RU220558U1 - Пакер радиального сжатия - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к элементам, применяемым в нефтегазовом оборудовании в качестве уплотнительного элемента для герметизации скважин, а также зауженных по диаметру участках скважин – в зумпфе. Пакер радиального сжатия содержит выполненный из эластичного материала корпус в форме полого усеченного конуса и арматуру стальную. Арматура стальная выполнена в виде секторов с цилиндрическими отверстиями, установленными на торцах корпуса, и сплошных стержней с переходными торцевыми кромками трапециевидного сечения, установленными в цилиндрические отверстия секторов. На торцах корпуса между секторами выполнены полые пазухи. Техническим результатом является повышение качества герметизации скважины (зумпфа). 6 ил.

Description

Полезная модель относится к элементам, применяемым в нефтегазовом оборудовании в качестве уплотнительного элемента для герметизации скважин, а также зауженных по диаметру участках скважин - в зумпфе.

Известен уплотнительный элемент пакера, включающий корпус из эластичного материала, арматуру стальную из пружинящих элементов, которые размещены в массиве уплотнителя и выполнены в виде стрежней (ав. св-во СССР № 905431, МПК Е21В33/12, опубл. 15.02.82). В известном уплотнительном элементе с целью уменьшения величины затекания его в кольцевое пространство скважины, пружинящие элементы выполнены из стрежней, имеющих в средней части сферические участки, а по краям цилиндрические, соединённые между собой эластичными кольцами.

К недостатку известного уплотнительного элемента пакера следует отнести недостаточную эксплуатационную надежность. В процессе эксплуатации при создании осевой сжимающей нагрузки уплотнительный элемент затекает в радиальный зазор, образованный между корпусом пакера и стенкой скважины, так как нижняя часть конструкции уплотнительного элемента не защищена от затекания, эластичный материал продавливается в зазор.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому техническому решению является манжета пакера, включающая корпус из эластичного материала, выполненный в виде кольца с трапецеидальной формой продольного осевого сечения, наружная поверхность которого представляет собой два сопряженных участка цилиндрической и усеченно-конической форм, армированного металлическими элементами в виде выполненной из цельного стального горячекатаного проката круглого сечения методом точения и фрезерования в виде одной детали с элементом фиксации манжеты в пакере, оснащенной отверстиями по окружности внутренней и выполненной методом штамповки наружной цанг лепестковой конструкции и конической формы, расположенных коаксиально и с перекрытием зазоров между лепестками, элемент для фиксации манжеты в пакере в виде ступенчатой наружной поверхности части цанги внутренней (патент РФ № 195714, МПК Е21В33/12, опубл. 04.02.2020).

К недостаткам указанного прототипа известной манжеты пакера относится возможность рассечения эластичного элемента в зонах его контакта с металлическими цангами на две части - внешнюю и внутреннюю. Данное явление не будет обеспечивать надежность герметизирующего устройства при его эксплуатации. Кроме того, при снятии манжеты пакера с места установки и подъеме его из скважины не исключают возможность задира внешней поверхности манжеты, контактирующей со стенкой скважины.

Также к недостаткам указанного прототипа относится отсутствие нижней опоры, необходимой для предохранения затекания уплотнительного элемента в кольцевой зазор, между корпусом пакера и стенкой скважины. К тому же, учитывая разность объёмов эластичного материала манжеты пакера, при радиальном расширении на цилиндрической части наружной поверхности могут возникнуть складки, приводящие к снижению надежности герметизации.

Задачей технического решения является разработка пакера радиального сжатия, обладающего высокой надежностью в процессе эксплуатации.

Техническим результатом является повышение качества герметизации скважины (зумпфа).

Технический результат достигается при использовании пакера радиального сжатия, содержащего выполненный из эластичного материала корпус в форме полого усеченного конуса и арматуру стальную, при этом арматура стальная выполнена в виде секторов с цилиндрическими отверстиями, установленными на торцах корпуса и сплошных стержней с переходными торцовыми кромками трапециевидного сечения, установленными в цилиндрические отверстия секторов, а на торцах корпуса между секторами выполнены полые пазухи.

При радиальном сжатии в зумпфе сектора за счет смыкания полых пазух образуют между собой плотные кольца из сомкнутых секторов по торцам пакера радиального сжатия (ПРС).

Шток снабжен опорами, между которыми установлены ПРС с целью предохранения осевого сдвига ПРС относительно штока и для создания осевой нагрузки при запрессовывании ПРС в зумпф. Сплошные стальные стержни с переходными торцовыми кромками трапециевидного сечения, вставляющиеся в цилиндрические отверстия секторов и соединяющие секторы торцов, препятствуют осевому деформированию или осевому смятию ПРС при его впрессовывании в зумпф.

