Пакерующее устройство Советский патент 1990 года по МПК E21B33/12 

элемента 10 в зоне фиксирующего выступа 4 установочной муфты 2 выполнена с кольцевыми зубцами. Уплотнительный элемент 10 установлен с возможностью взаимодействия внутренней поверхности его нижней части с наружной поверхностью клиновидных кулачков 14 и образования фиксирующего выступа на

элементе 10 в рабочем положении. Муфта 2 имеет опорный выступ 3. Передача веса нагнетательной колонны труб на пакер происходит через муфту и опорную втулку с замыканием его через выступ 11 на выступ 3. Т.о., осевая нагрузка не действует на перемычку. 3 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разобщения межколонного пространства паронагнетательных скважин при разработке месторождений с высоковязкими нефтями. Цель - повышение надежности работы в условиях паронагнетательной скважины при предельных отклонениях расстояния между опорным 11 и фиксирующим 4 выступами установочной муфты. Для этого наружная поверхность нижнего участка уплотнительного элемента 10 в зоне фиксирующего выступа 4 установочной муфты 2 выполнена с кольцевыми зубцами. Уплотнительный элемент 10 установлен с возможностью взаимодействия внутренней поверхности его нижней части с наружной поверхностью клиновидных кулачков 14 и образования фиксирующего выступа на элементе 10 в рабочем положении. Муфта 2 имеет опорный выступ 3. Передача веса нагнетательной колонны труб на пакер происходит через муфту и опорную втулку с замыканием его через выступ 11 на выступ 3. Таким образом, осевая нагрузка не действует на перемычку. 3 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разобщения межколонного пространства паронагнетательных скважин при разработке месторождений с высоковязкими нефтями.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства в условиях паронагнетательной скважины при предельных отклонениях расстояния между опорным и фиксирующими выступами установочной муфты.

На фиг. 1 показано устройство в момент установки пакера в установочную муфту-, на фиг. 2 то же, перед снятием пакера с места; на фиг. 3 - различные варианты расположения кольцевых зубцов на наружной поверхности уплотнительного элемента пакерующего устройства.

Пакеруюцее устройство (фиг. 1) включает соединенную с обсадной колонной 1 установочную муфту 2 с внутренними опорным 3 и фиксирующим 4 выступами и пакер 5, связанный с колон- ной насосно-компрессорных труб 6 чере переводник 7, ствол 8, установленный на отводе 8 и соединенный с переводником 7 цилиндр 9 с уплотнительным элементом 10 в виде токностенной ме- таллической оболочки с наружным кольцевым опорным выступом 11, размещенные в цилиндре 9 кольцевой поршень

12с разжимным конусом 13 и установленные по окружности между уплотнител ным элементом 10 и разжимным конусом

13клиновидные кулачки 14 с наружной 15 и внутренней 16 коническими поверхностями. При этом (фиг. 3) наружная поверхность нижнего -участка 17 уллот- нительного элемента 10 в зоне фиксирующего выступа 4 установочной муфты

2 выполнена с кольцевыми зубцами 18, а его внутренняя поверхность 19 вза5

0

д 5

л

имодействует с наружной поверхностью 15 клиновидных кулачков 14 с образованием фиксирующего выступа на нижнем участке уплотнительного элемента 10 в рабочем положении.

Цилиндр 9 в верхней части перекрыт днищем 20, связанным через перемычку 21 с переводником 7, соединенным че- резе муфту 22 с колонной насосно-компрессорных труб 6. Снаружи муфты 22 на резьбе установлена втулка 23, упирающаяся в днище 20 цилиндра 9. Поршень 12 цилиндра 9 снабжен уплот- нительной манжетой 24 и закрпплен на стволе 8 тарированным срезным элементом 25. Ствол 8 снабжен на нижнем конце выступом 26 и имеет радиальные каналы 27, установлен свободно в переводнике 7 и ограничен от перемещения вниз гайкой 28. Кольцевой поршень 12 жестко связан с разжимным конусом 13, в осевом канале 29 которого выполнено посадочное седло 30.

