RU2208127C1 - Double-acting hydraulic packer - Google Patents

Double-acting hydraulic packer Download PDF

Info

Publication number
RU2208127C1
RU2208127C1 RU2001129887A RU2001129887A RU2208127C1 RU 2208127 C1 RU2208127 C1 RU 2208127C1 RU 2001129887 A RU2001129887 A RU 2001129887A RU 2001129887 A RU2001129887 A RU 2001129887A RU 2208127 C1 RU2208127 C1 RU 2208127C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
packer
hydraulic cylinder
sealing elements
chamber
holes
Prior art date
Application number
RU2001129887A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
О.В. Тихонов
Н.А. Емелин
В.Р. Драчук
В.Ф. Ефремов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Биттехника"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Биттехника" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Биттехника"
Priority to RU2001129887A priority Critical patent/RU2208127C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2208127C1 publication Critical patent/RU2208127C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)

Abstract

FIELD: engineering; applicable in research and repairs of wells, particularly, packers. SUBSTANCE: packer has mandrel and packer setting units with sealing members, hydraulic cylinder, piston system of interrelated holes, relief valve with body in form of overturned sleeve accommodating guide bushing with channels in its walls and locking member. Body bottom has several through holes and several holes extending into side wall. Relief valve body has two seating places for upper and lower positions of locking member. Hydraulic cylinder is sectional, consisting of two chambers. Bottom of its first chamber serves concurrently as hydraulic cylinder stroke limiter and has through holes extending into the second chamber. Mandrel body in hydraulic cylinder second chamber has stop in form of circular cylinder. Valve-plug of lower packer setting unit additionally has locking member in form of ball. Double-acting hydraulic packer may be applicable in elimination of leaky points of production string in wells. EFFECT: higher vibration resistance of sealing members, reliability and longevity of sealing members and packer as a whole, both, with its removal from well and without its removal from well. 4 dwg

Description

Изобретение относится к технике для обследования и ремонта буровых скважин, в частности к пакерам. Оно может быть использовано для поиска и ликвидации мест негерметичности эксплуатационной колонны в скважинах. The invention relates to techniques for inspection and repair of boreholes, in particular to packers. It can be used to search and eliminate leaks in the production casing in wells.

Сущность изобретения
Известен пакер двухстороннего действия гидравлический [1]. Устройство состоит из механизма привода пакерования, якорно-уплотнительного узла и механизма распакерования. Механизм привода пакерования состоит из верхнего и нижнего цилиндров, размещенных на секционном сердечнике, кольцеобразных поршней, расположенных между сердечниками и цилиндрами, кольцевого Т-образного комплекта-шпонки. Он размещен в кольцевой проточке сердечника. Он вместе с муфтой передает осевое усилие на пакер и крутящий момент. Для фиксации пакера служит буфер секционный. Якорно-уплотнительный узел содержит распорку с гребнем, уплотнительные эластичные манжеты переменного сечения, охватывающие распорку, сепаратор, фиксатор храповой, размещенный в сепараторе. Имеются в этом узле также плашки с плашкодержателями, цанга с конусообразным выступом и цанга двухсторонняя. Механизм распакерования содержит штоки от случайного заклинивания плашек, наконечник, кольцо замковое и ползушку. Она имеет возможность перемещаться вдоль наконечника. Кольцо замковое и ползушка фиксируют нижний цилиндр в крайнем нижнем положении.SUMMARY OF THE INVENTION
Known packer double-acting hydraulic [1]. The device consists of a packing drive mechanism, an anchor-sealing assembly, and an unpacking mechanism. The packer drive mechanism consists of an upper and lower cylinder placed on a sectional core, ring-shaped pistons located between the cores and cylinders, an annular T-shaped key set. It is placed in the annular groove of the core. Together with the clutch, it transfers axial force to the packer and torque. To fix the packer, a sectional buffer is used. The anchor-sealing assembly contains a spacer with a comb, elastic sealing cuffs of variable cross-section, covering the spacer, separator, ratchet lock, located in the separator. There are also dies with ram holders, a collet with a cone-shaped protrusion, and a two-sided collet. The unpacking mechanism contains rods against accidental jamming of dies, a tip, a locking ring and a spider. She has the ability to move along the tip. The locking ring and the crawler fix the lower cylinder in the lowest position.

Недостатками известной конструкции пакера являются:
- сложность устройства и технологического процесса взаимосвязи элементов;
- невозможность использования многократно с извлечением из скважины;
- при обеспечении повышенных давлений в процессе эксплуатации уплотнительные элементы подвергаются большим деформациям, что приводит к размягчению их из-за изменения структурного состояния материала уплотнителя. При длительной выдержке под большим давлением и ярко выраженного процесса виброползучести уплотнителя снижается надежность работы пакера, не обеспечивая изоляцию требуемого участка скважины, и не исключается возможность межпластовых перетоков жидкости.The disadvantages of the known design of the packer are:
- the complexity of the device and the process of the relationship of the elements;
- the inability to use repeatedly with extraction from the well;
- while providing increased pressures during operation, the sealing elements are subjected to large deformations, which leads to their softening due to changes in the structural state of the material of the sealant. With long exposure under high pressure and a pronounced process of vibrocreep of the sealant, the reliability of the packer decreases, not ensuring isolation of the required section of the well, and the possibility of interstratal fluid flows is not ruled out.

