RU2284406C2

RU2284406C2 - Packer

Info

Publication number: RU2284406C2
Application number: RU2005100399/03A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Мороз (RU); Сергей Александрович Мороз; Светлана Николаевна Мороз (RU); Светлана Николаевна Мороз
Original assignee: Сергей Александрович Мороз; Светлана Николаевна Мороз
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2006-09-27
Also published as: RU2005100399A

Abstract

FIELD: oil and gas industry, particularly packers combined with double-acting anchor.

SUBSTANCE: packer comprises rod with radial extension, sealing member connected to rod, as well as upper cone and upper friction blocks. Arranged under the sealing member are lower cone, lower friction blocks, fixer and spring-loaded slats. Located over sealing member are upper pusher, hydraulic damping system and shear pins. The shear pins are inserted in upper pusher body. Upper cone is fixedly fastened to pipe string and to upper rod end. Lower pusher and controllable compression spring brought into contact with lower pusher, are installed under the sealing member. Fixer is made as retaining ball, which is located simultaneously in horizontal slot and in pusher body depression before packer putting in operation. The horizontal slot is made in connection pipe slidably installed on rod. After pusher bringing in operation the ball is located in vertical slot of connection pipe. All packer components are put in operation under the action of compression spring.

EFFECT: increased efficiency of device operation in wells characterized by different geological-technical conditions due to simplified device structure.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к пакеру, совмещенному с якорем двухстороннего действия.The invention relates to the field of oil and gas industry, namely to a packer, combined with a double-acting anchor.

Известны пакеры двухстороннего действия типа ПД-ЯГ и 2ПД-ЯГ, состоящие из верхнего и нижнего заякоривающих устройств, гидроцилиндров, уплотнительных элементов, фиксаторов, срезных элементов и плашкодержателей (Пакеры, якоря, разъединители колонн, инструменты и принадлежности для них, каталог. - М.: ЦИНТИХИМНефтемаш, 1984, с.10). Особенностью пакеров данного вида является наличие постоянного заякоривающего усилия на плашки верхнего якоря благодаря сообщению полости под плашками с подпакерной зоной через отверстия. Недостатком пакеров данного типа является то, что плашки гидравлического якоря, предназначенные для удержания пакера от перемещения вверх, передвигаясь в корпусе в радиальном направлении, открывают доступ к попаданию внутрь каждого гнезда абразивных реагентов. Поэтому внутренняя часть гнезда, имеющая точно обработанную поверхность под герметичное уплотнение, быстро изнашивается, что приводит к нарушению герметичности уплотнения и разрушению. В пакере для срабатывания нижнего заякоривающего устройства применены три срезных винта и гидроцилиндры с точно обработанными поверхностями под уплотнительные кольца, которые в абразивной среде быстро коррелируют и выходят из строя. Срезание винтов при установке устройства создает большую динамическая нагрузку на верхние плашки, которые быстро изнашиваются и снижают надежность работы устройства в целом.Known double-acting packers of the type PD-YAG and 2PD-YAG, consisting of upper and lower anchoring devices, hydraulic cylinders, sealing elements, clamps, shear elements and die holders (Packers, anchors, column disconnectors, tools and accessories for them, catalog. - M .: TSINTIKHIMNeftemash, 1984, p.10). A feature of packers of this type is the presence of a constant anchoring force on the dies of the upper anchor due to the communication of the cavity under the dies with the under-packer zone through the holes. The disadvantage of this type of packers is that hydraulic anchor dies designed to keep the packer from moving upward while moving in the housing in the radial direction open access to the abrasive reagents inside each socket. Therefore, the inner part of the nest, which has a precisely machined surface for a tight seal, wears out quickly, which leads to a violation of the tightness of the seal and destruction. In the packer, three shear screws and hydraulic cylinders with precisely machined surfaces for sealing rings, which quickly correlate and fail in an abrasive medium, are used in the packer to trigger the lower anchor device. Cutting screws when installing the device creates a large dynamic load on the upper dies, which quickly wear out and reduce the reliability of the device as a whole.

