RU48357U1

RU48357U1 - TEST PACKER

Info

Publication number: RU48357U1
Application number: RU2005116876/22U
Authority: RU
Inventors: А.М. Щербаков; А.Н. Правдюк; А.Л. Маркелов; И.Х. Махмутов; Р.З. Зиятдинов; Д.В. Страхов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2005-10-10

Abstract

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах для поинтервальной опрессовки их колонн. Опрессовочный пакер содержит корпус с кольцевым буртом и радиальными отверстиями. Снизу на наружной поверхности корпуса размещен узел герметизации с двумя уплотнительными элементами, разделенными между собой промежуточным металлическим кольцом, причем сверху уплотнительный элемент поджат верхней втулкой упертой сверху в кольцевой бурт корпуса, а снизу уплотнительный элемент поджат нижней втулкой, жестко закрепленной к корпусу снизу. Снаружи корпус снабжен фиксирующим узлом, состоящим из цанги с подпружиненными захватными элементами, взаимодействующими в рабочем положении со стыками муфт спрессовываемой колонны труб в скважине. На наружной поверхности корпуса выполнен замкнутый фигурный паз с чередующимися продольными короткими и длинными проточками. Цанга оснащена направляющим штифтом, которой размещен в замкнутом фигурном пазе так, что при возвратно-поступательном перемещении фиксирующего узла относительно корпуса направляющий штифт поочередно перемещается, то в короткую проточку - транспортное положение, то в длинную проточку - рабочее положение. Снаружи верхняя втулка снабжена конусной поверхностью, сужающейся снизу вверх, которая идентична внутренним конусным поверхностям, которыми снабжены подпружиненные захватные элементы фиксирующего узла. Предлагаемый Опрессовочный пакер обладает простой конструкцией, кроме того, он снабжен дополнительным уплотнительным элементом, позволяющим обеспечить надежную герметизацию внутреннего пространства спрессовываемой колонны труб в скважине при высоких давлениях опрессовки, что позволит сократить время на опрессовку колоны труб, а значит снизить материальные и финансовые затраты.The proposal relates to the oil and gas industry and can be used in oil and gas wells for interval testing of their columns. The compression packer comprises a housing with an annular collar and radial holes. A sealing assembly with two sealing elements separated by an intermediate metal ring is located below on the outer surface of the housing, with the upper element being pressed up by the upper sleeve resting on top of the annular collar of the housing, and the lower sealing element being pressed by the lower sleeve, which is rigidly fixed to the housing from below. Outside, the housing is equipped with a fixing unit, consisting of a collet with spring-loaded gripping elements interacting in the working position with the joints of the couplings of the pressed pipe string in the well. A closed figured groove with alternating longitudinal short and long grooves is made on the outer surface of the housing. The collet is equipped with a guide pin, which is placed in a closed figured groove so that when the locking unit is reciprocated with respect to the housing, the guide pin moves one by one, then into a short groove - transport position, then into a long groove - working position. Outside, the upper sleeve is provided with a conical surface, tapering from the bottom up, which is identical to the inner conical surfaces, which are equipped with spring-loaded gripping elements of the fixing unit. The proposed Compression Packer has a simple design, in addition, it is equipped with an additional sealing element, which allows for reliable sealing of the internal space of the pressed pipe string in the well at high pressure testing, which will reduce the time for crimping the pipe string, and thus reduce material and financial costs.

Description

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в нефтяных и газовых скважинах для поинтервальной опрессовки их колонн.The proposal relates to the oil and gas industry and can be used in oil and gas wells for interval testing of their columns.

