артур Салаватович Гареев; Екатерина Васильевна Кондаурова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Пакер"
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2020-09-04

Abstract

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована для разобщения интервалов обсадной колонны при освоении и эксплуатации нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин. Гидравлический пакер содержит ствол с радиальными каналами и муфтой в верхней части, расположенные на стволе верхний и нижний якорные узлы, уплотнительные элементы, установленные на стволе с помощью штока, связанного с конусом верхнего якорного узла, гидропривод, нижнюю втулку, связанную с нижним якорным узлом и закрепленную на стволе срезными винтами. Опора верхнего якорного узла закреплена на муфте срезными элементами. На наружной поверхности ствола выполнены фигурные пазы, в которых установлены шпонки, верхняя часть которых размещена в сквозных отверстиях нижней втулки, тем самым фиксируя ствол от осевого перемещения относительно нижней втулки, причем шпонки установлены с возможностью перемещения в продольную часть фигурных пазов при повороте ствола относительно нижней втулки и зафиксированы в исходном положении срезными штифтами, установленными в отверстиях ствола и нижней втулки. Техническим результатом является обеспечение возможности предотвращения преждевременного срабатывания гидравлического пакера при спуске в скважину, повышение надежности установки и фиксации пакера в скважине, а также обеспечение возможности предотвращения преждевременного срыва пакера. 1 ил.The utility model relates to the field of the oil and gas industry and can be used to separate the casing intervals during the development and operation of oil, gas and gas condensate wells. The hydraulic packer contains a borehole with radial channels and a sleeve in the upper part, upper and lower anchor units located on the borehole, sealing elements mounted on the borehole using a rod connected to the cone of the upper anchor unit, a hydraulic drive, a lower sleeve connected to the lower anchor unit and fixed to the barrel with shear screws. The support of the upper anchor unit is fixed to the coupling with shear elements. On the outer surface of the barrel, figured grooves are made, in which keys are installed, the upper part of which is located in the through holes of the lower sleeve, thereby fixing the barrel from axial movement relative to the lower sleeve, and the keys are installed with the ability to move into the longitudinal part of the shaped grooves when the barrel turns relative to the lower bushings and fixed in their original position with shear pins installed in the holes of the barrel and the lower bushing. The technical result is to ensure the possibility of preventing premature operation of the hydraulic packer when running into the well, increasing the reliability of installation and fixing the packer in the well, as well as ensuring the possibility of preventing premature breakdown of the packer. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована для разобщения интервалов обсадной колонны при освоении и эксплуатации нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин.The utility model relates to the field of the oil and gas industry and can be used to separate the casing intervals during the development and operation of oil, gas and gas condensate wells.

Из уровня техники известен гидравлический пакер многоразового действия, включающий полый ствол с радиальными каналами, установленную на стволе уплотнительную манжету, размещенные на стволе с возможностью перемещения верхний конус с плашками и плашкодержателем, установленный под уплотнительной манжетой нижний конус с плашками и нижним плашкодержателем, гидроцилиндр, образующий со стволом кольцевую полость, связанную с полостью ствола через радиальные каналы, размещенный в кольцевой полости поршень, взаимодействующий с нижним конусом, и связанный с нижним плашкодержателем патрубок, установленный в кольцевой полости с возможностью фиксации относительно ствола (патент РФ №2018628, 30.08.1994 г.).A reusable hydraulic packer is known from the prior art, including a hollow borehole with radial channels, a seal collar mounted on the borehole, an upper cone with dies and a ram holder installed on the borehole with the ability to move, a lower cone with rams and a lower ram holder installed under the seal collar, a hydraulic cylinder forming with the barrel, an annular cavity connected with the barrel cavity through radial channels, a piston located in the annular cavity interacting with the lower cone, and a branch pipe connected to the lower ram holder, installed in the annular cavity with the possibility of fixation relative to the barrel (RF patent No. 2018628, 30.08.1994 g .).