Известен пакер типа ПН-ЯМ, содержащий шток, переводник, прикрепленный к верхнему концу штока, установленный на штоке уплотнительный элемент, конус, подпружиненные плашки и башмаки (планки), гайку с фигурным пазом и палец-фиксатор (Пакеры, якоря, разъединители колонн, инструменты и принадлежности для них, каталог. М.: ЦИНТИХИМНефтемаш, 1984, с.6).Known packer type PN-NM containing a rod, a sub attached to the upper end of the rod, a sealing element mounted on the rod, a cone, spring-loaded dies and shoes (straps), a nut with a figured groove and a pin-retainer (Packers, anchors, column disconnectors, tools and accessories for them, catalog, M .: TSINTIHIMNeftemash, 1984, p.6).

Недостатком данного пакера является сложность его установки. При этом осуществление взаимосвязи через нерегулируемые пружины снижает надежность работы устройства и ограничивает область применения на различных скважинах. В рассматриваемом устройстве герметичность затрубного пространства обеспечивается за счет осевой сжимающей нагрузки от массы колонны подъемных труб. Однако при использовании этого устройства, если при создании избыточного давления под пакером вес труб недостаточен для удержания пакера, колонна труб с пакером будет перемещаться вверх на значительное расстояние (до нескольких метров), что приведет к чрезмерному изгибу колонны труб над пакером, а устьевое оборудование будет воспринимать большую сжимающую нагрузку, направленную снизу вверх.The disadvantage of this packer is the difficulty of installing it. Moreover, the implementation of the relationship through unregulated springs reduces the reliability of the device and limits the scope of application for various wells. In the device in question, the tightness of the annulus is ensured by the axial compressive load from the mass of the column of lifting pipes. However, when using this device, if when creating excessive pressure under the packer, the weight of the pipes is insufficient to hold the packer, the pipe string with the packer will move up a considerable distance (up to several meters), which will lead to excessive bending of the pipe string above the packer, and the wellhead equipment will perceive a large compressive load directed from the bottom up.

Известен также пакер двухстороннего действия, содержащий шток с пазом, переводник, уплотнительный элемент, размещенные над уплотнительным элементом конус, верхний корпус с подпружиненными верхними плашками, размещенные под уплотнительным элементом конус, фиксатор, нижний корпус с подпружиненными планками и нижними плашками (патент РФ N 2120023, 6 Е 21 В 33/12, 1998, БИ N 28).A double-acting packer is also known, comprising a stem with a groove, a sub, a sealing element, a cone located above the sealing element, an upper case with spring-loaded upper dies, a cone, a retainer, a lower case with spring-loaded strips and lower dies placed under the sealing element (RF patent N 2120023 6 E 21 B 33/12, 1998, BI N 28).

