RU2232254C2

RU2232254C2 - Packer compaction assembly

Info

Publication number: RU2232254C2
Application number: RU2002117398/03A
Authority: RU
Inventors: Р.С. Багдасаров (RU); Р.С. Багдасаров; А.Р. Багдасаров (RU); А.Р. Багдасаров
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-07-10
Also published as: RU2002117398A

Abstract

FIELD: oil extractive industry.

SUBSTANCE: device has cylindrical body with moveable and fixed stops mounted on it and strut disk springs consecutively located between them, as well as moveable support washers. Contact surfaces of moveable and fixed stops and moveable support washers are directed towards each other in pairs and made in conical shape. Inner ends of strut disk springs are made rounded-off with forming of watertight pairs like "torus along cone". Outer ends of strut disk springs are made slanted in form of ring-shaped cutting edges, which form a watertight compaction and anchor connection during interaction with inner surface of casing pipe.

EFFECT: preservation of compaction reliability at practically any level of inner well temperatures, providing for resistance of compacting elements to effect of well fluid and combination of functions of compacting and anchoring in one assembly.

4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к скважинному оборудованию для раздельной эксплуатации пластов, изоляционных работ, гидроразрыва пластов и др.The invention relates to the oil industry, namely to downhole equipment for separate reservoir exploitation, insulation work, hydraulic fracturing, etc.

В известном техническом решении узла уплотнения пакера /1/, герметизация межтрубного пространства достигается последовательной установкой ряда уплотнительных колец из эластичного материала, для разделения и поджатия которых используются тарельчатые пружины.In the well-known technical solution of the packer seal assembly / 1 /, the sealing of the annular space is achieved by the sequential installation of a series of sealing rings of elastic material, for which the Belleville springs are used to separate and pre-tighten.

Недостатками этого технического решения являются использование тарельчатых пружин по существу лишь как разделительных элементов, что неоправдано усложняет конструкцию, кроме того, ограничен температурный диапазон работы уплотняющего материала.The disadvantages of this technical solution are the use of Belleville springs essentially only as dividing elements, which unjustifiably complicates the design, in addition, the temperature range of the sealing material is limited.

Другое известное уплотни тельное устройство пакера /2/ содержит уплотнительные конические втулки, шайбы между втулками и упорные ограничительные элементы, причем шайбы выполнены разрезными коническими и пружинными.Another well-known sealing device of the packer / 2 / contains sealing conical bushings, washers between the bushings and persistent restrictive elements, the washers being split tapered and spring.

Недостатком этого устройства является необходимость преодоления значительных сил трения между уплотнительными коническими втулками и шайбами при развороте последних в плоскость. Кроме того, ограничен температурный диапазон работы уплотняющего материала.The disadvantage of this device is the need to overcome significant frictional forces between the sealing conical bushings and washers when turning the latter into a plane. In addition, the temperature range of the sealing material is limited.

Наиболее близким по технической сущности является узел уплотнения скважинного устройства, содержащий корпус и установленные на нем чередующиеся между собой уплотнительные кольца из эластичного материала и шайб в виде тарельчатых пружин с возможностью иx смыкания при предельной нагрузке /3/.The closest in technical essence is the site of the seal of the downhole device, comprising a housing and alternating sealing rings of elastic material and washers mounted on it in the form of disk springs with the possibility of their closure at full load / 3 /.

К числу недостатков данного технического решения следует отнести сложность конструкции, необходимость подбора для конкретных условий пакерования сечений эластичных колец и геометрии тарельчатых пружин, ограниченный температурный диапазон рабочих характеристик материала эластичного уплотнения (не ниже -10°С и не выше +120°С) и его недостаточная стойкость к химически агрессивному скважинному флюиду, а также необходимость использования для фиксации узла уплотнения пакера в скважине отдельного якорного устройства.The disadvantages of this technical solution include the complexity of the design, the need for selection for specific conditions of packing of sections of elastic rings and geometry of Belleville springs, the limited temperature range of the operating characteristics of the material of the elastic seal (not lower than -10 ° C and not higher than + 120 ° C) and insufficient resistance to chemically aggressive well fluid, as well as the need to use a separate anchor device to fix the packer seal assembly in the well.

Техническим результатом изобретения является сохранение надежности уплотнения при практически любых встречающихся внутрискважинных температурах, обеспечение стойкости элементов уплотнения к воздействию скважинного флюида и совмещение в узле уплотнения функций герметизации и анкерного соединения.The technical result of the invention is to maintain the reliability of the seal at virtually any downhole temperatures encountered, to ensure the resistance of the seal elements to the effects of the well fluid and to combine the sealing and anchor functions in the seal assembly.

