RU2105131C1

RU2105131C1 - Hydraulic packer

Info

Publication number: RU2105131C1
Application number: RU95114477A
Authority: RU
Inventors: А.С. Зверев; А.А. Мещеряков; В.Ю. Артамонов; В.В. Крупин
Original assignee: Зверев Александр Сергеевич; Артамонов Вадим Юрьевич
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1998-02-20

Abstract

FIELD: oil and gas production industry. SUBSTANCE: this is intended for isolation of beds in operation of well. Hydraulic packer has hollow barrel with two valve seats. Mounted on barrel are slip sockets and cone of anchoring unit. Body of hermetic sealing device is rigidly connected with cone of anchoring unit. Packer is also provided with hydraulic actuator and unpacking hydraulic unit. Packer components are mechanically interconnected so that free travel is provided between hydraulic actuator and unpacking hydraulic unit. This free travel is needed for movement of slip sockets and sealing members of hermetic sealing device. There is packer design in which connection of working chamber of hydraulic actuator with annular space is effected above and below hermetic sealing device depending on pressure in under-packer zone. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам разобщения пластов для эксплуатации буровой скважины. The invention relates to the field of oil and gas industry, and in particular to devices for separating layers for the operation of a borehole.

Известен пакер, содержащий полый ствол, установленные на стволе уплотнительный элемент и якорное устройство с плашками, заключенными между верхними и нижними конусами, узел гидропривода, включающий соединенный с верхним конусом цилиндр с размещенным внутри его кольцевым поршнем с штоком и замковый механизм, содержащий размещенное между цилиндром и штоком кольцевого поршня разрезанное пружинное замковое кольцо с наружными и внутренними упорными ребрами, входящими в зацепление с соответствующими резьбами на цилиндре и штоке кольцевого поршня (см. авт.св. N 1364694, E 21 В 33/12, опубл.07.01.88). Known packer containing a hollow barrel, a sealing element mounted on the barrel and an anchor device with dies enclosed between the upper and lower cones, a hydraulic actuator assembly including a cylinder connected to the upper cone with an annular piston with a rod placed inside it and a locking mechanism containing located between the cylinder and a piston rod stock, a cut spring lock ring with external and internal thrust ribs engaged with corresponding threads on the cylinder and the annular stem the piston (see. 1,364,694 SU, N, E 21 B 33/12, opubl.07.01.88).

Недостатками вышеупомянутого изобретения являются механическое воздействие многофункционального специнструмента на пакер на большой глубине, снижающее надежность распакеровки из-за возможности ненормированного весового воздействия на его элементы. Замковый узел не обеспечивает сохранение давления пакеровки, особенно при повышении давления жидкости снизу, ввиду наличия между фиксирующими положениями взаимодействующих зубчатых реек не фиксируемого промежутка. The disadvantages of the above invention are the mechanical effects of multifunctional special tools on the packer at great depths, which reduces the reliability of unpacking due to the possibility of irregular weight effects on its elements. The locking assembly does not ensure the preservation of packer pressure, especially when the pressure of the liquid is raised from below, due to the presence of an unstable gap between the locking positions of the interacting gear racks.

Наиболее близким по технической сущности является гидравлический пакер, включающий полый ствол с двумя седлами, на котором сверху вниз смонтированы якорное устройство, состоящее из шлипсов и конуса, герметизирующее устройство, состоящее из корпуса, уплотнительных элементов и антиэкструзионного приспособления, гидропривод, сообщенный с пространством внутри ствола и снабженный фиксирующим относительно ствола узлом в виде взаимодействующих зубчатых реек, распакеровывающий механизм, образованный стволом и концентрично размещенной относительно него ступенчатой втулкой с образованием с большей ступенью двух камер, сообщенных каналами с пространством внутри ствола (см. авт.св. N 304345, E 21 В 33/12, 25.05.71). The closest in technical essence is a hydraulic packer, including a hollow barrel with two saddles, on which an anchor device consisting of slips and a cone is mounted from top to bottom, a sealing device consisting of a body, sealing elements and an anti-extrusion device, a hydraulic actuator in communication with the space inside the barrel and equipped with a fixing unit relative to the barrel in the form of interacting gear racks, an unpacking mechanism formed by the barrel and concentrically placed rel relative to it, by a stepped sleeve with the formation of two chambers with a greater degree, connected by channels with the space inside the trunk (see ed. St. N 304345, E 21 B 33/12, 05.25.71).

Недостатки. В момент механического страгивания пакера при его подъеме уплотнение и шлипсы находятся в рабочем контакте (незафиксированном) с обсадной трубой. В скважинных условиях это увеличивает сложность распакеровки и может привести к аварийной ситуации. Для подъема пакера требуется дополнительная спуско-подъемная операция по извлечению клапанной пробки. Disadvantages. When the packer is mechanically strained during lifting, the seal and slips are in working contact (unfixed) with the casing. In downhole conditions, this increases the complexity of unpacking and can lead to an emergency. To raise the packer requires additional tripping to remove the valve plug.

При разработке технического решения ставилась задача уменьшения трудоемкости скважинных работ с применением пакера за счет быстроты и надежности пакеровки, а также легкости приведения пакера в исходное положение. When developing a technical solution, the task was to reduce the complexity of downhole operations using a packer due to the speed and reliability of packing, as well as the ease of bringing the packer to its original position.

