RU38825U1

RU38825U1 - PACKING DEVICE FOR EXTRA CENSING

Info

Publication number: RU38825U1
Application number: RU2004107365/22U
Authority: RU
Inventors: И.Х. Махмутов; В.И. Кострач; Д.В. Страхов; В.Б. Оснос; Р.З. Зиятдинов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д.Шашина
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2004-07-10

Abstract

Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны, содержащее корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел с конусом, срезной элемент, механизм, спускаемый на колонне труб в дополнительную обсадную колонну и взаимодействующий сверху на расширяющий узел, отличающееся тем, что дополнительная обсадная колонна снабжена внутри насечками, а расширяющий элемент расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, при этом механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел и оснащенного поршнем и полым штоком, который соединен с поршнем жестко, а с колонной труб - герметично с возможностью осевого перемещения вверх, при этом якорный узел выполнен в виде плашек, установленных на полом штоке с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока вверх относительно колонны труб и взаимодействия с насечками обсадной дополнительной колонны, причем срезной элемент фиксирует полый шток относительно колонны труб во время спуска в скважину.A packer device for an additional casing string, comprising a housing made in the form of a pipe with an elastic sleeve installed on it, an expanding assembly with a cone, a shear element, a mechanism that is lowered on the pipe string into an additional casing string and interacting from above on the expansion assembly, characterized in that the additional the casing is provided with notches inside, and the expanding element is located in the pipe at the top and fixed with a cone down, while the mechanism is made in the form of a pusher at the bottom and anchor assembly rkhu, and the pusher is made in the form of a hydraulic cylinder, made with the possibility of pressure from above on the expanding unit and equipped with a piston and a hollow rod, which is rigidly connected to the piston, and with the pipe string is hermetically axially movable upward, while the anchor unit is made in the form of dies mounted on the hollow rod with the possibility of radial movement outward when moving the hollow rod upward relative to the pipe string and interacting with the notches of the casing string, and the shear element fixes hollow rod relative to the pipe string during descent into the well.

Description

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к средствам защиты обсадных колонн от воздействия высокого давления и может найти применение при спуске дополнительных обсадных колонн в скважины, обсадные колонны которых пришли в негодность.The proposal relates to the oil and gas industry, namely, to protect casing strings from high pressure and can be used when running additional casing strings into wells, the casing strings of which have become unusable.

Известен «Пакер» (патент РФ №2215864, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №31 от 10.11.2003 г.), включающий спускаемые на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) полые верхний и нижний корпусы, присоединенный к концу нижнего корпуса расширяемый патрубок с уплотнительным элементом, размещенным на его поверхности в виде эластичной оболочки, дорн, установленный в корпусе, и гидравлическую камеру, при этом его расширяемый патрубок выполнен с наружным кольцевым выступом, над которым расположен якорный участок с зубчатыми насечками, а под ним уплотнительный элемент, верхняя часть которого контактирует с конической поверхностью кольцевого выступа, а нижний конец выполнен в виде ласточкиного хвоста и в сжатом состоянии размещен в стакане-центраторе, закрепленном к концу нижнего корпуса, при этом его дорн снабжен съемным клапаном, который выполнен полым и двухступенчатым и помещен в верхнем корпусе с возможностью заклинивания второй ступенью в зоне расположения кольцевого выступа расширяемого патрубка при его установке, а гидравлическая камера образована корпусом, полостями дорна с клапаном и НКТ.The well-known "Packer" (RF patent No. 2215864, IPC 7 E 21 B 33/12, publ. BI No. 31 of 10.11.2003), including hollow upper and lower bodies, lowered onto the string of tubing (tubing), connected to the end of the lower case, an expandable nozzle with a sealing element placed on its surface in the form of an elastic shell, a mandrel installed in the housing, and a hydraulic chamber, while its expandable nozzle is made with an outer annular protrusion, above which there is an anchor section with serrated notches, and underneath the sealing element , the upper part of which is in contact with the conical surface of the annular protrusion, and the lower end is made in the form of a dovetail and in a compressed state is placed in a centralizer beaker fixed to the end of the lower body, while its mandrel is equipped with a removable valve, which is made hollow and two-stage and placed in the upper case with the possibility of jamming by the second stage in the area of the location of the annular protrusion of the expandable pipe when it is installed, and the hydraulic chamber is formed by the body, mandrel cavities with a valve and tubing.