Эластичный материал (например, резина) корпуса герметизирует скважину (зумпф), а плотно сомкнутые в кольца секторы защищают материал корпуса от продавливания и затекания в зазор между стенкой скважины (зумпфа) и стальными секторами при возникающих перепадах давлений в скважине.

С целью обеспечения более надежного герметичного пакерования зумпфа скважины монтируют на штоке последовательно несколько ПРС длиной более 0,8 м, увеличивая тем самым величину площади контакта со стенкой скважины. Кроме того подобная сборка ПРС усиливает эффект заякоривания пакера в зумпфе, предохраняя пакер от осевого сдвига вдоль штока, снабженного жесткими опорами, от воздействия перепада давлений.

Сущность полезной модели поясняется чертежами: фиг. 1 - общий вид пакера радиального сжатия в свободном состоянии; фиг. 2 - вид А - меньший торец ПРС в свободном состоянии; фиг.3 - вид Б - больший торец ПРС в свободном состоянии; фиг. 4 - ПРС в деформированном сжатом состоянии в зумпфе; фиг. 5 - торец ПРС в деформированном состоянии в зумпфе; фиг. 6 - сборка секций ПРС в скважине при входе в зумпф.

Пакер радиального сжатия 1 состоит из выполненного из эластичного материала корпуса 2 в форме полого усеченного конуса и арматуры стальной, в виде секторов 3, установленных на торцах корпуса 2 и сплошных стержней 4 с переходными торцовыми кромками трапециевидного сечения, установленными в цилиндрические отверстия 5 выполненные в секторах 3. Сплошные стержни 4 установлены в стенке копруса 1 и попарно соединяют противоположные секторы 3 большего и меньшего оснований (торцов) корпуса 2. На каждом основании (торце) корпуса 2 между секторами 3 выполнены полые пазухи 6 (пазухи большего торца больше пазух меньшего торца).

Меньший торец пакера 1 меньше диаметра ствола скважины, больший торец пакера 1 несколько больше диаметра зумпфа и меньше диаметра участка сопряжения, между обсадной колонной и зумпфом, входа из ствола скважины в зумпф. То есть, в процессе установки в зумпфе, ПРС в осевом направлении впрессовывают внутрь зумпфа и, сжимаясь по диаметру, ПРС перекрывает зумпф и герметизирует скважину. ПРС 1 в деформированном состоянии в зумпфе принимает форму цилиндра, показано на фиг. 4 и фиг. 5. Для обеспечения надежного герметичного пакерования зумпфа скважины монтируют на штоке последовательно несколько ПРС 1 между жесткими опорами 7, увеличивая тем самым величину площади контакта со стенкой скважины, показано на фиг.6.

Полезная модель ПРС работает следующим образом. Пакеры радиального сжатия 1 устанавливают на штоке ствола пакера между опорами 7. В ствол скважины (зумпфа) спускают ПРС, создавая осевую нагрузку на ПРС и благодаря верхней опоре, запрессовывают его в зумпф. При этом, за счет смыкания полых пазух 6, сектора 3 каждого торца образуют между собой плотные кольца, обеспечивая замкнутые стенки корпуса 2 с целью надёжного пакерования. ПРС 1 в зумпфе сжимается и принимает форму цилиндра, одновременно с этим перекрывает зумпф и герметизирует скважину, обеспечивая плотное прилегание ПРС. При перепаде давлений секторы 3 ПРС 1 сжатые в плотные кольца препятствуют затеканию материала корпуса 2 в зазор между кольцами секторов 3 и стенкой скважины, обеспечивая при этом надежность герметизации ствола скважины. Стальные стержни 4 препятствуют осевому деформированию или осевому смятию ПРС при впрессовывании в зумпф.

Таким образом, пакер радиального сжатия, содержащий выполненный из эластичного материала корпус в форме полого усеченного конуса, на торцах которого выполнены полые пазухи, и арматуру стальную, выполненную в виде секторов с цилиндрическими отверстиями, установленными на торцах корпуса и сплошных стержней с переходными торцовыми кромками трапециевидного сечения, установленными в цилиндрические отверстия секторов, обеспечивает повышение качества герметизации скважины (зумпфа).

Claims (1)

1. Пакер радиального сжатия, содержащий выполненный из эластичного материала корпус в форме полого усеченного конуса и арматуру стальную, отличающийся тем, что арматура стальная выполнена в виде секторов с цилиндрическими отверстиями, установленными на торцах корпуса, и сплошных стержней с переходными торцевыми кромками трапециевидного сечения, установленными в цилиндрические отверстия секторов, а на торцах корпуса между секторами выполнены полые пазухи.