RU2104390C1

RU2104390C1 - Valving device for seating of packer

Info

Publication number: RU2104390C1
Application number: RU95115595A
Authority: RU
Inventors: С.А. Акопов; В.А. Гиринский; В.Н. Коршунов; В.А. Машков
Original assignee: Машков Виктор Алексеевич
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1995-09-05
Publication date: 1998-02-10

Abstract

FIELD: oil and gas production industry. SUBSTANCE: this is used for closing of axial passage in packer barrel at its seating. It adds more reliability in operation of device, dampens hydraulic shock and guarantees freeing of axial passage in packer barrel from valving device after seating of packer. Device has body, seating member, bush, shear member, and supporting member with calibrating passage. Body is made to suit packer barrel. Seating member is made in the form of protrusion. Bush is located in axial passage of body and is connected with body by fixing member and creates chamber with it. Located in lower part of body is supporting member having calibrating passage. Located under supporting member is hollow plunger with shear member. Device is provided with collet-type detent which interacts with annular protrusion and bush which has lateral partition with throttling passage of diameter which is less than diameter of calibrating passage. Supporting member together with lateral partition form inner space in body. Supporting member and hollow plunger form together annular chamber which is hydraulically connected with inner space through calibrating passage, and is also connected with packer barrel space through throttling passage. EFFECT: higher efficiency. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам для перекрытия осевого канала ствола пакера при его посадке. The invention relates to the oil and gas industry, in particular to devices for blocking the axial channel of the packer barrel during its landing.

Известно клапанное устройство для посадки пакера, содержащее корпус, внутри которого выполнен кольцевой выступ, седло с уплотнительным элементом, размещенное внутри корпуса посредством срезных элементов, и сбрасываемый шар, причем кольцевой выступ имеет дополнительное седло, внутренний диаметр которого больше внутреннего диаметра основного седла [1]. Known valve device for landing the packer, comprising a housing, inside of which an annular protrusion is made, a saddle with a sealing element placed inside the housing by means of shear elements, and a ball being reset, and the annular protrusion has an additional saddle, the inner diameter of which is larger than the inner diameter of the main saddle [1] .

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность работы. Применение нескольких срезных элементов, соединяющих седло с корпусом, расширяет диапазон срабатывания, поскольку невозможно установить последние в одной плоскости, а также выполнить их абсолютно одинакового размера. Не решается задача гашения гидравлического удара, т.к. после среза и сброса седла шаровой затвор садится на кольцевой выступ в корпусе с перекрытием гидравлической связи полости лифтовой колонны труб с полостью скважины. Кроме того, проблематичным следует считать существование обратного потока жидкости через разуплотненный зазор между седлом и корпусом, поскольку избыточное давление сохраняется в лифтовой колонне труб и поджимает шаровой затвор к седлу. В случае, если операция посадки пакера получилась достаточно успешной, возникает необходимость освобождения осевого канала ствола пакера от самого шарового затвора, что требует дополнительных затрат времени. Повторную посадку пакера осуществить невозможно. The disadvantage of this design is the low reliability. The use of several shear elements connecting the saddle to the body expands the response range, since it is impossible to install the latter in the same plane, as well as to execute them in exactly the same size. The problem of quenching water hammer is not solved, because after cutting and resetting the saddle, the ball valve sits on the annular protrusion in the housing with the hydraulic connection of the cavity of the pipe tubing to the well cavity overlapping. In addition, the existence of a reverse fluid flow through the unsealed gap between the seat and the body should be considered problematic, since excess pressure is stored in the pipe tubing string and compresses the ball valve to the seat. In the event that the packer landing operation was successful enough, it becomes necessary to free the axial channel of the packer barrel from the ball valve itself, which requires additional time. It is not possible to reseat the packer.

Известно клапанное устройство для посадки пакера, содержащее корпус с осевым каналом, седло со стопорами, затвор и подпружиненный кожух, связанный срезными элементами с корпусом, образующим с ним кольцевую камеру, сообщающуюся с каналом корпуса, и фиксирующим стопоры в рабочем положении [2]. Known valve device for landing the packer, comprising a housing with an axial channel, a saddle with stoppers, a shutter and a spring-loaded casing connected by shear elements to the housing, forming an annular chamber communicating with the channel of the housing, and fixing the stoppers in the working position [2].