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

во-первых, для установки пакера требуется высокое давление посадки (для стального расширяемого патрубка - 40 МПа, для алюминиевого - 25 МПа), во время которого колонна насосно-компрессорных труб (НКТ), на которых спускается пакер, удлиняется;firstly, to install the packer, a high landing pressure is required (for steel expandable pipe - 40 MPa, for aluminum - 25 MPa), during which the string of tubing on which the packer is lowered is extended;

во-вторых, при снятии давления посадки колонна НКТ сжимается с большим усилием (в зависимости от прилагаемого давления от 15 до 35 тонн), что может привести к срыву пакера.secondly, when the landing pressure is relieved, the tubing string is compressed with great effort (depending on the applied pressure from 15 to 35 tons), which can lead to a packer breakdown.

Известно «Пакерующее устройство» (св. на полезную модель. РФ №26075, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №31 от 10.11.2002 г.), содержащее основной пакер, включающий корпус с размещенной на его наружной поверхности эластичной манжетой, подвижной клиновой цилиндр, связанный с приводом, срезные и уплотнительные элементы и упоры, при этом устройство снабжено дополнительным пакером, состоящим из корпуса, соединенного через переводник с корпусом основного пакера, с надетой на него эластичной It is known "Packing device" (St. on utility model. RF No. 26075, IPC 7 E 21 B 33/12, publ. BI No. 31 dated 10.11.2002), containing the main packer, including the housing located on its outer surface elastic cuff, movable wedge cylinder connected to the drive, shear and sealing elements and stops, while the device is equipped with an additional packer, consisting of a housing connected via an adapter to the main packer housing, with an elastic worn on it

манжетой, подвижным клиновым цилиндром, образующим с корпусом и уступом на его наружной поверхности гидрокамеру, соединенную через радиальные каналы в корпусе с внутритрубным пространством.a cuff, a movable wedge cylinder, forming with a housing and a ledge on its outer surface a hydro chamber connected through radial channels in the housing to the in-tube space.

