Перекрывающее устройство к пакеру

(51)5 Е 3 1 ГОСУДАРСТВЕННО ВедОмстВО ссс (ГОСПАТЕНТ СССР АТЕНТН ОПИСА К ПАТЕНТУ И О Т 134, О К овцшенных адов давлеертежами.екрывающеей разрез, на ольшем мас- продольный(73) Конструкторское бюро Производственного обьединения "Саратовнефтегаз"(56) 1. Авторское свидетельство СССРМ 67072 О; кл. Е 21 В ЗЗ/12, 1978.2. Авторское свидетельство СССР% 14392 О 8, кл. Е 21 В 33/12, 1986,3. Патент США 1 ч. 4671354, кл. 1661987,(54) ПЕРЕКРЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВ ПАКЕ РУ(57) Перекрывающееустройство к пакеру. Изобретение относится к области буровой техники, в частности к перекрывающим устройствам пйкеров, используемых в нефтяной и газовой промышленности для разобщения ствола скважин. Цель - повышение надежности работы в условиях повышенных механи- . ческих нагрузок и перепадов давления на уплотнителе пакра. Для этого обойма установлена на штоке с возможностью осевого перемещения и снабжена связанным с ее отверстиями фигурным пазом, имеющим выход,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 перекрываюобращенный в сторону наружной боковой поверхности обоймы, при этом эластичное кольцо имеет форму Фигурного паза обоймы и размещено в нем, металлическая шайба размещена в Фигурном пазу обоймы под эластичным кольцом, а кольцевая пружина установлена с возможностью перекрытия выхода фигурного паза обоймы, отверстия обоймы расположены параллельно оси полого штока, а толкатели установлены в отверстиях обоймы с возмо,кностью 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 воэможностью перекрытия межвитковцх промежутков, при этом витки наружной пру- С жины предпочтительно имеют профиль поперечного сечения, представляющий собой ,Я фигуру, образованную со стороны смежных витков внутренней пружины дугами окружностей, диаметр которых равен диаметру прово аваев .локи, из которой навита внутренняя пружина, ОО а снаружи - прямой линией. Внутренняя по- ф лость пружины(пружин) предпочтительно за- (гд полнена эластомером. 3 з.п. Ф-лы, 5 ил. аО О щего устройства в условияхмеханических нагрузок и перений на уплотнителе пакера.Изобретение поясняется чНа Фиг.1 изображено перустройство к паке ру, продольнфиг.2 - разрез А-А на фиг.1 в бштабе (фрагмент); на фиг,З -разрез устройства в рабочем положении; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3 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 снаружи - прямой линией (фиг.5), Внутренняя полость пружины или пружин 12, 13 заполнена эластомером, например резиной 14.Перекрывающее устройство работает10 следующим образом,При создании осевой нагрузки Р оначерез уплотнительный элемент 8 передается на внутреннюю втулку 6 и смещает еевместе с наружной втулкой 7 в сторонуопор 15 ного бурта 2. При этом через толкатели 10,упирающиеся в опорный бурт 2, и черезметаллическую шайбу 11 осевая нагрузкапередается на эластичное кольцо 5, в результате чего происходит его сжатие и сме 20 щение в направляющем пазу 4 в сторонувыхода из паза, В эластичном кольце 5 возникают напряжения, которые передаютсяна охватывающие его на выходе из пазазамкнутые кольцевые пружины растяжения25 12 и 13 фиг,З), которые в результате этогорастягиваются и перемещаются в радиальном направлении, перекрывая при этом зазор между стенкой скважины или обсаднойколонны 15 и наружной поверхностью втул 30 ки 6, после чего происходит деформацияуплотнительного элемента 8 пакеровка) досцепления со стенкой скважины или обсадной колонны, Перекрытие зазора предотвращает экструзию материала уплотнительного35 элемента 8 и его разрушение, Растяжениекольцевых пружин 12 и 13. в радиальном направлении происходит быстрее, чем полнаядеформация уплотнительного элемента 8 пакера до полного перекрытия им зазора между40 стенкой скважины иобоймой 3, так как втелеэластичного кольца 5 при создании осевойнагрузки 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 своа первоначальную50форму, при этом обойма 3 с толкателями 10 перемещаются в исходное положение,Радиальные усилия пружин растяжения12 и 13 помогают эластичному кольцу 5 принять исходное положение в направляющемпазу 4 обоймы 3, при этом и сами пружины 12 и 13 принимают исходное положение.Благодаря тому, что эластичное кольцоперекрывающего устройства размещено в направляющем пазу обоймы. оно имеет значительно меньшую площадь поперечногосечения и меньший объем, чем уплотнительный 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 межвитковые 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, о т л и ч а ю щ е е с я 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 сосвязанным с ее отверстиями фигурным па 5 зом, имеющим выход. обращенный в сторону наружной боковой поверхности обоймы,и установлена на штоке с возможностьюосевого перемещения, при этом эластичноекольцо имеет форму фигурного паза обоймы10 и размещено в нем, металлическая шайбаразмещена в фигурном пазу обоймы подэластичным кольцом, кольцевая пружинаустановлена с воэможностью перекрытиявыхода фигурного паза обоймы, при этом15 оси отверстий обоймы параллельны оси полого штока, а толкатели установлены в отверстиях обоймы с возможностью осевогоперемещения и взаимодействия одним концом с шайбой, а другим - с опорным буртом20 штока.2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено внутренней кольцевой пружиной растяжения, витки которойразмещены между витками кольцевой пру 25 жины с возможностью перекрытия межвитковых промежутков,3. Устройство по пп.1 и 2, о тл ич а ющ е е с я тем, что витки наружной пружиныимеют профиль поперечного сечения, пред 30 ставляющий собой фигуру, образованнуюсо стороны смежных витков внутреннейпружины дугами окружностей, диаметр которых равен диаметру проволоки, из которой навита внутренняя пружина, а снаружи35 - прямой линией.4, Устройство по пп.1 - 3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что внутренняя полость пружины заполнена эластомером,1813169 Корректор А. Коза Редактор Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Рауаская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 3 1593ВНИИПИ Составитель Техред М.М С. Борисентал