RU2434118C2

RU2434118C2 - Packer

Info

Publication number: RU2434118C2
Application number: RU2010105800/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Берсенёв (RU); Юрий Михайлович Берсенёв; Олег Георгиевич Репницын (RU); Олег Георгиевич Репницын; Михаил Александрович Мельник (RU); Михаил Александрович Мельник; Фарид Фатыхович Гильфанов (RU); Фарид Фатыхович Гильфанов; Александр Николаевич Митяев (RU); Александр Николаевич Митяев
Original assignee: Юрий Михайлович Берсенёв
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-11-20
Also published as: RU2010105800A

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: packer consists of mandrel, of packing element with cones, of upper sub and lower sub with dowel. Bushes are screwed on subs. Further, the packer consists of die heads in slots of the bushes. The die heads travel along conjugated surfaces of the cones and are pressed down to the mandrel by means of stops with springs. The die heads travelling along conjugated surfaces of the cones are assembled of two sets of jointly installed radial sectors. Surface of the cones conjugated with the die heads has cuts wherein there travel the die heads of one set. Also, surfaces of the said set die heads conjugated one with another and surfaces of cuts of the cones are made at angle α adjusted within the ranges 20 - 35 degrees, while surfaces of another set die heads conjugated one with another and conic surfaces of the cones are made at angle β arranged within the ranges 50 - 80 degrees.

EFFECT: raised reliability of packer operation due to complete overlapping circular space between cones of packing element and wall of well.

5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметизации ствола скважины.The present invention relates to the oil industry, and in particular to devices for sealing a wellbore.

Известен пакер, включающий ствол, уплотнительный элемент с конусами, плашки с пазами, переводники и жестко связанные с ними втулки с выступами на внутренней поверхности для зацепления с плашками, подпружиненные упоры с выступами, расположенные внутри втулок, при этом взаимодействующие поверхности плашек и упоров выполнены коническими, плашки установлены на выступах втулок и имеют пальцы, а упоры втулок - пазы под них (патент РФ №1016484, Е21В 33/12, опубл. 07.05.83, бюл. №17, 1983).Known packer, including the barrel, the sealing element with cones, dies with grooves, sub and rigidly connected bushings with protrusions on the inner surface for engagement with the dies, spring-loaded stops with protrusions located inside the bushings, while the interacting surfaces of the dies and stops are made conical , the dies are mounted on the protrusions of the bushings and have fingers, and the stops of the bushings have grooves for them (RF patent No. 1016484, ЕВВ 33/12, publ. 07.05.83, bull. No. 17, 1983).

Известная конструкция характеризуется недостаточной надежностью перекрытия кольцевого пространства между конусами уплотнительного элемента и стенкой скважины.The known design is characterized by insufficient reliability of the overlap of the annular space between the cones of the sealing element and the wall of the well.

Известен пакер, содержащий ствол, уплотнительный элемент с конусами, плашки с пальцами, верхний и нижний переводники, на которые навернуты втулки с пазами. Для передачи крутящего момента на нижнем переводнике предусмотрена шпонка. Плашки находятся в зацеплении с выступами втулки и прижаты к стволу с помощью упоров с пружинами, при этом взаимодействующие поверхности плашек и втулок выполнены ступенчатыми. (Пат. РФ №1677256, Е21В 33/12, опубл. 15.09.91, бюл. №34, 1991).Known packer containing a barrel, a sealing element with cones, dies with fingers, upper and lower sub, on which the sleeve with the grooves are screwed. To transmit torque, a key is provided on the lower sub. The dies are meshed with the protrusions of the sleeve and pressed against the barrel by means of stops with springs, while the interacting surfaces of the dies and bushings are made stepwise. (Pat. RF No. 1677256, ЕВВ 33/12, publ. 15.09.91, bull. No. 34, 1991).