Недостатками устройства являются большое количество сложных деталей, которые размещены в составе дополнительной обсадной колонны, остаются в каждой скважине, что приводит к удорожанию конструкции и необходимости изготовления большого числа технологически сложных деталей.The disadvantages of the device are a large number of complex parts, which are located in the composition of the additional casing string, remain in each well, which leads to an increase in the cost of the structure and the need to manufacture a large number of technologically complex parts.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является «Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны» (патент на полезную модель РФ №32182, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. Бюл. №25 от 10.09.2003 г.), содержащее корпус, выполненный в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел, включающий конус, и срезной элемент, при этом корпус является деформируемым элементом и снабжен с нижнего конца вогнутым участком, расширяющий узел установлен внутри корпуса, а его конус наружной поверхностью плотно прижат к вогнутому участку и снабжен снизу с внутренней стороны цилиндрической выборкой, в которой жестко установлена промежуточная втулка, упомянутый узел снабжен воронкой с коническими и цилиндрическими участками на внутренней поверхности, упирающийся в торец конуса и имеющей две цилиндрические выборки, причем верхняя контактирует с верхней зоной внутренней поверхности конуса, а нижняя жестко соединена с фиксирующей втулкой с внутренним кольцевым выступом, а срезной элемент установлен между торцами упомянутых втулок и уступами цилиндрических выборок конуса и воронки, внутренние диаметры цилиндрического участка воронки и кольцевого выступа фиксирующей втулки выбраны под диаметр корпуса замкового механизма, установленного на нижнем конце спущенных в дополнительную обсадную колонну насосно-компрессорных труб и снабженного со стороны нижнего торца кольцевой расточкой, в которой жестко установлена втулка с коническим наружным срезом в верхней части, причем в зоне конического среза расположено коническое разрезное кольцо, взаимодействующее в рабочем положении с кольцевым выступом фиксирующей втулки, дополнительная обсадная колонна на устье скважины жестко связана с устьевым оборудованием.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is “Packing device for additional casing” (patent for utility model of the Russian Federation No. 32182, IPC 7 E 21 B 33/12, publ. Bull. No. 25 from 09/10/2003), comprising a housing made in the form of a pipe with an elastic sleeve installed on it, an expanding assembly including a cone, and a shear element, the housing being a deformable element and provided with a concave section from the lower end, the expansion assembly is installed inside the housing, and its cone has an outer surface The second unit is equipped with a funnel with conical and cylindrical sections on the inner surface, abutting against the end of the cone and having two cylindrical samples, the upper being in contact with the upper the zone of the inner surface of the cone, and the lower one is rigidly connected to the fixing sleeve with the inner annular protrusion, and a shear element is installed between the ends of the mentioned bushings and the ups of the cylindrical samples of the cone and funnel, the inner diameters of the cylindrical section of the funnel and the annular protrusion of the retaining sleeve are selected for the diameter of the locking mechanism housing mounted on the lower end of the tubing lowered into the additional casing and provided with a ring bore from the lower end, in which it is rigidly installed a sleeve with a conical outer cut in the upper part, and in the conical cut zone there is a conical split ring interacting in the working position with an annular protrusion of the fixing sleeve, an additional casing string at the wellhead is rigidly connected with wellhead equipment.

Недостатки устройства:The disadvantages of the device:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей;firstly, the complexity of the design, due to the presence of a large number of nodes and parts;

во-вторых, механическая пакеровка приводит к большим усилиям посадки (для алюминиевого патрубка - 15-17 тонн, для стального - 35-40 тонн), которое сжимает дополнительную обсадную колонну, на которой спускается пакерующее устройство;secondly, mechanical packing leads to large landing forces (for aluminum pipe - 15-17 tons, for steel pipe - 35-40 tons), which compresses the additional casing, on which the packing device is lowered;

в-третьих, возможность использования устройства ограничивается техническими характеристиками подъемной вышки;thirdly, the ability to use the device is limited by the technical characteristics of the lifting tower;

в-четвертых, при снятии усилия посадки (при снятии давления) дополнительная колонна возвращается в исходное состояние с большим усилием (в зависимости от прилагаемого усилия от 15 до 40 тонн), что может привести к срыву с места посадки корпуса после установки.fourthly, when the landing force is removed (when the pressure is relieved), the additional column returns to its original state with great effort (depending on the applied force from 15 to 40 tons), which can lead to disruption from the landing site after installation.

Технической задачей полезной модели является создание устройства простого и надежного в применении, конструктивно дешевого, за счет уменьшения количества технически сложных деталей и исключения повреждения труб дополнительной обсадной колонны во время посадки и снятии нагрузки с пакерующего устройства.The technical task of the utility model is to create a device that is simple and reliable to use, structurally cheap, by reducing the number of technically complex parts and eliminating damage to the pipes of the additional casing string during landing and unloading the packer device.

Техническая задача решается предлагаемым пакерующим устройством дополнительной обсадной колонны, содержащим корпус, выполненным в виде патрубка с установленной на нем эластичной манжетой, расширяющий узел с конусом, срезной элемент, механизм, спускаемый на колонне труб в дополнительную обсадную колонну и взаимодействующий сверху на расширяющий узел.The technical problem is solved by the proposed packer device of an additional casing string, comprising a housing made in the form of a pipe with an elastic sleeve installed on it, an expanding unit with a cone, a shear element, a mechanism that is lowered onto the pipe string into an additional casing string and interacting from above on the expanding unit.