Технический результат достигается тем, что узел уплотнения содержит цилиндрический корпус с установленными на нем подвижным и неподвижным упорами и последовательно размещенными между ними распорными тарельчатыми пружинами и подвижными шайбами, причем обращенные попарно друг к другу контактные поверхности упоров и подвижных опорных шайб выполнены коническими и с меньшей твердостью, чем выполненные скругленными в виде элемента тора и имеющие большую твердость внутренние торцы распорных тарельчатых пружин, что при приложении осевых усилий вызывает смятие конических поверхностей с образованием пояска сферической поверхности в местах контакта, чем достигается геометрическое замыкание и герметизация пары "тор по конусу", а наружные торцы распорных тарельчатых пружин выполнены скошенными в виде кольцевых режущих кромок, образующих при взаимодействии с внутренней поверхностью обсадной трубы герметичное уплотнение и анкерное соединение.The technical result is achieved by the fact that the seal assembly comprises a cylindrical body with movable and fixed stops mounted on it and spacer disk springs and movable washers sequentially placed between them, the contact surfaces of the stops and movable support washers facing in pairs made conical and with lower hardness than those made rounded in the form of a torus element and having greater hardness, the inner ends of the spacer disk springs, which when axial silicon causes crushing of the conical surfaces with the formation of a spherical surface at the contact points, thereby achieving geometrical closure and sealing of the torus cone pair, and the outer ends of the spacer disk springs are made beveled in the form of annular cutting edges, which form a tight joint when interacting with the inner surface of the casing seal and anchor connection.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство отличается тем, что обращенные попарно друг к другу контактные поверхности подвижного и неподвижного упоров и подвижных опорных шайб выполнены коническими и внутренние торцы распорных тарельчатых пружин - скругленными в виде элемента тора с образованием, при приложении осевых усилий геометрического, замыкания и герметизации пары "тор по конусу", а наружные торцы распорных тарельчатых пружин выполнены скошенными в виде кольцевых режущих кромок, взаимодействующих с внутренней поверхностью обсадной трубы с образованием герметичного уплотнения и анкерного соединения. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области (пакеры и якори нефтяных и газовых скважин) позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом узле уплотнения пакера.Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the inventive device is characterized in that the contact surfaces of the movable and fixed stops and the movable support washers are made conical and the inner ends of the spacer disk springs are rounded in the form of a torus element with the formation, when axial geometric forces, closing and sealing the torus cone pair, and the outer ends of the spacer disk springs are made beveled in the form of annular cutting edges, interacting with the inner surface of the casing with the formation of a tight seal and anchor connection. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty." An analysis of the known technical solutions (analogues) in the studied area (packers and anchors of oil and gas wells) allows us to conclude that there are no signs in them that are similar to significant distinguishing features in the claimed packer seal assembly.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструктивная схема узла уплотнения пакера в исходном состояние; на фиг.2-4 - то же, в рабочем состоянии.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a structural diagram of a packer seal assembly in an initial state; figure 2-4 is the same, in working condition.

Узел уплотнения пакера выполнен в виде цилиндрического корпуса 1 с аксиальным отверстием и размещенными на корпусе подвижным 2 и неподвижным 3 упорами, между которыми последовательно размещены распорные тарельчатые пружины 4 и подвижные опорные шайбы 5, причем обращенные попарно друг к другу контактные поверхности упоров и опорных шайб выполнены коническими и с меньшей твердостью, чем выполненные скругленными в виде элемента тора и имеющие большую твердость внутренние торцы распорных тарельчатых пружин, что при приложении осевых усилий вызывает смятие конических поверхностей с образованием пояска сферической поверхности в местах контакта, чем достигается геометрическое замыкание и герметизация пары "тор по конусу", а наружные торцы распорных тарельчатых пружин выполнены скошенными в виде кольцевых режущих кромок, образующих при взаимодействии с внутренней поверхностью обсадной трубы 6 герметичное уплотнение и анкерное соединение.The packer seal assembly is made in the form of a cylindrical body 1 with an axial hole and movable 2 and fixed 3 stops placed on the body, between which spacer disk springs 4 and movable support washers 5 are sequentially placed, and the contact surfaces of the stops and support washers facing each other are made conical and with less hardness than those made rounded in the form of a torus element and having greater hardness, the inner ends of the spacer disk springs, which when axial forces are applied causes the conical surfaces to crumple with the formation of a spherical surface at the contact points, thereby achieving a geometrical closure and sealing of the torus cone pair, and the outer ends of the spacer disk springs are beveled in the form of annular cutting edges, which form an airtight casing 6 seal and anchor connection.