Между металлическим уплотнительным элементом 10 и кольцевым поршнем 12 установлена разрезная цакга 31, жестко связанная своим верхним концом с уплотнительным элементом 10. Разрезная цанга 31 имее т клиновидные кулачки 14, имеющие наружную коническую поверхность 15. Клиновидные кулачки 14 установлены с возможностью взаимодействия своей внутренней поверхностью 16с ответной поверхностью разжимного конуса 13, наружной конической поверхностью 15 - с внутренней поверхностью нижнего участка 17 уплот- нительного элемента 10 в зоне кольцевых зубцов 18 треугольного профиля. Кольцевые зубцы 18 на наружной поверхности нижнего участка 17 уппотнителъ- ного элемента 10 выполнены с расчетом гарантированного перекрытия зоны фиксирующего выступа 4 установочной муф51548408

ты 2 при предельных изменениях линейного размера между опорным 3 и фиксирующим 4 выступами установочной муфты 2. На нижнем конце разжимного конуса 13 установлен с возможностью осевого перемещения хвостовик 32, ход которого вниз ограничен стопорной гайкой 33. Опорный выступ 11 на наружной поверхности уплотнительного элемента ю 10 взаимодействует с опорным выступом 3 установочной муфты 2 при установке, распакеровке и работе пакера.

На посадочное седло 30 в осевом канале 29 установлен посадочный кла- 15 пан 34, а полость цилиндра 9 гидравлически связана через отверстия 27 в стволе 8 с полостью труб б Посадочный клапан 34 имеет отверстие 35 в нижней части и седло 36, установлен-- 20 такта между вершинами кольцевых зубное в его верхней части на срезном цов 18 с фиксирующим выступом 4 уста штифте 37 с возможностью фиксации головок цанги 38 от радиального перемещения к центру осевого канала 29. Для осуществления распакеровки и по- 25 Взаимодействие нижнего участка 17 следующего освобождения осевого кана- уплотнительного элемента 10с фикси- ла 29 пакера в колонну труб 6 с поверхности последовательно забрасывают шары 39 и 40 (фиг. 2).

Пакерующее устройство работает щегося при этом кольцевого выступа на дующим образом.нижнем участке 17 уплотнительного

В качестве установочной муфты 2 пакерующего устройства может быть использована как специально устанавливаемая в состав обсадной колонны 1 спецмуфта, так и имеющиеся в ее составе стандартные переводники с соответствующим диаметром проходного канала.

Пакер 5 с посадочным клапаном 34 без шаров 39 и 40 устанавливают на 40 нижний конец первой трубы нагнетательной колонны труб 6 и осуществляют его спуск в скважину до упора опорным выступом 11 уплотнительного элемента 10 в опорный выступ 3 установочной муфты 2. При этом кольцевые зубцы 18 на нижнем участке 17 уплотнительного элемента 10 располагаются на уровне располжеиия фиксирующего выступа

50

выступа 11 уплотнительного элемента 10 с опорным выступом 3 установочной муфты 2 происходит разрушение срезного элемента 25 и перемещение поршня 12 с разжимным конусом 13 вниз. Создание герметичного уплотнения на фиксирующем выступе 4 происходит следующим образом. Разжимной конус 13 перемещается вниз и взаимодействует своей конической поверхностью с внутренней поверхностью 1 б клиновидных кулачков 14 цанги 31э которые, перемещаясь в радиальном направлении, воздействует своей наружной конической поверхностью 15 на нижний участок 17 уплотни- тельного элемента 10 и пластически де формируют его в радиальном направлении до образования герметичного конковочной муфты 2 за счет их пластической деформации на фиксирующем выступе 4 установочной муфты 2 (фиг. 3)

рующим выступом 4 установочной муфты 2 позволяет так же обеспечить надежное якорение пакера 5 за счет образуюэлемента 10 (фиг. 3).