Известен также пакер гидравлический, содержащий ствол с радиальными каналами и муфтой в верхней части, установленные на стволе верхний и нижний якорные узлы, уплотнительные элементы, расположенные между якорными узлами, гидропривод, состоящий из связанного со стволом цилиндра, образующего со стволом кольцевую полость, связанную с внутренней полостью ствола через радиальные каналы, размещенного в кольцевой полости внутреннего поршня, взаимосвязанного с конусом нижнего якорного узла, и соединенного с плашкодержателем нижнего якорного узла наружного поршня, установленного с возможностью фиксации относительно ствола, отличающийся тем, что под внутренним поршнем установлена возвратная пружина, опирающаяся снизу на кольцевой выступ, выполненный на внутренней поверхности наружного поршня, а над уплотнительными элементами размещена с возможностью перемещения на стволе цанга, упирающаяся своим внутренним выступом в буртик, выполненный на наружной поверхности ствола (патент РФ №2656276, 04.06.2018 г.).There is also known a hydraulic packer containing a borehole with radial channels and a sleeve in the upper part, upper and lower anchor units installed on the borehole, sealing elements located between the anchor units, a hydraulic drive consisting of a cylinder connected to the barrel, which forms an annular cavity with the barrel connected to the inner cavity of the barrel through radial channels located in the annular cavity of the inner piston, interconnected with the cone of the lower anchor assembly, and connected to the ram holder of the lower anchor assembly of the outer piston, mounted with the possibility of fixation relative to the barrel, characterized in that a return spring is installed under the inner piston, which rests on from below on the annular protrusion made on the inner surface of the outer piston, and above the sealing elements there is a collet movable on the barrel, abutting with its inner protrusion against the shoulder made on the outer surface of the barrel (RF patent No. 2656276, 04.06.20 18 years).

Известен также гидравлически устанавливаемый пакер, содержащий ствол с радиальными каналами и муфтой в верхней части, расположенные на стволе верхний и нижний якорные узлы, уплотнительные элементы, установленные на стволе с помощью штока, связанного с конусом верхнего якорного узла, гидропривод, включающий цилиндр, образующий со стволом кольцевую полость, связанную с внутренней полостью ствола через радиальные каналы, размещенный в кольцевой полости поршень, храповик, отличающийся тем, что шток связан с конусом верхнего якорного узла при помощи упора, выполненного в виде нескольких сегментов, установленных в сквозных отверстиях штока и внутренней проточке конуса верхнего якорного узла, на стволе напротив упора установлена опорная втулка, фиксирующая упор во внутренней проточке конуса верхнего якорного узла, а ниже опорной втулки на стволе выполнена цилиндрическая выборка, благодаря чему упор имеет возможность выхода из зацепления с конусом верхнего якорного узла при перемещении ствола вверх относительно штока при извлечении пакера (патент РФ №2676108, 26.12.2018 г.), являющийся наиболее близким аналогом.There is also known a hydraulically set packer containing a borehole with radial channels and a sleeve in the upper part, upper and lower anchor units located on the borehole, sealing elements mounted on the borehole by means of a rod connected to the cone of the upper anchor unit, a hydraulic drive including a cylinder forming a the barrel is an annular cavity connected with the inner cavity of the barrel through radial channels, a piston placed in the annular cavity, a ratchet, characterized in that the rod is connected to the cone of the upper anchor unit by means of a stop made in the form of several segments installed in the through holes of the rod and an internal groove the cone of the upper anchor unit, a support sleeve is installed on the barrel opposite the stop, fixing the stop in the inner groove of the cone of the upper anchor unit, and below the support sleeve on the barrel, a cylindrical recess is made, due to which the stop has the ability to disengage with the cone of the upper anchor unit when the barrel moves upward relative to the rod when removing the packer (RF patent No. 2676108, 26.12.2018), which is the closest analogue.

Недостатком известного пакера является недостаточная надежность установки и фиксации пакера в скважине.The disadvantage of the known packer is the lack of reliability of installation and fixation of the packer in the well.

Техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение возможности предотвращения преждевременного срабатывания гидравлического пакера при спуске в скважину, повышение надежности установки и фиксации пакера в скважине, а также обеспечение возможности предотвращения преждевременного срыва пакера.The technical result of the claimed utility model is to ensure the possibility of preventing premature operation of the hydraulic packer when running into the well, increasing the reliability of setting and fixing the packer in the well, as well as providing the ability to prevent premature breakdown of the packer.

