RU2134770C1

RU2134770C1 - Packer for double-stage cementation of casing string

Info

Publication number: RU2134770C1
Application number: RU97115317A
Authority: RU
Inventors: И.А. Дмитриев; В.Г. Гераськин; В.М. Сугак; П.П. Макаренко; В.Ф. Будников; Ю.М. Басарыгин; В.М. Стрельцов
Original assignee: Предприятие "Кубаньгазпром"
Priority date: 1997-09-15
Filing date: 1997-09-15
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: oil and gas production industry. SUBSTANCE: device has body with row of radial holes, cementation openings, overflow valves. End of lower bush is made with protrusion and slot. Interacting with protrusion is middle movable bush. Upper differential bush is located in head. Plugs close through-passage in packer. Corresponding holes through slots in bush are aligned. Working fluid is injected under flexible collar. No packing of well is performed. Cementation is carried out through openings which are open. Closing of openings is realized by means of upper differential bush. Application of aforesaid embodiment of packer excludes failure of seals. Flow area of packer is increased, reliability of packing is improved. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, именно к устройствам для цементирования обсадных колонн. The invention relates to the oil and gas industry, in particular to devices for cementing casing strings.

Известен уплотнительный элемент гидравлического пакера [1], включающий закрепленную в кольцевой арматуре эластичную манжету и металлический предохранительный элемент от затекания в кольцевой зазор между стенкой скважины и корпусом пакера, выполненный в виде сетчатой оплетки, закрепленный к концевой арматуре с помощью разрывного бандажа. A known sealing element of a hydraulic packer [1], comprising an elastic sleeve fixed in annular reinforcement and a metal safety element against leakage into the annular gap between the borehole wall and the packer body, made in the form of a mesh braid, fixed to the end reinforcement using a tensile brace.

Недостатком его является низкая надежность защиты от затекания в зазор и прижатия уплотнительного элемента к стенке скважины из-за возможности порыва бандажа при спуске пакера, неравномерности распределения оплетки по кольцу зазора и наличия воздуха в подпакерном пространстве, что снижает надежность пакерования из-за сжимаемости воздуха. Its disadvantage is the low reliability of protection against leakage into the gap and pressing of the sealing element to the well wall due to the possibility of tearing the bandage during the descent of the packer, uneven distribution of the braid along the ring of the gap and the presence of air in the under-packer space, which reduces the reliability of packing due to air compressibility.

Известен пакер для двухступенчатого цементирования обсадных колонн, клапанное устройство которого состоит из корпуса с радиальными отверстиями, манжеты, верхней и нижней срезной втулок и дополнительной втулки, установленной концентрично в нижней втулке, имеющие каналы гидравлической связи [2] . Known packer for two-stage cementing of casing strings, the valve device of which consists of a housing with radial holes, cuffs, upper and lower shear sleeves and an additional sleeve installed concentrically in the lower sleeve having hydraulic communication channels [2].

Однако из-за расположения срезных элементов на уплотнительной поверхности втулок возможно нарушение посадочных поверхностей и уплотнительных колец при срезании элементов. Кроме того, уменьшается проходное сечение пакера из-за концентричного расположения втулок. Все это приводит к снижению надежности пакерования. However, due to the location of the shear elements on the sealing surface of the bushings, a violation of the seating surfaces and sealing rings when cutting the elements is possible. In addition, the flow area of the packer is reduced due to the concentric arrangement of the bushings. All this leads to a decrease in the reliability of packing.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пакер для двухступенчатого цементирования обсадных колонн [3]. Пакер включает корпус с цементировочными окнами и перепускными каналами, верхнюю и нижнюю срезные втулки с посадочными седлами, взаимодействующие между собой, и цементировочные пробки. Кроме того, внутренняя поверхность корпуса выше цементировочных отверстий выполнена ступенчатой, а верхняя втулка выполнена дифференциальной, взаимодействующей с уступами корпуса, и имеет кольцевую проточку в нижней части по наружной поверхности, причем полость под цементировочной пробкой гидравлически связана с полостью над дифференциальной втулкой. The closest in technical essence and the achieved result is a packer for two-stage cementing of casing strings [3]. The packer includes a housing with cementing windows and bypass channels, upper and lower shear bushings with landing seats, interacting with each other, and cementing plugs. In addition, the inner surface of the housing above the cementing holes is made stepwise, and the upper sleeve is made differential, interacting with the ledges of the housing, and has an annular groove in the lower part along the outer surface, and the cavity under the cementing plug is hydraulically connected to the cavity above the differential sleeve.

Недостатками известного пакера является возможность его разгерметизации, так как при повышении давления в заколонном пространстве на дифференциальную втулку действует сила, открывающая цементировочные окна, все это снижает надежность работы. The disadvantages of the known packer is the possibility of its depressurization, since when the pressure in the annular space increases, the force that opens the cementing windows acts on the differential sleeve, all this reduces the reliability of the work.