Новым является то, что дополнительная обсадная колонна снабжена внутри насечками, а расширяющий элемент расположен в патрубке сверху и зафиксирован конусом вниз, при этом механизм выполнен в виде толкателя внизу и якорного узла вверху, причем толкатель выполнен в виде гидроцилиндра, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел и оснащенного поршнем и полым штоком, который соединен с поршнем жестко, а с колонной труб - герметично с возможностью осевого перемещения вверх, при этом якорный узел выполнен в виде плашек, установленных на полом штоке с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока вверх относительно колонны труб и взаимодействия с насечками обсадной дополнительной колонны, причем срезной элемент фиксирует полый шток относительно колонны труб во время спуска в скважину.What is new is that the additional casing is provided with notches inside, and the expansion element is located in the pipe at the top and fixed with a cone down, while the mechanism is made in the form of a pusher at the bottom and an anchor assembly at the top, and the pusher is made in the form of a hydraulic cylinder made with the possibility of pressure from above on an expanding unit and equipped with a piston and a hollow rod, which is rigidly connected to the piston, and hermetically with the pipe string with the possibility of axial movement upward, while the anchor unit is made in the form of dies, lips ment of the hollow rod to radially outward movement of the hollow rod when moving upwards relative to the pipe string and interacting with notches additional casing string, the shear member fixes the hollow shaft relative to the pipe string while running in hole.

Анализ известных аналогичных решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков сходных с отличительными признаками в заявляемом устройстве, т.е. о соответствии заявляемого решения критериям «новизна» и «промышленная применимость».An analysis of known similar solutions allows us to conclude that they lack features similar to the distinctive features in the claimed device, i.e. on compliance of the proposed solutions with the criteria of "novelty" and "industrial applicability".

На фиг. изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.In FIG. The proposed device is shown in longitudinal section.

Пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны 1 состоит из корпуса 2, выполненного в виде патрубка 3 с установленным на нем эластичной манжетой 4, расширяющий узел 5 с конусом 6, срезной элемент 7, механизм 8, спускаемый на колонне труб 9 в дополнительную обсадную колонну 1 и взаимодействующий сверху с расширяющим узлом 5. Дополнительная обсадная колонна 1 снабжена внутри насечками 10, а The packer device of the additional casing string 1 consists of a housing 2 made in the form of a pipe 3 with an elastic sleeve 4 mounted on it, an expanding unit 5 with a cone 6, a shear element 7, a mechanism 8, which is lowered on the pipe string 9 into the additional casing 1 and interacts top with an expanding node 5. An additional casing 1 is provided inside with notches 10, and

расширяющий узел 5 расположен сверху и зафиксирован конусом 6 вниз в патрубке 3. Механизм 8 выполнен в виде толкателя 11 внизу и якорного узла 12 вверху. Толкатель 11 выполнен в виде гидроцилиндра 13, выполненного с возможностью давления сверху на расширяющий узел 5 и оснащенного поршнем 14 и полым штоком 15, который соединен с поршнем 14 жестко, а с колонной труб 9 - герметично с возможностью осевого перемещения вверх. Якорный узел 12 выполнен в виде плашек 16, установленных на полом штоке 15 с возможностью радиального перемещения наружу при перемещении полого штока 15 вверх относительно колонны труб 9 и взаимодействия с насечками 10 обсадной дополнительной колонны 1. Это можно осуществить, например, при помощи упора 17 колонны труб 9 и клинового толкателя 18 полого штока 15, с которыми плашки 16 взаимодействуют при помощи Т-образного соединения и/или соединения «ласточкин хвост» в любых сочетаниях, например: с клиновым толкателем 18 - при помощи «ласточкиного хвоста», а с упором 17 - при помощи Т-образного соединения. Срезной элемент 7 фиксирует полый шток 15 относительно колонны труб 9 во время спуска в скважину 19. Несанкционированные перетоки жидкости в устройстве предотвращаются уплотнительными кольцами 20 и 21.the expanding unit 5 is located on top and fixed by a cone 6 down in the pipe 3. The mechanism 8 is made in the form of a pusher 11 at the bottom and an anchor unit 12 at the top. The pusher 11 is made in the form of a hydraulic cylinder 13, made with the possibility of pressure from above on the expanding unit 5 and equipped with a piston 14 and a hollow rod 15, which is rigidly connected to the piston 14, and hermetically with axial movement upward with the pipe string 9. The anchor assembly 12 is made in the form of dies 16 mounted on the hollow stem 15 with the possibility of radial movement outward when the hollow stem 15 is moved upward relative to the pipe string 9 and interacts with the notches 10 of the casing string 1. This can be accomplished, for example, using the stop 17 of the string pipes 9 and the wedge pusher 18 of the hollow rod 15, with which the dies 16 interact with the T-shaped connection and / or the dovetail connection in any combination, for example: with the wedge pusher 18 - using the "dovetail a ", but with an emphasis on 17 - by means of the T-shaped connection. The shear element 7 fixes the hollow rod 15 relative to the pipe string 9 during the descent into the well 19. Unauthorized fluid flows in the device are prevented by o-rings 20 and 21.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

