RU2209295C1

RU2209295C1 - Packer

Info

Publication number: RU2209295C1
Application number: RU2002104008A
Authority: RU
Inventors: А.В. Кустышев; Т.И. Чижова; С.Г. Кочетов; И.А. Кустышев; В.В. Кузнецов; С.В. Шейко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз"
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2003-07-27

Abstract

FIELD: oil and gas producing industry, particularly, devices for leakproof isolation of annular space. SUBSTANCE: packer consist of hollow mandrel, body, sealing packings, slips. Body has radial holes above and below sealing members. Annular space is formed between body and hollow mandrel and communicated through body radial holes with external space. Body upper part accommodates spring-loaded bushing with possible axial motion and closing of upper radial holes. Spring-loaded bushing is made in form of hollow cylinder whose external surface is engageable with body internal surface and form annular space between mandrel external surface and internal surface of spring-loaded bushing. Upper end of spring-loaded bushing has landing band and spring-loaded bushing external surface has bore. Lower radial holes are located at level of annular space. EFFECT: higher reliability of sealing of well annular space and extended functional potentialities of packer. 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметичного разобщения затрубного пространства скважины. The invention relates to the oil and gas industry, and in particular to devices for tight separation of the annulus of a well.

Известен пакер, содержащий полый ствол, связанный с колонной труб, уплотнительные элементы, шлипсы /А.С. 754100/. Known packer containing a hollow barrel associated with a pipe string, sealing elements, slips / A.C. 754100 /.

Пакер не обеспечивает подачу ингибитора гидратообразования и технологических растворов на забой скважины, возможна подача растворов только в ствол скважины с применением дополнительных устройств: ингибиторного или циркуляционного клапанов. The packer does not provide a hydrate inhibitor and technological solutions to the bottom of the well; it is possible to supply solutions only to the wellbore using additional devices: inhibitory or circulation valves.

Известен пакер, содержащий полый ствол, корпус с уплотнительными элементами и радиальными отверстиями выше и ниже уплотнительных элементов, полый ствол, образующий с корпусом кольцевое пространство, соединенное с наружным пространством, подпружиненную втулку, помещенную в верхней части кольцевого пространства, имеющую возможность осевого перемещения, и шлипсы /А.С. 132154/. Known packer containing a hollow barrel, a housing with sealing elements and radial holes above and below the sealing elements, a hollow barrel, forming with the housing an annular space connected to the outer space, a spring-loaded sleeve placed in the upper part of the annular space, with the possibility of axial movement, and slips / A.C. 132154 /.

Недостатком данного пакера является недостаточная надежность герметизации кольцевого пространства подпружиненной втулкой, приводящая к разгерметизации затрубного пространства скважины из-за попадания твердых частиц или разъедания ими наружных контактирующих между собой поверхностей подпружиненной втулки и седла, а также из-за попадания твердых частиц, находящихся в подаваемой через верхние отверстия и проходящей через витки пружины подпружиненной втулки жидкости, и забивания ими пружины, приводящие к отказу на открытие или закрытие подпружиненной втулки, а также к отказу пакера на запакеровку из-за попадания твердых частиц, находящихся в газовом потоке или жидкости через нижние радиальные отверстия с забоя скважины и оседающих в нижней части кольцевого пространства. The disadvantage of this packer is the insufficient reliability of sealing the annular space with a spring-loaded sleeve, leading to depressurization of the annular space of the well due to the ingress of solid particles or corroding by them of the external surfaces of the spring-loaded sleeve and saddle contacting between them, as well as due to the ingress of solid particles in the feed through the upper holes and the spring-loaded fluid sleeve passing through the coil of the spring, and clogging of the spring by them, leading to a failure to open or closed a spring loaded sleeve, as well as the packer failing to pack due to the ingress of solid particles in the gas stream or liquid through the lower radial holes from the bottom of the well and settling in the lower part of the annular space.

Задача, стоящая при создании пакера, состоит в разработке надежного пакера, обеспечивающего высокую герметизирующую способность при эксплуатации скважин с возможностью кратковременного сообщения затрубного надпакерного и подпакерного пространств при техническом обслуживании и ремонте скважин. The challenge in creating the packer is to develop a reliable packer that provides high sealing ability during well operation with the possibility of short-term communication of annular over-packer and under-packer spaces during maintenance and repair of wells.