Целью настоящего изобретения является исключение возможности разгерметизации уплотнений и увеличение проходного сечения пакера, а также повышение надежности пакерования за счет исключения возможности затекания манжеты в кольцевой зазор и исключения воздуха из-под пакерного пространства. The aim of the present invention is to eliminate the possibility of depressurization of the seals and increase the bore of the packer, as well as to increase the reliability of the packer by eliminating the possibility of the cuff flowing into the annular gap and excluding air from under the packer space.

Поставленная цель достигается тем, что известный пакер для двухступенчатого цементирования обсадных колонн, включающий корпус с цементировочными окнами и перепускными каналами, верхнюю дифференциальную и нижнюю со срезными элементами втулки, эластичную манжету, согласно изобретению снабжен установленной на корпусе головкой, размещенной в ней средней подвижной втулкой, корпус выполнен с рядом радиальных отверстий, конец расположенной в корпусе нижней втулки выполнен с выступом и пазом, в котором расположен один из срезных элементов, при этом с выступом взаимодействует средняя подвижная втулка, верхняя дифференциальная втулка размещена в головке, а ее поверхность большего диаметра снабжена дополнительно кольцевым уплотнением с возможностью перекрытия цементировочных окон. Кроме того, он снабжен дополнительно двумя находящимися в противоположных концах корпуса втулками, выполненными с пазами и жестко соединенными с корпусом, в последнем выполнен дополнительный ряд радиальных отверстий и два заглушенных отверстия, сообщающихся между собой через пазы втулок. Концы эластичной манжеты по наружной стороне выполнены коническими. This goal is achieved by the fact that the well-known packer for two-stage cementing of casing strings, including a housing with cementing windows and bypass channels, an upper differential and lower with shear elements of the sleeve, an elastic sleeve, according to the invention is equipped with a head mounted on the body, the middle movable sleeve placed therein, the housing is made with a series of radial holes, the end of the lower sleeve located in the housing is made with a protrusion and a groove in which one of the shear elements is located, When this protrusion cooperates with the sliding sleeve average, differential upper bushing housed in the head, and its surface is further provided with a larger diameter annular seal to overlap windows cementing. In addition, it is additionally equipped with two bushings located at opposite ends of the housing, made with grooves and rigidly connected to the housing, in the latter an additional row of radial holes and two plugged holes communicating with each other through the grooves of the bushings are made. The ends of the elastic cuff on the outside are tapered.

На чертеже изображен предлагаемый пакер, общий вид. The drawing shows the proposed packer, General view.

Пакер содержит корпус 1 с рядом радиальных отверстий 2, эластичную манжету 3, концы которой по наружной стороне выполнены коническими (например, с основанием конуса не менее 1,5 кратной толщины стенки манжеты и длиной конической части не менее 1/3 длины последней), закрепленную обжимными втулками 4 головку 5 с цементировочными окнами 6 и установленную на корпусе 1, верхнюю дифференциальную 7 и нижнюю 8 втулки со срезанными элементами 9, 10, 11, посадочными седлами (не показаны), с рядом радиальных отверстий 12, пазом 13 и выступом 14 в нижней втулке 8, среднюю подвижную втулку 15, жестко связанные с корпусом втулки 16, 17, с пазами 18. В стенке корпуса выполнен дополнительный ряд отверстий 19 и два заглушенных пробками отверстия 20, 21. Все втулки имеют кольцевые резиновые уплотнения 22, а в дифференциальной втулке 7 выполнено дополнительное кольцевое уплотнение 23. The packer contains a housing 1 with a number of radial holes 2, an elastic cuff 3, the ends of which are tapered on the outside (for example, with a cone base of at least 1.5 times the cuff wall thickness and a conical part of at least 1/3 of the length of the latter), fixed crimp bushings 4 head 5 with cementing windows 6 and mounted on the housing 1, upper differential 7 and lower 8 bushings with cut elements 9, 10, 11, seat seats (not shown), with a number of radial holes 12, groove 13 and protrusion 14 in lower sleeve 8, media a movable sleeve 15, rigidly connected to the body of the sleeve 16, 17, with grooves 18. An additional row of holes 19 and two plugged holes 20, 21 plugged with plugs are made in the wall of the body. All bushings have ring rubber seals 22, and in the differential sleeve 7 an additional O-ring 23.

Пакер работает следующим образом. The packer works as follows.

Перед началом работ открывают заглушки отверстий 20, 21, к отверстию 20 подсоединяют, например, пресс-масленку и прокачивают жидкость через пазы 18 втулок, отверстия 2, 19 и пазы (не показаны) корпуса 1, полностью вытесняя воздух из подпаркерного пространства, после чего отверстия 20, 21 заглушают. Before starting work, open the plugs of the holes 20, 21, connect, for example, a grease fitting to the hole 20 and pump liquid through the grooves 18 of the bushings, the holes 2, 19 and the grooves (not shown) of the housing 1, completely displacing the air from the sub-park space, after which holes 20, 21 are plugged.