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность работы. Заявленная связь седла с корпусом через срезные элементы не позволяют получить стабильные результаты по усилию их среза, поскольку срез одновременно нескольких элементов невозможен ввиду наличия допуска на изготовление самих штифтов и их точной установки в одной плоскости. Определенную сложность представляют подготовительные работы по настройке устройства для каждой конкретной скважины (определение уровня жидкости в скважине, тарировка пружины и т. д.). Часть элементов конструкции остается в составе пакера, что негативно влияет на работу всего комплекса внутрискважинного оборудования. В случае неудачной операции по посадке пакера, например его негерметичности, повторить операцию без подъема пакера невозможно. The disadvantage of this design is the low reliability. The claimed connection of the saddle with the body through shear elements does not allow to obtain stable results in terms of shear force, since it is impossible to cut several elements at the same time due to the tolerance for the manufacture of the pins themselves and their exact installation in one plane. A certain difficulty is represented by the preparatory work on setting up the device for each specific well (determination of the liquid level in the well, calibration of the spring, etc.). Some structural elements remain in the packer, which negatively affects the operation of the entire complex of downhole equipment. In the event of an unsuccessful packer landing operation, for example, a leak, it is impossible to repeat the operation without lifting the packer.

В качестве прототипа взято клапанное устройство для посадки пакера, содержащее корпус, дифференциальную втулку, связанную срезным элементом с корпусом, установленную внутри него, и образующую с ним кольцевую камеру, заполненную несжимаемой жидкостью, имеющую сообщение с пространством за корпусом через дроссельное отверстие, седло со стопорами, установленное внутри дифференциальной втулки, и затвор (см. авт. св. N 989040 кл. E 21 B 33/12, 1983). As a prototype, a valve device for landing the packer is taken, comprising a housing, a differential sleeve connected by a shear element to the housing installed inside it, and forming an annular chamber filled with an incompressible fluid, having communication with the space behind the housing through a throttle hole, a saddle with stoppers mounted inside the differential sleeve and shutter (see ed. St. N 989040 cl. E 21 B 33/12, 1983).

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность работы. Разрушение одновременно нескольких срезных элементов ввиду их неточности изготовления и установки может происходить с достаточно большим разбросом по усилию среза и по давлению, что негативно влияет на качество посадки пакера и его работоспособность. Полного гашения гидравлического удара не происходит ввиду ограниченности жидкости в кольцевой камере. К тому же, не исключено забивание дросселирующего канала твердыми частицами, что приведет к неработоспособности устройства. Часть элементов конструкции остается в составе пакера, что негативно влияет на работу всего комплекса внутрискважинного оборудования. В случае негерметичности пакера, определенной после срабатывания устройства, повторить эту операцию без подъема пакера вместе с устройством невозможно. Кроме того, необходимо учитывать в каждом конкретном случае условия скважины для определения объема в жидкости в кольцевой камере и размера дросселирующего канала, что в конечном итоге ограничивает область применения и обуславливает наличие типоразмерных рядов устройств. The disadvantage of this design is the low reliability. The destruction of several shear elements at the same time due to their inaccuracy in manufacturing and installation can occur with a sufficiently large spread in shear force and pressure, which negatively affects the packer landing quality and its performance. Complete damping of water hammer does not occur due to the limited fluid in the annular chamber. In addition, clogging of the throttling channel by solid particles is not excluded, which will lead to inoperability of the device. Some structural elements remain in the packer, which negatively affects the operation of the entire complex of downhole equipment. If the packer is leaking after the device has been activated, it is impossible to repeat this operation without lifting the packer together with the device. In addition, it is necessary to take into account the well conditions in each case to determine the volume in the liquid in the annular chamber and the size of the throttling channel, which ultimately limits the scope and determines the existence of standard-sized series of devices.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого устройства, сводится к следующему: повышается надежность работы устройства для посадки пакера за счет уменьшения количества срезных элементов (до одного) и повышения точности тарировки последних на усилие среза, за счет гашения гидравлического удара путем последовательного снижения давления скважинной жидкости в лифтовой колонне труб с помощью дросселирующих каналов, за счет гарантированного освобождения осевого канала ствола пакера от клапанного устройства после посадки пакера и возможности при необходимости повторения процесса посадки пакера путем подачи очередного клапанного устройства с поверхности в его ствол. The technical result that can be obtained by implementing the proposed device is as follows: the reliability of the device for planting the packer increases by reducing the number of shear elements (up to one) and increasing the accuracy of calibration of the latter on the shear force, by damping the hydraulic shock by successively reducing pressure of the borehole fluid in the tubing string using throttling channels, due to the guaranteed release of the axial channel of the packer barrel from the valve set The properties after planting the packer and the possibility, if necessary, of repeating the process of planting the packer by feeding another valve device from the surface to its trunk.

