RU2488685C1

RU2488685C1 - Behind-casing self-sealing cup packer

Info

Publication number: RU2488685C1
Application number: RU2012104727/03A
Authority: RU
Inventors: Тагир Мударисович Габбасов; Рустем Ирекович Катеев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-07-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: behind-the-casing self-sealing packer includes a sealing cup that is supported on a lower cone-shaped stop with stiff blades. The stop is fixed on the pipe string. The cup is also fixed relative to the pipe string and made from swelling material. Besides, it is made in the form of an assembly consisting at least of two in-series installed seals. Each of which swells in certain liquid. On upper mating cone surfaces of seals there uniformly made in a circumferential direction are radial channels.

EFFECT: improving reliability of separation of behind-the-casing space in the well at its reinforcement, development and operation, preventing the upward or downward movement of liquids of different types in behind-the-casing space of the well and enhancing the well construction work.

1 dwg

Description

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для разобщения затрубного пространства в скважине.The proposal relates to the oil industry, in particular to devices for separating the annulus in the well.

Известны водонефтенабухающие пакеры фирм, например, Easywell, Tendeka, ТАМ international и др., главными составляющими которых являются корпус в виде трубы определенного диаметра с резьбовыми соединениями по концам и установленный на нем резиновый элемент в виде цилиндрического рукава, выполненного из эластичного набухающего материала или включающего элементы набухающего материала. Резиновый элемент может состоять из двух и более раздельных участков, изготовленных из материала, набухающего в заданной скважинной жидкости (например, в нефти или воде).Water-oil-swellable packers of firms, for example, Easywell, Tendeka, TAM international and others are known, the main components of which are a casing in the form of a pipe of a certain diameter with threaded joints at the ends and a rubber element mounted on it in the form of a cylindrical sleeve made of an elastic swelling material or including elements of swellable material. The rubber element may consist of two or more separate sections made of a material that swells in a given well fluid (for example, in oil or water).

Существенным недостатком этих пакеров является проблематичность их использования в цементируемом интервале скважины. Ввиду многократного превышения времени срабатывания (набухания) пакера по сравнению со временем твердения цементного раствора, к моменту пролонгированного времени срабатывания пакера, между резиновым элементом пакера и стенкой скважины образуется прочный цементный камень, который препятствует набуханию резинового элемента и соприкосновению его со стенкой скважины. Таким образом, герметичность крепи скважины в интервале пакера зависит от герметичности цементного камня, образующегося между пакером и стенкой скважины. Не исключено, что набухание резинового элемента вызовет образование трещин в цементном камне, причем в основном продольного направления, что может вызвать разгерметизацию крепи. Разнокалиберность же размеров образовавшихся трещин, включая капиллярные каналы, может быть препятствием для затекания эластичного набухающего материала во все щели с целью их герметизации.A significant drawback of these packers is the difficulty of their use in the cemented interval of the well. Due to the multiple exceeding of the response time (swelling) of the packer compared to the curing time of the cement mortar, by the time of the extended response time of the packer, a strong cement stone is formed between the rubber element of the packer and the wall of the well, which prevents the rubber element from swelling and its contact with the well wall. Thus, the tightness of the well support in the interval of the packer depends on the tightness of the cement stone formed between the packer and the wall of the well. It is possible that the swelling of the rubber element will cause the formation of cracks in the cement stone, and mainly in the longitudinal direction, which can cause depressurization of the lining. The different sizes of the formed cracks, including capillary channels, can be an obstacle for the flowing of elastic swelling material into all cracks in order to seal them.

Известно устройство манжетного цементирования модернизированное (УМЦМ) (см. полезная модель РФ №51393, МПК Е21В 33/13, 33/12, опубл. в бюл. №4 10.02.2008 г.), содержащее уплотнительную манжету, размещенную в конусообразном упоре с жестко выполненными наклонными относительно центральной оси упора лепестками.A modernized cuff cementing device (UMTSM) is known (see utility model of the Russian Federation No. 51393, IPC ЕВВ 33/13, 33/12, published in Bulletin No. 4 02/10/2008), containing a sealing cuff placed in a conical stop with rigidly made petals inclined relative to the central axis of the stop.

Это устройство по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.This device is in technical essence closer to the proposed one and can be adopted as a prototype.