Указанный технический результат достигается в гидравлическом пакере, содержащем ствол с радиальными каналами и муфтой в верхней части, расположенные на стволе верхний и нижний якорные узлы, уплотнительные элементы, установленные на стволе с помощью штока, связанного с конусом верхнего якорного узла, гидропривод, нижнюю втулку, связанную с нижним якорным узлом и закрепленную на стволе срезными винтами, при этом, согласно полезной модели, опора верхнего якорного узла закреплена на муфте срезными элементами, а на наружной поверхности ствола выполнены фигурные пазы, в которых установлены шпонки, верхняя часть которых размещена в сквозных отверстиях нижней втулки, тем самым фиксируя ствол от осевого перемещения относительно нижней втулки, причем шпонки установлены с возможностью перемещения в продольную часть фигурных пазов при повороте ствола относительно нижней втулки и зафиксированы в исходном положении срезными штифтами, установленными в отверстиях ствола и нижней втулки.The specified technical result is achieved in a hydraulic packer containing a borehole with radial channels and a sleeve in the upper part, upper and lower anchor units located on the borehole, sealing elements installed on the borehole by means of a rod connected to the cone of the upper anchor unit, a hydraulic drive, a lower sleeve, connected to the lower anchor unit and fixed to the barrel with shear screws, while, according to the utility model, the support of the upper anchor unit is fixed to the coupling with shear elements, and shaped grooves are made on the outer surface of the barrel, in which keys are installed, the upper part of which is located in through holes of the lower sleeve, thereby fixing the barrel from axial movement relative to the lower sleeve, and the keys are installed with the ability to move into the longitudinal part of the shaped grooves when the barrel is rotated relative to the lower sleeve and fixed in the initial position with shear pins installed in the holes of the barrel and the lower sleeve.

Кроме того, срезные винты установлены в кольцевой проточке, выполненной на наружной поверхности ствола.In addition, the shear screws are installed in an annular groove made on the outer surface of the barrel.

Гидравлический пакер (фиг.) состоит из ствола 1, муфты 2 в верхней части, соединяющей пакер с колонной труб (на фиг. не показана), уплотнительных элементов 3, установленных на стволе 1 с помощью штока 4, верхнего и нижнего якорных узлов. Верхний якорный узел состоит из опоры 5, плашек 6, конуса 7. Конус 7 связан со штоком 4 при помощи упора 8 и корпуса 9, причем упор 8 выполнен в виде нескольких сегментов, установленных в сквозных отверстиях штока 4 и корпуса 9 и внутренней проточке конуса 7, а корпус 9 соединен со штоком 4 срезными элементами 10. На стволе 1 напротив упора 8 установлено опорное кольцо 11, фиксирующее упор 8 во внутренней проточке конуса 7. Нижний якорный узел состоит из опоры 12, плашек 13 и конуса 14. Опора 12 соединена фиксирующими элементами 15 с нижней втулкой 16, закрепленной на стволе 1 срезными винтами 17, установленными в кольцевой проточке ствола 1, и срезными штифтами 18, установленными в отверстиях, выполненных на наружной поверхности ствола 1.The hydraulic packer (Fig.) Consists of a borehole 1, a sleeve 2 in the upper part connecting the packer with a pipe string (not shown in the figure), sealing elements 3 installed on the borehole 1 by means of a rod 4, upper and lower anchor assemblies. The upper anchor assembly consists of a support 5, dies 6, a cone 7. The cone 7 is connected to the rod 4 by means of a stop 8 and a body 9, and the stop 8 is made in the form of several segments installed in the through holes of the rod 4 and body 9 and the inner groove of the cone 7, and the body 9 is connected to the rod 4 by shear elements 10. On the barrel 1 opposite the stop 8 there is a support ring 11 that fixes the stop 8 in the inner groove of the cone 7. The lower anchor unit consists of a support 12, dies 13 and a cone 14. Support 12 is connected fixing elements 15 with the lower sleeve 16, fixed on the barrel 1 with shear screws 17 installed in the annular groove of the barrel 1, and shear pins 18 installed in the holes made on the outer surface of the barrel 1.