Поставленная задача достигается гидравлическим пакером, включающим полый ствол с двумя клапанными седлами, на котором сверху вниз смонтированы якорное устройство, состоящее из шлипсов и конусов, герметизирующее устройство, состоящее из корпуса, уплотнительных элементов и антиэкструзионного приспособления, гидропривод, сообщенный с пространством внутри ствола и снабженный фиксирующим относительно ствола узлом в виде взаимодействующих зубчатых реек, распакеровывающий механизм, образованный стволом и концентрично расположенной относительно него ступенчатой втулкой с образованием с большей ступенью двух камер, сообщенных каналами с пространством внутри ствола, в котором, согласно изобретению, корпус якорного устройства выполнен на корпусе герметизирующего устройства, зазор между корпусом и стволом уплотнен, а корпус со стороны гидропривода снабжен буртиком, цилиндр гидропривода снабжен тягой, которая охватывает корпус герметизирующего устройства за уплотнительными элементами перед буртиком, а с другой стороны продолжение цилиндр гидропривода за его рабочую камеру охватывает меньшую ступень ступенчатой втулки распакеровывающего механизма с возможностью совместного движения после вступления в контакт с ней, который возникает при перемещении ступенчатой втулки на расстояние не меньшее суммарного хода уплотнительных элементов и шлипсов на пакеровку, при этом зубчатая рейка, фиксируемая относительно ствола, установлена с возможностью совместного движения с ступенчатой втулкой распакеровывающего механизма, гидропривод сообщен через дроссель и канал с верхней камерой распакеровывающего механизма, при этом нижняя камера последнего сообщена с пространством внутри ствола выше верхнего седла. The task is achieved by a hydraulic packer, including a hollow barrel with two valve seats, on which an anchor device consisting of slips and cones, a sealing device consisting of a housing, sealing elements and an anti-extrusion device are mounted from top to bottom, a hydraulic actuator in communication with the space inside the barrel and equipped fixing unit relative to the barrel in the form of interacting gear racks, unpacking mechanism formed by the barrel and concentrically located relative to relative to it, a stepped sleeve with the formation of two chambers with a greater degree, connected by channels with the space inside the barrel, in which, according to the invention, the housing of the anchor device is made on the housing of the sealing device, the gap between the housing and the barrel is sealed, and the housing on the hydraulic drive side is provided with a shoulder, cylinder the hydraulic actuator is equipped with a rod that covers the housing of the sealing device behind the sealing elements in front of the shoulder, and on the other hand, the continuation of the hydraulic cylinder for its working space The step encompasses a smaller step of the step sleeve of the unpacking mechanism with the possibility of joint movement after coming into contact with it, which occurs when the step sleeve is moved at a distance not less than the total stroke of the sealing elements and slips to be packaged, while the gear rack fixed relative to the barrel is installed with the possibility joint movement with the stepped sleeve of the unpacking mechanism, the hydraulic actuator is communicated through the throttle and channel with the upper chamber of the unpacking mechanism nism, the lower chamber communicates with the latter a space inside the barrel above the upper seat.

Кроме вышеизложенного зубчатые рейки расположены под продолжением цилиндра гидропривода за его рабочую камеру, при этом нижняя рейка заключена между стенкой рабочей камеры гидропривода и кольцевой пружиной, которой снабжен ствол под меньшей ступенью ступенчатой втулки, причем в последней выполнена ниша со смещением относительно кольцевой пружины, а в зубчатой рейке выполнено углубление и меньшая ступень ступенчатой втулки взаимосвязана по упомянутому углублению с зубчатой рейкой посредством скобы, выполненной с возможностью контакта с продолжением цилиндра гидропривода, при этом ширина углубления обеспечивает возможность перемещения скобы в ней на расстояние, достаточное для совмещения нищи в меньшей ступени ступенчатой втулки с кольцевой пружиной для освобождения нижней зубчатой рейки. In addition to the above, the gear racks are located under the extension of the hydraulic cylinder for its working chamber, while the lower rack is enclosed between the wall of the hydraulic working chamber and the annular spring, which is equipped with a barrel under the lower step of the step sleeve, the latter having a niche with an offset relative to the annular spring, and in a gear rack is made a recess and a smaller step of the stepped sleeve is interconnected along the said recess with a gear rack by means of a bracket made with the possibility of contact that with the continuation of the hydraulic cylinder, while the width of the recess provides the ability to move the bracket in it to a distance sufficient to combine the poverty in the lower step of the step sleeve with an annular spring to release the lower gear rack.

Кроме того, антиэкструзионное приспособление включает объединенные с одной стороны радиально упругие Г-образные лепестки, смонтированные на упругом основании, упор, ограничивающий перемещение лепестков относительно основания, клиновидное в поперечном сечении кольцо, выполненное с возможностью взаимодействия с упругими лепестками, при этом цели между лепестками перекрыты пластинками, прикрепленными одной стороной к торцевой поверхности лепестков. In addition, the anti-extrusion device includes radially elastic L-shaped petals combined on one side mounted on an elastic base, an emphasis restricting the movement of the petals relative to the base, a wedge-shaped cross-sectional ring configured to interact with the elastic petals, while the targets between the petals are closed plates attached on one side to the end surface of the petals.

А также на стволе за рабочими камерами распакеровывающего механизма выполнен ряд продольных канавок, затем установлено ступенчатое ограждение, пространство между ограждением и ступенчатой втулкой перекрыто перфорированной гильзой, канавки закрыты ступенчатым кольцом, которое зафиксировано относительно канавок разрезанным пружинистым кольцом, нагружающим одновременно ступенчатое кольцо и ступенчатое ограждение, при этом перфорированная гильза прикреплена к ограждению срезным штифтом, а верхняя камера распакеровывающего механизма сообщена с пространством внутри ствола ниже верхнего клапанного седла. A number of longitudinal grooves are also made on the trunk behind the working chambers of the unpacking mechanism, then a stepped fence is installed, the space between the guard and the stepped sleeve is covered by a perforated sleeve, the grooves are closed by a stepped ring, which is fixed relative to the grooves by a cut spring ring that simultaneously loads the stepped ring and the stepped guard while the perforated sleeve is attached to the fence with a shear pin, and the upper chamber of the unpacking mechanism and communicates with the space inside the barrel below the upper valve seat.