Наиболее близким по технической сущности и положительному эффекту является техническое решение [2], которое выбрано в качестве прототипа. Пакер содержит ствол и пакерующие узлы с уплотнительными элементами, гидроцилиндром, поршнем и системой взаимосвязанных отверстий. Он снабжен перепускным клапаном с корпусом, выполненным в виде перевернутого стакана, в котором расположена направляющая втулка с каналами в стенках и запорный элемент, причем в дне корпуса выполнено несколько сквозных отверстий и несколько отверстий с выходом в боковую стенку, а пакерующие узлы установлены с противоположным направлением движения гидроцилиндров. На стволе может быть установлен один пакерующий узел с направлением движения вверх или вниз. Корпус перепускного клапана имеет два посадочных места для верхнего и нижнего положений запорного элемента. Кроме того, наружный диаметр уплотнительных элементов выполнен несколько меньше, чем габариты сопряженных с ними деталей. The closest in technical essence and positive effect is a technical solution [2], which is selected as a prototype. The packer contains a barrel and packer units with sealing elements, a hydraulic cylinder, a piston and a system of interconnected holes. It is equipped with a bypass valve with a housing made in the form of an inverted cup, in which there is a guide sleeve with channels in the walls and a locking element, moreover, several through holes and several holes with an exit to the side wall are made in the bottom of the housing, and the packing units are installed in the opposite direction movements of hydraulic cylinders. On the trunk can be installed one packer unit with the direction of movement up or down. The bypass valve housing has two seats for the upper and lower positions of the shut-off element. In addition, the outer diameter of the sealing elements is made slightly smaller than the dimensions of the parts associated with them.

Недостатками известного пакера являются:
- невозможность многократного использования пакера с извлечением его из скважины из-за отсутствия элементов, способных ограничить перемещение гидроцилиндра и регулирование деформируемости уплотнительных элементов, ответственных за обеспечение герметичности зазора между стенкой скважины и уплотнительными элементами. Отсутствие ограничителей способствует развитию больших деформаций уплотнительных элементов пакера, которые приводят к размягчению резины, потере упругости. В результате уплотнительные элементы, выполненные из резины, необратимо изменяют свою структуру и повторно использоваться не могут;
- невозможность обеспечить надежность работы пакера в связи с значительным влиянием вибрации в системе в целом и невозможностью уменьшить ее за счет уплотнительных элементов, так как наблюдается ярко выраженный эффект виброползучести в резине (уплотнительных элементах) в связи с отсутствием ограничителей деформации и вибровоздействия на нее. Все это приводит к изменению свойств резины в сторону разупрочнения ее, потере упругости и не сохраняет форму исходного состояния уплотнителей в пакере, расползаясь, она заполняет зазоры и между гидроцилиндром со стенкой скважины. Не только герметичность уплотнения не обеспечивается при этом, не обеспечивая изоляцию требуемого участка скважины и не исключая тем самым возможности межпластовых перетоков жидкости, но и исключается возможность повторно использовать уплотнительные элементы. Тем более многократно и с извлечением пакера из скважины. Следовательно, известное устройство не обеспечивает долговечность уплотнительных элементов, а следовательно, и системы в целом.The disadvantages of the known packer are:
- the inability to reuse the packer with removing it from the well due to the lack of elements capable of limiting the movement of the hydraulic cylinder and the regulation of the deformability of the sealing elements responsible for ensuring the tightness of the gap between the well wall and the sealing elements. The absence of limiters contributes to the development of large deformations of the sealing elements of the packer, which lead to softening of the rubber, loss of elasticity. As a result, the sealing elements made of rubber irreversibly change their structure and cannot be reused;
- the inability to ensure the reliability of the packer due to the significant influence of vibration in the system as a whole and the inability to reduce it due to the sealing elements, since there is a pronounced effect of vibration creep in the rubber (sealing elements) due to the absence of deformation and vibration limiters on it. All this leads to a change in the properties of rubber in the direction of softening it, loss of elasticity and does not preserve the shape of the initial state of the seals in the packer, sprawling, it fills the gaps between the hydraulic cylinder with the wall of the well. Not only is the tightness of the seal not ensured, without ensuring isolation of the required section of the well and thereby precluding the possibility of inter-layer fluid flows, but also eliminates the possibility of reusing the sealing elements. Especially repeatedly and with the extraction of the packer from the well. Therefore, the known device does not provide the durability of the sealing elements, and therefore the system as a whole.

Целью настоящего изобретения является повышение виброустойчивости уплотнительных элементов, надежности и долговечности эксплуатационных свойств уплотнительных элементов и пакера в целом без извлечения и с извлечением его из скважины. The aim of the present invention is to increase the vibration resistance of the sealing elements, the reliability and durability of the operational properties of the sealing elements and the packer as a whole without removing and removing it from the well.

Цель достигается тем, что пакер гидравлический двухстороннего действия, содержащий ствол и пакерующие узлы, имеющие уплотнительные элементы, гидроцилиндр, поршень и систему взаимосвязанных отверстий, перепускной клапан с корпусом, выполненным в виде перевернутого стакана, в котором расположена направляющая втулка с каналами в стенках и запорный элемент, причем в дне корпуса выполнено несколько сквозных отверстий и несколько отверстий с выходом в боковую стенку, корпус перепускного клапана имеет два посадочных места для верхнего и нижнего положений запорного элемента, согласно изобретению, гидроцилиндр выполнен сборным двухкамерным, при этом дно его первой камеры одновременно является ограничителем хода гидроцилиндра и имеет сквозные отверстия с выходом во вторую камеру, на корпусе ствола во второй камере гидроцилиндра имеется упор, выполненный в виде кругового цилиндра со сквозными отверстиями на боковой поверхности, величина хода гидроцилиндра зависит от свойств резины, используемой в уплотнительных элементах, и величины зазора между стенками скважины и уплотнительными элементами. Дополнительно в клапане-заглушке нижнего пакерующего узла имеется запорный элемент - шар. The goal is achieved in that a double-acting hydraulic packer containing a barrel and packer assemblies having sealing elements, a hydraulic cylinder, a piston and a system of interconnected holes, a bypass valve with a housing made in the form of an inverted cup in which there is a guide sleeve with channels in the walls and a shut-off an element, moreover, several through holes and several holes with an exit to the side wall are made in the bottom of the housing, the bypass valve housing has two seats for the upper and lower of its position of the locking element, according to the invention, the hydraulic cylinder is prefabricated two-chamber, while the bottom of its first chamber is simultaneously a limiter of the stroke of the hydraulic cylinder and has through holes with access to the second chamber, on the barrel body in the second chamber of the hydraulic cylinder there is an emphasis made in the form of a circular cylinder with through holes on the side surface, the stroke of the hydraulic cylinder depends on the properties of the rubber used in the sealing elements, and the gap between the walls of the well and the seal to the elements. Additionally, the shut-off valve of the lower packer unit has a locking element - a ball.