Известен «Пакер», (свидетельство на полезную модель RU №29090 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №12 от 27.04.2003 г.), включающий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенный под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленную на стволе с возможностью осевого перемещения обойму и соединенное с ней кольцо, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазе и соединенный с кольцом, установленные в обойме по ее окружности шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, при этом он снабжен самоуплотняющейся манжетой, установленной на стволе выше опоры и жестко соединенным с ним наконечником, через который пропущен шток, выполненный с кольцевым уступом внизу, взаимодействующим с наконечником, и радиальными отверстиями, расположенными выше наконечника, причем шток соединен с грузом, имеющим камеру в нижней части, сообщенную с колонным пространством скважины посредством радиальных отверстий и с внутренним пространством штока посредством осевого канала, перекрытого обратным клапаном; в качестве средства для подъема и спуска используют канат.The well-known "Packer", (certificate for utility model RU No. 29090 IPC 7 E 21 V 33/12 publ. Bull. No. 12 dated 04/27/2003), including a barrel with a curly groove on the outer surface with evenly spaced alternating longitudinal short and long sections, a support rigidly connected with the barrel, a pressurizing sealing element located under it and a cone mounted on the barrel with the possibility of axial movement of the cage and a ring connected to it, a guide pin placed in a figured groove and connected to the ring installed in the cage by its circumference slips, spring-loaded in the radial direction, while it is equipped with a self-sealing sleeve installed on the barrel above the support and rigidly connected with a tip through which a rod is made, made with an annular ledge below, interacting with the tip, and radial holes located above the tip, moreover, the rod is connected to a load having a camera in the lower part, in communication with the column space of the well through radial holes and with the inner space of the rod through axial Nala overlapped with the check valve; as a means for lifting and lowering using a rope.

Недостатками данного пакера являются:The disadvantages of this packer are:

- возможность спуска только на канате, что снижает область применения (например: на небольших глубинах выигрыш во времени незначителен, причем требуется использование специального оборудования для спуска на канате);- the possibility of descent only on the rope, which reduces the scope (for example: at small depths the time gain is negligible, and the use of special equipment for descent on the rope is required);

- самоуплотняющаяся манжета для качественной работы при спуске контактирует с эксплуатационной колонной, что при спуске на большие (более 900 м) глубины вызывает ее истирание.- the self-sealing cuff for high-quality work during descent is in contact with the production casing, which when descending to large (more than 900 m) depths causes its abrasion.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является «Опрессовочный пакер» (Патент RU №2153570 МПК 7 Е 21 В 33/12 опубл. Бюл. №21 от 27.07.2000 г.), включающий корпус, узел герметизации с уплотнительным элементом, нижней втулкой и камерой уплотнения, перепускное устройство и обратный клапан, при этом пакер имеет клапанный узел со срезными элементами, шаровым клапаном и седлом под этот клапан в виде цилиндрической втулки, а корпус имеет кольцевой бурт ограничения The closest in technical essence to the proposed one is the “Compression Packer” (Patent RU No. 2153570 IPC 7 Е 21 В 33/12 publ. Bull. No. 21 dated 07/27/2000), including a housing, a sealing unit with a sealing element, a lower sleeve and a seal chamber, a bypass device and a check valve, while the packer has a valve assembly with shear elements, a ball valve and a seat for this valve in the form of a cylindrical sleeve, and the body has an annular restriction collar

перемещения нижней втулки, кольцевую проточку, ступенчатую кольцевую выточку и радиальные отверстия для установки срезных винтов, при этом перепускное устройство выполнено в виде золотника с внутренней ступенчатой выточкой, соответствующей ступенчатой кольцевой выточке корпуса, пружиной и регулировочной гайкой, устанавливающей усилие пружины и длину хода золотника, а камера уплотнения образована уплотнительным элементом и кольцевой проточкой корпуса.moving the lower sleeve, an annular groove, a stepped annular undercut and radial holes for installing shear screws, the bypass device is made in the form of a spool with an internal stepped undercut corresponding to a stepped annular undercut of the housing, a spring and an adjusting nut that sets the spring force and stroke length of the spool, and the seal chamber is formed by a sealing element and an annular groove of the housing.