Целесообразно в некоторых случаях полость ствола уширить проточкой и в ней установить ступенчатую заслонку, от зазора под корпусом герметизирующего устройства выполнить отверстие под заслонку, канал, сообщающий верхнюю камеру распакеровывающего механизма с пространством внутри ствола, вывести в проточку, а параметры проточки и заслонки принять такими, которые обеспечили бы возможность сообщения отверстия от зазора под корпусом герметизирующего устройства с каналом от распакеровывающего механизма при ее смещении, при этом уплотнение между стволом и корпусом должно быть выполнено со стороны гидропривода. It is advisable in some cases to widen the barrel cavity with a groove and install a step flap in it, from the gap under the housing of the sealing device, make a hole for the shutter, bring the channel that communicates the upper chamber of the unpacking mechanism with the space inside the barrel into the groove, and accept the parameters of the groove and shutter as which would provide the possibility of communication of the hole from the gap under the housing of the sealing device with a channel from the unpacking mechanism when it is shifted, while the seal between the barrel and the housing must be done by the hydraulic drive.

Достижение поставленной цели обусловлено тем, что заявленная механическая взаимосвязь элементов пакера обусловливает легкость приведения пакера в исходное состояние простым перемещением элементов без разборки заявленного устройства. При этом фиксирующая в исходном положении элементы кольцевая пружина является элементом многократного использования и легко устанавливаема в необходимом для фиксации положении, Эта же механическая взаимосвязь обусловливает принудительное возвращение, а значит, и надежность элементов в исходное положение при распакеровывании, сопровождаемое снятием нагрузки с шлипсов и уплотнения, а также освобождением объемов для их возвращения в исходное положение как за счет сил упругости самих элементов, так и за счет упругости лепестков антиэкструзионного приспособления. Также легко приводится в исходное положение разрезанное пружинистое кольцо устройства, обеспечивающего при подъеме пакера сообщение между трубным (НКТ) и затрубным пространствами (исключается сифон при подъеме НКТ). Achieving this goal is due to the fact that the claimed mechanical relationship of the elements of the packer makes it easy to bring the packer to its original state by simply moving the elements without disassembling the claimed device. At the same time, the annular spring that fixes the elements in the initial position is a reusable element and is easily installed in the position necessary for fixing. The same mechanical relationship determines the forced return, and, therefore, the reliability of the elements to their original position when unpacking, accompanied by the removal of the load from the slips and seals, as well as the release of volumes for their return to their original position both due to the elastic forces of the elements themselves, and due to the elasticity of the antiex petals traction device. The cut springy ring of the device, which provides a message between the pipe (tubing) and annular spaces when the packer is lifted, is also easily brought to its initial position (a siphon is excluded when lifting the tubing).

На фиг. 1 показан предлагаемый пакер в общем виде; на фиг. 2 - фрагмент пакера, иллюстрирующий сообщение гидропривода с надпакерным пространством; на фиг. 3 - клапанная пробка для верхнего узла. In FIG. 1 shows the proposed packer in General; in FIG. 2 is a fragment of a packer illustrating the communication of a hydraulic actuator with an overpacker space; in FIG. 3 - valve plug for the upper assembly.

Пакер состоит из полого цилиндрического ствола 1, клапанных седел 2 и 3, выполненных в полости ствола, якорного устройства, герметизирующего устройства, гидропривода, узла фиксации гидропривода в рабочем положении элементов пакера и распакеровывающего механизма. The packer consists of a hollow cylindrical barrel 1, valve seats 2 and 3, made in the cavity of the barrel, anchor device, sealing device, hydraulic actuator, hydraulic actuator fixation unit in the working position of the packer elements and the unpacking mechanism.

Якорное устройство состоит из шлипсов 4, подпружиненных относительно ствола 1, и конуса 5. Герметизирующее устройство состоит из корпуса 6, установленного с зазором 7 относительно ствола, уплотнительных элементов 8, тарельчатых шайб 9, установленных между уплотнительными элементами и ориентированных навстречу друг другу попарно, т.е. в противоположные стороны друг относительно друга, и антиэкструзионного приспособления. Антиэкструзионное приспособление включает объединенные между собой с одной стороны Г-образные лепестки 10, клиновидное в поперечном сечении кольцо 11, взаимодействующее с лепестками 10 по наклонной поверхности. Объединенные лепестки 10 установлены на упругом основании 12 (например резина), при этом на корпусе 6 выполнен упор 13, ограничивающий осевое перемещение и, следовательно, нормирующий контактное давление лепестков 10 на обсадную трубу (на фиг. не показана) с ростом нагрузки. The anchor device consists of slots 4, spring-loaded relative to the barrel 1, and the cone 5. The sealing device consists of a housing 6 installed with a gap 7 relative to the barrel, sealing elements 8, disk washers 9 installed between the sealing elements and oriented towards each other in pairs, t .e. in opposite directions relative to each other, and anti-extrusion devices. The anti-extrusion device includes l-shaped petals 10, interconnected on one side, a wedge-shaped cross section 11, interacting with the petals 10 on an inclined surface. The combined petals 10 are mounted on an elastic base 12 (for example, rubber), and a stop 13 is made on the body 6, restricting axial movement and, therefore, normalizing the contact pressure of the petals 10 on the casing (not shown in Fig.) With increasing load.

