RU2227202C2

RU2227202C2 - Packer

Info

Publication number: RU2227202C2
Application number: RU2002117835/03A
Authority: RU
Inventors: К.М. Гарифов; Н.Г. Ибрагимов; Г.А. Федотов; В.Г. Фадеев; А.Х. Кадыров; И.Н. Рахманов; А.В. Глуходед
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-04-20
Also published as: RU2002117835A

Abstract

FIELD: oil and gas extracting industry. SUBSTANCE: packer has body in form of expanded smooth metallic socket piece with elastic packing means and hydraulic drive with expanding cone. Elastic packing means are placed in annular cylindrical grooves and are made with outer size of no more than outer diameter of said socket piece. Expanding cone is mounted on lower end of hydraulic drive , which is made with angle of slanting of conical surface of 10-40 degrees and with diameter of base less than inner diameter of operating string and doubled thickness of socket piece wall. On lower end of body connecting assembly is mounted, and rod of hydraulic drive is provided with releasable catch, engaged with connecting assembly. EFFECT: increased reliability and durability of packer. 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для разобщения полости скважины.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to devices for separating a well cavity.

Известен пакер [а.с. СССР №295867, Е 21 В 33/12, опубл. 12.02.71, бюл. №8], содержащий корпус с размещенными на нем уплотнительными кольцами.Known packer [a.s. USSR No. 295867, E 21 B 33/12, publ. 02/12/71, bull. No. 8], comprising a housing with O-rings placed thereon.

Его недостатком является низкая степень герметичности из-за расширения корпуса давлением, т.к. в этом случае сила прижатия невелика и не гарантирована.Its disadvantage is the low degree of tightness due to expansion of the housing by pressure, because in this case, the pressing force is small and not guaranteed.

Наиболее близок по своей технической сущности к предлагаемому является пакер [см. патент №1627663, Е 21 В 33/12, опубл. 15.04.92, бюл. №14], содержащий корпус в виде патрубка, с надетыми на него эластичными уплотнителями, расширяемого конусом с гидроприводом.The closest in its technical essence to the proposed is the packer [see patent No. 1627663, E 21 B 33/12, publ. 04/15/92, bull. No. 14], comprising a housing in the form of a pipe, with elastic seals put on it, expandable with a hydraulic cone.

Его недостатками являются низкие надежность и срок службы из-за растекания и снижения упругости эластичного уплотнителя, а также возможности потери его при спуске пакера в скважину.Its disadvantages are low reliability and service life due to spreading and reduced elasticity of the elastic seal, as well as the possibility of losing it when lowering the packer into the well.

Целью предлагаемого изобретения является повышение срока службы и надежности пакера.The aim of the invention is to increase the service life and reliability of the packer.

Эта цель достигается тем, что в известном пакере, включающем корпус в виде расширяемого гладкого металлического патрубка с эластичными уплотнителями и гидропривод с расширяющим конусом, эластичные уплотнители размещены в кольцевых цилиндрических канавках и выполнены с наружным размером не более наружного диаметра патрубка, расширяющий конус установлен на нижнем конце гидропривода и выполнен с углом наклона конической поверхности 10-40° и диаметром основания, меньшим по величине, чем разница внутреннего диаметра эксплуатационной колонны и удвоенной толщины стенки патрубка, на нижнем конце корпуса установлен соединительный узел, а штанга гидропривода снабжена освобождающимся ловителем, зацепленным за соединительный узел.This goal is achieved by the fact that in a known packer comprising a housing in the form of an expandable smooth metal pipe with elastic seals and a hydraulic actuator with an expanding cone, elastic seals are placed in annular cylindrical grooves and are made with an outer size of no more than the outer diameter of the pipe, the expanding cone is mounted on the lower the end of the hydraulic actuator and is made with an angle of inclination of the conical surface of 10-40 ° and a diameter of the base, smaller in size than the difference in the inner diameter of the production column double the wall thickness of the pipe, at the lower end of the casing there is a connecting unit, and the hydraulic actuator rod is equipped with a releasing catcher hooked on the connecting unit.