Недостатками данного опрессовочного пакера являются:The disadvantages of this crimping packer are:

- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;- the complexity of the design, due to the large number of nodes and parts;

- наличие в конструкции двух спиральных пружин сжатия при высоких давлениях опрессовки может привести к поломке одной или обоих пружин сразу, из-за того что они не снабжены ограничителями хода, кроме того, в процессе работы пружины подвергаются знакопеременным нагрузкам, в результате чего в теле пружины накапливается остаточная деформация, которая в конечном итоге может привести к ее поломке, что значительно снижает надежность работы опрессовочного пакера в целом;- the presence in the design of two spiral compression springs at high crimping pressures can lead to breakage of one or both springs at once, due to the fact that they are not equipped with travel stops, in addition, during operation, the springs are subjected to alternating loads, resulting in the spring body residual deformation accumulates, which ultimately can lead to its breakdown, which significantly reduces the reliability of the crimping packer as a whole;

- герметизация уплотнительного элемента в скважине происходит за счет действия на него избыточного давления, создаваемого в корпусе опрессовочного пакера, благодаря которому уплотнительный элемент разжимается и перекрывает ствол скважины, в связи с чем качество герметизации уплотнительного элемента зависит от величины воздействующего на него избыточного давления.- sealing of the sealing element in the well occurs due to the action of excess pressure on it, created in the housing of the compression packer, due to which the sealing element is expanded and closes the wellbore, and therefore the quality of sealing of the sealing element depends on the magnitude of the overpressure acting on it.

Технической задачей предложения является упрощение конструкции опрессовчного пакера, а также повышение надежности работы и качества герметизации при высоких давлениях опрессовки.The technical task of the proposal is to simplify the design of the compression packer, as well as to increase the reliability and quality of sealing at high pressure crimping.

Указанная техническая задача решается предлагаемым опрессовочным пакером, включающим корпус с кольцевым буртом и радиальными отверстиями, узел герметизации с уплотнительным элементом, нижней и верхней втулками.The specified technical problem is solved by the proposed compression packer, comprising a housing with an annular collar and radial holes, a sealing unit with a sealing element, lower and upper bushings.

Новым является то, что узел герметизации снабжен вторым уплотнительным элементом, разделенным с первым промежуточным металлическим кольцом, причем нижняя втулка закреплена на корпусе жестко, а верхняя втулка снаружи снабжена конусной поверхностью сужающейся снизу вверх, при этом корпус снабжен фиксирующим узлом, состоящим из цанги с подпружиненными захватными элементами, оснащенными внутренними конусными поверхностями идентичными конусной поверхности верхней втулки, с которой они взаимодействуют в рабочем положении, после контакта подпружиненных захватных элементов со стыком муфты спрессовываемой колонны труб, причем на наружной поверхности корпуса выполнен замкнутый фигурный паз с чередующимися продольными короткими и длинными проточками, при этом цанга оснащена направляющим штифтом, New is that the sealing unit is equipped with a second sealing element, separated from the first intermediate metal ring, the lower sleeve being rigidly fixed to the housing, and the upper sleeve externally provided with a tapered surface tapering from bottom to top, while the housing is equipped with a fixing unit consisting of a collet with spring-loaded gripping elements equipped with internal conical surfaces identical to the conical surface of the upper sleeve with which they interact in the working position after contact spring-loaded gripping elements with the junction of the sleeve of the compressed pipe string, and on the outer surface of the housing a closed shaped groove is made with alternating longitudinal short and long grooves, while the collet is equipped with a guide pin,

который размещен в фигурном пазе так, что при возвратно-поступательном перемещении фиксирующего узла относительно корпуса направляющий штифт поочередно перемещается, то в короткую проточку - транспортное положение, то в длинную проточку - рабочее положение.which is placed in a figured groove so that when the reciprocating movement of the locking unit relative to the housing, the guide pin moves in turn, then into a short groove - transport position, then into a long groove - working position.

На Фиг.1 изображен предлагаемый опрессовочный пакер в продольном разрезе.Figure 1 shows the proposed crimping packer in longitudinal section.

На Фиг.2 изображена форма замкнутого фигурного паза, выполненного на наружной поверхности корпуса.Figure 2 shows the shape of a closed curly groove made on the outer surface of the housing.

