RU222329U1

RU222329U1 - HYDRAULIC PACKER

Info

Publication number: RU222329U1
Application number: RU2023124326U
Authority: RU
Inventors: Руслан Николаевич Желонкин; Владислав Викторович Юдин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ГРУППА КОМПАНИЙ "АВРОРА"
Filing date: 2023-09-21
Publication date: 2023-12-20

Abstract

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к оборудованию для эксплуатации нефтяной или газовой скважины, и может быть использована для герметичного разобщения газонефтеводоносных пластов или участков затрубного пространства друг от друга. Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности фиксации пакера гидравлического за счет пакера гидравлического, характеризующегося тем, что содержит полый трубчатый корпус и полый рукав, выполненный с возможностью увеличения диаметра при повышении давления в его полости, при этом рукав установлен с возможностью сообщения системой каналов с полостью трубчатого корпуса при достижении расчетного давления в трубном пространстве, при этом на внешней поверхности полого рукава установлена кольцеобразная манжета, на внешней поверхности которой выполнены насечки.The utility model relates to the oil and gas production industry, in particular to equipment for the operation of an oil or gas well, and can be used for hermetically sealed separation of gas-oil-water-bearing formations or sections of the annulus from each other. The technical result of the claimed technical solution is to increase the reliability of fixing the hydraulic packer due to the hydraulic packer, characterized in that it contains a hollow tubular body and a hollow sleeve, made with the possibility of increasing the diameter with increasing pressure in its cavity, while the sleeve is installed with the ability to communicate with a system of channels with cavity of the tubular body when the design pressure in the pipe space is reached, while on the outer surface of the hollow hose a ring-shaped cuff is installed, on the outer surface of which notches are made.

Description

Устройство относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к оборудованию для эксплуатации нефтяной или газовой скважины и может быть использовано для герметичного разобщения газонефтеводоносных пластов или участков затрубного пространства друг от друга.The device relates to the oil and gas industry, in particular to equipment for the operation of an oil or gas well, and can be used for hermetically sealed separation of gas-oil-water-bearing formations or sections of the annulus from each other.

Наиболее близким по технической сути является «ПАКЕР ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ» по патенту на изобретение RU №2789558, от 18.11.2022, опубликован 06.02.2023, МПК E21B 33/127. Известный пакер содержит полый трубчатый корпус, при этом на корпус установлена втулка с образованием кольцеобразного канала между внешней поверхностью корпуса и внутренней поверхностью втулки, на внешнюю поверхность корпуса в упомянутый кольцеобразный канал установлены кольцеобразный поршень и кольцо, кольцо и поршень установлены с образованием полости между ними и зафиксированы от перемещения индивидуальными срезными крепежными элементами. Кольцо и поршень установлены с возможностью осевого перемещения после снятия фиксации, а крепежные элементы, фиксирующие поршень, имеют меньшую прочность на срез, чем крепежные элементы, фиксирующие кольцо. Полость между кольцом и поршнем сообщается с полостью корпуса через отверстие в корпусе, отверстие в кольце и канал, образованный частью внешней поверхности кольца и внутренней поверхностью втулки. Пакер содержит полый рукав, выполненный с возможностью увеличения диаметра при повышении давления в его полости. На внешней поверхности корпуса в кольцеобразном канале выполнена проточка, сообщающая полость между кольцом и поршнем и кольцеобразный канал в активированном положении пакера, когда поршень находится в своем крайнем положении, наиболее удаленном от кольца. Полость рукава выполнена сообщающейся с полостью корпуса через односторонний клапан, кольцеобразный канал, проточку на внешней поверхности корпуса, полость между кольцом и поршнем, канал кольца, отверстие в кольце и отверстие в корпусе, при выдвинутом в крайнее положение поршне, наиболее удаленном от кольца, с возможностью последующего разобщения полости корпуса с кольцеобразным каналом при срезании крепежных элементов, фиксирующих кольцо, повышением давления в полости корпуса и перемещении кольца в свое крайнее положение, наиболее удаленное от поршня.The closest in technical essence is the “HYDRAULIC PACKER” according to the invention patent RU No. 2789558, dated 11/18/2022, published 02/06/2023, IPC E21B 33/127. The known packer contains a hollow tubular body, while a sleeve is installed on the body to form an annular channel between the outer surface of the body and the inner surface of the sleeve, an annular piston and a ring are installed on the outer surface of the body in the said annular channel, the ring and the piston are installed to form a cavity between them and secured against movement by individual shear fasteners. The ring and piston are installed with the possibility of axial movement after the fixation is removed, and the fasteners that fix the piston have less shear strength than the fasteners that fix the ring. The cavity between the ring and the piston communicates with the body cavity through a hole in the body, a hole in the ring and a channel formed by part of the outer surface of the ring and the inner surface of the sleeve. The packer contains a hollow sleeve designed to increase in diameter as the pressure in its cavity increases. On the outer surface of the body, in the annular channel, there is a groove connecting the cavity between the ring and the piston and the annular channel in the activated position of the packer, when the piston is in its extreme position, farthest from the ring. The sleeve cavity is made communicating with the body cavity through a one-way valve, an annular channel, a groove on the outer surface of the body, a cavity between the ring and the piston, a ring channel, a hole in the ring and a hole in the body, with the piston farthest from the ring extended to its extreme position, with the possibility of subsequent separation of the housing cavity from the annular channel when cutting off the fasteners fixing the ring, increasing the pressure in the housing cavity and moving the ring to its extreme position, furthest from the piston.