Технический результат достигается с помощью известного устройства, содержащего корпус, посадочный элемент, втулку, расположенную в осевом канале корпуса, связанную с ним фиксирующим элементом и образующую с корпусом камеру, срезной элемент и уплотнительные элементы, в котором в качестве посадочного элемента в стволе пакера выполнен кольцевой выступ, втулка имеет поперечную перегородку с дросселирующим каналом, а корпус снабжен цанговым фиксатором, одновременно опирающимся на кольцевой выступ ствола пакера и втулку, причем в нижней части корпуса расположена опорная поверхность с калибровочным каналом с возможностью образования внутренней полости с поперечной перегородкой втулки, при этом диаметр дросселирующего канала выполнен с меньшим диаметром калибровочного канала, и установленным под ней полым плунжером с возможностью образования кольцевой камеры между ними, гидравлически связанной калибровочным каналом с внутренней полостью и дросселирующим каналом с полостью ствола пакера, а в осевом канале полого плунжера установлен срезной элемент, жестко связанный с опорной поверхностью, выполненной в виде болта с тарированной кольцевой проточкой в средней части. The technical result is achieved using a known device comprising a housing, a seating element, a sleeve located in the axial channel of the housing, a fixing element connected to it and forming a camera, a shear element and sealing elements, in which an annular ring is made as a landing element in the packer barrel the protrusion, the sleeve has a transverse partition with a throttling channel, and the housing is equipped with a collet lock, simultaneously resting on the annular protrusion of the packer barrel and the sleeve, and in the lower part The body of the housing has a supporting surface with a calibration channel with the possibility of forming an internal cavity with a transverse baffle of the sleeve, while the diameter of the throttling channel is made with a smaller diameter of the calibration channel, and a hollow plunger installed under it with the possibility of forming an annular chamber between them, hydraulically connected by a calibration channel with the internal cavity and throttling channel with the cavity of the packer barrel, and in the axial channel of the hollow plunger mounted shear element, rigidly connected with PORN surface formed as a bolt with a calibrated annular groove in the middle part.

Анализ изобретательского уровня показал следующее: совокупность конструктивных элементов отличительной части формулы изобретения, дающих вышеуказанный технический результат, не выявлена по имеющимся источникам известности. Не выявлены клапанные устройства для посадки пакера, обеспечивающие гашение гидравлического удара с одновременным освобождением осевого канала ствола пакера от клапанного устройства с использованием принципа перепада давлений скважинной жидкости между дросселирующими каналами. The analysis of the inventive step showed the following: the totality of the structural elements of the distinctive part of the claims giving the above technical result is not identified by available sources of fame. The valve devices for the packer landing, which provide the damping of the hydraulic shock with the simultaneous release of the axial channel of the packer barrel from the valve device using the principle of differential pressure of the borehole fluid between the throttling channels, have not been identified.

Предлагаемое устройство имеет изобретательский уровень. The proposed device has an inventive step.

На фиг. 1 показано клапанное устройство в осевом канале ствола пакера; на фиг. 2 - клапанное устройство в момент сброса его на забой и освобождения осевого канала ствола пакера. In FIG. 1 shows a valve device in the axial bore of a packer barrel; in FIG. 2 - valve device at the time of dumping it to the bottom and releasing the axial channel of the packer barrel.