Недостатком данного пакера является сложность его конструкции и установки в скважине. При этом в процессе установки устройства от веса труб и усилий от пружины возникает большая динамическая нагрузка на конструктивные элементы верхнего заякоривающего устройства, что приводит к быстрому его изнашиванию и снижению эксплуатационной надежности устройства. Наиболее остро этот недостаток проявляется в малогабаритных пакерах.The disadvantage of this packer is the complexity of its design and installation in the well. Moreover, in the process of installing the device from the weight of the pipes and the forces from the spring, a large dynamic load arises on the structural elements of the upper anchoring device, which leads to its rapid wear and lower operational reliability of the device. This drawback is most acute in small packers.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции пакера и снижении нагрузки на узел верхнего заякоривающего устройства. Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем шток с радиальным выступом, установленный на штоке уплотнительный элемент, размещенные над уплотнительным элементом верхний конус и верхние плашки, размещенные под уплотнительным элементом нижний конус, нижние плашки, фиксатор и подпружиненные планки, над уплотнительным элементом размещены верхний толкатель, гидравлическая демпферная система и срезные штифты, расположенные в теле верхнего толкателя, а верхний конус жестко прикреплен к колонне труб и к верхнему концу штока, при этом под уплотнительным элементом размещены: патрубок, установленный на штоке с возможностью перемещения, нижний толкатель, пружина с регулируемым сжатием, контактирующая с нижним толкателем, а фиксатор выполнен в виде стопорного шарика, размещенного до ввода пакера в работу одновременно в горизонтальном пазу патрубка и в выборке в теле толкателя, при этом все элементы устройства вводятся в рабочее состояние под воздействием пружины с регулируемым сжатием. В устройстве верхний и нижний конусы выполнены в виде усеченного конуса с четырьмя плоскими гранями и трапециевидными пазами.The invention is aimed at achieving a technical result, which consists in simplifying the design of the packer and reducing the load on the node of the upper anchor device. The technical result is achieved by the fact that in the known device comprising a stem with a radial protrusion, a sealing element mounted on the rod, an upper cone and upper dies placed above the sealing element, a lower cone, lower dies, a latch and spring-loaded strips placed under the sealing element, above the sealing element placed the upper pusher, the hydraulic damper system and shear pins located in the body of the upper pusher, and the upper cone is rigidly attached to the pipe string and to the top to the end of the rod, while under the sealing element there are: a pipe mounted on the rod with the ability to move, a lower pusher, a spring with adjustable compression in contact with the lower pusher, and the latch is made in the form of a locking ball placed before the packer is put into operation simultaneously in horizontal the groove of the nozzle and in the sample in the body of the pusher, while all the elements of the device are brought into working condition under the influence of a spring with adjustable compression. In the device, the upper and lower cones are made in the form of a truncated cone with four flat faces and trapezoidal grooves.

Признаками, отличающими предлагаемый пакер от наиболее близкого к нему известному по патенту РФ N 2120023 (прототипа), являются следующие:The features that distinguish the proposed packer from the closest known to it by the patent of the Russian Federation N 2120023 (prototype) are the following:

- над уплотнительным элементом размещены: верхний толкатель, упирающийся своей верхней торцевой частью в верхние плашки, а нижней - в уплотнительный элемент, гидравлическая демпферная система и срезные штифты, расположенные в теле верхнего толкателя;- above the sealing element are located: the upper pusher abutting with its upper end part against the upper dies, and the lower one against the sealing element, the hydraulic damper system and shear pins located in the body of the upper pusher;

- верхний конус жестко прикреплен к колонне труб и к верхнему концу штока, являясь одновременно соединительным элементом;- the upper cone is rigidly attached to the pipe string and to the upper end of the rod, being simultaneously a connecting element;

- под уплотнительным элементом размещены: нижний толкатель, пружина с регулируемым сжатием, контактирующая с нижним толкателем, а фиксатор выполнен в виде стопорного шарика, размещенного до ввода пакера в работу одновременно в горизонтальном пазу установленного на штоке с возможностью перемещения патрубка и в выборке в теле толкателя, а после ввода пакера в работу - в вертикальном пазу патрубка. При этом все элементы устройства вводятся в рабочее состояние под воздействием пружины с регулируемым сжатием;- under the sealing element are located: the lower pusher, a spring with adjustable compression in contact with the lower pusher, and the latch is made in the form of a locking ball placed before putting the packer into operation simultaneously in a horizontal groove mounted on the rod with the possibility of moving the pipe and in the sample in the body of the pusher , and after putting the packer into operation - in the vertical groove of the pipe. In this case, all elements of the device are brought into working condition under the influence of a spring with adjustable compression;

- верхний и нижний конусы выполнены в виде усеченного конуса с четырьмя плоскими гранями и трапециевидными пазами.- the upper and lower cones are made in the form of a truncated cone with four flat faces and trapezoidal grooves.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty."

