Перекрывающее устройство к пакеру Советский патент 1993 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к области буровой техники, в частности к элементам конструкции пакеров, используемых в нефтяной и газовой промышленности для разобщения ствола скважин при проведении в них различных технологических операций.

Цель изобретения - увеличение срока службы и надежности работы перекрывающего устройства в условиях повышенных механических нагрузок и перепадов давлений на уплотнителе пакера.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено перекрывающее устройство к пакеру, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 в большем масштабе (фрагмент); на фиг.З - продольный

СлЭ

разрез устройства в рабочем положении; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.З в большем масштабе (фрагмент); на фиг.5.- то же, другой вариант исполнения.

Перекрывающее устройство включает полый шток 1, который на чертеже фиг.1 показан выполненным за одно целое со штоком пакера, хотя, очевидно, возможен и вариант исполнения, в котором шток перекрывающего устройства выполнен как отдельный элемент конструкции, соединенный затем со штоком пакера, например, с помощью резьбового соединения. Шток 1 снабжен опорным буртом 2, хотя, разумеется, вместо него может быть использован любой другой его технический эквивалент, например, опорная втулка, любым известным способом неподвижно закрепленная на штоке. На штоке 1 с возможностью осевого перемещения установлена, обойма 3 с фигурным кольцевым направляющим пазом 4, выход которого обращен в сторону наружной боковой поверхности обоймы. В фигурном пазу 4 размещено кольцо 5 из эластичного материала, например резины, имеющее форму этого фигурного паза. Для упрощения изготовления обойма 3 выполнена составной из внутренней 6 и наружной 7 втулок, соединенных между собой резьбовым соединением. Торцовая поверхность втулки 6, контактирующая с уплотнительным элементом 8 пакера, выполнена конической, чем задается направление расширения уплотнителя при его осевом нагружении силой Р. У нижнего торца обойма 3 имеет связанные с фигурным пазом 4 отверстия 9, расположенные параллельно оси полого штока 1. В этих отверстиях с возможностью осевого перемещения установлены толкатели 10, которые одним концом могут взаимодействовать с опорным буртом 2 полого штока 1. а другим- с металлической шайбой 11, размещенной в фигурном пазу 4 обоймы 3 под эластичным кольцом 5. Со стороны, противоположной толкателям 10, на эластичном кольце 5 с возможностью перекрытия выхода фигурного паза 4 размещены одна или, предпочтительно, две охватывающие его кольцевые пружины растяжения 12 и 13, при этом витки внутренней пружины 12 размещены между витками наружной пружины 13 с возможностью перекрытия межвитковых промежутков. Витки наружной пружины 13 могут иметь или круглый профиль поперечного сечения, когда эта пружина навита из обычной проволоки (фиг.2) или же, что предпочтительно, т.к. в этом случае обеспечивается более плотное перекрытие межвитковых промежутков внутренней пружины 12, профиль, представляющий собой фигуру, образованную со стороны смежных витков внутренней пружины дугами окружностей, диаметр которых равен диаметру проволоки, из которой навита внутренняя пружина, а сна- ружи - прямой линией (фиг.5). Внутренняя полость пружины или пружин 12, 13 заполнена эластомером, например резиной 14.

Перекрывающее устройство работает

следующим образом.

При создании осевой нагрузки Р она через уплотнительный элемент 8 передается на внутреннюю втулку 6 и смещает ее вместе с наружной втулкой 7 в сторону опорного бурта 2. При этом через толкатели 10, упирающиеся в опорный бурт 2, и через металлическую шайбу 11 осевая нагрузка передается на эластичное кольцо 5, в результате чего происходит его сжатие и смещение в направляющем пазу 4 в сторону выхода из паза. В эластичном кольце 5 возникают напряжения, которые передаются на охватывающие его на выходе из паза замкнутые кольцевые пружины растяжения

42 и 13 (фиг.З), которые в результате этого растягиваются и перемещаются в радиальном направлении, перекрывая при этом зазор между стенкой скважины или обсадной колонны 15 и наружной поверхностью втул«и б, после чего происходит деформация уплотнительного элемента 8 (пакеровка) до сцепления со стенкой скважины или обсадной колонны. Перекрытие зазора предотвращает экструзию материала уплотнительного

элемента 8 и его разрушение. Растяжение кольцевых пружин 12 и 13 в радиальном направлении происходит быстрее, чем полная, деформация уплотнительного элемента 8 пакера до полного перекрытия им зазора между

стенкой скважины и обоймой 3, так как в теле эластичного кольца 5 при создании осевой нагрузки Р происходит опережающее создание более высоких напряжений, достаточных для их радиальной деформации.

при снятии осевой нагрузки Р происходит релаксация материала уплотнительного элемента 8 пакера и эластичного кольца 5. Под действием релаксационных напряжений они принимают свою первоначальную

форму, при этом обойма 3 с толкателями 10 перемещаются в исходное положение.