Опрессовочный пакер содержит корпус 1 (см. Фиг.1) с кольцевым буртом 2 и радиальными отверстиями 3. Снизу на наружной поверхности корпуса 1 размещен узел герметизации 4 с двумя уплотнительными элементами 5 и 6, разделенными между собой промежуточным металлическим кольцом 7, причем сверху уплотнительный элемент 5 поджат верхней втулкой 8, упертой сверху в кольцевой бурт 2 корпуса 1, а снизу уплотнительный элемент 6 поджат нижней втулкой 9, завернутой на корпус 1 снизу.The compression packer comprises a housing 1 (see FIG. 1) with an annular collar 2 and radial holes 3. A sealing assembly 4 is located below on the outer surface of the housing 1 with two sealing elements 5 and 6 separated by an intermediate metal ring 7, the sealing the element 5 is preloaded by the upper sleeve 8, abutted from above in the annular shoulder 2 of the housing 1, and from below the sealing element 6 is pressed by the lower sleeve 9, wrapped on the housing 1 from the bottom.

Снаружи корпус 1 снабжен фиксирующим узлом 10, состоящим из цанги 11 с подпружиненными захватными элементами 12, взаимодействующими в рабочем положении со стыком 13 муфты 14 спрессовываемой колонны труб 15. На наружной поверхности корпуса 1 выполнен замкнутый фигурный паз 16 с чередующимися продольными короткими 17 и длинными 18 проточками.Outside, the housing 1 is equipped with a fixing unit 10, consisting of a collet 11 with spring-loaded gripping elements 12, interacting in working position with the joint 13 of the sleeve 14 of the compressed pipe string 15. On the outer surface of the housing 1 there is a closed figured groove 16 with alternating longitudinal short 17 and long 18 grooves.

Цанга 11 оснащена направляющим штифтом 19, который размещен в замкнутом фигурном пазе 16 (см. Фиг.2) так, что при возвратно-поступательном перемещении фиксирующего узла 10 относительно корпуса 1 направляющий штифт 19 поочередно перемещается, то в короткую проточку 17 - транспортное положение, то в длинную проточку 18 - рабочее положение. Снаружи верхняя втулка 8 снабжена конусной поверхностью 20, сужающейся снизу вверх, которая идентична внутренним конусным поверхностям 21, которыми снабжены захватные элементы 12 фиксирующего узла 10.The collet 11 is equipped with a guide pin 19, which is placed in a closed figured groove 16 (see Figure 2) so that when the reciprocating movement of the locking unit 10 relative to the housing 1, the guide pin 19 is alternately moved, then in a short groove 17 - transport position, then in the long groove 18 is the working position. Outside, the upper sleeve 8 is provided with a conical surface 20, tapering from the bottom up, which is identical to the inner conical surfaces 21, which are provided with the gripping elements 12 of the fixing unit 10.

Опрессовочный пакер работает следующим образом:The compression packer works as follows:

Устройство посредством присоединительной муфты 22 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 23 (см. Фиг.1) спускают в спрессовываемую колонну труб 15 на необходимую глубину. При этом направляющий штифт 19 находится в транспортном положении (см. Фиг.2) и размещен на короткой продольной проточке 17 замкнутого фигурного паза 16.The device through the connecting sleeve 22 on the string of tubing 23 (see Figure 1) is lowered into the compressed string of pipes 15 to the required depth. When this guide pin 19 is in the transport position (see Figure 2) and is placed on a short longitudinal groove 17 of the closed figured groove 16.

Достигнув заданного интервала опрессовки опрессовочный пакер приподнимают вверх примерно на 1 метр и вновь опускают, в результате чего направляющий штифт 19 перемещается из верхней части короткой проточки 17 в верхнюю часть длинной проточки 18 замкнутого фигурного паза 16 (см. Фиг.2). Это происходит потому, что подпружиненные Having reached the predetermined crimping interval, the compression packer is raised up by about 1 meter and lowered again, as a result of which the guide pin 19 moves from the upper part of the short groove 17 to the upper part of the long groove 18 of the closed figured groove 16 (see Figure 2). This is because spring-loaded

захватные элементы 12 своими наружными поверхностями (см. Фиг.1) находятся в плотном контакте с внутренними стенками спрессовываемой колонны труб 15, благодаря чему весь фиксирующий узел 10 остается неподвижным, а корпус 1 совершает относительно него возвратно-поступательное движение.the gripping elements 12 with their outer surfaces (see FIG. 1) are in close contact with the inner walls of the compressed pipe string 15, so that the entire locking assembly 10 remains stationary, and the housing 1 makes a reciprocating motion relative to it.