Между уплотнительными элементами 3 и нижним якорным узлом расположен гидропривод, состоящий из цилиндра 19 и поршня 20. Цилиндр 19 выполнен заодно целое с конусом 14 нижнего якорного узла и образует со стволом 1 кольцевую полость 21, гидравлически связанную с внутренней полостью ствола 1 через радиальные каналы 22. Размещенный в кольцевой полости 21 поршень 20 установлен с возможностью осевого перемещения вверх относительно цилиндра 19. Гидропривод снабжен храповиком 23. В исходном положении поршень 20 и цилиндр 19 зафиксированы срезными элементами 24. Поршень 20 соединен со штоком 4. Шток 4 связан со стволом 1 срезными элементами 25. Опора 5 верхнего якорного узла закреплена на муфте 2 срезными элементами 26.Between the sealing elements 3 and the lower anchor unit there is a hydraulic drive consisting of a cylinder 19 and a piston 20. The cylinder 19 is integral with the cone 14 of the lower anchor unit and forms an annular cavity 21 with the barrel 1, which is hydraulically connected to the inner cavity of the barrel 1 through radial channels 22 Placed in the annular cavity 21, the piston 20 is mounted with the possibility of axial movement upward relative to the cylinder 19. The hydraulic drive is equipped with a ratchet 23. In the initial position, the piston 20 and the cylinder 19 are fixed by shear elements 24. The piston 20 is connected to the rod 4. The rod 4 is connected to the barrel 1 by shear elements 25. Support 5 of the upper anchor unit is fixed to the coupling 2 with shear elements 26.

Для надежной установки пакера и защиты его от преждевременного срыва при перепаде давления на пакер снизу – вверх, на наружной поверхности ствола 1 выполнены фигурные пазы 27, в которых установлены шпонки 28, верхняя часть которых установлена в сквозных отверстиях (на фиг. не показаны) нижней втулки 16, тем самым фиксируя ствол 1 от осевого перемещения относительно нижней втулки 16. В исходном положении шпонки 28 зафиксированы от перемещения в продольную часть фигурных пазов 27 срезными штифтами 18, установленными в отверстиях ствола 1 и нижней втулки 16.To reliably install the packer and protect it from premature rupture with a pressure drop across the packer from bottom to top, shaped grooves 27 are made on the outer surface of the wellbore 1, in which keys 28 are installed, the upper part of which is installed in through holes (not shown in the figure) of the lower bushings 16, thereby fixing the barrel 1 from axial movement relative to the lower bushing 16. In the initial position, the keys 28 are fixed from moving into the longitudinal part of the shaped grooves 27 with shear pins 18 installed in the holes of the barrel 1 and the lower bushing 16.

Гидравлический пакер работает следующим образом.The hydraulic packer works as follows.

Пакер спускают в скважину на колонне труб на требуемую глубину. Срезные элементы 26, связывающие муфту 2 и опору 5, обеспечивают транспортное состояние верхнего якорного узла в процессе спуска пакера в скважину, предотвращая преждевременное срабатывание. Установку пакера осуществляют путем временного перекрывания нижнего прохода ствола 1 и созданием перепада давления между колонной труб и затрубным пространством. При превышении определенного перепада давления происходит разрушение срезных элементов 24, в результате чего цилиндр 19 с конусом 14 перемещаются вниз относительно ствола 1 и нижней втулки 16 и воздействуют на плашки 13 нижнего якорного узла, которые раздвигаются радиально и зацепляются со стенкой эксплуатационной колонны (на фиг. не показана). Нижняя втулка 16 имеет жесткий упор в фигурные пазы 27 ствола 1 через шпонки 28, что обеспечивает надежную установку пакера и фиксацию пакера в скважине. Поршень 20 предназначен для сжатия уплотнительных элементов 3 и установки верхнего якорного узла. При перемещении вверх поршня 20 срезаются срезные элементы 25, усилие от штока 4 передается через срезные элементы 10 на корпус 9, от корпуса 9 через упор 8 − на конус 7. Происходит сжатие плашек 6 верхнего якорного узла, которые раздвигаются радиально и зацепляются со стенкой эксплуатационной колонны. Далее срезаются срезные элементы 10, и шток 4 сжимает уплотнительные элементы 3, при этом упор 8 перемещается по сквозному отверстию штока 4. Храповик 23 фиксирует усилие установки пакера.The packer is run into the well on the pipe string to the required depth. Shear elements 26 connecting the collar 2 and the support 5 ensure the transport state of the upper anchor unit during the running of the packer into the well, preventing premature triggering. The installation of the packer is carried out by temporarily blocking the lower passage of the borehole 1 and creating a pressure drop between the pipe string and the annulus. When a certain pressure drop is exceeded, the shear elements 24 are destroyed, as a result of which the cylinder 19 with the cone 14 moves downward relative to the barrel 1 and the lower sleeve 16 and acts on the rams 13 of the lower anchor unit, which move radially and engage with the wall of the production string (in Fig. not shown). The lower sleeve 16 has a rigid stop in the shaped grooves 27 of the borehole 1 through the keys 28, which ensures reliable installation of the packer and fixing the packer in the well. The piston 20 is designed to compress the sealing elements 3 and install the upper anchor unit. When the piston 20 moves up, the shear elements 25 are cut off, the force from the rod 4 is transmitted through the shear elements 10 to the housing 9, from the housing 9 through the stop 8 to the cone 7. The dies 6 of the upper anchor assembly are compressed, which move radially and engage with the operating wall columns. Next, shear elements 10 are sheared off, and the rod 4 compresses the sealing elements 3, while the stop 8 moves along the through hole of the rod 4. The ratchet 23 fixes the force of setting the packer.

