Уплотнительный элемент пакера Советский патент 1993 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится - к горной промышленности, в частности к уплот- нительным элементам устройств, применяемых для разобщения ствола скважи- ,ны, а именно к уплотнительным элемен- .там пакера, которые предназначены для плотного перекрытия зазора между корпусом пакера и стенкой скважины.

Известны уплотнительные элементы пакеров (авт. св. СССР N , К 941542, V 196013), состоящие из упругого материала и какого-нибудь твердого включения, позволяющего снижать релаксации напряжений при сжатии уплотнительного элемента и уменьшать величину затекания в кольцевое пространство скважины материала упругого элемента..

Недостатками указанных элементов является то, что твердые включения имеют более высокую жесткость по сравнению с упругой средой и при больших деформациях и многократном

использовании элемента происходит его .расслоение и выход из строя. Кроме того, при высоких давлениях (60 НПа ;и выше) твердые включения наносят механические повреждения упругой ос- нове.

Известен также уплотнительный элемент пакера (патент США № 3776561, кл. 277-1168, 1973), состоящий из жестких торцовых частей и мягкой средней.

Недостатком указанного уплотнительного элемента пакера является то, что торцовые и средняя части его выполняются раздельно и затем соединяются между собой и для надежной передачи давления от жестких торцов к более мягкой средней части в специальные пазы устанавливают металлы-. чеекие кольца, что приводит при высоких давлениях (60 МПа и более) к повреждению мягкой средней части и выводу уплотнительного элемента из строя.

&

&

00

ю ю

09 |ь

Кроме того, средняя часть уплотни- тельного элемента дополнительно снабжена по поверхности жестким материалом и является двухслойной, что ус- ложняет ее изготовление.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является уплотни- тельный элемент пакера, изготовленный по способу, описанному в Обзорах зарубежной литературы Применение па- керов в нефтяных и нагнетательных скважинах, М., 1975, с. 17, который заключается в изготовлении многослойного элемента с различной жесткостью слоев, достигаемой использованием материала с различной жесткостью и соединяемых между собой механическим путем.

Недостатком указанного уплотнительного элемента пакера является то что надежность его работы снижается из-за его раздельного изготовления, так как при высоких давлениях (60 МП и более) происходит расслоение между его торцовыми и средней частями.

Цель изобретения повышение надеж- ности работы уплотнительного элемента пакера при его многократном использовании и упрощение технологии изготовления.

Цель достигается тем, что способ изготовления уплотнительного элемента заключается в последовательном заполнении обоймы-матрицы литьевым полиуретаном на основе полиокситет- раметиленгликоля и 2,4-толуилендии- зоцианата с использованием диол-три- ольной системы отверждения при молярном соотношении компонентов для торцовых частей ПОТМГ:ТДН:(диол+т ри- ол) 1:3,5:2,5, а для средней части в соотношении этих компонентов 1: :2,5:1,5, при этом каждый последующий слой начинают формировать при не полной полимеризации предыдущего. Уплотнительный элемент выполнен из однородного материала, расположенного в три слоя по высоте, причем торцовые слои изготовлены более жесткими, чем средний слой. Адгезия слоев между собой осуществляется во время полимеризации, обеспечивая сплошной контакт слоев. Уплотнительный элемент получается однородным и цельным но с переменной жесткостью по высоте что, с одной стороны, обеспечивает надежную герметизацию ствола скважины без затекания материала уплотни

0

0

g

5

5

0

5

0

тельного элемента в кольцевой зазор между пакером и стенкой скважины, а с другой, препятствует его расслоению в процессе многократного использования в полевых условиях.

Не известен уплотнительный элемент, состоящий из однородных слоев различной жесткости. Преимущества такого уплотнительного элемента заключаются в том, что отсутствуют механические включения и благодаря этому не нарушается его целостность при многократном использовании, а наличие слоев с различной жесткостью предохраняет уплотнительный элемент от вытекания в кольцевой зазор между пакером и стенкой элемента, обладает высокой упругостью, что позволяет свободно извлекать и перемещать пакер по скважине.

