SU1548405A1

SU1548405A1 - Heat-resistant packer

Info

Publication number: SU1548405A1
Application number: SU874215239A
Authority: SU
Inventors: Юрий Александрович Яненко; Сергей Григорьевич Кипнис; Аполлинарий Еремеевич Власюк; Виктор Алексеевич Машков; Марат Нурмухамедович Гайнуллин
Original assignee: Научно-производственное объединение по термическим методам добычи нефти "Союзтермнефть"
Priority date: 1987-03-23
Filing date: 1987-03-23
Publication date: 1990-03-07

Abstract

Изобретение относитс к нефт ной промышленности. Цель - повышение надежности работы пакера в услови х циклического изменени давлени и т-ры за счет обеспечени равномерного и герметичного прижати его уплотнительного элемента 15 к внутренней поверхности обсадной колонны 20. Дл этого ствол 1 имеет кольцевой бурт 18 с расположенными равномерно по его торцу гнездами 17. Элемент 15 имеет разжимной конус 16, выполненный на торце корпуса 13 со стороны бурта 18. В гнездах 17 размещены распорные элементы. Последние выполнены в виде шариков 19, установленных с возможностью вращени вокруг гнезда. Это обеспечивает строгое повторение элементом 15 формы внутренней поверхности колонны 20. Таким образом, контактные напр жени , возникающие во всех точках поперечного сечени колонны, в месте пакеровки одинаковы между собой. Съем пакера производитс перемещением ствола 1 вверх. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.This invention relates to the petroleum industry. The goal is to increase the reliability of the packer in conditions of cyclic pressure change and temperature by ensuring that its sealing element 15 is evenly and hermetically sealed to the inner surface of the casing 20. For this, barrel 1 has an annular collar 18 with nests located evenly along its end 17 The element 15 has an expanding cone 16, made at the end of the body 13 from the side of the collar 18. Spacers are placed in the sockets 17. The latter are made in the form of balls 19 mounted for rotation around a socket. This ensures strict repetition by the element 15 of the form of the inner surface of the column 20. Thus, the contact stresses arising at all points of the cross section of the column at the packing point are the same. The packer is removed by moving the barrel 1 upwards. 1 hp f-ly, 2 ill.

Description

тановленных с возможностью вращени вокруг гнезда. Это обеспечивает строгое повторение элементом 15 формы внутренней поверхности колонны 20. Таким образом, контактные напр жени ,rotatable around the socket. This ensures that element 15 forms a strict repetition of the inner surface of the column 20. Thus, the contact stresses

возникающие во всех точках поперечного сечени колонны, в месте пакеровки одинаковы между собой. Съем пакера производитс перемещением ствола 1 вверх. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.occurring at all points of the cross section of the column, at the place of packer, are the same. The packer is removed by moving the barrel 1 upwards. 1 hp f-ly, 2 ill.

Изобретение относитс к нефт ной ромышленности и может быль использовано в термостойком пакере дл гермеизации межзубного пространства, npe-f5 мущественно дл паранагнетательных скважин.The invention relates to the oil industry and can be used in a heat-resistant packer for hermeticization of the interdental space, npe-f5 mainly for para-injection wells.

Цель изобретени -Повышение надежности работы пакера в услови х цикли- ческого изменени давлени и темпера- 20 туры в скважине за счет обеспечени равномерного расширени и герметичного прижати его уплотнительного элемента к внутренней поверхности обсадной колонны,25The purpose of the invention is to increase the reliability of the packer in conditions of cyclical change of pressure and temperature in the well by ensuring uniform expansion and tight sealing of its sealing element to the inner surface of the casing, 25

На фиг. 1 изображен пакер в исходном положении, при спуске его в скважину , разрез; на фиг. 2 - то же, при проведении операции по его установкеFIG. 1 shows the packer in the initial position, when lowering it into the well, a section; in fig. 2 - the same, during the installation operation

U скважине - - 30U borehole - - 30

Термостойкий пакер (фиг, 1) со - держит ствол 1 с полостью 2, установ- -ленный на стволе 1 узел фиксации,включающий полый поршень 3 с конусом 4 и шлипсами 5, размещенный внутри,,.The heat-resistant packer (FIG. 1) contains a barrel 1 with a cavity 2, a fixation unit mounted on the barrel 1, which includes a hollow piston 3 with a taper 4 and sleeves 5 placed inside ,,.