Перепад давления жидкости на уплотнительных элементах 8 можно использовать для улучшения качества пакеровки, если зазор 7 уплотнить за или перед уплотнительными элементами 8 эластичным кольцом 14. Конус 5 выполнен на корпусе 6, при этом для взаимодействия с гидроприводом корпус снабжен буртиком 15. The differential pressure of the liquid on the sealing elements 8 can be used to improve the quality of packing, if the gap 7 is sealed behind or in front of the sealing elements 8 by an elastic ring 14. The cone 5 is made on the housing 6, while for interaction with the hydraulic actuator, the housing is provided with a shoulder 15.

Гидропривод. Цилиндр 16 гидропривода со стволом 1 образует рабочую камеру 17. Со стороны герметизирующего устройства цилиндр 16 снабжен тягой 13, которая охватывает корпус 6 между тарельчатой шайбой 9 уплотнения и буртиком 15 с возможностью перемещения вдоль корпуса. Рабочая среда в камеру 17 подается через дроссель 20 и канал 21, гидравлически связывающий гидропривод с распакеровывающим механизмом, или же канал 22, выведенный в полость ствола (см. фиг. 2). Hydraulic drive. The cylinder 16 of the hydraulic actuator with the barrel 1 forms a working chamber 17. From the side of the sealing device, the cylinder 16 is equipped with a rod 13, which covers the housing 6 between the disk washer 9 of the seal and the shoulder 15 with the possibility of movement along the housing. The working medium is supplied to the chamber 17 through the throttle 20 and the channel 21, hydraulically connecting the hydraulic actuator with the unpacking mechanism, or the channel 22, which is brought into the barrel cavity (see Fig. 2).

В пространстве между стволом 1 и продолжением цилиндра 16 за стенкой камеры 17 смонтирован узел фиксации гидропривода, а с торца продолжения цилиндра выполнен внутренний буртик 23 для взаимодействия с механизмом распакеровывания. In the space between the barrel 1 and the extension of the cylinder 16, a hydraulic drive fixing unit is mounted behind the wall of the chamber 17, and an inner flange 23 is made from the end of the cylinder extension to interact with the unpacking mechanism.

Фиксирующий узел содержит пару взаимодействующих зубчатых реек 24 и 25. Верхняя зубчатая рейка 25 установлена и подпружинена относительно продолжения цилиндра 16. Нижняя рейка 24, фиксируемая относительно ствола 1, установлена между упорами: стенкой 17 и кольцевой пружиной 26, установленной в приямке стенки ствола 1 и с возможностью взаимодействия с механизмом распакеровывания. The fixing unit contains a pair of interacting gear racks 24 and 25. The upper gear rack 25 is installed and spring-loaded relative to the extension of the cylinder 16. The lower rack 24, which is fixed relative to the barrel 1, is installed between the stops: the wall 17 and the annular spring 26 installed in the pit of the barrel wall 1 and with the possibility of interaction with the mechanism of unpacking.

Механизм распакеровывания содержит концентрично размещенную относительно ствола 1 ступенчатую втулку, меньшая ступень 27 которой расположена внутри продолжения цилиндра 16 за фиксирующим узлом с возможностью взаимодействия с нижней зубчатой рейкой 24 и с буртиков 23 на гидроприводе. Взаимодействие с рейкой 24 обеспечено скобой 28, которая одной стороной закреплена на меньшей ступени 27, а с другой стороной охватывает фиксируемую относительно ствола (нижнюю) зубчатую рейку 24 по углублению 29. В рабочем положении зубчатая рейка 24 зафиксирована относительно ствола, а при распакеровывании смещается. Для этого в меньшей ступени 27 выполнена ниша 30 под пружину 26 со смещением относительно нее, например, на половину ширины пружины 26. Длин а углубления 29 на зубчатой рейке 24 позволяет скобе 28 перемещаться вдоль рейки 24, не вызывая ее движения на расстоянии не менее смещения ниши 30 относительно кольцевой пружины 26. The unpacking mechanism comprises a stepped sleeve concentrically positioned relative to the barrel 1, a smaller step 27 of which is located inside the extension of the cylinder 16 behind the locking unit with the possibility of interaction with the lower gear rack 24 and from the shoulders 23 on the hydraulic drive. The interaction with the rack 24 is provided with a bracket 28, which is fixed on one side at a lower stage 27, and on the other side it covers the gear rack 24 fixed relative to the barrel along the recess 29. In the working position, the gear rack 24 is fixed relative to the barrel, and when unpacking, it is shifted. For this, in a smaller stage 27, a niche 30 is made under the spring 26 with an offset relative to it, for example, by half the width of the spring 26. The length of the recess 29 on the gear rack 24 allows the bracket 28 to move along the rack 24 without causing it to move at a distance of at least offset niches 30 relative to the annular spring 26.

Внешний диаметр меньшей ступени 27 ступенчатой втулки выполнен по буртику 23, т.е. меньше его внутреннего диаметра. Расстояние между буртиком 23 и скобой 28, по крайней мере, равно суммарному ходу уплотнительных элементов 8 и конуса 5 на пакеровку. Большая ступень 31 ступенчатой втулки образует со стволом две рабочие камеры 32 и 33, сообщенные с пространством внутри ствола 1, а диаметр ее соответствует диаметру цилиндра 16. Камера 33 гидравлически сообщена каналом 34 с пространством внутри ствола выше седла 2. А камера 32 сообщена с пространством внутри ствола ниже седла 2 каналом 35 (см. фиг. 1) или выше седла 2 каналом 22 (см. фиг. 2). The outer diameter of the smaller step 27 of the stepped sleeve is made along the shoulder 23, i.e. smaller than its inner diameter. The distance between the shoulder 23 and the bracket 28 is at least equal to the total stroke of the sealing elements 8 and the cone 5 for packing. The large stage 31 of the stepped sleeve forms two working chambers 32 and 33 with the barrel in communication with the space inside the barrel 1, and its diameter corresponds to the diameter of the cylinder 16. The chamber 33 is hydraulically connected by a channel 34 with the space inside the barrel above the seat 2. And the chamber 32 communicates with the space inside the barrel below the saddle 2 channel 35 (see Fig. 1) or above the saddle 2 channel 22 (see Fig. 2).