Достигаемый технический результат, который получается в результате создания изобретения, состоит в простоте и высокой надежности узла циркуляции пакера. Achievable technical result, which is obtained as a result of the invention, consists in the simplicity and high reliability of the packer circulation unit.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известном пакере, включающем корпус с уплотнительными элементами и радиальными отверстиями выше и ниже уплотнительных элементов, полый ствол, образующий с корпусом кольцевое пространство, соединенное с наружным пространством, подпружиненной втулкой, имеющей возможность осевого перемещения, и шлипсы, в отличие от прототипа подпружиненная втулка выполнена в виде полого цилиндра, наружной поверхностью взаимодействующего с внутренней поверхностью корпуса и образующего кольцевой зазор между наружной поверхностью ствола и внутренней поверхностью подпружиненной втулки, на верхнем торце подпружиненной втулки выполнен посадочный поясок, а на наружной поверхности подпружиненной втулки выполнена проточка, при этом нижние радиальные отверстия размещены на уровне дна кольцевого пространства, а верхние радиальные отверстия выполнены с возможностью их перекрытия подпружиненной втулкой. The task and the technical result are achieved by the fact that in a known packer comprising a housing with sealing elements and radial holes above and below the sealing elements, a hollow barrel forming an annular space with the housing connected to the outer space, a spring-loaded sleeve having axial movement, and slips, unlike the prototype, the spring-loaded sleeve is made in the form of a hollow cylinder, the outer surface interacting with the inner surface of the housing and forming the gap between the outer surface of the barrel and the inner surface of the spring-loaded sleeve, a landing belt is made on the upper end of the spring-loaded sleeve, and a groove is made on the outer surface of the spring-loaded sleeve, while the lower radial holes are placed at the bottom of the annular space, and the upper radial holes are made with the possibility of overlapping spring loaded sleeve.

На фиг.1 показан заявляемый пакер в транспортном положении, на фиг.2 - в процессе добычи газа из пласта, на фиг.3 - в процессе закачки ингибитора гидратообразования или технологических растворов на забой скважины. Figure 1 shows the inventive packer in the transport position, figure 2 - in the process of gas production from the reservoir, figure 3 - in the process of pumping a hydrate inhibitor or technological solutions to the bottom of the well.

Пакер включает полый ствол 1, уплотнительные элементы 2, цилиндр 3 с поршнем 4, верхний 5 и нижний 6 конусы, шлипсы 7, составной корпус 8. Цилиндр 3 с поршнем 4 образуют камеру 9, которая через отверстия 10 соединена с внутритрубным пространством 11. Ствол 1 с корпусом 8 образуют кольцевое пространство 12. В корпусе 8 выше и ниже уплотнительных элементов расположены радиальные отверстия 13 и 14, через которые кольцевое пространство 12 соединено с наружным пространством. В верхней части кольцевого пространства 12 размещена подпружиненная втулка 15, перекрывающая верхние отверстия 13 и имеющая возможность осевого перемещения. Подпружиненная втулка 15 выполнена в виде полого цилиндра, наружной поверхностью взаимодействующего с внутренней поверхностью корпуса 8 и образующего кольцевой зазор 16 между наружной поверхностью ствола 1 и внутренней поверхностью подпружиненной втулки 15. Герметизация подпружиненной втулки 15 с верхним корпусом 8 осуществляется уплотнительным кольцом 17. Пружина 18 размещена в периферийной зоне кольцевого пространства 12 и нижним концом упирается в верхний торец средней части корпуса 8. В верхней части подпружиненной втулки 15 выполнен посадочный поясок 19, взаимодействующий с уплотнителем 20 (из полиуретана), установленным в нижней части втулки 21, размещенной между верхней частью корпуса 8 и стволом 1, а на наружной ее поверхности, в верхней ее части, выполнена проточка 22. Нижние радиальные отверстия 14 выполнены в крайнем нижнем положении, на уровне дна, кольцевого пространства 12. The packer includes a hollow barrel 1, sealing elements 2, cylinder 3 with a piston 4, upper 5 and lower 6 cones, slips 7, a composite housing 8. A cylinder 3 with a piston 4 forms a chamber 9, which is connected through holes 10 to the in-tube space 11. The barrel 1 with the housing 8 form an annular space 12. In the housing 8 above and below the sealing elements there are radial holes 13 and 14 through which the annular space 12 is connected to the outer space. In the upper part of the annular space 12 there is a spring-loaded sleeve 15 overlapping the upper holes 13 and having the possibility of axial movement. The spring sleeve 15 is made in the form of a hollow cylinder interacting with the outer surface of the housing 8 and forming an annular gap 16 between the outer surface of the barrel 1 and the inner surface of the spring sleeve 15. Sealing of the spring sleeve 15 with the upper body 8 is carried out by a sealing ring 17. The spring 18 is placed in the peripheral zone of the annular space 12 and the lower end abuts against the upper end of the middle part of the housing 8. In the upper part of the spring-loaded sleeve 15 is made a dummy belt 19 interacting with a sealant 20 (made of polyurethane) installed in the lower part of the sleeve 21, located between the upper part of the housing 8 and the barrel 1, and on its outer surface, in its upper part, a groove is made 22. The lower radial holes 14 are made in the lowest position, at the bottom of the annular space 12.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Пакер спускается в скважину на колонне труб. После его спуска до требуемой глубины и установки на устье фонтанной арматуры во внутритрубное пространство 11 сбрасывается шар, который садится на седло, расположенное ниже пакера (не показано). The packer descends into the well on a pipe string. After its descent to the required depth and installation at the mouth of the fountain fittings, a ball is dropped into the in-pipe space 11, which sits on a saddle located below the packer (not shown).