Затем опрессовочный пакер начинают поднимать вверх, при этом фиксирующий узел 10 продолжает оставаться неподвижным, благодаря плотному контакту наружных поверхностей подпружиненных захватных элементов 12 с внутренними стенками опрессовываемой колонны труб 15 до тех пор, пока корпус 1 не поднимется вверх, при этом направляющий штифт 19 (см. Фиг.2) переместится из верхней части длинной проточки 18 в ее нижнюю часть.Then, the compression packer is started to be lifted upward, while the fixing unit 10 remains stationary, due to the tight contact of the outer surfaces of the spring-loaded gripping elements 12 with the inner walls of the extruded pipe string 15 until the housing 1 rises, while the guide pin 19 (see Figure 2) will move from the upper part of the long groove 18 to its lower part.

В определенный момент произойдет контакт конусной поверхности 20 (см. Фиг.1) верхней втулки 8 герметизирующего узла 4 с идентичными ей внутренними конусными поверхностями 21, которыми снабжены подпружиненный захватные элементы 12 фиксирующего узла 10.At a certain moment, the conical surface 20 (see FIG. 1) of the upper sleeve 8 of the sealing assembly 4 will come into contact with the internal conical surfaces 21, which are equipped with spring-loaded gripping elements 12 of the locking assembly 10.

Подъем опрессовочного пакера вверх продолжают, при этом под действием нагрузки, действующей на подпружиненный захватные элементы 12 снизу, благодаря контакту конусной поверхности 20 верхней втулки 8 герметизирующего узла 4 с внутренними конусными поверхностями 21, которыми снабжены захватные элементы 12 фиксирующего узла 10 происходит перемещение подпружиненных захватных элементов 12 вверх до тех пор, пока они не попадут в первый попавшийся стык 13 муфты 14 спрессовываемой колонны труб 15, о чем свидетельствует появление нагрузки на индикаторе веса на устье скважины (на Фиг.1 и 2 не показано).The lifting of the compression packer is continued upward, while under the action of the load acting on the spring-loaded gripping elements 12 from below, due to the contact of the conical surface 20 of the upper sleeve 8 of the sealing assembly 4 with the internal conical surfaces 21, with which the gripping elements 12 of the fixing assembly 10 are equipped, the spring-loaded gripping elements are moved 12 up until they get into the first butt joint 13 of the coupling 14 of the compressed pipe string 15, as indicated by the appearance of a load on the indicator weight at the wellhead (Figs. 1 and 2 are not shown).

Затем увеличивают натяжку колонны НКТ 23 вверх, при этом происходит запакеровка уплотнительных элементов 5 и 6, благодаря тому, что нагрузка с фиксирующего узла 10 цанги 11 через внутренние конусные поверхности 21, подпружиненных захватных элементов 12 передается на конусную поверхность 20 верхней втулки 8, которая в свою очередь, воздействуя сверху сжимает вышеупомянутые уплотнительные элементы 5 и 6, поскольку нижняя втулка жестко закреплена на нижнем конце корпуса 1.Then, the tension of the tubing string 23 is increased upward, while sealing elements 5 and 6 are closed, due to the fact that the load from the fixing unit 10 of the collet 11 through the internal conical surfaces 21, of the spring-loaded gripping elements 12 is transferred to the conical surface 20 of the upper sleeve 8, which in turn, acting from above compresses the above-mentioned sealing elements 5 and 6, since the lower sleeve is rigidly fixed to the lower end of the housing 1.

Далее на устье скважины с помощью подгоночного патрубка и планшайбы жестко фиксируют колонну НКТ 23, при этом уплотнительные элементы 5 и 6 обеспечивают надежную герметизацию внутреннего пространства спрессовываемой колонны труб 15.Further, at the wellhead, using the fitting pipe and the faceplate, the tubing string 23 is rigidly fixed, while the sealing elements 5 and 6 provide reliable sealing of the inner space of the compressed pipe string 15.