Для предотвращения сифона при подъеме пакера предусмотрено следующее. На стволе 1 ниже камеры 33 выполнен ряд продольных канавок 36 и затем - ступенчатое ограждение 37. Между ограждением 37 и ступенчатой втулкой установлена перфорированная гильза 38, причем к ограждению она прикреплена срезным штифтом 39. Ряд канавок 36 перекрыт ступенчатым кольцом 40. Кольцо 40 зафиксировано разрезанным пружинистым кольцом 41 путем нагружения одновременно ступенчатого кольца 40 и ступенчатого ограждения 37. To prevent siphon when lifting the packer, the following is provided. On the barrel 1 below the chamber 33, a series of longitudinal grooves 36 are made and then a step guard 37. A perforated sleeve 38 is installed between the guard 37 and the step sleeve, and it is attached to the guard with a shear pin 39. A number of grooves 36 are closed by a step ring 40. The ring 40 is fixed open a spring ring 41 by loading at the same time a stepped ring 40 and a stepped fence 37.

Относительно забоя скважины пакеры устанавливаются на разном расстоянии и от этого зависит возможность сброса жидкости из гидропривода при распакеровывании. Если давление жидкости в подпакерной зоне не позволяет сбрасывать при распакеровывании рабочую среду из гидропривода, то ее надо отводить в скважину выше герметизирующего устройства. Relative to the bottom of the well, packers are installed at different distances and the possibility of fluid discharge from the hydraulic drive during unpacking depends on this. If the fluid pressure in the sub-packer zone does not allow to discharge the hydraulic medium from the hydraulic drive when unpacking, then it must be diverted into the well above the sealing device.

При возможности отвода жидкости из гидропривода в подпакерную зону изготавливают пакер, в котором верхняя камера 32 распакеровывающего механизма сообщается каналом 35 с полостью ствола ниже верхнего седла. If it is possible to drain the fluid from the hydraulic drive to the under-packer zone, a packer is made in which the upper chamber 32 of the unpacking mechanism is in communication with the channel 35 with the barrel cavity below the upper saddle.

При невозможности отнести из гидропривода рабочую среду в подпакерную зону (эти условия создаются, или могут создаться, при установке пакера вблизи забоя скважины) изготавливают пакер, в котором камера 32 распакеровывающего механизма сообщается с полостью ствола выше верхнего седла 2 через каналы 21 и 22 (см. фиг. 2). Для этого полость ствола в районе тяги 18 уширяют ступенчатой проточкой 42 и в ней устанавливают ступенчатую заслонку 43. От зазора 7 под корпусом герметизирующего устройства выполняют отверстие 44 под заслонку 43. Канал 22 выведен в проточку 42 за заслонкой 43. Параметры проточки и заслонки обеспечивают при смещении сообщение под заслонкой между каналом 22 и отверстием 44. Уплотнение 14' корпуса 6 в этом случае устанавливают со стороны гидропривода. If it is not possible to transfer the working medium from the hydraulic drive to a sub-packer zone (these conditions are created, or can be created when the packer is installed near the bottom of the well), a packer is made in which the chamber 32 of the unpacking mechanism communicates with the barrel cavity above the upper seat 2 through channels 21 and 22 (see Fig. 2). For this, the barrel cavity in the area of the thrust 18 is widened with a stepped groove 42 and a stepped shutter 43 is installed in it. From the gap 7, a hole 44 is made under the shutter body 43 for the shutter 43. The channel 22 is brought into the groove 42 behind the shutter 43. The parameters of the groove and shutter provide offset message under the valve between the channel 22 and the hole 44. The seal 14 'of the housing 6 in this case is installed from the hydraulic actuator.

Срезной клапан 45 для седла 3 состоит из ступенчатого корпуса с центральным отверстием, в котором имеется запорный элемент 46 с ограниченным осевым ходом. Корпус клапана выполнен с проточкой, стенка 47 которой рассчитана из условия разрешения при повышении давления до установленного уровня. The shear valve 45 for the seat 3 consists of a stepped housing with a central hole in which there is a locking element 46 with limited axial travel. The valve body is made with a groove, the wall 47 of which is calculated from the conditions of resolution with increasing pressure to a specified level.

Для верхнего седла 2 в пакерах с задвижкой 43 или без нее (фиг. 1) предусмотрены конструкции, отличающиеся только упругими усиками. Для пакера согласно фиг. 1 предусмотрен клапан 48, а для пакера с отводом рабочей жидкости в надпакерное пространство скважины - клапан 48". For the upper saddle 2 in packers with or without gate valve 43 (Fig. 1), structures are provided that differ only in elastic antennae. For the packer of FIG. 1, a valve 48 is provided, and for a packer to divert the working fluid into the above-packer space of the well, a valve 48 ".