В составе пакера заявленный узел уплотнения работает следующим образом. После установки пакера в требуемом для работы месте скважины узел уплотнения нагружают осевым усилием P_упр.. Нагрузка через подвижный 2 и неподвижный 3 упоры воспринимается распорными тарельчатыми пружинами 4 и подвижными опорными шайбами 5. В процессе нагружения распорных тарельчатых пружин осевой нагрузкой происходит их деформация и разворот относительно плоскости смыкания. При этом внутренние торцы распорных тарельчатых пружин, будучи скругленными, под действием контактных усилий самоустанавливаются по конусным поверхностям подвижного и неподвижного упоров и подвижных опорных шайб и, имея большую твердость, сминают их в местах контакта, образуя пояске сферической поверхности, чем достигается геометрическое замыкание и герметизация пары "тор по конусу", фиг.3 место А. Одновременно наружные торцы, имея кольцевые режущие кромки и разворачиваясь относительно плоскости смыкания распорных тарельчатых пружин, врезаются в тело обсадной трубы 6, образуя герметичное уплотнение и анкерное соединение, фиг.4 место Б.As part of the packer, the claimed seal assembly operates as follows. After the packer is installed in the well location required for operation, the seal assembly is loaded with axial force P _ctr. . The load through the movable 2 and fixed 3 stops is perceived by spacer disk springs 4 and movable support washers 5. In the process of loading spacer disk springs with axial load, they deform and rotate relative to the closing plane. In this case, the inner ends of the spacer disk springs, being rounded, under the action of contact forces, are self-mounted on the conical surfaces of the movable and fixed stops and movable support washers and, having great hardness, crush them at the contact points, forming a spherical surface belt, which achieves geometric closure and sealing pairs "torus on a cone", Fig. 3, place A. At the same time, the outer ends, having annular cutting edges and turning relative to the plane of closure of the spacer disc springs, crashed into the body of the casing 6, forming a tight seal and anchor connection, figure 4 place B.

Использование в составе пакера заявленного узла уплотнения предотвращает возникновение аварийных ситуаций, связанных с разрушением уплотняющих элементов при высоких скважинных температурах, а исполнение узла уплотнения из коррозионно-стойких сталей обеспечивает его работу в среде скважинного флюида с агрессивными свойствами. Кроме того, предложенный узел уплотнения пакера, совмещая в себе функции герметизирующего узла и якоря, позволяет резко сократить осевые габариты пакера и использовать последний в скважинах, имеющих криволинейные участки (включая наклонные и горизонтальные скважины). Предложенный узел уплотнения позволяет производить многократную установку пакера без извлечения последнего из скважины, что резко сокращает время на проведение технологических операций.The use of the claimed seal assembly as a part of the packer prevents emergencies associated with the destruction of the sealing elements at high well temperatures, and the design of the seal assembly made of corrosion-resistant steels ensures its operation in a well fluid with aggressive properties. In addition, the proposed packer seal assembly, combining the functions of the sealing assembly and the anchor, can drastically reduce the axial dimensions of the packer and use the latter in wells with curved sections (including deviated and horizontal wells). The proposed seal assembly allows for multiple installation of the packer without removing the latter from the well, which drastically reduces the time for technological operations.

Источнике информацииSource of information

1. Патент №2055155, Россия, Е 21 В 33/12, 1996, БИ 6.1. Patent No. 2055155, Russia, Е 21 В 33/12, 1996, BI 6.

2. Патент №2129647, Россия, Е 21 В 33/12, 1999, БИ 12.2. Patent No. 2129647, Russia, Е 21 В 33/12, 1999, BI 12.

3. Патент №2105130, Россия, Е 21 В 33/12, 1998, БИ 5.3. Patent No. 2105130, Russia, Е 21 В 33/12, 1998, BI 5.

Claims

A packer seal assembly comprising a cylindrical body with movable and fixed stops mounted on it and spacer disk springs and movable support washers sequentially placed between them, characterized in that the contact surfaces of the movable and fixed stops and movable support washers facing in pairs are made conical and the inner ends of the spacer disk springs are rounded to form tight torus cone pairs, and the outer ends of the spacer disk springs n made beveled in the form of annular cutting edges, forming, when interacting with the inner surface of the casing, a tight seal and an anchor joint.