Сущность изобретения основана на эффекте дополнительного расширения патрубка при расширении его пуансоном (Аверкиев Ю.А., Аверкиев Л.Ю. Технология холодной штамповки: Учебник для вузов по специальностям "Машины и технология обработки металлов давлением" и "Обработка металлов давлением". - М.: Машиностроение, 1989, с. 210-211).The invention is based on the effect of additional expansion of the pipe when it is expanded with a punch (Averkiev Yu.A., Averkiev L.Yu. Cold stamping technology: Textbook for universities on the specialties "Machines and technology for metal forming" and "Metal forming." - M .: Engineering, 1989, p. 210-211).

Этот эффект заключается в том, что расширенный пуансоном, представляющим собой усеченный конус, патрубок имеет внутренний диаметр больше, чем диаметр основания конуса у пуансона на несколько миллиметров (до 5-6). Соответственно, и наружный диаметр больше, чем сумма удвоенной толщины стенки патрубка и диаметра пуансона. Причем величина этого прироста увеличивается с увеличением угла конуса.This effect consists in the fact that the branch pipe expanded by a punch, which is a truncated cone, has an inner diameter larger than the diameter of the base of the cone by the punch by several millimeters (up to 5-6). Accordingly, the outer diameter is greater than the sum of the doubled wall thickness of the pipe and the diameter of the punch. Moreover, the magnitude of this increase increases with increasing angle of the cone.

При углах менее 10° этот прирост незначителен, а при углах конуса более 40° сильно возрастают усилия протягивания пуансона.At angles less than 10 °, this increase is insignificant, and at cone angles of more than 40 °, the forces of pulling the punch greatly increase.

При расширении патрубка в ограниченном пространстве, т.е. в обсадной трубе, патрубок расширяется до упора в нее, а неизрасходованная часть дополнительного прироста создает натяг как по металлу, так и по эластичному уплотнителю, обеспечивая закрепление патрубка и герметичность соединения.When expanding the pipe in a limited space, i.e. in the casing, the pipe expands all the way to it, and the unspent part of the additional growth creates an interference fit both in the metal and in the elastic seal, ensuring the connection of the pipe and the tightness of the connection.

На фиг.1 показан пакер в транспортном положении, на фиг.2 - в процессе посадки, а на фиг.3 - увеличенная в масштабе схема выполнения эластичного уплотнителя.Figure 1 shows the packer in the transport position, figure 2 - during the landing process, and figure 3 is an enlarged scale diagram of the implementation of the elastic seal.

Пакер содержит корпус 1, выполненный в виде патрубка из пластичного металла, в цилиндрических канавках которого размещены уплотнители 2.The packer contains a housing 1, made in the form of a pipe made of ductile metal, in the cylindrical grooves of which are placed seals 2.

На нижнем конце корпуса 1 установлен соединительный узел 3, выполненный, например, в виде втулки с полированной внутренней поверхностью.At the lower end of the housing 1 is installed a connecting node 3, made, for example, in the form of a sleeve with a polished inner surface.

Пакер устанавливают в помощью трехцилиндрового гидропривода 4 с поршнями 5, штоками 6 и цилиндрами 7. Верхний шток 8 соединен с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 9. Штанга 10 гидропривода снабжена ловителем 11, собачки 12 которого зацеплены за нижний торец соединительного узла 3.The packer is installed using a three-cylinder hydraulic actuator 4 with pistons 5, rods 6 and cylinders 7. The upper rod 8 is connected to the string of tubing 9. The rod 10 of the hydraulic actuator is equipped with a catcher 11, the dogs 12 of which are hooked to the lower end of the connecting node 3.

На нижнем конце гидропривода установлен расширяющий конус 13, направляющая часть 14 которого вставлена в верхний конец корпуса 1.At the lower end of the hydraulic actuator, an expansion cone 13 is installed, the guide part 14 of which is inserted into the upper end of the housing 1.

Работает пакер следующим образом.The packer works as follows.

Пакер спускают в скважину на колонне НКТ 9 до места установки.The packer is lowered into the well on the tubing string 9 to the installation site.