Предлагаемое клапанное устройство для посадки пакера содержит корпус 1, снабженный в верхней части цанговым фиксатором 2 с лепестками 3, одновременно опирающимся на кольцевой выступ 4 ствола 5 пакера и цилиндрическую втулку 6, снабженную поперечной перегородкой 7 с дросселирующим каналом 8, гидравлически связанным с полостью ствола 5 пакера. Цилиндрическая втулка 6 связана фиксирующим (срезным) элементом 9 с корпусом 1. Нижняя часть корпуса 1 перекрыта опорной поверхностью 10, под которой установлен полый плунжер 11, через который пропущен болт 12, жестко связанный посредством резьбы с опорной поверхностью 10. Между опорой 10 и плунжером 11 образована кольцевая камера 13, гидравлически связанная через калибровочный канал 14 с внутренней полостью 15 в корпусе 1, образованной поперечной перегородкой 7 втулки 6 и опорой 10. Между плунжером 11 и корпусом 1 установлено уплотнительное кольцо 16. На нижнем конце плунжера находятся продольные пазы 17 и выполнен выступ 18, Корпус 1 содержит уплотнение 19 и снабжен стопорным кольцом 20 ниже места расположения кольцевого выступа 4 ствола 5. Болт 12, соединяющий полый плунжер 11 и опору 10, имеет в средней части тарированную по диаметру кольцевую проточку 21. The proposed valve device for landing the packer comprises a housing 1 provided with a collet lock 2 with petals 3 at the top, simultaneously resting on an annular protrusion 4 of the packer barrel 5 and a cylindrical sleeve 6 provided with a transverse partition 7 with a throttling channel 8 hydraulically connected to the barrel cavity 5 packer. The cylindrical sleeve 6 is connected by a fixing (shear) element 9 with the housing 1. The lower part of the housing 1 is blocked by a supporting surface 10, under which a hollow plunger 11 is installed, through which a bolt 12 is passed, rigidly connected by means of a thread to the supporting surface 10. Between the support 10 and the plunger 11, an annular chamber 13 is formed, hydraulically connected through a calibration channel 14 with an internal cavity 15 in the housing 1, formed by the transverse baffle 7 of the sleeve 6 and the support 10. A sealing ring 16 is installed between the plunger 11 and the housing 1. The lower end of the plunger has longitudinal grooves 17 and a protrusion 18 is made, the housing 1 contains a seal 19 and is provided with a retaining ring 20 below the location of the annular protrusion 4 of the barrel 5. The bolt 12 connecting the hollow plunger 11 and the support 10 has a ring diameter calibrated in diameter in the middle groove 21.

Клапанное устройство работает следующим образом. The valve device operates as follows.

Клапанное устройство подают в ствол 5. Стопорное кольцо 2 вводят внутрь кольцевой канавки корпуса 1 при прохождении кольцевого выступа 4. Цанговый фиксатор 2 лепестками 3 опирается на кольцевой выступ 4 ствола 5 пакера и втулку 6. В момент спуска пакера в скважину на лифтовой колонне труб полый плунжер 11 вместе с опорой 10 и болтом 12 перемещается вверх внутри корпуса 1 до упора выступом 18 в торец корпуса 1, что позволяет беспрепятственно перетекать пластовой жидкости из полости скважины в полость лифтовой колонны труб при спуске пакера. The valve device is fed into the barrel 5. The circlip 2 is inserted into the annular groove of the housing 1 when the annular projection 4 passes. The collet lock 2 of the petals 3 rests on the annular protrusion 4 of the packer barrel 5 and the sleeve 6. At the time the packer is lowered into the well, the hollow pipe string the plunger 11 together with the support 10 and the bolt 12 moves upward inside the housing 1 until it stops with a protrusion 18 into the end face of the housing 1, which allows unhindered flow of formation fluid from the cavity of the well into the cavity of the pipe tubing when lowering the packer.

Посадку пакера осуществляют путем подачи под давлением рабочей жидкости в лифтовую колонну труб. Давление рабочей жидкости во внутренней полости 15 и кольцевой камере 13 равно давлению в осевом канале ствола 5 и лифтовой колонне труб. После посадки пакера увеличивают давление в стволе 5, что приводит к разрыву болта 12. Плунжер 11 с частью болта 12 выходит из взаимодействия с опорой 10 и корпусом 1 и сбрасывается на забой (см. фиг. 2). The packer is planted by applying pressurized working fluid to the pipe riser. The pressure of the working fluid in the inner cavity 15 and the annular chamber 13 is equal to the pressure in the axial channel of the barrel 5 and the pipe lift string. After the packer is planted, the pressure in the barrel 5 is increased, which leads to a rupture of the bolt 12. The plunger 11 with part of the bolt 12 goes out of interaction with the support 10 and the housing 1 and is reset to the bottom (see Fig. 2).