Способ,изготовления описанного уплотнительного элемента достаточно прост и заключается в формировании в обойме-матрице нижнего слоя заливкой литьевого полиуретана на основе поли- окситетраметиленгликоля и 2,-тслу- илендйизоцианата с использованием диол-триольной системы охлаждения при молярном соотношении компонентов ПОМТГ:ТДН:(диол+триол) 1:3,5:2,5, среднего слоя в соотношении этих же .компонентов 1:2,5:1,5, а затем верхнего слоя в таком же соотношении, как у нижнего слоя.

1: Ниже приведена таблица физико-механических показателей материалов, применяемых для изготовления уплот- нительных элементов.

На чертеже показан предлагаемый уплотнительный элемент,

Уплотнительный элемент пакера со||,

50

55

жест- мягкий слой 3. радержит нижний 1 и верхний 2 кие слои и средний

Уплотнительный элемент пакера ботает следующим образом.

В составе пакера уплотнительный элемент размещается в скважине и приводится в рабочее состояние путем приложения сжимающих сил в осевом на-v правлении. При этом мягкий средний слой 3 начинает увеличиваться в диаметре и соприкасается со стенкой скважины. При дальнейшем увеличении осевой нагрузки происходит расклини- вание среднего слоя 3 и в работу вступают жесткие нижний 1 и верхний 2 слои, которые, увеличиваясь в.

диаметре, соприкасаются со стенками скважины и препятствуют вытеканию мягкого слоя 3 в кольцевой зазор между пакером и стенкой скважины. Вследствие однородности материала уп- лотнительного элемента пакера он равномерно прилегает к стенке скважины и обеспечивает высокую надежность герметизации.

Извлечение пакера из скважины осуществляется путем снятия осевой нагрузки с уплотнйтельного элемента, который из-за высокой упругости материала восстанавливает свои первоначальные геометрические размеры и свободно перемещается по скважине.

Экономический эффект использования складывается с увеличением герметизирующих свойств уплотнйтельного элемента, уменьшением его повреждения, а следовательно, увеличением многократности его применения и срока службы, а также снижением числа спус- ко-подъемных операций для ремонта и замены, связанных с большими затратами.

Стоимость изготовления одного уплотнйтельного элемента 100 руб. Зондирование в одной скважине произво т дится, как минимум, в десяти точках,

0

и при повреждении в 50% случаев производится замена пяти элементов, что приводит к непроизводственным затратам в 500 руб. только по одной скважине. В среднем в год зондируется около 20 скважин. Таким образом, экономический эффект от использования предлагаемого уплотнйтельного элемента только по этой статье составит 10000 руб. в год.

Ф

о р м у л а

изобретения

Уплотнительный элемент пакера, состоящий из эластичных однородных слоев разной жесткости по высоте с торцевыми слоями, более жесткими, чем средний, отличающийся

тем, что, с целью повышения надежности в работе за счет выполнения цельного уплотнйтельного элемента, он выполнен из литьевого полиуретана на основе полиокситетраметиленгликоля и

2,4-толуилендиизоцианата с диол-три- ольной системой отверждения, при этой торцевые части выполнены при молярном соотношении компонентов соответственно 1:3,5:2,5, а средняя часть при их

молярном соотношении соответственно 1:2,5:1,5.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к уплот- нительным элементам пакеров, применяемых для разобщения стволов скважины. Цель - повышение надежности работы за счет выполнения цельного уплотнительного элемента. Для этого уплот- нительный элемент выполняют из литьевого полиуретана на основе полиокси- тетраметиленгликоля и 2,k-толуилен- диизоцианата с диол-триольной системой отверждения, при этом торцовые части выполнены при молярном соотношении компонентов соответственно 1: :3,5:2,5, а средняя часть - при их молярном соотношении соответственно 1:2,5:1,5. 1 табл., 1 ил.

Молярное соотношение компонентов ПОТМГ:ТДН:(диол+триол)

Условное напряжение при 100%- ном удлинении, МПа, не менее

Условная прочность при растяжении, МПа, не менее

Относительное удлинение при разрыве, %, не менее

Твердость по Шору А., усл.ед.

Остаточная деформация сжатия, % (сжатие 20%Х24 ч, отдых 30 мин)

АОО 60-62

0-2