Для посадки пакера в колонну НКТ 9 закачивают сверху жидкость под давлением, которая через штоки 8 и 6 попадает в подпоршневые полости гидропривода 4. Под действием этого давления цилиндры 7 перемещаются относительно поршней 5 и штоков 6 вниз, а штоки 6 удерживают через штангу 10 и ловитель 11 пакер. Расширяющий конус 13, центрируясь направляющей частью 14 в корпусе 1, расширяет его и уплотнители 2 до плотного прижатия к стенкам эксплуатационной колонны 15. Это продолжается до полного прохождения поршнями 5 всей длины цилиндров 7, к этому времени конус 13 доходит до низа корпуса 1, полностью его расширив и прижав к стенке эксплуатационной колонны. После этого давление в НКТ сбрасывают и опускают гидропривод 4 вниз, собачки 12 ловителя 11 прячутся внутрь него, обеспечивая отделение от пакера и возможность извлечения гидропривода 4.To put the packer into the tubing string 9, liquid is injected from above under pressure, which through the rods 8 and 6 enters the piston cavities of the hydraulic actuator 4. Under the influence of this pressure, the cylinders 7 move downward relative to the pistons 5 and rods 6, and the rods 6 are held through the rod 10 and the catcher 11 packer. The expanding cone 13, being centered by the guide part 14 in the housing 1, expands it and the seals 2 until it is pressed against the walls of the production string 15. This continues until the pistons 5 completely pass the entire length of the cylinders 7, by this time the cone 13 reaches the bottom of the housing 1, completely expanding it and pressing it against the wall of the production casing. After that, the pressure in the tubing is released and the hydraulic actuator 4 is lowered down, the dogs 12 of the catcher 11 are hidden inside it, providing separation from the packer and the possibility of extracting the hydraulic actuator 4.

После извлечения гидропривода, в скважину спускают на колонне НКТ плунжер с уплотнениями, который, войдя внутрь соединительного узла 3, уплотняется, по его внутренней полированной поверхности и завершает разобщение скважины на две полости.After removing the hydraulic actuator, a plunger with seals is lowered into the well on the tubing string, which, having entered the connecting unit 3, is sealed along its polished inner surface and completes the separation of the well into two cavities.

Плунжер и соединительный узел 3 могут иметь взаимодействующие между собой элементы замкового соединения при необходимости жесткого соединения колонны НКТ и пакера.The plunger and the connecting unit 3 may have interacting elements of the locking connection, if necessary, a rigid connection of the tubing string and the packer.

Благодаря тому, что в пакере происходит прижатие непосредственно металлического патрубка к стенке эксплуатационной колонны, обеспечивается прочное закрепление пакера. К тому же при необходимости поверхность патрубка может быть выполнена зубчатой или со впаянными твердосплавными зубьями.Due to the fact that the packer directly presses the metal pipe to the wall of the production string, the packer is firmly fixed. In addition, if necessary, the surface of the nozzle can be gear or with welded carbide teeth.

Эластичный уплотнитель оказывается в полностью замкнутом пространстве, что предотвращает его растекание, а также снижает требования к его материалу - он может быть помягче и даже обладать пластичными свойствами.The elastic sealant is in a completely enclosed space, which prevents its spreading, and also reduces the requirements for its material - it can be softer and even have plastic properties.

Все это в целом приводит к повышению надежности и долговечности пакера.All this in general leads to an increase in the reliability and durability of the packer.

Claims

A packer, comprising a housing in the form of an expandable smooth metal pipe with elastic seals and a hydraulic actuator with an expanding cone, characterized in that the elastic seals are placed in annular cylindrical grooves and are made with an outer dimension of no more than the external diameter of the pipe, an expanding cone is installed on the lower end of the hydraulic actuator and made with an angle of inclination of the conical surface of 10-40 ° and a diameter of the base smaller in size than the difference between the inner diameter of the production string and double the thickness s nozzle wall, at the lower end of the housing is mounted a connecting node, and the hydraulic drive rod is provided with releasable safety gear, the engagement of the connecting assembly.