Для освобождения осевого канала 29 пакера 5 (фиг. 2) с поверхности сбра- ,,- сывают шар 40, который опускается на

седло 36 посадочного клапана 34. Затем поднимают давление в нагнетательной колонне труб 6, вследствие чего седло 36 вместе с шаром 40 перемещается вниз, срезая штифт 37, и освобождает головки цанги 38 для радиального перемещения их к центру клапана 34. Посадочный клапан 34 беспрепятственно проталкивается давлением на 45 забой скважины либо в предусмотрен- ную ловушку (не показана).

В предложенной конструкции линейный размер между опорным 3 и фиксирующим 4 выступами установочной муфты 2 мсжет изменяться в пределах, определяемых длиной нижнего участка 17 кольцевых зубцов 18 уплотнительного элемента 10, наружной конической поверхностью 15 клиновидных кулачков 14

сирующий выступ 4 установочной муфты 2 при любом линейном изменении положетакта между вершинами кольцевых зубцов 18 с фиксирующим выступом 4 уста Взаимодействие нижнего участка 17 уплотнительного элемента 10с фикси-

выступа 11 уплотнительного элемента 10 с опорным выступом 3 установочной муфты 2 происходит разрушение срезного элемента 25 и перемещение поршня 12 с разжимным конусом 13 вниз. Создание герметичного уплотнения на фиксирующем выступе 4 происходит следующим образом. Разжимной конус 13 перемещается вниз и взаимодействует своей конической поверхностью с внутренней поверхностью 1 б клиновидных кулачков 14 цанги 31э которые, перемещаясь в радиальном направлении, воздействует своей наружной конической поверхностью 15 на нижний участок 17 уплотни- тельного элемента 10 и пластически деформируют его в радиальном направлении до образования герметичного контакта между вершинами кольцевых зубцов 18 с фиксирующим выступом 4 уста Взаимодействие нижнего участка 17 уплотнительного элемента 10с фикси-

ковочной муфты 2 за счет их пластической деформации на фиксирующем выступе 4 установочной муфты 2 (фиг. 3),

такта между вершинами кольцевых зубцов 18 с фиксирующим выступом 4 уста Взаимодействие нижнего участка 17 уплотнительного элемента 10с фикси-

рующим выступом 4 установочной муфты 2 позволяет так же обеспечить надежное якорение пакера 5 за счет образую

элемента 10 (фиг. 3).

Для освобождения осевого канала 29 пакера 5 (фиг. 2) с поверхности сбра- сывают шар 40, который опускается на

седло 36 посадочного клапана 34. Затем поднимают давление в нагнетательной колонне труб 6, вследствие чего седло 36 вместе с шаром 40 перемещается вниз, срезая штифт 37, и освобождает головки цанги 38 для радиального перемещения их к центру клапана 34. Посадочный клапан 34 беспрепятственно проталкивается давлением на забой скважины либо в предусмотрен- ную ловушку (не показана).

В предложенной конструкции линейный размер между опорным 3 и фиксирующим 4 выступами установочной муфты 2 мсжет изменяться в пределах, определяемых длиной нижнего участка 17 кольцевых зубцов 18 уплотнительного элемента 10, наружной конической поверхностью 15 клиновидных кулачков 14

Чаиги 31. Коническая поверхность 15 обеспечивает заведение нижнего конца уплотнительного элемента 10 под фик-

Чаиги 31. Коническая поверхность 15 обеспечивает заведение нижнего конца уплотнительного элемента 10 под фик-

сирующий выступ 4 установочной муфты 2 при любом линейном изменении положе10

20

71548408

ния фиксирующего выступа 4 в зоне, z, перекрытой конической поверхностью 15. В то же время кольцевые зубцы 18 треугольного профиля позволяют создать на конической поверхности фиксирующего выступа 4 уплотняющий контакт с ними при любом расположении ближайшего кольцевого зубца 18 относительно фиксирующего выступа 4.