В процессе эксплуатации известного устройства обсадная колонна, в состав которой входит пакер, может совершать незначительные осевые перемещения. Перемещение рукава активированного пакера относительно стенок скважины может привести к потере газогерметичности между изолированными друг от друга интервалами затрубного пространства. В известном устройстве не предусмотрены средства противодействия перемещению рукава активированного пакера относительно стенок скважины.During operation of the known device, the casing string, which includes the packer, can make minor axial movements. Movement of the activated packer sleeve relative to the well walls can lead to loss of gas tightness between the annulus intervals isolated from each other. The known device does not provide means to counteract the movement of the activated packer sleeve relative to the well walls.

Задачей заявляемого технического решения является обеспечение неподвижности полого рукава относительно стенок скважины после активации пакера гидравлического.The objective of the proposed technical solution is to ensure the immobility of the hollow hose relative to the well walls after activation of the hydraulic packer.

Поставленная задача решена за счет пакера гидравлического, характеризующегося тем, что содержит полый трубчатый корпус и полый рукав, выполненный с возможностью увеличения диаметра при повышении давления в его полости, при этом рукав установлен с возможностью сообщения системой каналов с полостью трубчатого корпуса при достижении расчетного давления в трубном пространстве, при этом на внешней поверхности полого рукава установлены плашки, на внешней поверхности которых выполнены насечки.The problem was solved by using a hydraulic packer, characterized in that it contains a hollow tubular body and a hollow sleeve, designed to increase in diameter when the pressure in its cavity increases, while the sleeve is installed with the possibility of communication by a system of channels with the cavity of the tubular body when the design pressure is reached in pipe space, while on the outer surface of the hollow hose there are dies installed, on the outer surface of which there are notches.

Суть технического решения иллюстрирована чертежами, где на фиг.1 - пакер гидравлический в транспортном положении, на фиг. 2 - пакер гидравлический в активированном положении.The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where in Fig.1 - a hydraulic packer in transport position, in Fig. 2 - hydraulic packer in activated position.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображены: полый трубчатый корпус 1, отверстие 2 в корпусе, отверстие 3 в кольце, кольцо 4, полость 5, поршень 6, фиксирующие поршень крепежные элементы 7, односторонний клапан 8, кольцеобразный канал 9, полость 10 рукава, полый рукав 11, фиксирующие кольцо крепежные элементы 12, дополнительный односторонний клапан 13, втулка 14, полукольцо 15, манжета 16, канал 17, проточка 18, плашки 19, насечки 20.In fig. 1 and fig. 2 shows: a hollow tubular body 1, hole 2 in the body, hole 3 in the ring, ring 4, cavity 5, piston 6, piston-fixing fasteners 7, one-way valve 8, annular channel 9, sleeve cavity 10, hollow sleeve 11, fixing ring fasteners 12, additional one-way valve 13, bushing 14, half ring 15, cuff 16, channel 17, groove 18, dies 19, notches 20.