Сопоставление заявляемого изобретения с прототипом позволило выявить следующие отличия: гидроцилиндр выполнен сборным двухкамерным, при этом дно его первой камеры одновременно является ограничителем хода цилиндра и имеет сквозные отверстия с выходом во вторую камеру, на корпусе ствола во второй камере гидроцилиндра имеется упор, выполненный в виде кругового цилиндра со сквозными отверстиями на боковой поверхности, величина хода гидроцилиндра зависит от деформируемости уплотнительных элементов в пределах исходного состояния структуры резины уплотнительных элементов и величины зазора между стенками скважины и боковой поверхностью уплотнительных элементов. Дополнительно в клапане-заглушке нижнего пакерующего узла имеется запорный элемент - шар. A comparison of the claimed invention with the prototype made it possible to identify the following differences: the hydraulic cylinder is prefabricated two-chamber, while the bottom of its first chamber is at the same time a limiter of the cylinder stroke and has through holes with access to the second chamber, on the barrel body in the second chamber of the hydraulic cylinder there is a stop made in the form of a circular cylinder with through holes on the side surface, the stroke of the hydraulic cylinder depends on the deformability of the sealing elements within the initial state of the structure rubber rubber of sealing elements and the gap between the walls of the well and the lateral surface of the sealing elements. Additionally, the shut-off valve of the lower packer unit has a locking element - a ball.

Причинно-следственная связь
По сравнению с прототипом предлагаемый гидроцилиндр выполнен сборным двухкамерным, что существенно упрощает технологию изготовления и усиливает ремонтопригодность его. Выполнение цилиндра двухкамерным облегчило технологию выполнения ограничителя хода гидроцилиндра, совместив две функции - дно одной из камер служит одновременно ограничителем хода цилиндра и ограничителем деформируемости уплотнительных элементов, что позволяет по сравнению с прототипом сохранить свойства материала уплотнительных элементов (резины) в исходном состоянии, не допуская ее размягчения, ползучести и как следствие непригодности к дальнейшему использованию в связи с этим уплотнительных элементов в пакере по их прямому назначению. Во второй камере на стволе имеется упор, выполненный в виде кругового цилиндра, который выполнен как нераздельная часть ствола, обеспечивая совместно с ограничителем хода заданный уровень деформации уплотнительных элементов, строго регламентируя его в пределах, гарантирующих сохранение исходных свойств уплотнительных элементов при многократном использовании пакера как с извлечением, так и без извлечения его из скважины, что существенно отличает заявленный пакер от прототипа. Наличие сквозных отверстий в дне первой камеры гидроцилиндра обеспечивает доступ жидкости во вторую камеру и выравнивание давления в обеих камерах, удерживая избыточное давление во всем гидроцилиндре. Это в свою очередь обеспечивает надежное фиксирование уплотнительных элементов с упором в стенку скважины, обеспечивая изоляцию требуемого участка скважины, что исключает возможность межпластовых перетоков жидкости. Наличие ограничителя и упора в пакере по сравнению с прототипом обеспечивает отсутствие вибрации в уплотнительных элементах за счет того, что при жестком контакте ограничителя с упором вибрация в пакере сосредоточена в продольном направлении по стволу. В прототипе нет ограничителя хода гидроцилиндра и вибрация передается от ствола на гидроцилиндр и уплотнительные элементы, что приводит к появлению виброползучести в уплотнительных элементах и ухудшению эксплуатационных свойств пакера. В заявленном изобретении достижение отсутствия вибрации в уплотнительных элементах в процессе работы пакера за счет наличия ограничителя хода гидроцилиндра и упора на стволе пакера приводит к усилению надежности работы пакера и уплотнительных элементов в нем, увеличивает долговечность, обеспечивая многократность использования уплотнительных элементов, так как резина не подвергается ни размягчению, ни ползучести. Наличие в гидроцилиндре элементов ограничения хода цилиндра и, следовательно, деформируемости уплотнительных элементов позволяет гарантировать всестороннюю схему нагружения элементов в момент перекрытия ими зазора между пакером и стенками скважины в месте размещения уплотнительных элементов. Всестороннее сжатие обеспечивает в свою очередь не только деформируемость элементов в упругой области деформации, но и увеличивает прочность этих элементов. После снятия нагрузки уплотнители принимают свое исходное состояние и могут быть многократно используемы без структурного изменения материала в отличие от прототипа. Сравнивая и другие известные технические решения [2,4,5] убеждаемся, что и в этих технических решениях перемещение гидроцилиндра не предусматривает ограничения деформируемости уплотнительных элементов, не гарантирует сохранение резины уплотнительных элементов в исходном структурном состоянии. В то время как этот фактор играет решающую роль [6]. Деструктивные явления, происходящие в уплотнителях известных технических решений, связаны с природой взаимосвязи компонентов в резине. Деформация резины в пределах 10-15 % не приводит к ее размягчению и поэтому ограничение хода цилиндра в этих пределах обеспечивает сохранение первоначальных свойств. В известных же технических решениях в уплотнительных элементах под большой нагрузкой и деформацией (15-20%) проходят релаксационные процессы, наблюдается ползучесть резины и уплотнительные элементы, разупрочняясь, не обеспечивают надежной изоляции требуемого участка скважины. В известных технических решениях в связи с этим пошли на усложнение устройства, введя дополнительно элементы закрепления - плашки и т.д.Causal relationship
Compared with the prototype, the proposed hydraulic cylinder is made prefabricated two-chamber, which greatly simplifies the manufacturing technology and enhances its maintainability. The implementation of the two-chamber cylinder facilitated the technology of the hydraulic cylinder stroke limiter by combining two functions - the bottom of one of the chambers simultaneously serves as the cylinder stroke limiter and deformability limiter of the sealing elements, which allows, in comparison with the prototype, to preserve the material properties of the sealing elements (rubber) in the initial state, preventing softening, creep and, as a consequence, unsuitability for further use in connection with this, the sealing elements in the packer according to their direct designation to increase. In the second chamber on the barrel there is an emphasis made in the form of a circular cylinder, which is designed as an integral part of the barrel, providing, together with the travel limiter, a predetermined level of deformation of the sealing elements, strictly regulating it within the limits guaranteeing that the original properties of the sealing elements are preserved when the packer is reused as with extraction, and without removing it from the well, which significantly distinguishes the claimed packer from the prototype. The presence of through holes in the bottom of the first chamber of the hydraulic cylinder allows fluid to enter the second chamber and equalizes the pressure in both chambers, while maintaining excess pressure in the entire hydraulic cylinder. This, in turn, provides reliable fixation of the sealing elements with an emphasis on the wall of the well, providing isolation of the desired section of the well, which eliminates the possibility of inter-layer fluid flows. The presence of the limiter and stop in the packer compared to the prototype ensures the absence of vibration in the sealing elements due to the fact that with a hard contact of the limiter with the stop, the vibration in the packer is concentrated in the longitudinal direction along the barrel. In the prototype there is no limiter for the stroke of the hydraulic cylinder and vibration is transmitted from the barrel to the hydraulic cylinder and sealing elements, which leads to the appearance of vibration creep in the sealing elements and the deterioration of the operational properties of the packer. In the claimed invention, the achievement of the absence of vibration in the sealing elements during the operation of the packer due to the presence of a stroke limiter of the hydraulic cylinder and an abutment on the packer barrel enhances the reliability of the packer and the sealing elements in it, increases durability, ensuring the repeated use of the sealing elements, since the rubber is not exposed neither softening nor creep. The presence in the hydraulic cylinder of the elements of the restriction of the stroke of the cylinder and, consequently, the deformability of the sealing elements makes it possible to guarantee a comprehensive loading scheme of the elements at the time they close the gap between the packer and the borehole walls at the location of the sealing elements. Comprehensive compression in turn ensures not only the deformability of elements in the elastic region of deformation, but also increases the strength of these elements. After removing the load, the seals take their initial state and can be reused without a structural change in the material, unlike the prototype. Comparing other well-known technical solutions [2,4,5], we are convinced that in these technical solutions the movement of the hydraulic cylinder does not provide for restrictions on the deformability of the sealing elements, does not guarantee the preservation of the rubber of the sealing elements in the initial structural state. While this factor plays a decisive role [6]. Destructive phenomena occurring in sealants of known technical solutions are associated with the nature of the relationship of components in rubber. The deformation of rubber in the range of 10-15% does not lead to its softening and, therefore, limiting the stroke of the cylinder within these limits ensures the preservation of the original properties. In the well-known technical solutions, in the sealing elements under heavy load and deformation (15-20%) relaxation processes take place, creep of rubber and sealing elements are observed, softening does not provide reliable isolation of the required section of the well. In well-known technical solutions in this regard, they went to complicate the device by introducing additional fastening elements - dies, etc.