Недостатком данного устройства является то, что после цементирования обсадной колонны в скважине и затвердевания цементного раствора плотность контакта уплотнительной манжеты со стенкой скважины ограничена, не меняется во времени и в случае установки устройства не в номинальном стволе скважины может быть недостаточной для сохранения герметичности сформированной крепи.The disadvantage of this device is that after cementing the casing in the well and hardening the cement slurry, the contact density of the sealing collar with the wall of the well is limited, does not change in time, and if the device is not installed in the nominal wellbore, it may be insufficient to maintain the tightness of the formed lining.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности разобщения затрубного пространства в скважине при ее креплении, освоении и эксплуатации, снижение стоимости работ по разобщению пластов и ускорение проведения работ по строительству скважины.The technical task of the present invention is to increase the reliability of separation of the annulus in the well during its fastening, development and operation, reducing the cost of work on the separation of the layers and accelerate the construction of the well.

Поставленная техническая задача решается описываемым заколонным самоуплотняющимся манжетным пакером, включающим конусообразный упор с жесткими лепестками, зафиксированный на колонне труб и эластичную уплотнительную манжету, установленные на обсадной трубе, спускаемой в скважину в составе обсадной колонны.The stated technical problem is solved by the described annular self-sealing cuff packer, including a cone-shaped stop with rigid petals, fixed on the pipe string and an elastic sealing cuff installed on the casing, lowered into the well as part of the casing.

Новым является то, что манжета зафиксирована относительно колонны труб, выполнена из набухающего материала и изготовлена сборной, состоящей как минимум из двух последовательно установленных уплотнений, каждая из которых набухает в определенной жидкости, причем на верхних сопрягаемых конусных поверхностях уплотнений равномерно по окружности выполнены радиальные каналы.What is new is that the cuff is fixed relative to the pipe string, made of swellable material, and is made of a team consisting of at least two sequentially installed seals, each of which swells in a certain liquid, with radial channels uniformly made on the upper mating conical surfaces of the seals.

На фиг. 1 изображен заколонный самоуплотняющийся манжетный пакер, включающий конусообразный упор 1 и опирающуюся на него сборную манжету, выполненную из набухающего материала и состоящую из двух и более эластичных уплотнений 2 и 3, набухающих в заданных скважинных жидкостях (например: вода, нефть). На верхних сопрягаемых конусных поверхностях уплотнений 2 и 3 равномерно по окружности выполнены радиальные каналы (на чертеже не показаны). Конусообразный упор и манжета установлены и совместно зафиксированы на обсадной трубе 4, спускаемой в скважину в составе обсадной колонны, верхней 5 и нижней 6 ограничительными кольцами и стопорными клиньями 7.In FIG. 1 shows an annular self-sealing cuff packer including a cone-shaped stop 1 and an assembly cuff resting on it, made of swelling material and consisting of two or more elastic seals 2 and 3, swelling in predetermined well fluids (for example: water, oil). On the upper mating conical surfaces of the seals 2 and 3, radial channels (not shown in the drawing) are uniformly made around the circumference. The conical stop and cuff are installed and jointly fixed on the casing 4, which is lowered into the well as a part of the casing, upper 5 and lower 6 by restrictive rings and retaining wedges 7.

Заколонный самоуплотняющийся манжетный пакер работает следующим образом.An annular self-sealing cuff packer operates as follows.