Кольцевая камера 13 свободно сообщается с полостью скважины под пакером. Рабочая жидкость под давлением вытекает из внутренней полости 15 под поперечной перегородкой 7 через калибровочный канал 14. Одновременно во внутреннюю полость 15 по дросселирующему каналу 8 подается рабочая жидкость из лифтовой колонны труб. Диаметр дросселирующего канала 8 подобран меньшим, чем диаметр калибровочного канала 14 в опоре 10. Этим обусловлено образование перепада давлений между полостью лифтовой колонны труб и внутренней полостью 15 с одновременным общим снижением давления в лифтовой колонне. Под действием перепада давления на дросселирующем канале 8, минимальная величина которого составляет 0,2-0,4 Мпа и воспринимается полным сечением перегородки 7, цилиндрическая втулка 6 смещается внутрь корпуса 1 и срезает срезной элемент 9. Лепестки 3 цангового фиксатора 2 взаимодействуют с кольцевым выступом сужения 4 и деформируются к оси ствола 5, устройство сбрасывается на забой скважины. The annular chamber 13 freely communicates with the well cavity under the packer. The working fluid under pressure flows from the inner cavity 15 under the transverse baffle 7 through the calibration channel 14. At the same time, the working fluid is supplied from the pipe riser through the throttling channel 8. The diameter of the throttling channel 8 is selected smaller than the diameter of the calibration channel 14 in the support 10. This leads to the formation of a pressure differential between the cavity of the pipe tubing and the internal cavity 15 with a simultaneous overall decrease in pressure in the tubing. Under the influence of the pressure drop on the throttling channel 8, the minimum value of which is 0.2-0.4 MPa and is perceived by the full cross-section of the partition 7, the cylindrical sleeve 6 is displaced into the housing 1 and cuts the shear element 9. The petals 3 of the collet latch 2 interact with the annular protrusion narrowing 4 and are deformed to the axis of the barrel 5, the device is reset to the bottom of the well.

Необходимость повторения процесса посадки пакера возникает по причинам, не зависящим от конструкции и работоспособности клапанного устройства, а за счет, например, дефектов на внутренней поверхности обсадной колонны. Повторная операция посадки может быть осуществлена при более высоком давлении, чем в первом случае. Для этого увеличивают поперечное сечение срезного элемента. Клапанное устройство в сборе сбрасывается с поверхности в лифтовую колонну труб с посадкой на кольцевой выступ 4 ствола 5 пакера с повторением процесса, описанного ранее. The need to repeat the process of packing the packer occurs for reasons not depending on the design and operability of the valve device, but due to, for example, defects on the inner surface of the casing. Repeated landing operation can be carried out at a higher pressure than in the first case. To do this, increase the cross section of the shear element. The valve assembly assembly is discharged from the surface into the tubing string with a fit on the annular protrusion 4 of the packer barrel 5 with the repetition of the process described previously.

Количество срезных элементов доведено до одного, что позволяет исключить негативные факторы изготовления и установки, характерные при применении нескольких срезных элементов. К тому же, разрушение срезного элемента в предлагаемом устройстве происходит путем приложения на него растягивающих усиливающих усилий вдоль волокон, что позволяет уменьшить вероятность ошибки при его подборе. The number of shear elements brought to one, which eliminates the negative factors of manufacture and installation, characteristic of the use of several shear elements. In addition, the destruction of the shear element in the proposed device occurs by the application of tensile reinforcing forces along the fibers, which reduces the likelihood of errors in its selection.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет изобретательский уровень и ряд технических (конструктивных и технологических) преимуществ перед прототипом. Thus, the proposed device has an inventive step and a number of technical (structural and technological) advantages over the prototype.

Claims

1. Valve device for landing the packer, comprising a housing made under the barrel of the packer, a seating element, a sleeve located in the axial channel of the housing, a fixing element connected to it and forming a chamber with the housing, and sealing elements, characterized in that the landing element is made in in the form of an annular protrusion, and the device is additionally equipped with a support element located in the lower part of the housing and having a calibration channel, a hollow plunger with a shear element in the axial channel rigidly connected to the support element Ohm and placed under it, a collet retainer interacting with the annular protrusion and the sleeve having a transverse baffle with a throttling channel, the diameter of which is less than the diameter of the calibration channel, while the supporting element forms an internal cavity with a transverse baffle in the body, and an annular chamber with a hollow plunger hydraulically connected to the internal cavity through the calibration channel and to the cavity of the packer barrel through the throttling channel.

2. The device according to claim 1, characterized in that the shear element is made in the form of a bolt with a calibrated annular groove in the middle part.