На фиг. 1 представлена схема пакера гидравлического двухстороннего с верхним пакерующим узлом в нерабочем состоянии; на фиг. 2 дан продольный разрез пакера с нижним пакерующим узлом в нерабочем состоянии; на фиг. 3 - пакер с верхним пакерующим узлом в рабочем положении; на фиг. 4 - пакер с нижним пакерующим узлом в рабочем положении. In FIG. 1 shows a diagram of a hydraulic double-sided packer with an upper packer unit inoperative; in FIG. 2 shows a longitudinal section through a packer with a lower packer unit inoperative; in FIG. 3 - packer with the upper packer unit in the working position; in FIG. 4 - packer with the lower packer unit in the working position.

Пакер содержит ствол 1, на котором с помощью переводных муфт 2 установлены два пакерующих узла (фиг. 1 и 2), состоящих из уплотнительных элементов 3, гидроцилиндра 4, неподвижного поршня 5, упорного конуса 6, ствол имеет окна 7, а гидроцилиндр - окна 8 (фиг. 2), пакер через упорный конус 6, переводную муфту 2 связан с перепускным клапаном 9, который имеет корпус 10, седло 11 с посадочным местом для нижнего положения запорного элемента - шара 13. Седло 11 выполнено с направляющей втулкой 14 для шара 13, имеющей каналы 15 в стенках. В дне корпуса 10 выполнено 6 сквозных отверстий 16 и два отверстия 17 с выходом в боковую стенку корпуса 10, при этом отверстия 17 находятся в зоне посадочного места 18 для верхнего положения шара 13. Корпус 10 перепускного клапана 9 через патрубок 19 и муфту 20 связан с колонной насосно-компрессорных труб (не показаны). Нижний пакерующий узел через упорный конус 6 связан через муфту 2 с клапаном-заглушкой 21, в верхней части которой имеется запорный элемент в виде шара 13, а в нижней - пробка 22. Упорный конус 6 расширенной частью жестко соединен с уплотнительным элементом, а между уплотнительными элементами 3 имеются разъединители 23. Гидроцилиндр 4 выполнен из двух разъемных камер 24 и 25, соединенных между собой резьбовым соединением 26. Нижняя часть первой камеры образует дно камеры 27, в котором имеются сквозные отверстия 28, на стволе 1 во второй камере 25 гидроцилиндра 4 имеется упор 29 в виде кругового цилиндра, выполненный фрезеровкой поверхности ствола 1. Упор 29 расположен вплотную к внутренней части дна второй камеры 25. Уплотнительные элементы 3, выполненные из упругодеформируемой резины (например, резины марки В-14), имеют преимущественно равноразмерные стороны, что дополнительно позволяет ограничивать деформируемость их в заданных пределах, так как в данном случае деформация происходит во всех направлениях одинаково. Расстояние (зазор) между ограничителем хода гидроцилиндра 27 и упором 29 рассчитывается в зависимости от расстояния уплотнительных элементов до стенки скважины, жесткости резины, из которой выполнены уплотнительные элементы, гарантирующие додеструктивный уровень деформации, который обеспечивает качественное, надежное перекрытие пластов в скважине друг от друга за счет сохранения свойств материала в исходном состоянии, позволяющих в свою очередь использовать уплотнительные элементы в пакере и сам пакер в целом многократно как с извлечением, так и без извлечения его из скважины. The packer contains a barrel 1, on which, using transfer couplings 2, two packer assemblies are installed (Figs. 1 and 2), consisting of sealing elements 3, a hydraulic cylinder 4, a stationary piston 5, a thrust cone 6, the barrel has windows 7, and the hydraulic cylinder has windows 8 (Fig. 2), the packer through the stop cone 6, the transfer clutch 2 is connected to the bypass valve 9, which has a housing 10, a seat 11 with a seat for the lower position of the locking element - the ball 13. The saddle 11 is made with a guide sleeve 14 for the ball 13 having channels 15 in the walls. At the bottom of the housing 10, 6 through holes 16 and two holes 17 are made with access to the side wall of the housing 10, while the holes 17 are in the area of the seat 18 for the upper position of the ball 13. The housing 10 of the bypass valve 9 through the pipe 19 and the coupling 20 tubing string (not shown). The lower packer unit through the stop cone 6 is connected through the sleeve 2 to the dummy valve 21, in the upper part of which there is a locking element in the form of a ball 13, and in the bottom - a plug 22. The stop cone 6 with the expanded part is rigidly connected to the sealing element, and between the sealing elements 3 have disconnectors 23. The hydraulic cylinder 4 is made of two detachable chambers 24 and 25 interconnected by a threaded connection 26. The lower part of the first chamber forms the bottom of the chamber 27, in which there are through holes 28, on the barrel 1 in the second chamber 25 Ndra 4 has an emphasis 29 in the form of a circular cylinder, made by milling the surface of the barrel 1. The emphasis 29 is located close to the inner part of the bottom of the second chamber 25. Sealing elements 3, made of elastically deformable rubber (for example, rubber grade B-14), have mainly equally sized sides , which additionally allows you to limit their deformability within specified limits, since in this case, deformation occurs in all directions equally. The distance (gap) between the stroke limiter of the hydraulic cylinder 27 and the stop 29 is calculated depending on the distance of the sealing elements to the well wall, the stiffness of the rubber from which the sealing elements are made, which guarantee a destructive level of deformation, which ensures high-quality, reliable overlap of the layers in the well from each other by preserving the properties of the material in its initial state, which in turn allows the use of sealing elements in the packer and the packer itself as a whole many times as with Niemi, and without taking it out of the well.