Пакер устанавливают в продуктивном интервале скважины на обсадной трубе 4 в составе обсадной колонны с целью отсечения друг от друга заданных интервалов затрубного пространства скважины 8 в процессе и после ее цементирования. В непосредственной близости от пакера, выше и ниже его, устанавливают жесткие центраторы (на чертеже не показаны) для центрирования пакера относительно ствола скважины 8. При этом уплотнения 2 и 3 манжеты пакера приходят в упругое соприкосновение со стенкой скважины 8, которое усиливается за счет седиментации твердой фазы цементного раствора 9 на верхнее уплотнение 2 манжеты и разницы гидростатического давления над и под пакером при фильтрации жидкой фазы цементного раствора 9 в проницаемый пласт (на чертеже не показан) ниже пакера. Цементный раствор из пространства между уплотнениями 2 и 3 манжеты вытесняется по радиальным каналам, выполненным на верхних сопрягаемых конусных поверхностях уплотнений. Кроме того, указанные радиальные каналы служат для увеличения эластичности уплотнений 2 и 3 при гофрировании их во время промывки скважины и прокачивании цементного раствора, в то же время, сохраняя их достаточную толщину и упругую прочность в радиальном направлении. После затвердевания цемента уплотнения 2 и 3 манжеты остаются защемленными между конусообразным упором пакера 1, цементным камнем, сформировавшимся из цементного раствора 9, обсадной трубой 4 и стенкой скважины 8, создавая сборное уплотнительное кольцо, прижатое к стенке скважины. Далее, каждое уплотнение 2 и 3 манжеты или группа уплотнений (при их установке в количестве более двух) начинают набухать в заданной жидкости (например, в воде или нефти), появляющейся в интервале манжеты в свое время. При этом уплотнения 2 и 3 манжеты раздаются по объему во все стороны, в том числе и в направлении стенки скважины 8, повышая градиент давления гидропрорыва пакера, его герметичность и предотвращая движение различных скважинных жидкостей вдоль стенки скважины вверх и вниз при разгерметизации цементного камня и возникновении перепадов давлений между скважинными флюидами, находящимися выше и ниже пакера. Таким образом, пакер надежно герметизирует заколонное пространство скважины и служит разобщению затрубного пространства в процессе всего периода освоения и эксплуатации скважины.The packer is installed in the production interval of the well on the casing 4 as part of the casing in order to cut off from each other the specified intervals of the annular space of the well 8 during and after cementing. In the immediate vicinity of the packer, above and below it, rigid centralizers are installed (not shown in the drawing) to center the packer relative to the borehole 8. In this case, the packer seals 2 and 3 come into elastic contact with the borehole wall 8, which is enhanced by sedimentation the solid phase of the cement mortar 9 on the upper seal 2 of the cuff and the difference in hydrostatic pressure above and below the packer when filtering the liquid phase of the cement mortar 9 into a permeable formation (not shown) below the packer. Cement mortar from the space between the seals 2 and 3 of the cuff is displaced along the radial channels made on the upper mating conical surfaces of the seals. In addition, these radial channels serve to increase the elasticity of seals 2 and 3 when corrugating them during flushing the well and pumping cement, while maintaining their sufficient thickness and elastic strength in the radial direction. After the cement has hardened, the seals 2 and 3 of the cuff remain pinched between the cone-shaped stop of the packer 1, the cement stone formed from the cement mortar 9, the casing 4 and the borehole wall 8, creating a prefabricated sealing ring pressed against the borehole wall. Further, each seal 2 and 3 of the cuff or group of seals (when installed in an amount of more than two) begin to swell in a given liquid (for example, in water or oil) that appears in the cuff interval at the time. At the same time, the seals 2 and 3 of the cuff are distributed in volume in all directions, including in the direction of the borehole wall 8, increasing the pressure gradient of the packer hydraulic breakage, its tightness and preventing the movement of various borehole fluids along the borehole wall up and down when cement stone is unpressurized and pressure drops between well fluids above and below the packer. Thus, the packer reliably seals the annulus of the well and serves to dissociate the annulus during the entire period of development and operation of the well.

Предлагаемый заколонный самоуплотняющийся манжетный пакер позволяет повысить надежность разобщения затрубного пространства в скважине при ее креплении, освоении и эксплуатации, предотвращая движение различных по природе жидкостей (например: нефти и воды) вверх или вниз по затрубному пространству скважины, снизить стоимость работ по разобщению затрубного пространства ввиду ее малой себестоимости и простоты установки в скважине, требующей не больше времени, чем для установки на обсадной колонне центратора, а также ускорить проведение работ по строительству скважины в целом.The proposed annular self-sealing cuff packer allows to increase the reliability of the separation of the annulus in the well during its fastening, development and operation, preventing the movement of different fluids (for example: oil and water) up or down the annulus of the well, and reduce the cost of work on the separation of the annulus due to its low cost and ease of installation in the well, requiring no more time than for installation on the casing of the centralizer, and also accelerate the well construction work as a whole.

Claims

An annular self-sealing packer comprising a sealing collar resting on a lower conical stop with rigid lobes fixed on a pipe string, characterized in that the sleeve is fixed relative to the pipe string, made of swelling material and made of a team consisting of at least two sequentially installed seals, each of which swells in a certain liquid (for example, in water or oil), moreover, on the upper mating conical surfaces of the seals uniformly around the circumference and made radial channels.