При создании давления в колонне труб жидкость через отверстие 10 поступает в камеру 9 цилиндра 3 и начинает перемещать поршень 4 вверх. При этом срезается винт 23, связывающий поршень 4 с верхним конусом 5. Освобожденный верхний конус 5 под действием жидкости перемещается вниз и толкает нижний конус 6 на шлипсы 7, подклинивая их в эксплуатационной колонне. После чего поршень 4 начинает сжимать уплотнительные элементы 2, что приводит к герметизации затрубного пространства. В конце хода поршень 4 стопорится стопорным кольцом 24, которое удерживает уплотнительные элементы 2 от распускания. Одновременно происходит окончательное подклинивание шлипсов 7 верхним конусом 5. В конце хода верхний конус 5 стопорится стопорным кольцом 25, которое удерживает его от возвратного движения. Пакер зафиксирован в обсадной колонне. When creating pressure in the pipe string, the fluid through the hole 10 enters the chamber 9 of the cylinder 3 and begins to move the piston 4 up. In this case, the screw 23 is cut off, connecting the piston 4 with the upper cone 5. The released upper cone 5 moves under the action of the liquid and pushes the lower cone 6 onto the slips 7, wedging them in the production casing. Then the piston 4 begins to compress the sealing elements 2, which leads to sealing of the annulus. At the end of the stroke, the piston 4 is locked by a retaining ring 24, which keeps the sealing elements 2 from blooming. At the same time, the final locking of the slips 7 by the upper cone 5 occurs. At the end of the stroke, the upper cone 5 is locked by the locking ring 25, which keeps it from returning movement. The packer is fixed in the casing.

При эксплуатации скважины добываемый из пласта газ поступает по внутритрубному пространству 11 на дневную поверхность. Затрубное пространство герметично разобщено уплотнительными элементами 2 на надпакерное и подпакерное. При этом кольцевое пространство 12 герметично перекрыто подпружиненной втулкой 15. Высокая степень герметичности достигается за счет небольших размеров уплотняемых площадей (посадочного пояска 19 и уплотнителя 20) и выполнения уплотнения типа "метал - полиуретан", а также из-за наличия уплотнительного кольца 17 на наружной поверхности подпружиненной втулки 15. During the operation of the well, the gas produced from the formation flows through the in-pipe space 11 to the day surface. The annulus is hermetically separated by the sealing elements 2 on the above-packer and under-packer. In this case, the annular space 12 is hermetically closed by a spring-loaded sleeve 15. A high degree of tightness is achieved due to the small size of the areas to be sealed (landing belt 19 and seal 20) and the performance of metal-polyurethane type sealing, as well as due to the presence of the sealing ring 17 on the outer surfaces of the spring sleeve 15.