Так как из уровня техники не известны решения, обладающие представленной совокупностью существенных признаков, следует считать изобретение соответствующим критерию «изобретательский уровень»Since the prior art does not know the solutions having the presented set of essential features, it should be considered that the invention meets the criterion of "inventive step"

На фиг.1 представлен общий вид пакера в исходном положении в разрезе по вертикальной плоскости; на фиг.2- горизонтальный разрез по плоскости А-А; на фиг.3 - горизонтальный разрез по плоскости Б-Б.Figure 1 presents a General view of the packer in its original position in section in a vertical plane; figure 2 is a horizontal section along the plane aa; figure 3 is a horizontal section along the plane BB.

Пакер содержит шток 1, установленный на штоке уплотнительный элемент 2. Над уплотнительным элементом размещены верхний конус 3 и верхние плашки 4. Под уплотнительным элементом размещены нижний конус 5, нижние плашки 6, фиксатор 7, выполненный в виде шарика и удерживающий пружину 17 в исходном сжатом состоянии, планки 8, подпружиненные пружиной 9. Размещенный над уплотнительным элементом 2 верхний конус 3 жестко прикреплен к колонне труб 10 и к верхнему концу штока 1, верхние плашки 4 расположены в пазах конуса 3, нижней его части. Над уплотнительным элементом 2 размещен верхний толкатель 11, в теле которого образована гидравлическая демпферная система, состоящая из полости 12, заполненной демпферной жидкостью и имеющей нагнетательное отверстие 13 и рабочие отверстия 14 для вытеснения демпферной жидкости в полость за штоком. В средней части верхнего толкателя 11 расположены срезные штифты 15.The packer comprises a stem 1, a sealing element 2 mounted on the rod 2. Above the sealing element, an upper cone 3 and upper rams are placed 4. Under the sealing element, a lower cone 5, lower rams 6, a retainer 7 made in the form of a ball and holding the spring 17 in the original compressed state, strips 8, spring-loaded with spring 9. Upper cone 3 located above the sealing element 2 is rigidly attached to the pipe string 10 and to the upper end of the rod 1, the upper dies 4 are located in the grooves of the cone 3, its lower part. Above the sealing element 2 there is an upper pusher 11, in the body of which a hydraulic damper system is formed, consisting of a cavity 12 filled with a damper fluid and having a discharge hole 13 and working openings 14 for displacing the damper fluid into the cavity behind the rod. In the middle of the upper pusher 11 are shear pins 15.

Под уплотнительным элементом 2 размещены нижний толкатель 16, пружина 17 с регулирующей гайкой 18. Фиксатор 7 выполнен в виде стопорного шарика и в исходном положении размещен одновременно в горизонтальном пазу 19 патрубка 20 и в выборке в теле толкателя 16. При этом патрубок 20 размещен на штоке 1 с возможностью перемещения. Горизонтальный паз 19 соединен также с вертикальным пазом 21 в теле патрубка 20. Шток 1 выполнен с радиальным выступом 22, взаимодействующим со штифтами 15. Верхний конус 3 и нижний конус 5 выполнены в виде усеченных конусов с четырьмя плоскими гранями 23 и трапециевидными пазами 24, при этом верхний конус 3 дополнительно выполняет функцию соединительного элемента для жесткого крепления штока 1 к колонне труб 10 без изменения диаметра проходного сечения.Under the sealing element 2 there is a lower pusher 16, a spring 17 with an adjusting nut 18. The latch 7 is made in the form of a locking ball and in the initial position is placed simultaneously in the horizontal groove 19 of the pipe 20 and in the sample in the body of the pusher 16. In this case, the pipe 20 is placed on the rod 1 with the ability to move. The horizontal groove 19 is also connected with the vertical groove 21 in the body of the pipe 20. The rod 1 is made with a radial protrusion 22 interacting with the pins 15. The upper cone 3 and the lower cone 5 are made in the form of truncated cones with four flat faces 23 and trapezoidal grooves 24, with this upper cone 3 additionally serves as a connecting element for rigidly mounting the rod 1 to the pipe string 10 without changing the diameter of the bore.