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При спуске пакера скважинная жидкость, находящаяся в скважине, поступает через отверстия 17, заполняя канал труб. Шары 13 в этом случае прижаты потоком к седлу 11 в посадочном месте 12 (фиг.1). После установки пакера в заданном интервале нагнетают рабочую жидкость в трубы, которая, поступая через отверстия 16, каналы 15 и отверстия 17, выходит в затрубное пространство. При усилении потока жидкости шар 13 подхватывается потоком и в посадочном месте 12 перекрывает отверстия 17. Полость пакера, выполненная в виде полого ствола 1, сообщается с эксплуатационной колонной и жидкость через окна 7 поступает в гидроцилиндр 4 вначале в первую 24, затем через отверстия 28 в дне первой камеры во вторую камеру 25. Создается избыточное давление в камерах 24 и 25, гидроцилиндры перемещаются и деформируют уплотнительные элементы 3, которые, сжимаясь вдоль оси ствола 1, растягиваются в поперечном оси сжатия направлении. Деформация уплотнительных элементов происходит в заданных размерах и определена ходом цилиндра, то есть ограничитель хода 27 должен прийти в плотный контакт с упором 29 на стволе I. После этого (фиг. 3 и 4) уплотнительные элементы, дойдя до стенки скважины, упираются в них. В уплотнительных элементах за счет того, что ограничение хода гидроцилиндра позволяет строго регламентировать деформируемость их, в резине не происходит структурных изменений (обрыва связей наполнитель - связующее, размягчения, ползучести). Имеется в виду, что деформация стенок уплотнительных элементов не превышает 10-15 %. А дополнительно управляемость этим процессом придает равноразмерность сторон уплотнительных элементов. После перекрытия зазора между стенкой скважины и уплотнительными элементами на уплотнительные элементы оказывается давление как со стороны гидроцилиндра, так и стенки скважины, что способствует упрочнению их и увеличению работоспособности. Пакер (фиг. 3 и 4) осуществляет опрессовку эксплуатационной колонны, выявляет негерметичность или другие запланированные технологические операции пласта, колонны, находящегося между уплотнительными элементами, за счет открытия окна 8 в первой и второй камере гидроцилиндра 4, расположенного в нижней части пакера (фиг. 2 и 4) и выброса жидкости в затрубное пространство. Для усиления гарантии работы нижнего пакерующего узла (фиг. 2 и 4) в режиме избыточного давления дополнительно в клапане-заглушке, кроме пробки 22, имеется запорный элемент - шар 13, обеспечивающий повышенную надежность работы, в частности, клапана-заглушки 21 и пакера в целом. После завершения запланированных технологических операций в пакере и пространстве между уплотнительными элементами в скважине прекращают закачку воды в пакер, снимают тем самым давление в трубах, уплотнительные элементы возвращаются в исходное состояние. При подъеме пакера жидкость, находящаяся в трубах, через перепускной клапан 9 сливается в межтрубное пространство через каналы 15 в стенках направляющей втулки 14 и отверстия 17. Пакер вновь готов к следующей операции. During the descent of the packer, the well fluid located in the well enters through the openings 17, filling the pipe channel. Balls 13 in this case are pressed by the flow to the seat 11 in the seat 12 (figure 1). After installing the packer in a predetermined interval, the working fluid is pumped into the pipes, which, entering through openings 16, channels 15 and openings 17, enter the annulus. When the fluid flow increases, the ball 13 is picked up by the flow and in the seat 12 closes the openings 17. The packer cavity, made in the form of a hollow barrel 1, communicates with the production string and the fluid through the windows 7 enters the hydraulic cylinder 4 first in the first 24, then through the openings 28 to the bottom of the first chamber into the second chamber 25. Overpressure is created in the chambers 24 and 25, the hydraulic cylinders move and deform the sealing elements 3, which, being compressed along the axis of the barrel 1, are stretched in the direction transverse to the compression axis. The deformation of the sealing elements occurs in predetermined dimensions and is determined by the stroke of the cylinder, that is, the travel stop 27 must come into tight contact with the stop 29 on the barrel I. After that (Figs. 3 and 4), the sealing elements reach the well wall and abut against them. In the sealing elements due to the fact that the restriction of the stroke of the hydraulic cylinder allows strictly regulating their deformability, no structural changes occur in the rubber (breakage of the filler - binder bonds, softening, creep). It is understood that the deformation of the walls of the sealing elements does not exceed 10-15%. And in addition, the controllability of this process makes the sides of the sealing elements evenly sized. After the gap between the well wall and the sealing elements is closed, pressure is applied to the sealing elements both from the side of the hydraulic cylinder and the wall of the well, which contributes to their hardening and increased performance. The packer (Figs. 3 and 4) tests the production casing, reveals leaks or other planned technological operations of the formation, the casing located between the sealing elements, by opening the window 8 in the first and second chamber of the hydraulic cylinder 4 located in the lower part of the packer (Fig. 2 and 4) and ejection of fluid into the annulus. To strengthen the guarantee of operation of the lower packer unit (Figs. 2 and 4) in overpressure mode, in addition to the plug valve, in addition to plug 22, there is a locking element - ball 13, which provides increased reliability, in particular, plug valve 21 and packer in whole. After the completion of the planned technological operations in the packer and the space between the sealing elements in the well, the injection of water into the packer is stopped, thereby relieving pressure in the pipes, and the sealing elements are returned to their original state. When lifting the packer, the liquid in the pipes through the bypass valve 9 is discharged into the annulus through the channels 15 in the walls of the guide sleeve 14 and the hole 17. The packer is again ready for the next operation.