Установка шпонок 28 предотвращает преждевременный срыв нижнего якорного узла (после установки пакера в скважине), так как при перепаде давления на пакер снизу – вверх шпонки 28 воспринимают на себя нагрузки, предотвращая осевое перемещение ствола 1 относительно нижней втулки 16.Installation of keys 28 prevents premature failure of the lower anchor unit (after the packer is installed in the well), since when the pressure drops across the packer from the bottom up, the keys 28 take on loads, preventing axial movement of the borehole 1 relative to the lower sleeve 16.

Для перевода гидравлического пакера в транспортное положение осуществляют поворот муфты 2 со стволом 1 относительно нижней втулки 16 и шпонок 28, в результате чего срезаются срезные штифты 18, и шпонки 28 перемещаются в продольную часть фигурных пазов 27. Далее производят натяжение колонны труб, в результате которого срезаются срезные винты 17, и ствол 1 с муфтой 2 перемещаются вверх, шпонки 28 при этом перемещаются по продольной части фигурных пазов 27 . При этом срезаются также срезные элементы 26, и муфта 2 со стволом 1 перемещаются вверх относительно опоры 5. При перемещении вверх установленного на стволе 1 опорного кольца 11 упор 8 выходит из зацепления с конусом 7 и падает на ствол 1. В результате связь корпуса 9 с конусом 7 обрывается, и осевая нагрузка с уплотнительных элементов 3 снимается, и они переходят в транспортное положение. Выступ 29 муфты 2 упирается во внутренний выступ 30 опоры 5 и при перемещении вверх муфты 2 снимает верхний якорный узел. При дальнейшем перемещении ствола 1 вверх, наружный буртик 31 ствола 1 упирается в конус 14 и освобождает его из-под плашек 13. Далее пакер вместе с колонной труб извлекают из скважины. To transfer the hydraulic packer to the transport position, the coupling 2 with the barrel 1 is rotated relative to the lower sleeve 16 and the keys 28, as a result of which the shear pins 18 are sheared, and the keys 28 move into the longitudinal part of the shaped grooves 27. Next, the pipe string is tensioned, as a result of which shear screws 17 are cut off, and the barrel 1 with the clutch 2 is moved up, the keys 28 are moved along the longitudinal part of the shaped grooves 27. In this case, shear elements 26 are also cut off, and the coupling 2 with the barrel 1 moves upward relative to the support 5. When moving upwards the support ring 11 installed on the barrel 1, the stop 8 disengages from the cone 7 and falls on the barrel 1. As a result, the connection of the body 9 with the cone 7 breaks off, and the axial load from the sealing elements 3 is removed, and they move into the transport position. The protrusion 29 of the clutch 2 abuts against the inner protrusion 30 of the support 5 and when moving up the clutch 2 removes the upper anchor unit. With further movement of the borehole 1 upward, the outer flange 31 of the borehole 1 abuts against the cone 14 and releases it from under the rams 13. Next, the packer together with the pipe string is removed from the well.

Claims

1. A hydraulic packer containing a borehole with radial channels and a collar in the upper part, upper and lower anchor units located on the borehole, sealing elements installed on the borehole using a rod connected to the cone of the upper anchor unit, a hydraulic drive, a lower sleeve connected to the lower anchor unit and fixed on the barrel with shear screws, characterized in that the support of the upper anchor unit is fixed on the coupling with shear elements, and figured grooves are made on the outer surface of the barrel, in which keys are installed, the upper part of which is placed in the through holes of the lower sleeve, thereby fixing the barrel from axial movement relative to the lower sleeve, and the keys are installed with the ability to move into the longitudinal part of the shaped grooves when the barrel is rotated relative to the lower sleeve and fixed in the initial position with shear pins installed in the holes of the barrel and the lower sleeve.

2. Packer according to claim 1, characterized in that the shear screws are installed in an annular groove made on the outer surface of the bore.