После исследования эксплуатационной колонны скважины 19, во внутрь нее на дополнительной обсадной колонне 1 спускают пакерующее устройство с таким расчетом, чтобы корпус 2 оказался ниже нарушений (на Фиг. не показаны) в эксплуатационной колонне скважины 19. При этом дополнительную обсадную колонну 1 герметично и жестко фиксируют на устье 22 скважины 19. После этого в дополнительную обсадную колонну 1 спускают колонну труб 9 с механизмом 8 на нижнем конце до тех пор, пока толкатель 11 гидроцилиндром 13 не обопрется на расширяющий конус 4 (определяется по снижению веса колонны труб 9). По достижению расчетного усилия разрушается срезной элемент 7, приводя якорный узел 12 в действие. В результате упор 17 колонны труб 9 перемещается вниз относительно расширяющего узла 5, а полый шток 15 с клиновым толкателем 18 - вверх относительно колонны труб 9, раздвигая плашки 16 до взамодействия их зубчатой части с насечками 10 дополнительной обсадной колонны 1. При этом полый шток 15 фиксируется относительно дополнительной обсадной колонны 1. После чего в колонне труб 9 создают избыточное давление, которое через полый шток 15 передается под поршень 14 в гидроцилиндр 13, который, благодаря фиксации полого штока 15, перемещается вниз, оказывая давление на расширяющий узел 5. При этом расширяющий узел 5 конусом 6 расширяет патрубок 3 до прижатия эластичной манжеты 4 к дополнительной обсадной колонне 1, изолируя межтрубное пространство 23 от внутритрубного 24, изолируя нарушения After examining the production casing of the well 19, a packer is lowered into it on the additional casing 1 so that the casing 2 is lower than the disturbances (not shown) in the production casing of the well 19. Moreover, the additional casing 1 is hermetically and rigidly fixed on the wellhead 22 of the hole 19. After that, the pipe string 9 with the mechanism 8 at the lower end is lowered into the additional casing 1 until the pusher 11 is supported by the hydraulic cylinder 13 on the expansion cone 4 (determines I have a weight loss of the pipe string 9). Upon reaching the design effort, the shear element 7 is destroyed, bringing the anchor assembly 12 into action. As a result, the stop 17 of the pipe string 9 moves downward relative to the expanding unit 5, and the hollow rod 15 with the wedge pusher 18 moves upward relative to the pipe string 9, pushing the dies 16 until their gear part with the notches 10 of the additional casing string 1 interacts. In this case, the hollow stem 15 is fixed relative to the additional casing 1. After that, overpressure is created in the pipe string 9, which is transmitted through the hollow rod 15 under the piston 14 to the hydraulic cylinder 13, which, thanks to the fixation of the hollow rod 15, moves downward, providing yes Leniye extends at node 5. This assembly 5 extends cone 6 extends pipe 3 to the pressing elastic cuffs 4 to additional casing 1 by insulating annular space 23 from in-tube 24, insulating violation