Технико-экономический эффект предложенного изобретения по сравнению с прототипом
Предлагаемое изобретение:
- позволяет улучшить схему гидродинамического нагружения пакера за счет регулируемой деформации уплотнительных элементов, позволяющей сохранить исходную структуру деформируемого материала. Регулируемость деформации уплотнительных элементов осуществляется за счет оптимальной формы уплотнителей, наличия ограничителя хода гидроцилиндра и выполнения гидроцилиндра двухкамерным, дно первой камеры которого служит одновременно ограничителем хода гидроцилиндра в момент контакта с упором, а сквозные отверстия в дне позволяют выравнять давление в подпоршневом объеме гидроцилиндра;
- позволяет увеличить надежность пакера в эксплуатации, обеспечивая малый уровень деформации, но достаточный в уплотнительных элементах, чтобы осуществить плотное перекрытие зазора между пакером в месте уплотнения и стенкой скважины за счет сохранения материала уплотнителей в области доструктурной перестройки, то есть до деструктивных явлений в резине, не позволяя проявить эффект Малинза-Патрикеева, то есть размягчиться после первого же цикла нагружения;
- позволяет осуществить оптимизацию зазора между упором на стволе и ограничителем;
- позволяет увеличить долговечность устройства, так как за счет наличия ограничителей деформации уплотнительных элементов стал возможным после снятия давления на них возврат в исходное состояние не только при разовом использовании, но и многоразовом, без размягчения резины, а значит, и с сохранением каждый раз гарантии полной изоляции межпластового пространства, изолированного для опрессовки и других операций этого участка эксплутационной колонны, расположенной между верхней и нижней парой уплотнительных элементов. Прототип не обеспечивает цели, поставленной предложенным изобретением. Пакер прототипа при допускаемых больших деформациях уплотнительных элементов из-за невозможности ограничивать их не может гарантировать надежность и долговечность конструкции в условиях эксплуатации, связанной с большими напряжениями и вибрацией установки, приводящих к размягчению уплотнительных элементов, к появлению ползучести в резине, потере упругих свойств. Это в свою очередь приводит к необратимым процессам формоизменения уплотнительных элементов, не позволяющим сохранить первоначальную форму их после снятия нагрузки и, следовательно, использовать для следующей повторной операции по применению пакера по назначению;
- позволяет в случае использования пакера одностороннего действия сохранить принципиальную схему ограничения деформации, а равносторонность уплотнительных элементов дополняет положительный эффект по сравнению с ранее используемыми пакерами;
- позволяет минимизировать действия вибрации на уплотнительные элементы за счет концентрации ее на жестких элементах конструкции в момент контакта ограничителя с упором в гидроцилиндре, что в свою очередь позволит избежать резине размягчиться и неуправляемо изменить свою форму;
- позволяет упростить технологию эксплуатации гидроцилиндра и его ремонтоспособность за счет того, что он выполнен сборным и что дно первой камеры одновременно служит ограничителем хода цилиндра, задающим степень деформации уплотнительных элементов, от которой зависит механические свойства их, структурное состояние и эксплуатационные свойства пакера;
- устройство универсально и позволяет использовать двухсторонним и односторонним гарантируя надежность работы при многократном применении, виброустойчивость уплотнительных элементов, сохранение свойств их в исходном состоянии, обеспечивающих долговечность использования как элементов так и пакера в целом;
- повышает надежность эксплуатации пакера в режиме избыточного давления за счет введения дополнительного элемента - шара в клапане-заглушке, расположенной в нижней части пакерующего узла.The technical and economic effect of the proposed invention in comparison with the prototype
The proposed invention:
- allows you to improve the scheme of the hydrodynamic loading of the packer due to the adjustable deformation of the sealing elements, which allows you to save the original structure of the deformable material. The deformation of the sealing elements is adjustable due to the optimal shape of the seals, the presence of a hydraulic cylinder stroke limiter and a two-chamber hydraulic cylinder, the bottom of the first chamber of which simultaneously serves as a hydraulic cylinder stroke limiter at the moment of contact with the stop, and through holes in the bottom make it possible to equalize the pressure in the piston volume of the hydraulic cylinder;
- allows you to increase the reliability of the packer in operation, providing a low level of deformation, but sufficient in the sealing elements to tightly overlap the gap between the packer at the seal and the well wall by preserving the material of the seals in the area of pre-structural adjustment, that is, to destructive phenomena in rubber, not allowing to manifest the Malinz-Patrikeyev effect, that is, to soften after the first loading cycle;
- allows you to optimize the gap between the focus on the barrel and the limiter;
- allows to increase the durability of the device, since due to the presence of deformation limiters of the sealing elements, it became possible after relieving pressure on them to return to their original state not only with single use, but also reusable, without softening the rubber, which means that the guarantee is guaranteed every time isolation of the interstratal space isolated for crimping and other operations of this section of the production string located between the upper and lower pair of sealing elements. The prototype does not provide the goal set by the proposed invention. The prototype packer with the permissible large deformations of the sealing elements due to the inability to limit them cannot guarantee the reliability and durability of the structure under operating conditions associated with high stresses and vibration of the installation, leading to softening of the sealing elements, to the appearance of creep in rubber, loss of elastic properties. This, in turn, leads to irreversible processes of forming the sealing elements, which do not allow them to retain their original shape after unloading and, therefore, to use for the next re-operation for the intended use of the packer;
- allows, in case of using a one-way packer, to preserve the principle diagram of deformation restriction, and the equilateralness of the sealing elements supplements the positive effect compared to previously used packers;
- allows you to minimize the effects of vibration on the sealing elements due to its concentration on the rigid structural elements at the moment of contact of the limiter with an emphasis in the hydraulic cylinder, which in turn will allow the rubber to soften and uncontrollably change its shape;
- allows you to simplify the technology of operation of the hydraulic cylinder and its maintainability due to the fact that it is prefabricated and that the bottom of the first chamber at the same time serves as a limiter of the stroke of the cylinder, setting the degree of deformation of the sealing elements, on which their mechanical properties, structural state and operational properties of the packer depend;
- the device is universal and allows the use of two-sided and one-sided guaranteeing reliable operation during repeated use, vibration resistance of the sealing elements, preservation of their properties in the initial state, ensuring the durability of the use of both elements and the packer as a whole;
- improves the reliability of operation of the packer in overpressure mode by introducing an additional element - a ball in the plug valve located at the bottom of the packer unit.