Пакер гидравлический выполнен следующим образом.The hydraulic packer is designed as follows.

Пакер гидравлический содержит полый трубчатый корпус 1, втулку 14, поршень 6, кольцо 4, полый рукав 11. Втулка 14 установлена на трубчатый корпус 1 с образованием кольцеобразного канала 9 между внешней поверхностью корпуса 1 и внутренней поверхностью втулки 14. Втулка 14 установлена на трубчатый корпус 1 любым известным из уровня техники способом, например, посредством полуколец 15 или при помощи сварного соединения. Кольцеобразный канал 9 сообщается с полостью 10 рукава 11 через односторонний клапан 8. Односторонний клапан 8 установлен таким образом, что пропускает рабочую среду из канала 9 в полость 10, при этом препятствует обратному проникновению среды из полости 10. В кольцеобразный канал 9 установлены кольцеобразный поршень 6 и кольцо 4, при этом поршень 6 установлен между кольцом 4 и клапаном 8. Кольцо 4 и поршень 6 установлены с образованием полости 5 между ними. Кольцо 4 и поршень 6 установлены с возможностью осевого перемещения. Возможность осевого перемещения кольца 4 и поршня 6 обеспечивается тем, что их внешний диаметр приближен к внутреннему диаметру втулки 14, а их внутренний диаметр приближен к внешнему диаметру трубчатого корпуса 1. На внешней поверхности трубчатого корпуса 1 в кольцеобразном канале 9 выполнена проточка 18. Проточка 18 сообщает полость 5 и канал 9 в активированном положении пакера, когда поршень 6 находится в своем крайнем положении, наиболее удаленном от кольца 4. В транспортном положении пакера, кольцо 4 и поршень 6 зафиксированы от перемещения относительно втулки 14 посредством индивидуальных крепежных элементов 7 и 12. Крепежные элементы 7 и 12 выполнены с возможностью среза. Возможность среза крепежных элементов 7 и 12 обеспечивается их выполнением из материала, обладающего соответствующими физико-механическими характеристиками, например из латуни. Крепежные элементы 7, фиксирующие поршень 6, обладают меньшей прочностью на срез, чем крепежные элементы 12, фиксирующие кольцо 4. Различная прочность на срез индивидуальных крепежных элементов 7 и 12 обеспечивается их различными геометрическими характеристиками, например, различными внешними диаметрами. Расположенная между кольцом 4 и поршнем 6 полость 5 в транспортном положении пакера сообщена с внутренней полостью трубчатого корпуса 1 через отверстие 2 в корпусе 1, отверстие 3 в кольце 4 и канал 17. Канал 17 образован частью внешней поверхности кольца 4 и внутренней поверхностью втулки 14. Полый рукав 11 выполнен с возможностью увеличения своего диаметра при повышении давления в его полости 10. Возможность увеличения диаметра рукава 11 обеспечивается выполнением его из материала, обладающего соответствующими физико-механическими характеристиками, например, из металла, обладающего высоким коэффициентом удлинения и малым пределом текучести. На внешней поверхности рукава 11 установлены плашки 19. На внешней поверхности плашек 19 выполнены насечки 20. Насечки 20 выполнены таким образом, что в совокупности образуют на внешней части продольного сечения плашки 19 пилообразную форму, характеризующуюся поочередным расположением выступов и впадин. Опционально выступы на внешней поверхности плашек 19 выполнены в форме равнобедренного треугольника. Опционально выступы на внешней поверхности плашек 19 выполнены с наклоном относительно оси устройства. Опционально наклоны выступов различных плашек 19, установленных на внешней поверхности рукава 11, имеют разнонаправленную ориентацию. Плашки 19 могут быть выполнены из низкоуглеродистых марок сталей, которые хорошо подвергаются цементации поверхностного слоя. Высокая твердость поверхности выступов после термической обработки плашек 19 обеспечивает возможность необходимого внедрения выступов плашки 19 в стенки разобщаемой скважины или обсадной трубы при активации пакера гидравлического. Опционально на внешней поверхности рукава 11 расположены, выполненные из эластомерного материала, манжеты 16. Опционально манжеты 16 и плашки 19 расположены в канавках, выполненных прогнозируемо-изменяемой, при увеличении диаметра рукава 11, формы. Манжеты 16 предназначены для повышения герметичности прилегания рукава 11 к поверхности скважины или обсадной трубы. Опционально пакер гидравлический может содержать дополнительный односторонний клапан 13. Односторонний клапан 13 установлен со стороны предполагаемого прорыва жидкости или газа. Односторонний клапан 13 пропускает внешнюю среду в полость 10 рукава 11, когда давление в затрубном пространстве превышает давление в полости 10 и препятствует ее обратному выходу.The hydraulic packer