Для установки пакера в скважину стопорные плашки 8 поджимают вручную (ввиду малой жесткости пружины 9) и опускают пакер по обсадной трубе на глубину 50-100 метров. Затем колонну эксплуатационных труб с пакером поворачивают вокруг своей оси на 360°. Но при этом толкатель 16, фиксируемый планками 8, подпружиненными пружинами 9, остается неподвижным. Это обеспечивает переход фиксатора 7 из горизонтального паза 19 в вертикальный паз 21 патрубка 20. При этом сжатая гайкой 18 пружина 17 через нижний толкатель 16 передвигает нижние зубчатые плашки 6 по пазам нижнего конуса 5 вверх в рабочее положение до упора о внутреннюю стенку обсадной колонны. Дальнейшее опускание эксплуатационных труб 10 на незначительную величину приводит к сжатию уплотнительного элемента 2 и герметизации затрубного пространства скважины, а затем к срезанию штифтов 15 радиальным выступом 22 штока 1. Срезание штифтов 15 происходит за счет веса труб, так как штифты находятся в теле верхнего толкателя 11, а упираются в радиальный выступ 22 штока 1. При этом верхний толкатель 11 приходит в движение и перемещает вверх по пазам верхнего конуса 3 верхние зубчатые плашки 4 в рабочее положение до упора о внутреннюю стенку обсадной колонны. Движение толкателя происходит плавно и безударно за счет постепенного вытеснения демпфирующей жидкости из полости 12 через отверстия 14 в полость за штоком 1.To install the packer into the well, the retaining dies 8 are manually pressed in (due to the low stiffness of the spring 9) and the packer is lowered along the casing to a depth of 50-100 meters. Then the column of production pipes with a packer is rotated around its axis by 360 °. But at the same time, the pusher 16, fixed by the straps 8, spring-loaded springs 9, remains stationary. This ensures that the latch 7 moves from the horizontal groove 19 to the vertical groove 21 of the nozzle 20. In this case, the spring 17 compressed by the nut 18 moves the lower gear dies 6 along the grooves of the lower cone 5 through the lower pusher 16 into the working position until it stops against the inner wall of the casing string. Further lowering the production pipes 10 by a small amount leads to compression of the sealing element 2 and sealing of the annular space of the well, and then to cutting the pins 15 with a radial protrusion 22 of the rod 1. Cutting of the pins 15 is due to the weight of the pipes, since the pins are in the body of the upper pusher 11 , but abut against the radial protrusion 22 of the rod 1. At the same time, the upper pusher 11 is set in motion and moves up the grooves of the upper cone 3 into the working position along the grooves of the upper cone up to the stop on the inner wall of the casing hydrochloric column. The movement of the pusher occurs smoothly and without impact due to the gradual displacement of the damping fluid from the cavity 12 through the holes 14 into the cavity behind the rod 1.

Таким образом, установленное устройство надежно перекрывает межтрубное пространство в колонне труб и удерживает их от продольного перемещения, предотвращая их обрыв или выброс.Thus, the installed device reliably closes the annular space in the pipe string and keeps them from longitudinal movement, preventing them from breaking or ejecting.

Claims

1. A packer comprising a stem with a radial protrusion, a sealing element mounted on the rod, an upper cone and upper rams located above the sealing element, a lower cone located below the sealing element, lower rams, a retainer and spring-loaded trims, characterized in that the upper cone is located the pusher, the hydraulic damper system and shear pins located in the body of the upper pusher, and the upper cone is rigidly attached to the pipe string and to the upper end of the rod, while under the seals The lower pusher, a spring with adjustable compression in contact with the lower pusher, are placed with an element, and the latch is made in the form of a locking ball placed before putting the packer into operation simultaneously in a horizontal groove mounted on the rod with the possibility of moving the pipe and in the sample in the pusher body, and after putting the packer into operation - in the vertical groove of the nozzle, while all the elements of the device are brought into working condition under the influence of a spring with adjustable compression.

2. The packer according to claim 1, characterized in that the upper and lower cones are made in the form of a truncated cone with four flat faces and trapezoidal grooves.