ствола 1 клапан дл приведени его в действие в виде шара б и втулки 7 с седлом 8, закрепленным штифтом 9. Поршень 3 образует со стволом 1 полость 10, соедин ющуюс с полостью 2 до через радиальные каналы 11. Герметичность полости 10 обеспечиваетс уплот нительными пальцами 12. На стволе 1 размещены также корпус 13 с уплотнением 14 и закрепленным герметично на 45 нем уплотнительным элементом 15 из - термостойкого легкодеформируемого материала , выполненным в виде цилиндрической металлической оболочкиs и узел расширени уплотнительного элемента, сп включающий выполненный на торце корпуса 13 разжимной конус 16 и размещенные в гнездах 17 по ощ-ужности кольцевого бурта 18 ствола 1 распорные элементы в виде шариков 19, взаимодейст- вующие с внутренней поверхностью уплотнительного элемента 15 и поверхностью разжимного конуса 16. Гнезда 17 бурта 18 размещены равномерно поthe barrel 1 valve to actuate it in the form of a ball b and a sleeve 7 with a seat 8, fixed pin 9. The piston 3 forms a cavity 10 with the barrel 1, which connects with cavity 2 through radial channels 11. The tightness of the cavity 10 is provided by sealing fingers 12. On the barrel 1 there is also a housing 13 with a seal 14 and a sealing element 15 sealed on it 45 of a heat-resistant easily deformable material made in the form of a cylindrical metal shell and an expansion node of the sealing element sp An enclosing cone 16 made at the end face of the body 13 and spaced elements in the form of balls 19 placed in the slots 17 by means of an annular collar 18 of the barrel 1 interacting with the inner surface of the sealing element 15 and the surface of the expanding cone 16. The sockets 17 of the collar 18 are placed evenly

его окружности и выполнены в виде радиальных пазов с полуцилиндрическими поверхност ми. Шлипсы 5 в рабочем положении отжимаютс конусом 4 поршн 3 к внутренней поверхности обсадной колонны 20. Дл вывода ютипсов 5 из зацеплени с обсадной колонной 20 пакер снабжен установленным неподвижно на стволе 1 опорным кольцом 21 с выступом 22.its circumference and made in the form of radial grooves with semi-cylindrical surfaces. The slips 5 in working position are pressed by the cone 4 of the piston 3 to the inner surface of the casing 20. In order to remove the ytips 5 from the engagement with the casing 20, the packer is provided with a support ring 21 fixed to the barrel 1 with a protrusion 22.

Термостойкий пакет (фиг. 1) верхним концом ствола 1 соедин ют с колонной труб (не показана) и спускают на них в скважину, заполненную добываемой пластовой жидкостью, на необходимую глубину. При этом шар 6 клапанного узла приподнимаетс над седлом 8 втулки 7 и пропускает пластовую жидкость, наход щуюс в это врем под клапанным узлом, предотвраща таким образом, поршневание колонны труб с пакером при спуске в скважину. После окончани спуска пакера шар 7 под действием давлени рабочей жидкости, поступающей сверху вниз по колонне труб, садитс на седло 8, и клапанный узел закрываетс . После этого давлени жидкости в полости 2 пакера поднимаетс и через канал 11 передаетс в полость 10. Под действием этого давлени полый поршень 3 перемещаетс вниз и конусом 4 раздвигает шлипсы 5 до упора в обсадную колонну 20 и фиксирует пакер относительно ее. В процессе фиксации пакера колонна труб, на которой он закреплен, находитс в подвешенном состо нии, т.е. осевое усилие на пакер от веса труб отсутствует. После фиксации пакера подвеску труб плавно ослабл ют, постепенно увеличива осевое усилие на пакере и одновременно начинают вращать всю колонну труб (по часовой или против часовой стрелке, в зависимости от направлени резьб труб). При этом упор, представл ющий собой бурт 18 ствола 1 с гнездами 17 дл шариков 19, надавливает на шарики 19, заставл их перемещатьс вдоль образующей конуса 16, перекатыватьс по внутренней поверхности уплотнительного элемента 15, враща сь одновременно при этом вокруг ствола 1 и расшир равномерно в радиальном направлегчи легкодеформируемую цилиндрическую оболочку уплотнительного элемента. Гнезда 17, взаимодейству с шариками 19 по принципу ради- ю этом полукругльй выступ 23 металличес-,The heat-resistant bag (Fig. 1) with the upper end of the barrel 1 is connected to the column pipe (not shown) and lowered into the well, filled with the produced reservoir fluid, to the required depth. At the same time, the valve assembly ball 6 rises above the seat 8 of the sleeve 7 and passes the formation fluid at this time under the valve assembly, thus preventing the tubing with the packer from pistoning during descent into the well. After the end of the packer descent, the ball 7 under the action of the pressure of the working fluid coming from the top down through the pipe string sits on the seat 8, and the valve assembly closes. After this pressure of the fluid in the cavity 2 of the packer rises and through the channel 11 is transferred into the cavity 10. Under the action of this pressure, the hollow piston 3 moves downward and cones 4 pushes the slips 5 up to abutment in the casing 20 and fixes the packer relative to it. In the process of fixing the packer, the column of pipes on which it is fixed is suspended, i.e. axial force on the packer on the weight of the pipe is missing. After fixing the packer, the suspension of the pipes smoothly weakens, gradually increasing the axial force on the packer and at the same time they begin to rotate the entire pipe string (clockwise or counterclockwise, depending on the direction of the pipe threads). In this case, the stop, which is a collar 18 of the barrel 1 with sockets 17 for the balls 19, presses the balls 19, causes them to move along the generatrix of the cone 16, roll along the inner surface of the sealing element 15, simultaneously rotating around the barrel 1 and expanding evenly in the radial direction of the lightweight deformable cylindrical shell of the sealing element. Nests 17, interact with the balls 19 on the principle of radius of this semicircular protrusion 23 metal-,