contains a hollow tubular body 1, a sleeve 14, a piston 6, a ring 4, a hollow sleeve 11. The sleeve 14 is installed on the tubular body 1 to form an annular channel 9 between the outer surface of the body 1 and the inner surface of the sleeve 14. The sleeve 14 is installed on the tubular body 1 by any method known from the prior art, for example, by means of half-rings 15 or by means of a welded joint. The annular channel 9 communicates with the cavity 10 of the sleeve 11 through a one-way valve 8. The one-way valve 8 is installed in such a way that it passes the working medium from the channel 9 into the cavity 10, while preventing the reverse penetration of the medium from the cavity 10. An annular piston 6 is installed in the annular channel 9 and ring 4, with piston 6 installed between ring 4 and valve 8. Ring 4 and piston 6 are installed to form a cavity 5 between them. Ring 4 and piston 6 are installed with the possibility of axial movement. The possibility of axial movement of the ring 4 and piston 6 is ensured by the fact that their outer diameter is close to the inner diameter of the sleeve 14, and their inner diameter is close to the outer diameter of the tubular body 1. On the outer surface of the tubular body 1 in the annular channel 9 there is a groove 18. Groove 18 informs cavity 5 and channel 9 in the activated position of the packer when piston 6 is in its extreme position, furthest from ring 4. In the transport position of the packer, ring 4 and piston 6 are secured from moving relative to sleeve 14 by means of individual fasteners 7 and 12. Fastening elements 7 and 12 are made with the possibility of cutting. The possibility of cutting the fastening elements 7 and 12 is ensured by making them from a material that has the appropriate physical and mechanical characteristics, for example, brass. The fasteners 7 that secure the piston 6 have lower shear strength than the fasteners 12 that secure the ring 4. The different shear strengths of the individual fasteners 7 and 12 are due to their different geometric characteristics, for example, different outer diameters. The cavity 5 located between the ring 4 and the piston 6 in the transport position of the packer communicates with the internal cavity of the tubular body 1 through hole 2 in the body 1, hole 3 in the ring 4 and channel 17. Channel 17 is formed by part of the outer surface of the ring 4 and the inner surface of the sleeve 14. The hollow sleeve 11 is made with the possibility of increasing its diameter with increasing pressure in its cavity 10. The possibility of increasing the diameter of the sleeve 11 is ensured by making it from a material with appropriate physical and mechanical characteristics, for example, from a metal with a high elongation coefficient and a low yield strength. On the outer surface of the sleeve 11, dies 19 are installed. On the outer surface of the dies 19, notches 20 are made. The notches 20 are made in such a way that together they form a sawtooth shape on the outer part of the longitudinal section of the dies 19, characterized by an alternating arrangement of protrusions and depressions. Optionally, the protrusions on the outer surface of the dies 19 are made in the shape of an isosceles triangle. Optionally, the protrusions on the outer surface of the dies 19 are inclined relative to the axis of the device. Optionally, the inclinations of the protrusions of various dies 19 installed on the outer surface of the sleeve 11 have different orientations. The dies 19 can be made of low-carbon steel grades that are well suited for carburization of the surface layer. The high hardness of the surface of the protrusions after heat treatment of the rams 19 provides the possibility of the necessary introduction of the protrusions of the ram 19 into the walls of the disconnected well or casing when the hydraulic packer is activated. Optionally, on the outer surface of the sleeve 11 there are cuffs 16 made of elastomeric material. Optionally, the cuffs 16 and dies 19 are located in grooves made of a predictably variable shape as the diameter of the sleeve 11 increases. The cuffs 16 are designed to increase the tightness of the fit of the sleeve 11 to the surface of the well or casing. Optionally, the hydraulic packer may contain an additional one-way valve 13. The one-way valve 13 is installed on the side of the expected breakthrough of liquid or gas. One-way valve 13 allows the external environment into the cavity 10 of the sleeve 11 when the pressure in the annulus exceeds the pressure in the cavity 10 and prevents its return exit.