Пакер спускается в скважину на обсадной колонне. В заданный момент процесса цементирования в обсадную колонну спускается первая пробка (не показана), которая садится на седло нижней втулки 8 и перекрывает проходной канал пакера. The packer descends into the well on the casing. At a given point in the cementing process, the first plug (not shown) descends into the casing, which sits on the saddle of the lower sleeve 8 and closes the packer passage channel.

При избыточном давлении, создаваемом над пробкой, штифты 9 срезаются и нижняя втулка 8 вместе с пробкой перемещается вниз до упора стенки паза 13 в срезаемый элемент 10. При этом отверстия 12 через пазы 18 втулки 16 совмещаются с отверстиями 2 корпуса 1. Под действием создаваемого в обсадной колонне избыточного давления производится закачивание рабочей жидкости через отверстия 2, 12, 18 в полость под эластичную манжету 3, расширение последней и пакерование затрубного пространства скважины. With excess pressure created above the plug, the pins 9 are cut off and the lower sleeve 8 together with the plug moves down to the stop of the groove wall 13 into the element 10 being cut off. In this case, the openings 12 through the grooves 18 of the sleeve 16 are aligned with the holes 2 of the housing 1. Under the action of overpressure casing is used to pump the working fluid through holes 2, 12, 18 into the cavity under the elastic sleeve 3, expand the latter and pack the annulus of the well.

При дальнейшем повышении давления до заданной величины срезаются элементы 10, и нижняя втулка 8 перемещается вниз до упора в корпус втулки 16. При этом герметично перекрывается канал паза 18, а выступ 14 втулки 8, упираясь в стенку средней подвижной втулки 15, сдвигает последнюю вниз, открывая цементировочный окна 6. With a further increase in pressure to a predetermined value, the elements 10 are cut off and the lower sleeve 8 moves downward as far as the stop into the body of the sleeve 16. At the same time, the channel of the groove 18 is tightly closed, and the protrusion 14 of the sleeve 8, resting against the wall of the middle movable sleeve 15, shifts the latter downward, opening the cementing window 6.

Через открытие окна 6 производят цементирование скважины выше пакера. Through opening the window 6, cement the well above the packer.

Перекрытие цементировочного окна 6 осуществляется верхней дифференциальной втулкой 7 после окончания цементирования. Для этого в скважину пускают вторую пробку (не показано), которая садится на посадочное седло втулки 7. Над пробкой создают избыточное давление, при этом элементы 11 срезаются, втулка 7 перемещается вниз до упора в среднюю втулку 15, закрывая цементировочные окна 6 цилиндрическим участком большего диаметра между двумя уплотнениями 23 и выходя меньшим диаметром во втулку 15. Перепад давления на дифференциальных поверхностях втулки 7 надежно удерживает ее и все подвижные втулки в закрытом положении. The overlapping of the cementing window 6 is carried out by the upper differential sleeve 7 after the completion of cementing. To do this, a second plug (not shown) is put into the well, which sits on the seat of the sleeve 7. Overpressure is created above the plug, while the elements 11 are cut off, the sleeve 7 moves down to the stop in the middle sleeve 15, closing the cementing windows 6 with a cylindrical section of a larger the diameter between the two seals 23 and leaving a smaller diameter into the sleeve 15. The differential pressure on the differential surfaces of the sleeve 7 reliably holds it and all the movable sleeve in the closed position.

Использование предлагаемого технического решения позволит исключить возможную разгерметизацию уплотнений и увеличить проходное сечение пакера. Using the proposed technical solution will eliminate the possible depressurization of the seals and increase the flow area of the packer.

Предлагаемое техническое решение позволит повысить надежность пакерования. The proposed technical solution will improve the reliability of packing.

Источники информации
1. А.с. СССР N 691553, кл. E 21 B 33/12, 1979, БИ N 38.Sources of information
1. A.S. USSR N 691553, class E 21 B 33/12, 1979, BI N 38.

2. А.с. СССР N 746085, кл. E 21 B 33/14, 1980, БИ N 25. 2. A.S. USSR N 746085, class E 21 B 33/14, 1980, BI N 25.

3. А.с. СССР N 717287, кл. E 21 B 33/14, 1980, БИ N 7. 3. A.S. USSR N 717287, class E 21 B 33/14, 1980, BI N 7.

Claims

1. A packer for two-stage cementing of casing strings, including a casing with cementing windows and bypass channels, an upper differential and lower casing with shear elements, an elastic cuff, characterized in that it is equipped with a head mounted on the casing, the middle movable bushing placed in it, the casing is made with a number of radial holes, the end of the lower sleeve located in the housing is made with a protrusion and a groove in which one of the shear elements is located, while the middle p interacts with the protrusion a movable sleeve, the upper differential sleeve is placed in the head, and its surface of larger diameter is equipped with an additional annular seal with the possibility of overlapping cementing windows.

2. The packer according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with two bushings located at opposite ends of the housing, made with grooves and rigidly connected to the housing, in the latter an additional series of radial holes and two plugged holes communicating with each other through the grooves of the bushings are made .

3. The packer according to claim 1, characterized in that the ends of the elastic cuff on the outside are made conical.