Верхний клапан 48" содержит корпус с упругими усиками 49, на которых выполнены захваты 50. Для захватов 50 в теле заслонки 32 выполнен ответный захват в виде ступени 51. Длина захвата имеет длину, превышающую размер стыков между трубами НКТ (насосно-компрессорные трубы). В корпусе клапана выполнено центральное отверстие и в нем расположен запорный элемент 52 с ограниченным осевым ходом. The upper valve 48 "contains a housing with elastic tendrils 49 on which grips 50 are made. For grippers 50, a reciprocal gripper is made in the body of the shutter 32 in the form of a step 51. The gripping length has a length exceeding the size of the joints between the tubing pipes (tubing). A central hole is made in the valve body and a locking element 52 with a limited axial travel is located in it.

Устройство работает следующим образом. В стволе 1 (перед спуском) устанавливают срезной клапан 45 на нижнее седло 3 и спускают пакер на насосно-компрессорных трубах в буровую скважину. Жидкость, нагнетаемая в трубы, под давлением поступает в ствол 1 и через каналы 34, 35 заполняет полости 33, 32. Ввиду равенства поперечных сечений полостей 33, 32 ступенчатая втулка распакеровывающего механизма остается без движения. Надежность этого положения обеспечивается также срезным штифтом 39. Из полости 32 по каналу 21 в дросселирующем режиме (через дроссель 20) жидкость поступает в рабочую камеру 17 гидропривода. Так как отвод жидкости из полости 32 в дросселирующем режиме значительно меньше того притока, который может обеспечить канал 35 под давлением нагнетания жидкости, то давление в обоих полостях 32 и 33 одинаково и ступенчатая втулка не перемещается. Цилиндр 16 гидропривода движется вверх, перемещая корпус с конусом 5 до контакта шлипсов 4 с обсадной трубой (на фиг. не показан) скважины, а затем сжимая уплотнительные элементы 8, при этом оказывая силовое воздействие на антиэкструзионное приспособление и шлипсы 4. Под силовым воздействием клиновидное кольцо 11 перемещается, раздвигая лепестки 10 до контакта с обсадной трубой (не показана), при этом лепестки 10 перемещаются, сжимая упругое основание 12 на величину зазора "а" между упором 13 и выступом лепестков 10. Дальнейшее увеличение нагрузки не вызывает роста контактного давления лепестков 10 на обсадную трубу, т. к. нагрузка передается на корпус 6 и, следовательно, на конус 5. Конус, а следовательно, и конус 5, сдвигаясь в осевом направлении, обеспечивает радиальную нагрузку на шлипсы 4. The device operates as follows. In the barrel 1 (before launching) install a shear valve 45 on the lower seat 3 and lower the packer on the tubing into the borehole. The fluid injected into the pipes, under pressure, enters the barrel 1 and fills the cavities 33, 32 through the channels 34, 35. Due to the equality of the cross sections of the cavities 33, 32, the stepped sleeve of the unpacking mechanism remains motionless. The reliability of this position is also provided by a shear pin 39. From the cavity 32 through the channel 21 in the throttling mode (through the throttle 20), the fluid enters the working chamber 17 of the hydraulic actuator. Since the discharge of fluid from the cavity 32 in the throttling mode is much less than the inflow that the channel 35 can provide under the pressure of the fluid injection, the pressure in both cavities 32 and 33 is the same and the step sleeve does not move. The hydraulic actuator cylinder 16 moves upward, moving the housing with the cone 5 until the slips 4 come into contact with the casing (not shown in FIG.) Of the well, and then compressing the sealing elements 8, while exerting a force on the anti-extrusion device and slips 4. Under the action of the wedge-shaped the ring 11 moves, pushing the petals 10 apart until it contacts the casing (not shown), while the petals 10 move by compressing the elastic base 12 by the clearance “a” between the stop 13 and the protrusion of the petals 10. No further increase in load causes an increase in the contact pressure of the lobes 10 on the casing, since the load is transferred to the housing 6 and, therefore, to the cone 5. The cone, and therefore the cone 5, moving axially, provides a radial load on the slips 4.

Движение цилиндра 16 гидропривода сопровождается перемещением верхней 25 зубчатой рейки относительно нижней 24 рейки. Вследствие чего цилиндр гидропривода фиксируется относительно ствола в том положении, которое вызвано максимальным давлением нагнетания жидкости. В процессе эксплуатации скважины усилие взаимодействия шлипсов 4 с обсадной трубой корригируется на возникшей после пакеровки перепад давления на герметизирующем устройстве. Под действием перепада давления усилие взаимодействия уплотнительных элементов 8 с обсадной трубой может увеличиваться. При этом осевое усилие на уплотнение в сторону низкого давления передается через антиэкструзионное приспособление 10 на корпус 6 и, следовательно, через конус 5 на шлипсы 4. Вследствие чего рост перепада давления сопровождается увеличением качества пакеровки. The movement of the cylinder 16 of the hydraulic actuator is accompanied by the movement of the upper 25 gear rack relative to the lower 24 rack. As a result, the hydraulic cylinder is fixed relative to the barrel in the position that is caused by the maximum fluid injection pressure. During the operation of the well, the force of interaction of the slips 4 with the casing is corrected on the pressure drop arising after packing, on the sealing device. Under the action of a differential pressure, the interaction force of the sealing elements 8 with the casing may increase. In this case, the axial force on the seal towards the low pressure is transmitted through the anti-extrusion device 10 to the housing 6 and, therefore, through the cone 5 to the slips 4. As a result, the increase in pressure drop is accompanied by an increase in the quality of packing.

Для приведения пакера в рабочее состояние кратковременным повышением давления срезают клапан 45. To bring the packer into working condition by a short-term increase in pressure, the valve 45 is cut off.

Для съема и извлечения пакера необходимо сбросить второй клапан 48 (48), который садится в верхнее седло 2. To remove and remove the packer, it is necessary to reset the second valve 48 (48), which sits in the upper seat 2.