Пакер гидравлический работает следующим образом.The hydraulic packer works as follows.

В транспортном положении, в составе обсадной колонны, пакер гидравлический спускают в скважину. При спуске пакера на необходимую глубину, давление в полости 10 и в затрубном пространстве выравнивается посредством дополнительного одностороннего клапана 13, пропускающего среду в полость 10 при превышении давления в затрубном пространстве над давлением под рукавом 11. После спуска пакера в заданный интервал, в полости трубчатого корпуса 1, сообщенной с полостью 5, повышают давление рабочей среды. При достижении заданного уровня давления поршень 6 срезает крепежные элементы 7 и перемещается в свое крайнее положение, наиболее удаленное от кольца 4. Перемещение поршня 6 в крайнее положение обеспечивает сообщение полости трубчатого корпуса 1 с полостью 10 рукава 11 через отверстие 2 в корпусе 1, отверстие 3 в кольце 4, канал 17, полость 5, проточку 18, кольцеобразный канал 9 и односторонний клапан 8. Под воздействием давления, поступающей в полость 10 среды, диаметр рукава 11 увеличивается. Внешняя поверхность рукава 11, деформируясь, прижимается к внутренней поверхности скважины, повторяя ее форму. Прижатие рукава 11 к внутренней поверхности скважины с усилием, обеспечиваемым давлением в полости 10, разобщает изолируемые друг от друга интервалы затрубного пространства. Вместе с рукавом 11 к внутренней поверхности скважины прижимаются и выступы на внешней поверхности плашек 19. За счет высокой твердости материала и приложенного радиального усилия, направленного от оси корпуса 1, выступы на внешней поверхности плашек 19 внедряются в поверхность скважины или обсадной трубы, обеспечивая, таким образом, надежную фиксацию рукава 11. При дальнейшем повышении давления в полости корпуса 1 кольцо 4 срезает крепежные элементы 12 и перемещается в свое крайнее положение, наиболее удаленное от поршня 6. Перемещение кольца 4 смещает относительно друг друга отверстия 2 и 3 и разобщает, таким образом, полость корпуса 1 с кольцеобразным каналом 9. За счет выполнения клапана 8 односторонним, давление в полости 10 остается постоянным, что обеспечивает надежное прижатие рукава 11 к внутренней поверхности скважины. При повышении давления в затрубном пространстве, например, вследствие прорыва жидкости или газа, внешняя среда через дополнительный клапан 13 поступает внутрь кожуха 11, выравнивая давление в затрубном пространстве и полости 10, что снижает вероятность смятия кожуха 11 и, как следствие, потери герметичности разобщения интервалов.In the transport position, as part of the casing string, the hydraulic packer is lowered into the well. When the packer is lowered to the required depth, the pressure in the cavity 10 and in the annulus is equalized by means of an additional one-way valve 13, which allows the medium to pass into the cavity 10 when the pressure in the annulus exceeds the pressure under the sleeve 11. After lowering the packer at a given interval, in the cavity of the tubular body 1, communicated with cavity 5, increases the pressure of the working medium. When a given pressure level is reached, the piston 6 cuts off the fastening elements 7 and moves to its extreme position, farthest from the ring 4. Moving the piston 6 to the extreme position ensures communication between the cavity of the tubular body 1 and the cavity 10 of the sleeve 11 through hole 2 in the body 1, hole 3 in ring 4, channel 17, cavity 5, groove 18, annular channel 9 and one-way valve 8. Under the influence of pressure entering the medium cavity 10, the diameter of sleeve 11 increases. The outer surface of the sleeve 11, being deformed, is pressed against the inner surface of the well, repeating its shape. Pressing the sleeve 11 to the inner surface of the well with a force provided by the pressure in the cavity 10 separates the intervals of the annular space that are isolated from each other. Together with the sleeve 11, the protrusions on the outer surface of the rams 19 are also pressed against the inner surface of the well. Due to the high hardness of the material and the applied radial force directed from the axis of the body 1, the protrusions on the outer surface of the rams 19 are embedded in the surface of the well or casing, thus ensuring thus, reliable fixation of the sleeve 11. With a further increase in pressure in the cavity of the housing 1, the ring 4 cuts off the fastening elements 12 and moves to its extreme position, farthest from the piston 6. The movement of the ring 4 shifts holes 2 and 3 relative to each other and thus disconnects , the housing cavity 1 with an annular channel 9. Due to the one-way design of the valve 8, the pressure in the cavity 10 remains constant, which ensures reliable pressing of the hose 11 to the inner surface of the well. When the pressure in the annulus increases, for example, due to a breakthrough of liquid or gas, the external environment through an additional valve 13 enters the casing 11, equalizing the pressure in the annulus and cavity 10, which reduces the likelihood of collapse of the casing 11 and, as a result, loss of tightness of the separation intervals .