При создании избыточного давления в надпакерном затрубном пространстве, обеспечивающего большее усилие отжима нежели усилие пружины 18 на закрытие, подпружиненная втулка 15 перемещается вниз, открывая верхние радиальные отверстия 13. Надпакерное и подпакерное пространства скважины временно получают возможность сообщаться (на период закачки технологических растворов или ингибитора гидратообразования). Легкому перемещению подпружиненной втулки 15 вниз и открытию верхних радиальных отверстий 13 способствует проточка 22, выполненная на наружной поверхности подпружиненной втулки 15. Поток жидкости с находящимися в нем твердыми частицами проходит по кольцевому зазору 16 между стволом 1 и верхним корпусом 8, по внутреннему пространству пружины 18, минуя ее витки, и выходит через нижние радиальные отверстия 14 в подпакерное затрубное пространство. Небольшая площадь сопряжения посадочного пояска 19 подпружиненной втулки 15 и уплотнителя 20 втулки 21 не позволяет твердым частицам осесть на контактирующих поверхностях, а тем более разъесть их. Выполнение уплотнения из полиуретана позволяет повысить степень герметизации верхнего радиального отверстия 13 подпружиненной втулкой 15. Размещение пружины 18 в периферийной зоне кольцевого пространства 12, через которую поток жидкости не проходит, не позволяет частицам твердой фазы, находящимся в перекачиваемом через пакер жидкости или в газовом потоке, осесть на пружине или между ее витков и привести к ее отказу на открытие или закрытие втулки 15. Выполнение нижних радиальных отверстий 14 на уровне дна кольцевого пространства 12, в крайнем нижнем положении, позволяет избежать возникновения застойных зон и препятствует попаданию твердых частиц в кольцевое пространство 12 пакера, а значит, устраняет условия возникновения отказа пакера на запакеровку. When overpressure is created in the over-packer annulus providing a greater pressing force than the spring force 18 at closing, the spring-loaded sleeve 15 moves downward, opening the upper radial holes 13. The over-packer and under-packer spaces of the well are temporarily able to communicate (for the period of pumping technological solutions or a hydrate inhibitor ) Easy movement of the spring sleeve 15 down and the opening of the upper radial holes 13 is facilitated by a groove 22 made on the outer surface of the spring sleeve 15. The fluid flow with the solid particles contained therein passes through the annular gap 16 between the barrel 1 and the upper housing 8, along the inner space of the spring 18 , bypassing its turns, and goes through the lower radial holes 14 into the under-pit annular space. The small area of the interface of the landing belt 19 of the spring sleeve 15 and the seal 20 of the sleeve 21 does not allow solid particles to settle on the contacting surfaces, and even more so to corrode them. The sealing of polyurethane allows to increase the degree of sealing of the upper radial hole 13 with a spring-loaded sleeve 15. Placing the spring 18 in the peripheral zone of the annular space 12, through which the fluid flow does not pass, does not allow solid particles in the fluid pumped through the packer or in the gas stream, settle on the spring or between its coils and lead to its failure to open or close the sleeve 15. Making the lower radial holes 14 at the bottom of the annular space 12, in the extreme the lower position, avoids the occurrence of stagnant zones and prevents the ingress of solid particles into the annular space 12 of the packer, and therefore eliminates the conditions for the packer to fail to pack.

По окончании закачки технологического раствора за счет снижения перепада давления втулка 15 под действием пружины 18 вновь вернется в исходное положение и перекроет кольцевое пространство 12 и верхние радиальные отверстия 13 пакера. Upon completion of the injection of the technological solution by reducing the pressure drop, the sleeve 15 under the action of the spring 18 will again return to its original position and block the annular space 12 and the upper radial holes 13 of the packer.

Извлечение пакера осуществляется с помощью инструмента, спускаемого во внутритрубное пространство 11. Removing the packer is carried out using a tool lowered into the in-tube space 11.

Claims

A packer comprising a housing with sealing elements and radial openings above and below the sealing elements, a hollow barrel forming an annular space connected to the outer space with the housing, a spring-loaded sleeve having axial movement, and slips, characterized in that the spring-loaded sleeve is made in the form hollow cylinder, the outer surface interacting with the inner surface of the body and forming an annular gap between the outer surface of the barrel and the inner surface along springing sleeve at the upper end a spring-loaded sleeve made planting band and the outer surface of the spring loaded sleeve has a groove, wherein the lower radial holes placed at the bottom of the annular space, and the upper radial openings arranged to be spring-loaded sleeve overlap.