Пакер с отводом жидкости в подпакерное пространство (см. фиг. 1). A packer with drainage of fluid into the under-packer space (see Fig. 1).

Через насосно-компрессорные трубы сброшенный клапан 48 попадает в ствол 1 и садится в седло 2. Вследствие этого подпакерное пространство (ниже седла 2) через канал 35, камеру 32 и канал 21 сообщается с рабочей камерой 17 гидроцилиндра, а насосно-компрессорные трубы через часть ствола 1 выше седла 1 и канал 34 сообщаются с полостью 33. Поэтому при нагнетании жидкости в насосно-компрессорные трубы увеличивается давление в полости 33. Так как давление в камере 17 гидроцилиндра и камере 32 равно подпакерному, то ступенчатая втулка распакеровывающего устройства сдвигается вниз, увлекая за собой цилиндр 16 гидропривода. Объем рабочей камеры 17 уменьшается, вытесняя рабочую среду в подпакерное пространство по каналу 21, камеру 32 и канал 35. Перемещению цилиндра 16 гидропривода зубчатая рейка 24 не препятствует, т.к. она сдвигается в первую очередь распакеровывающим устройством. Меньшая ступень 27 в начале движения ступенчатой втулки перемещает скобу 28 вдоль углубления 29, не увлекая за собой зубчатую рейку 24. В конце движения скобы вдоль углубления 29 ниша 30 в меньшей ступени 27 совмещается с пружиной 26. Пружина 26 разжимается и перемещается в нишу в нишу 30, освобождая путь зубчатой рейке 24. При дальнейшем движении ступенчатой втулки зубчатая рейка, увлекаемая скобой 28, перемещается с цилиндром 16. т.к. он садится буртиком 23 на скобу 28. Through the tubing, the vent valve 48 enters the barrel 1 and sits in the seat 2. As a result, the under-packer space (below the seat 2) through channel 35, chamber 32 and channel 21 communicates with the working chamber 17 of the hydraulic cylinder, and the tubing through part the barrel 1 above the seat 1 and the channel 34 are in communication with the cavity 33. Therefore, when the fluid is pumped into the tubing, the pressure in the cavity 33 increases. Since the pressure in the chamber 17 of the hydraulic cylinder and the chamber 32 is equal to the subpacker, then the stepped sleeve of the unpacking device Twa shifted downwards, dragging the hydraulic drive cylinder 16. The volume of the working chamber 17 decreases, displacing the working medium into the under-packer space along the channel 21, the chamber 32 and the channel 35. The gear rack 24 does not interfere with the movement of the hydraulic cylinder 16, because it is shifted primarily by the unpacking device. The smaller stage 27 at the beginning of the movement of the stepped sleeve moves the bracket 28 along the recess 29, without dragging along the toothed rack 24. At the end of the movement of the bracket along the recess 29, the niche 30 in the smaller stage 27 is aligned with the spring 26. The spring 26 is unclenched and moved into a niche into a niche 30, freeing the path of the gear rack 24. With the further movement of the stepped sleeve, the gear rack, carried away by the bracket 28, moves with the cylinder 16. since he sits shoulder 23 on bracket 28.

Ступенчатая втулка, двигаясь вниз вместе с гильзой 38, срезает штифт 39 и при дальнейшем движении наезжает стенкой камеры 33 на ступенчатое кольцо 40 и перемещает его к ограждению 37. При этом разрезанное пружинистое кольцо 41 раздвигается, пропуская под себя ступени кольца 41 и ограждения 37. В этом положении открываются канавки 36, сообщая полость ствола 1 выше седла 2 через канал 34, окна в разрезанном кольце 41 и перфорации в гильзе 38 с подпакерным пространством. Теперь при подъеме пакера жидкость из насосно-компрессорных труб через ствол перетекает в подпакерное пространство. The stepped sleeve, moving down along with the sleeve 38, cuts the pin 39 and, with further movement, bumps into the stepped ring 40 with the wall of the chamber 33 and moves it to the guard 37. In this case, the cut spring ring 41 extends, skipping the steps of the ring 41 and the guard 37. In this position, the grooves 36 open, communicating the cavity of the barrel 1 above the seat 2 through the channel 34, the windows in the cut ring 41 and the perforations in the sleeve 38 with the under-packer space. Now, when the packer is lifted, fluid from the tubing flows through the barrel into the under-packer space.

Пакер с отводом жидкости из гидроцилиндра в надпакерное пространство (см. фиг. 2). The packer with the drainage of fluid from the hydraulic cylinder into the above-packer space (see Fig. 2).