Источники информации
1. А.С. 2160356, МКИ E 21 B 33/12, от 03.07.98 г. (аналог).Sources of information
1. A.S. 2160356, MKI E 21 B 33/12, dated July 3, 1998 (analogue).

2. Положительное решение 99111053/03, МКИ E 21 B 33/12 от 25.05.99 г. (прототип)
3. А.С. 2162930, МКИ E 21 B 33/12, от 07.05.99 г. (аналог).2. A positive decision 99111053/03, MKI E 21 B 33/12 from 05.25.99, (prototype)
3. A.S. 2162930, MKI E 21 B 33/12, dated May 7, 1999 (analogue).

4. А.С. 1760083, МКИ E 21 B 33/12, 1992 г. (аналог)
5. Св. полезной модели 4137, МКИ E 21 B 33/12, от 16.05.97 г. (аналог).4. A.S. 1760083, MKI E 21 B 33/12, 1992 (analog)
5. St. utility model 4137, MKI E 21 B 33/12, dated May 16, 1997 (analogue).

6. Бартенев Г.М. Структура и релаксационные свойства эластомеров. - М.: Химия, 1960 г., с.244, 272, 273-275, 278-283, 232. 6. Bartenev G.M. Structure and relaxation properties of elastomers. - M.: Chemistry, 1960, p. 244, 272, 273-275, 278-283, 232.

Claims (1)