После чего производят опрессовку колонны труб 15. Для этого сначала заполняют скважину технологической жидкостью через колонну НКТ 23, при этом технологическая жидкость попадает в затрубное пространство скважины ( на Фиг.1 и 2 не показано) через After that, the pressure testing of the pipe string 15. To do this, first fill the well with process fluid through the tubing string 23, while the process fluid enters the annulus of the well (not shown in FIGS. 1 and 2) through

радиальные отверстия 3 корпуса 1, а затем герметизируют устье скважины и создают необходимое давление опрессовки в колонне труб 15.radial holes 3 of the housing 1, and then seal the wellhead and create the necessary pressure crimping in the pipe string 15.

По окончании опрессовки разгерметизируют устье скважины и снимают планшайбу, после чего приспускают колонну НКТ 23 примерно на 1-2 метра вниз, при этом происходит сначала разгерметизация уплотнительных элементов 5 и 6 герметизирующего узла 4, которые возвращаются в исходное положение, а затем корпус 1 опрессовочного пакера опускается вниз относительно направляющего штифта 19, который как и весь фиксирующий узел 10 остается неподвижным, благодаря тому, что подпружиненные захватные элементы находятся в стыке 13 муфты 14. При этом направляющий штифт 19 (см. Фиг.2) из нижней части длинной проточки 18 перемещается в верхнюю часть короткой проточки 17 замкнутого фигурного паза 16 по направлению движения корпуса 1. При этом конусная поверхность 20 верхней втулки 8 выходит из контакта с внутренними конусными поверхностями 21 подпружиненных захватных элементов 12 (см. Фиг.1), после чего опрессовочный пакер может быть свободно извлечен из скважины или переведен в следующий интервал опрессовки колонны труб 15.At the end of the pressure test, the wellhead is depressurized and the faceplate is removed, after which the tubing string 23 is lowered by about 1-2 meters down, and then the sealing elements 5 and 6 of the sealing assembly 4 are depressurized, which return to their original position, and then the pressure test packer body 1 falls down relative to the guide pin 19, which, like the entire locking assembly 10, remains stationary, due to the fact that the spring-loaded gripping elements are in the joint 13 of the clutch 14. In this case, the guide piece ft 19 (see Figure 2) from the lower part of the long groove 18 moves to the upper part of the short groove 17 of the closed shaped groove 16 in the direction of movement of the housing 1. In this case, the conical surface 20 of the upper sleeve 8 comes out of contact with the internal conical surfaces 21 of the spring-loaded gripping elements 12 (see Figure 1), after which the crimping packer can be freely removed from the well or transferred to the next pressure test interval of the pipe string 15.

Предлагаемый опрессовочный пакер обладает простой конструкцией, кроме того, он снабжен дополнительным уплотнительным элементом, позволяющим обеспечить надежную герметизацию внутреннего пространства спрессовываемой колонны труб в скважине при высоких давлениях опрессовки, что позволит сократить время на опрессовку колоны труб, а значит снизить материальные и финансовые затраты.The proposed compression packer has a simple design, in addition, it is equipped with an additional sealing element, which allows for reliable sealing of the internal space of the pressed pipe string in the well at high pressure testing, which will reduce the time for crimping the pipe string, and thus reduce material and financial costs.

Claims

A compression packer comprising a housing with an annular collar and radial holes, a sealing assembly with a sealing element, lower and upper bushings, characterized in that the sealing assembly is equipped with a second sealing element divided with the first intermediate metal ring, the lower sleeve being fixed to the housing rigidly, and the upper sleeve is provided externally with a conical surface, tapering from the bottom up, while the housing is equipped with a fixing unit, consisting of a collet with spring-loaded gripping elements, equipped with internal conical surfaces identical to the conical surface of the upper sleeve with which they interact in the working position after the spring-loaded gripping elements contact the joint of the sleeve of the compressed pipe string, and a closed figured groove with alternating longitudinal short and long grooves is made on the outer surface of the housing The collet is equipped with a guide pin, which is placed in a figured groove so that when the reciprocating movement of the locking unit relative to the body The guide pin alternately moves to a short groove - transport position, then to a long groove - operating position.