Через насосно-компрессорные трубы сброшенный клапан 48' попадает в ствол 1 и садится в седло 2, при этом упругие усики 49 клапана захватом 50 сдвигают заслонку 43 в крайнее нижнее положение в проточке 42. В этом положении заслонки 43 надпакерное пространство сообщается через зазор 7 под корпусом 6, отверстие 44 и канал 22 с камерой 17 гидропривода. При повышении давления в насосно-компрессорных трубах жидкость через ствол и канал 34 вызывает рост давления в камере 33. Ступенчатая втулка распакеровывающего механизма сдвигаются вниз, увлекая за собой зубчатую рейку 24 и затем цилиндр 16, давление в рабочей камере 17 которого меньше насосного, т. к. равно затрубному (сообщается через канал 22, отверстие 44 и зазор 7 с надпаркерным пространством). При этом движении ступенчатая втулка гильзой 38 срезает штифт 39, наезжает на ступенчатое кольцо 40 и перемещает его к ограждению 37. Открываются канавки 36 и сообщают полость ствола (а следовательно, насосно-компрессорные трубы) с подпаркерным пространством. Теперь при подъеме пакера жидкость из насосно-компрессорных труб имеет возможность перетекать в подпакерное пространство. Through the tubing, the discharged valve 48 'enters the barrel 1 and sits in the seat 2, while the elastic tendrils 49 of the valve by the gripper 50 move the damper 43 to the lowest position in the bore 42. In this position of the damper 43, the over-packer space is communicated through the gap 7 under the housing 6, the hole 44 and the channel 22 with the chamber 17 of the hydraulic actuator. With increasing pressure in the tubing, the fluid through the barrel and channel 34 causes an increase in pressure in the chamber 33. The stepped sleeve of the unpacking mechanism is shifted down, dragging along the gear rack 24 and then the cylinder 16, the pressure in the working chamber 17 of which is less than the pump one, t. to. is equal to annular (it is communicated through the channel 22, aperture 44 and a gap 7 with nadparkarnoy space). With this movement, the stepped sleeve with the sleeve 38 cuts off the pin 39, bumps into the stepped ring 40 and moves it to the guard 37. The grooves 36 open and the barrel cavity (and therefore the tubing) communicates with a subpark space. Now, when lifting the packer, the liquid from the tubing has the ability to flow into the sub-packer space.

Ступенчатая втулка за буртик 23 при распакеровывании вытягивает гидроцилиндр 16 и связанный с ним корпус 6 с конусом 5 вниз, обеспечивая тем самым возврат элементов пакера в исходное положение. The stepped sleeve over the shoulder 23 when unpacking pulls the hydraulic cylinder 16 and the associated housing 6 with the cone 5 down, thereby ensuring the return of the packer elements to their original position.

Для приведения пакера к спуску надо механически вывести подпружиненную рейку 25 из контакта с рейкой 24, ступенчатую втулку и цилиндр 16 механически переместить вверх, отпустить рейку 25 и зафиксировать ступенчатую втулку постановкой срезного штифта 39. To bring the packer to the descent, it is necessary to mechanically bring the spring-loaded rail 25 out of contact with the rail 24, move the step sleeve and cylinder 16 mechanically up, release the rail 25 and fix the step sleeve by setting the shear pin 39.

Claims

1. A hydraulic packer, comprising a hollow barrel with two valve seats, on which an anchor device consisting of slips and cones is mounted from top to bottom, a sealing device consisting of a housing, sealing elements and an anti-extrusion device, a hydraulic actuator equipped with an assembly fixing relative to the barrel in the form of interacting gear racks, an unpacking mechanism formed by the barrel and a stepped sleeve concentrically positioned relative to it with the formation of a greater degree of two chambers er, communicated by channels with the space inside the barrel, characterized in that the cone of the anchor device is made on the body of the sealing device, the gap between the barrel and the body is sealed, and the body on the side of the hydraulic drive is provided with a shoulder, the hydraulic drive cylinder is equipped with a rod that covers the body of the sealing device behind the sealing elements in front of the shoulder, and on the other hand, the extension of the hydraulic cylinder beyond its working chamber covers a smaller step of the stepped sleeve of the unpacking mechanism with the joint movement after coming into contact with it, which occurs when the step sleeve is moved to a distance not less than the total stroke of the sealing elements and slips to pack, while the gear rack fixed relative to the barrel is installed with the possibility of joint movement with the step sleeve of the unpacking mechanism, hydraulic drive communicated through the throttle and channel with the upper chamber of the unpacking mechanism, while the lower chamber of the latter communicates with the space inside the barrel above the top henna saddle.

2. The packer according to claim 1, characterized in that the gear racks are located under the extension of the cylinder of the hydraulic actuator behind its working chamber, while the lower rack is enclosed between the wall of the working chamber of the hydraulic actuator and the annular spring, which is equipped with a barrel under the lower stage of the step sleeve, and in it a niche is made with an offset relative to the annular spring, and a recess is made in the gear rack and a smaller step of the stepped sleeve is interconnected along said recess with the gear rack by means of a bracket made with the possibility of ontact with the continuation of the hydraulic drive cylinder, the width of the recess allows movement of the bracket therein a distance sufficient to align the recess in the lower stage of the stepped bushing with an annular spring for the release of the lower rack.

3. The packer according to claim 1, characterized in that the anti-extrusion device includes a radially elastic L-shaped scaffolds mounted on the housing mounted on an elastic base, and an emphasis restricting the movement of the scaffolds relative to the base, a wedge-shaped cross-sectional ring configured to interact with elastic scaffolds, while the gaps between the scaffolds are covered by plates attached on one side to the end surface of the scaffolds.

4. The packer according to claim 1, characterized in that a series of longitudinal grooves are made on the trunk behind the cameras of the unpacking mechanism, then a step guard is installed, the space between the guard and the step sleeve is covered by a perforated sleeve, the grooves are closed by a step ring, which is fixed relative to the grooves by a cut spring ring loading both a stepped ring and a stepped guard, while the perforated sleeve is attached to the guard with a shear pin, and the upper chamber is unpacked yvayuschego mechanism communicated with a space inside the barrel below the upper valve seat.

5. The packer according to claim 1, characterized in that the barrel cavity is widened by a stepped groove and a stepped shutter is installed in it, a hole for the shutter is made from the gap under the housing of the sealing device, the channel communicating the upper chamber of the unpacking mechanism with the space inside the barrel is brought into the groove and the parameters of the groove and the shutter provide the possibility of communication from the gap under the body with the channel from the unpacking mechanism when it is shifted, while the seal between the barrel and the body is made from the side of the roprivoda.