Использование плашек 19 обеспечивает надежную фиксацию рукава 11 на внутренней поверхности разобщаемой скважины или обсадной трубы, что снижает вероятность осевого перемещения пакера гидравлического во время его эксплуатации.The use of rams 19 ensures reliable fixation of the hose 11 on the inner surface of the disconnected well or casing, which reduces the likelihood of axial movement of the hydraulic packer during its operation.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышение надежности фиксации пакера гидравлического за счет пакера гидравлического, характеризующегося тем, что содержит полый трубчатый корпус и полый рукав, выполненный с возможностью увеличения диаметра при повышении давления в его полости, при этом рукав установлен с возможностью сообщения системой каналов с полостью трубчатого корпуса при достижении расчетного давления в трубном пространстве, при этом на внешней поверхности полого рукава установлена кольцеобразная манжета, на внешней поверхности которой выполнены насечки.The technical result of the claimed technical solution is to increase the reliability of fixing the hydraulic packer due to the hydraulic packer, characterized in that it contains a hollow tubular body and a hollow sleeve, made with the possibility of increasing the diameter with increasing pressure in its cavity, while the sleeve is installed with the ability to communicate with a system of channels with cavity of the tubular body when the design pressure in the pipe space is reached, while on the outer surface of the hollow hose a ring-shaped cuff is installed, on the outer surface of which notches are made.

Claims

A hydraulic packer, characterized in that it contains a hollow tubular body and a hollow sleeve, designed to increase in diameter when the pressure in its cavity increases, while the hollow sleeve is installed with the possibility of communication by a system of channels with the cavity of the tubular body when the design pressure in the pipe space is reached, when In this case, a sleeve is installed on the hollow tubular body to form an annular channel between the outer surface of the hollow tubular body and the inner surface of the sleeve, and a piston and a ring are installed on the outer surface of the hollow tubular body in said annular channel, said ring and piston are installed to form a cavity between them and are fixed from movement by individual shear fasteners, while the ring and piston are installed with the possibility of axial movement after removing the fixation, and the fasteners fixing the piston have less shear strength than the fasteners fixing the ring, and the cavity between the ring and the piston communicates with the cavity hollow tubular body through a hole in the hollow tubular body, a hole in the ring and a channel formed by part of the outer surface of the ring and the inner surface of the sleeve, and on the outer surface of the hollow tubular body in the annular channel there is a groove connecting the cavity between the ring and the piston and the annular channel in the activated position of the packer, when the piston is in its extreme position, farthest from the ring, while the cavity of the hollow sleeve is made communicating with the cavity of the hollow tubular body through a one-way valve, an annular channel, a groove on the outer surface of the hollow tubular body, a cavity between the ring and the piston, a channel rings, a hole in the ring and a hole in the hollow tubular body, with the piston farthest from the ring extended in the extreme position, with the possibility of subsequent separation of the cavity of the hollow tubular body from the annular channel when cutting off the fasteners fixing the ring, increasing the pressure in the cavity of the hollow tubular body and moving the ring to its extreme position, farthest from the piston, while dies are installed on the outer surface of the hollow sleeve, the outer surface of which has notches.