Возможные краевые варианты относительного расположения кольцевых зубцов 18 и фиксирующего выступа 4, а также их работа при создании уплотняющего контакта в том и другом случае показаны на фиг. 3. Толщина материала перемычки 21 выбирается из условия обеспечения гидравлической посадки пакера 5 и разрыва связи между днищем 20 цилиндра 9 и переводником 7 при определенном растягивающем осевом усилии в момент съема пакера 5 с места. Передача веса нагнетательной колонны труб б на пакер 5 происходит через муфту 22 и опорную втулку 23 25 на цилиндр 9, с замыканием его через опорный выступ 11 уплотнительного элемента 10 на опорный выступ 3 установочной муфты 2. Таким образом, осевая нагрузка не действует на перемычку 21, которая в противном случае разрушилась бы и не выполнила своей Ј функции при посадке и съеме пакера 5.

В процессе эксплуатации пакера 5 в режиме закачки теплоносителя термическое изменение осевых и радиальных размеров металлического уплотни- тельного элемента 10 и установочной муфты 2 не влияет на герметичность пакера 5, так как в процессе эксплуата- ,Q ции контактные напряжения в уплотнении металл-металл поддерживаются за счет действия избыточного давления . теплоносителя на днище 20 цилиндра 9

30

35

и поддержки со стороны наружной кони- тельного элемента в зоне фиксирующего ческой поверхности 15 клиновидныхвыступа установочной муфты выполнена

кулачков 14 цанги 31, зафиксированных разжимным конусом 13.

Съем пакера 5 с места установки производится натяжением нагнетатель ,,. ной колонны труб 6. При этом -происходит разрыв перемычки 21, который связаны друг с другом днище 20 цилиндра . 9 и переводник 7. Ствол 8 пакера 5 пес кольцевыми зубцами,при этом уплотни т елъный элемент установлен с возможностью взаимодействия внутренней поверхности его нижней части с наружной конической поверхностью клиновидных кулачков и образования фиксирующего выступа на уплотнительном элементе в рабочем положении.

0

0

08

5 ,Q

0

5

8

ремещается.относительно разжимного конуса 13, выступом 26 входит с ним во взаимодействие и перемещает его вверх внутри цилиндра 9 до упора кольцевым поршнем 12 в днище 20. Разжимной конус 13 выходит из взаимодействия с клиновидными кулачками 14 цанги 31 и при натяжении цилиндра 9 уплот- нителышй элемент 10 своим нижним участком 17 взаимодействует с фиксирующим выступом 4 установочной муфты 2. Ншишй участок 17 уплотнительного элемента 10 деформируется радиально к центру с уменьшением диаметра и пакер 5 извлекается из скважины. После замены изношенных деталей пакер вновь может быть спущен в скважину.

Формула изобретения Пакерующее устройство, включающее соединенную с обсадной колонной установочную муфту с внутренними опорным и фиксирующим выступами и пакер, со- держащий связанный с колонной насос- но-компрессорных труб через переводник ствол, установленный на стволе и соединенный с переводником цилиндр с уплотнительным элементом в виде тонкостенной металлической оболочки с наружным кольцевым опорным выступом, размещенный в цилиндре кольцевой поршень с разжимным конусом и установленные по окружности между уплотнительным элементом и разжимным конусом клиновидные кулачки с наружной и внутренней коническими поверхностями, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы в условиях паронагнетательной скважины при предельных отклонениях расстояния между опорным и фиксирующим выступами установочной муфты, наружная поверхность нижнего участка уплотнис кольцевыми зубцами,при этом уплотни- т елъный элемент установлен с возможностью взаимодействия внутренней поверхности его нижней части с наружной конической поверхностью клиновидных кулачков и образования фиксирующего выступа на уплотнительном элементе в рабочем положении.