Конструкция позволяет повысить прочностные характеристики плашек, но не обеспечивает надежного перекрытия кольцевого пространства между конусами уплотнительного элемента и стенкой скважины.The design allows to increase the strength characteristics of the dies, but does not provide reliable overlap of the annular space between the cones of the sealing element and the wall of the well.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы пакера за счет полного перекрытия кольцевого пространства между конусами уплотнительного элемента и стенкой скважины.The objective of the invention is to increase the reliability of the packer due to the complete overlap of the annular space between the cones of the sealing element and the wall of the well.

Указанная задача решается тем, что в пакере, содержащем ствол, уплотнительный элемент с конусами, верхний переводник и нижний переводник со шпонкой, на которые навернуты втулки, находящиеся в пазах втулок плашки, передвигающиеся по сопрягаемым поверхностям конусов и прижатые к стволу с помощью упоров с пружинами, передвигающиеся по сопрягаемым поверхностям конусов плашки собраны из двух наборов совместно установленных радиальных секторов, а сопрягаемые с плашками поверхности конусов выполнены с вырезами для передвижения по ним плашек - радиальных секторов из набора одного вида, при этом сопрягающиеся друг с другом поверхности плашек указанного набора и поверхности вырезов конусов выполнены под углом α, который устанавливается в пределах 20÷35 град, а сопрягающиеся друг с другом поверхности плашек другого набора и конические поверхности конусов выполнены под углом β, который устанавливается в пределах 50÷80 град.This problem is solved by the fact that in the packer containing the barrel, a sealing element with cones, an upper sub and a lower sub with a dowel, on which the sleeves are screwed, located in the grooves of the die sleeves, moving along the mating surfaces of the cones and pressed against the barrel by means of stops with springs moving on the mating surfaces of the cones of the die are assembled from two sets of jointly installed radial sectors, and the surfaces of the cones mating with the dies are made with cutouts for moving the dies on them - radial sectors from a set of one type, while the mating surfaces of the dies of the specified set and the surface of the cutouts of the cones are made at an angle α, which is set within 20 ÷ 35 degrees, and the mating surfaces of the dies of the other set and the conical surfaces of the cones are made at an angle β, which is set within 50 ÷ 80 degrees.

На фиг.1 показан заявляемый пакер при спуско-подъемных операциях.Figure 1 shows the inventive packer during tripping.

На фиг.2 представлен указанный пакер в рабочем состоянии.Figure 2 presents the specified packer in working condition.

На фиг.3 - вид пакера по А-А.Figure 3 is a view of the packer on aa.

На фиг.4 с видом по Б-Б (фиг.5) показан конус с вырезами.Figure 4 with a view along BB (figure 5) shows a cone with cutouts.