Радиальные усилия пружин растяжения 12 и 13 помогают эластичному кольцу 5 принять исходное положение в направляющем

пазу 4 обоймы 3, при этом и сами пружины 12 и 13 принимают исходное положение.

Благодаря тому, что эластичное кольцо перекрывающего устройства размещено в направляющем пазу обоймы, оно имеет значительно меньшую площадь поперечного

сечения и меньший объем, чем уллотнитель- ный элемент пакера, и поэтому даже при выполнении обоих элементов из одного и того же материала напряжения в эластичном кольце нарастают гораздо быстрее, чем в уплотнителе. Опережающее создание более высоких напряжений в теле эластичного кольца позволяет повысить жесткость применяемой кольцевой пружины. Этим обеспечивается, с одной стороны, работоспособность пружины (предотвращается ее смятие) в условиях более высоких нагрузок, а с другой, возможность выполнения ее сдвоенной и заполнения эластомером, что в свою очередь обеспечивает плотное перекрытие ее межвитковых зазоров (в особенности при выполнении наружной пружины из указанного специального профиля) и исключает экструзию через меж- витковые зазоры материала уплотнителя и эластичного кольца. В результате повышаются надежность работы и срок службы перекрывающего устройства в условиях повышенных механических нагрузок и перепадов давлений на уплотнителе пакера.

Формула изобретения 1. Перекрывающее устройство к пакеру, содержащее полый шток с опорным буртом на наружной поверхности, концентрично установленную относительно штока обойму с отверстиями у нижнего торца и эластичное кольцо с охватывающей его кольцевой пружиной растяжения, от л ичающееся тем. что, с целью повышения надежности работы в условиях повышенных механических нагрузок и перепадов давления на уплотнителе пакера, оно снабжено толкателями и металлической шайбой, обойма выполнена со связанным с ее отверстиями фигурным пазом. имеющим выход, обращенный в сторону наружной боковой поверхности обоймы, и установлена на штоке с возможностью осевого перемещения, при этом эластичное кольцо имеет форму фигурного паза обоймы

и размещено в нем, металлическая шайба размещена в фигурном пазу обоймы под эластичным кольцом, кольцевая пружина установлена с возможностью перекрытия выхода фигурного паза обоймы, при этом

оси отверстий обоймы параллельны оси полого штока, а толкатели установлены в отверстиях обоймы с возможностью осевого перемещения и взаимодействия одним концом с шайбой, а другим - с опорным буртом

штока.

2. Устройство по п.1, от л и ч а ю ще е- с я тем, что оно снабжено внутренней кольцевой пружиной растяжения, витки которой размещены между витками кольцевой пру- жины с возможностью перекрытия межвитковых промежутков.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что витки наружной пружины имеют профиль поперечного сечения, представляющий собой фигуру, образованную со стороны смежных витков внутренней пружины дугами окружностей, диаметр которых равен диаметру проволоки, из которой навита внутренняя пружина, а снаружи

- прямой линией.

4. Устройство по пп.1 -3, отличающее с я тем, что внутренняя полость пружины заполнена эластомером.

.Ј

Перекрывающее устройство к пакеру. Изобретение относится к области буровой техники, в. частности к перекрывающим устройствам ггакеров, используемых в нефтяной и газовой промышленности для разобщения стволе скваэкйн. Цель - повышение надежности работы в условиях повышенных механических нагрузок и перепадов давления на уплотнителе пакера. Для этого обойма установлена на штоке с возможностью осевого перемещения и снабжена связанным с ее отверстиями фигурным пазом, имеющим выход, обращенный в сторону наружной боковой поверхности обоймы, при этом эластичное кольцо имеет форму фигурного паза обоймы и размещено в нём, металлическая шайба размещена в фигурном пазу обоймы под эластичным кольцом, а кольцевая лружина установлена с возможностью перекрытия выхода фигурного паза обоймы, отверстия обоймы расположёны параллельно оси полого штока, а толкатели установлены в отверстиях обоймы с возможностью осевого перемещения и взаимодействия одним концом с металлической шайбой, а другим - с опорным буртом штока. Кроме того, перекрывающее устройство снабжено внутренней кольцевой пружиной растяжения, витки которой размещены между витками вышеупомянутой наружной кольцевой пружины с возможностью перекрытия межвитковых промежутков, при этом витки;наружной пружины предпочтительно имеют профиль поперечного сечения, представляющий собой фигуру, образованную со стороны смежных витков внутренней пружины дугами окружностей, Диаметр которых равен диаметру проволоки, из которой навита внутренняя пружина, а снаружи - прямой линией. Внутренняя полость пружины (пружин) предпочтительно заполнена эластомером. 3 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л 00 мД ы CS ю

Редактор

Составитель С. Борисов Техред М.Моргентал

Корректор А. Козориз