ально-упорного подшипника, позвол ют передавать на шарики 19 момент от вращени колонны труб и св занного с ней ствола 1 пакера. Таким образом, одновременное воздействие осевогоThe thrust bearing allows the moment 19 to be transmitted to the balls from the rotation of the pipe string and the barrel 1 of the packer associated with it. Thus, the simultaneous impact of axial

усили от веса колонны труб и момента дл их вращени на шарики 19, контактирующие с уплотнительным элементом 15, позвол ет деформировать его таким образом, что на внешней поверх- ности уплотнительного элемента 15 постепенно образуетс непрерывно увеличивающийс (по мере возрастани осевой нагрузки в поперечном сечении) полукругльй выступ 23 (фиг. 2), ко- торый в конце концов достигает внутренней поверхности обсадной колонны 20, а при дальнейшем раскатывании уплотнительного элемента 15 уплотн ет место контакта, так как возникающие при этом контактные напр жени в материале уплотнительного элемента 15 повышают допустимый предел текучестиforce from the weight of the tubing and the moment for their rotation on the balls 19 in contact with the sealing element 15, allows it to deform in such a way that the outer surface of the sealing element 15 gradually forms a continuously increasing (as the axial load increases in cross section) a semicircular protrusion 23 (Fig. 2), which eventually reaches the inner surface of the casing string 20, and with further rolling out of the sealing element 15, seals the contact point, since the resulting contact stresses in the material of the sealing element 15 increase the allowable yield strength

1. Термостойкий пакер,, содержащий полый ствол, установленные на стволе узел фиксации пакера с размещенным внутри ствола клапаном дл приведени его в действие, корпус с закрепленным на нем цилиндрическим уплотнитель- ным элементом и узел расширени уплотнительного элемента, включающий разжимной конус и распорные элементы, равномерно расположенные по окружности ствола с возможностью взаимодействи с внутренней поверхностью уплотнительного элемента и поверхностью разжимного конуса, отличающийс тем, что, с целью повышедл данного материала, а вращательное движение шариков обеспечивает строгое ни надежности работы пакера в усло- повторение уплотнительным элементомви х циклического изменени давлени 1. Heat-resistant packer, containing a hollow barrel, mounted on the barrel a packer fixation unit with a valve placed inside the barrel to actuate it, a housing with a cylindrical sealing element fixed thereto and an expansion unit of the sealing element, including an expansion cone and spacers, evenly spaced around the circumference of the barrel with the possibility of interaction with the inner surface of the sealing element and the surface of the expanding cone, characterized in that, with the aim of raising this Therians and rotational movement of the balls provides no strict reliability of the packer in sealing elementomvi The condition for repetition of the cyclic pressure variation x