Пакер (фиг.1) содержит ствол 1, уплотнительный элемент 2 с конусами 3, плашки 4 и плашки 5, выполненные в виде двух наборов радиальных секторов как на фиг.2, вид по А-А (фиг.3), а также верхний 6 и нижний 7 переводники, на которые навернуты втулки 8. Для передачи крутящего момента на нижний переводник 7 предусмотрена шпонка 9. Плашки находятся в пазах втулки 8 и прижаты к стволу 1 с помощью упоров 10 пружинами 11. В конусе 3 выполнены вырезы 12 для перемещения по ним плашек 5 (фиг.4). Плашки 4 сопрягаются с конической поверхностью конуса 3 под углом β, который устанавливается в пределах 50÷80 град, а плашки 5 располагаются в вырезах 12 конической поверхности конуса 3 под углом α, который устанавливается в пределах 20÷35 град (фиг.5, вид по Б-Б).The packer (figure 1) contains a barrel 1, a sealing element 2 with cones 3, dies 4 and dies 5, made in the form of two sets of radial sectors as in figure 2, view aa (figure 3), as well as the upper 6 and lower 7 sub, on which the sleeves are screwed 8. To transmit torque to the lower sub 7, a key is provided 9. The dies are in the grooves of the sleeve 8 and pressed against the barrel 1 by means of stops 10 by the springs 11. Cutouts 12 are made in the cone 3 for movement on them dies 5 (figure 4). The dies 4 are mated with the conical surface of the cone 3 at an angle β, which is set within 50 ÷ 80 degrees, and the dies 5 are located in the cutouts 12 of the conical surface of the cone 3 at an angle α, which is set within 20 ÷ 35 degrees (Fig. 5, view by BB).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После спуска оборудования в скважину на пакер создают осевую сжимающую нагрузку. В результате верхний переводник 6 вместе со стволом 1 перемещается вниз относительно нижнего переводника 7. По мере деформации уплотнительного элемента 2 при определенном значении осевой нагрузки пружины 11 сжимаются. Плашки 4 передвигаются по конической поверхности конуса 3, а плашки 5 - по вырезу 12 в этом конусе. При этом скорость перемещения плашек 4 выше скорости перемещения плашек 5 за счет большего угла наклона сопрягаемой поверхности конуса (угол β>α). В результате плашки полностью перекрывают кольцевое пространство между конусами и стенкой скважины, как показано на фиг.2 и фиг.3.After the equipment is lowered into the well, an axial compressive load is created on the packer. As a result, the upper sub 6 together with the barrel 1 moves downward relative to the lower sub 7. As the sealing element 2 deforms, at a certain value of the axial load, the springs 11 are compressed. The dies 4 move along the conical surface of the cone 3, and the dies 5 move along the cutout 12 in this cone. Moreover, the speed of movement of the dies 4 is higher than the speed of movement of the dies 5 due to the larger inclination angle of the mating surface of the cone (angle β> α). As a result, the dies completely overlap the annular space between the cones and the borehole wall, as shown in FIG. 2 and FIG. 3.

При распакеровке на пакер создают растягивающее усилие, при этом ствол 1 с верхним переводником 6 перемещается вверх относительно нижнего переводника 7, а уплотнительный элемент 2 принимает первоначальное положение. Под действием усилия пружины 11 упоры 10 своими коническими поверхностями воздействуют на плашки 4 и 5 и возвращают их в транспортное положение.When unpacking to the packer, a tensile force is created, while the barrel 1 with the upper sub 6 moves upward relative to the lower sub 7, and the sealing element 2 takes its initial position. Under the action of the force of the spring 11, the stops 10 with their conical surfaces act on the dies 4 and 5 and return them to the transport position.

В отличие от прототипа в заявляемой конструкции исполнение плашек из двух наборов и перемещение их по конусу и по вырезу 12 в конусе с разными скоростями позволяет после выдвижении плашек одного набора 4 с большей скоростью вдвигать плашки 5 другого набора с меньшей скоростью в образованные промежутки между плашками первого вида. При этом не остается зазоров между секторами плашек, как в прототипе. За счет этого кольцевое пространство между конусами и стенкой скважины перекрывается полностью без зазоров.Unlike the prototype in the claimed design, the execution of the dies from two sets and their movement along the cone and along the cutout 12 in the cone with different speeds allows, after extending the dies of one set 4, to push the dies 5 of the other set at a lower speed into the formed gaps between the dies of the first kind of. There is no gap between the sectors of the dies, as in the prototype. Due to this, the annular space between the cones and the wall of the well overlaps completely without gaps.

Claims

A packer comprising a barrel, a sealing element with cones, an upper sub and a lower sub with a key, onto which the sleeves are screwed, located in the grooves of the die sleeves, moving along the mating surfaces of the cones and pressed against the barrel by means of stops with springs, characterized in that they move along the mating surfaces of the cones of the die are assembled from two sets of jointly installed radial sectors, and the surfaces of the cones mating with the dies are made with cutouts for moving the dies of one set along them, while the mating surfaces of the dies of the specified set and the surface of the cutouts of the cones are made at an angle α, which is set within 20 ÷ 35 °, and the mating surfaces of the dies of the other set and the conical surfaces of the cones are made at an angle β, which is set within 50 ÷ 80 °.