эксплуатационной колонны скважины 19. После прохождения патрубка 3 расширяющим узлом 5, он падает на забой (на Фиг. не показан) скважины 19. В результате давление внутри колонны труб 9 сначала резко падает, так как опоры для гидроцилиндра 13 нет, а затем резко возрастает, после того, как гидроцилиндр 13 упрется в поршень 14. Процесс установки пакерующего устройства дополнительной колонны труб 1 завершен. Давление внутри колонны труб 9 сбрасывается, колонна труб 9 приподнимается, в результате полый шток 15 перемещается вниз относительно колонны труб 9, клиновой толкатель 18 и упор 17 раздвигаются, плашки 16 выходят из зацепления с дополнительной обсадной колонной 1. После чего колонну труб 9 с механизмом 8 извлекают из скважины 19. Так как усилие, создаваемое гидроцилиндром 13 во время расширения патрубка 3 уравновешивается якорным узлом 12, то дополнительная обсадная колонна не удлиняется. В результате, после прохождения патрубка 3 расширяющим узлом 5, на корпус 2 пакерующего устройства после его установки не действуют большие усилия, которые могут его сорвать, то есть нарушить герметичность соединения с обсадной колонной скважины.production casing of the well 19. After the pipe 3 passes through the expansion unit 5, it falls to the bottom (in Fig. not shown) of the well 19. As a result, the pressure inside the pipe string 9 first drops sharply, since there are no supports for the hydraulic cylinder 13, and then it increases sharply , after the hydraulic cylinder 13 abuts against the piston 14. The installation process of the packer device of the additional pipe string 1 is completed. The pressure inside the pipe string 9 is relieved, the pipe string 9 is raised, as a result, the hollow rod 15 moves downward relative to the pipe string 9, the wedge pusher 18 and the stop 17 are moved apart, the dies 16 disengage from the additional casing string 1. Then the pipe string 9 with a mechanism 8 are removed from the well 19. Since the force generated by the hydraulic cylinder 13 during the expansion of the pipe 3 is balanced by the anchor assembly 12, the additional casing is not extended. As a result, after the passage of the pipe 3 by the expanding unit 5, great efforts are not acting on the housing 2 of the packing device after its installation, which can disrupt it, that is, break the tightness of the connection with the casing of the well.

Предлагаемое пакерующее устройство дополнительной обсадной колонны просто и дешево в изготовлении и использовании с небольшим количеством деталей, большинство из которых могут использоваться по нескольку раз, при этом надежно за счет отсутствия нагрузок, которые нарушают герметичность его после установки.The proposed packer device for an additional casing string is simple and cheap to manufacture and use with a small number of parts, most of which can be used several times, while reliably due to the absence of loads that violate its tightness after installation.

Claims

A packer device for an additional casing string, comprising a housing made in the form of a pipe with an elastic sleeve installed on it, an expanding assembly with a cone, a shear element, a mechanism that is lowered on the pipe string into an additional casing string and interacting from above on the expansion assembly, characterized in that the additional the casing is provided with notches inside, and the expanding element is located in the pipe at the top and fixed with a cone down, while the mechanism is made in the form of a pusher at the bottom and anchor assembly rkhu, and the pusher is made in the form of a hydraulic cylinder, made with the possibility of pressure from above on the expanding unit and equipped with a piston and a hollow rod, which is rigidly connected to the piston, and with the pipe string is hermetically axially movable upward, while the anchor unit is made in the form of dies mounted on the hollow rod with the possibility of radial movement outward when moving the hollow rod upward relative to the pipe string and interacting with the notches of the casing string, and the shear element fixes hollow rod relative to the pipe string during descent into the well.