15 формы внутренней поверхности обсад- и температуры за счет обеспечени равной колонны 2J), таким образом, что контактные напр жени , возникающие во всех точках поперечного сечени об- 40 садной колонны в месте пакеровки, одинаковы между собой, что и гарантирует ее надежность. После окончани операции пакеровки шарики 19 остаютс 15 forms the inner surface of the casing and temperature by providing an equal column 2J), so that the contact stresses arising at all points of the cross section of the casing column at the packing point are the same, which guarantees its reliability. After completion of the packing operation, the balls 19 remain

номерного и герметичного прижати его уплотнительного элемента к внутренней поверхности обсадной колонны, ствол пакера снабжен кольцевым буртом с расположенными равномерно по его торцу гнездами, разжимной конус расширени уплотнительного элемента выполнен наlicense plate and hermetically press down its sealing element to the inner surface of the casing, the packer barrel is provided with an annular collar with sockets evenly spaced along its end, the expansion cone of the expansion of the sealing element is made on

внутри полости 24, обеспечива ей не- 45 торце корпуса со стороны бурта ство- обходимую прочность (выполн рольла, а распорные элементы размещены вinside the cavity 24, providing it with the non-45th side of the hull from the side of the pile, the required strength (performed, and the spacer elements are placed in

каркаса). После установки пакера дав- его гнездах. ление рабочей жидкости в .полости 2 ствола 1 поднимают до величины, достаточной дл среза штифта 9, при этом 50 втулку 7 с шаром 6 падают на забой, открыва проходное сечение ствола 1, после чего пакер готов к эсплуатации.frame). After installing the packer in its nests. The working fluid in the cavity 2 of the barrel 1 is raised to a value sufficient to cut the pin 9, with 50 sleeve 7 with the ball 6 falling on the bottom, opening the flow area of the barrel 1, after which the packer is ready for operation.

Съем пакера производитс нат жением колонны труб и перемещением $Removal of the packer produced by tensioning the pipe string and moving $

2. Пакер по п0 1 s отличающийс теи, что распорные элементы узла расширени уплотнительного элемента выполнены в виде шариков, установленных в гнездах бурта ствола с возможностью вращени вокруг последнего .2. A packer according to claim 1 s, different in that the spacer elements of the expansion unit of the sealing element are made in the form of balls mounted in the sockets of the collar of the barrel with the possibility of rotation around the latter.

ствола 1 пакера вверх. При этом закрепленное на нем упорное кольцо 21 своим вертикальным выступом 22 упираетс в нижнюю конусную часть 4 полого поршн З и сдвигает его вверх, освобожда при этом шлипсы 5, которые выход т из зацеплени с обсадной колонной 20 и освобождают пакер. При1 packer barrel up. At the same time, the retaining ring 21 fixed on it with its vertical protrusion 22 abuts against the lower conical part 4 of the hollow piston 3 and shifts it upwards, freeing the slips 5, which come out of the engagement with the casing 20 and release the packer. With

кой оболочки уплотнительного элемента 15 сминаетс , выдавлива шарики 19 в гнезда 17, так как на них больше не воздействует бур 18 ствола 1. После этого пакер извлекаетс на поверхность .The shell of the sealing element 15 is crushed by squeezing the balls 19 into the slots 17, since they are no longer affected by the drill 18 of the barrel 1. After that, the packer is removed to the surface.

Claims

1. Heat-resistant packer, containing a hollow barrel, mounted on the barrel a packer fixation unit with a valve placed inside the barrel to actuate it, a housing with a cylindrical sealing element fixed thereto and an expansion unit of the sealing element, including an expansion cone and spacers, evenly spaced around the circumference of the barrel with the possibility of interaction with the inner surface of the sealing element and the surface of the expanding cone, characterized in that, for the purpose of increasing reliability these packer operation under pressure cycling conditions

and temperature due to ensuring uniform and tight sealing of its sealing element to the inner surface of the casing, the packer barrel is provided with an annular collar with nests located evenly along its end, the expansion cone of expansion of the sealing element is made on

his nests.

2. A packer according to claim 1 s, different in that the spacer elements of the expansion unit of the sealing element are made in the form of balls mounted in the sockets of the collar of the barrel with the possibility of rotation around the latter.