Пакер гидравлический двухстороннего действия, содержащий ствол и пакерующие узлы, имеющие уплотнительные элементы, гидроцилиндр, поршень и систему взаимосвязанных отверстий, перепускной клапан с корпусом, выполненным в виде перевернутого стакана, в котором расположена направляющая втулка с каналами в стенках и запорный элемент, причем в дне корпуса выполнено несколько сквозных отверстий и несколько отверстий с выходом в боковую стенку, корпус перепускного клапана имеет два посадочных места для верхнего и нижнего положений запорного элемента, отличающийся тем, что гидроцилиндр выполнен сборным двукамерным, при этом дно его первой камеры одновременно является ограничителем хода гидроцилиндра и имеет сквозные отверстия с выходом во вторую камеру, на корпусе ствола во второй камере гидроцилиндра имеется упор, выполненный в виде кругового цилиндра, дополнительно в клапане-заглушке нижнего пакерующего узла имеется запорный элемент - шар. A double-acting hydraulic packer containing a barrel and packer units having sealing elements, a hydraulic cylinder, a piston and a system of interconnected holes, an overflow valve with a body made in the form of an inverted cup in which there is a guide sleeve with channels in the walls and a locking element, and in the bottom the housing has several through holes and several holes with access to the side wall, the bypass valve housing has two seats for the upper and lower positions of the shutoff element, characterized in that the hydraulic cylinder is prefabricated two-chamber, while the bottom of its first chamber is simultaneously a limiter of the stroke of the hydraulic cylinder and has through holes with access to the second chamber, on the barrel body in the second chamber of the hydraulic cylinder there is an emphasis made in the form of a circular cylinder, additionally the plug valve of the lower packer unit has a locking element - a ball.
RU2001129887A 2001-11-05 2001-11-05 Double-acting hydraulic packer RU2208127C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001129887A RU2208127C1 (en) 2001-11-05 2001-11-05 Double-acting hydraulic packer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001129887A RU2208127C1 (en) 2001-11-05 2001-11-05 Double-acting hydraulic packer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2208127C1 true RU2208127C1 (en) 2003-07-10

Family

ID=29210814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001129887A RU2208127C1 (en) 2001-11-05 2001-11-05 Double-acting hydraulic packer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2208127C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102337859A (en) * 2011-09-20 2012-02-01 山西潞安环保能源开发股份有限公司 Coal field drill hole leak blocking system
RU2533470C2 (en) * 2012-11-20 2014-11-20 Александр Николаевич Роговой Procedure for recovery of tightness in flow strings
RU2535542C2 (en) * 2013-10-15 2014-12-20 Олег Сергеевич Николаев Hydraulic packer
EP2232011A4 (en) * 2007-12-20 2015-09-30 Transocean Sedco Forex Ventures Ltd Telescopic joint mini control panel
RU2574635C2 (en) * 2013-02-07 2016-02-10 Везерфорд/Лэм, Инк. Hydraulic-set packer with piston coupled to annular space
CN105350933A (en) * 2015-12-01 2016-02-24 金湖恒力机械有限公司 High-pressure oil pipe blanking plug
CN105927182A (en) * 2016-06-30 2016-09-07 河南科技大学 Novel packer based on ambient pressure
US9512693B2 (en) 2013-02-17 2016-12-06 Weatherford Technology Holdings, Llc Hydraulic set packer with piston to annulus communication

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2232011A4 (en) * 2007-12-20 2015-09-30 Transocean Sedco Forex Ventures Ltd Telescopic joint mini control panel
CN102337859A (en) * 2011-09-20 2012-02-01 山西潞安环保能源开发股份有限公司 Coal field drill hole leak blocking system
CN102337859B (en) * 2011-09-20 2014-06-04 山西潞安环保能源开发股份有限公司 Coal field drill hole leak blocking system
RU2533470C2 (en) * 2012-11-20 2014-11-20 Александр Николаевич Роговой Procedure for recovery of tightness in flow strings
RU2574635C2 (en) * 2013-02-07 2016-02-10 Везерфорд/Лэм, Инк. Hydraulic-set packer with piston coupled to annular space
US9512693B2 (en) 2013-02-17 2016-12-06 Weatherford Technology Holdings, Llc Hydraulic set packer with piston to annulus communication
RU2535542C2 (en) * 2013-10-15 2014-12-20 Олег Сергеевич Николаев Hydraulic packer
CN105350933A (en) * 2015-12-01 2016-02-24 金湖恒力机械有限公司 High-pressure oil pipe blanking plug
CN105350933B (en) * 2015-12-01 2019-02-26 金湖恒力机械有限公司 A kind of high-pressure oil pipe blanking plug
CN105927182A (en) * 2016-06-30 2016-09-07 河南科技大学 Novel packer based on ambient pressure
CN105927182B (en) * 2016-06-30 2018-09-25 河南科技大学 A kind of novel packer based on environmental pressure
RU2803436C1 (en) * 2023-01-17 2023-09-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) Device for hydraulic fracturing of rocks from a well

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180112492A1 (en) Hydraseal frac seal
RU92084U1 (en) PACKER
RU2208127C1 (en) Double-acting hydraulic packer
US20160053569A1 (en) Retrievable packer for operations in cased wells at high pressures
CN106939777A (en) A kind of well blowout preventing packer
RU92460U1 (en) DEVICE FOR SEALING THE INTER-TUBE SPACE PAKER BIK-700
RU186913U1 (en) PRESSURE VALVE
CN109798085A (en) A kind of normally closed type unidirectionally injects downhole blow-out preventer
RU2282711C1 (en) Casing packer
RU128896U1 (en) DEVICE FOR TRANSFER OF WELLS, INCLUDING WATERFILLED, TO OPERATION ON TWO LIFT COLUMNS
CN210714586U (en) Self-checking mechanical water plugging pipe column
RU162769U1 (en) DEVICE FOR INSULATION OF LAYERS IN A WELL
RU2576253C1 (en) Method for multistage well cementing and set of equipment therefor
RU2292442C1 (en) Interval packer device, hydro-mechanical packer and repression-depression action hydraulic packer (its variants)
CN110206509B (en) Water level differential pressure control valve
CN111379536B (en) Packer (CN)
RU2101463C1 (en) Packer-type device for selective testing of beds
RU174801U1 (en) DEVICE FOR ACTIVATING A PACKER SEALING ELEMENT
SU1752944A1 (en) Direct flow formation tester
CN207177815U (en) Oil-well pump well casing protection packer
RU2611798C1 (en) Wireline drillable packer with setting tool
CN104747116B (en) It is a kind of to be used to reduce the umbellate form downhole blow-out preventer of overflow risk
CN217519207U (en) Be applied to reinforcing seal structure of RD type downhole tool
CN220226817U (en) Differential pressure type sliding sleeve
RU2105131C1 (en) Hydraulic packer

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20110908

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151106