Пакерное устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 88208 21 В 33/12 НИ К АВ дарственныйроектчый инсти СССР68.заякориваюностороннегомии" 1974 уЬЭ О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Северо-Кавказский госнаучно-исследовательский иститут нефтяной промышленн% 307177, кл, Е 21 В 33/12, 1Проспект ВДНХ. Верхнещее устройство пакеров оддействия ЦИНТИХимнефтехи(54) ПАКЕРНОЕ УСТРОЙСТ (57) Изобретение относитс бывающей промышленност трой ствам для разо 6 скважины. Цель; повыше работы, облегчение праце извлечение пакерного устр го пакерное устройство сос с проходным каналом 2, к пом 3 и опорной ступень расположен узел управлен узел 6, уплотнительный эле ВОя к нефтегазодои, а именно к усщения ствола ние надежности сса установки и ойства. Для этотоит из ствола 1 ольцевым выстую 4, На стволе 1 ия 5, шлипсовой мент 7 и якорь 8,1788208 устройства 10 15 20 30 Втулка 9 установлена над якорем 8 концентрично относительно ствола 1 с возможностью осевого перемещения и взаимодействия нижним торцем 10 с шайбой 11 уплотнительного элемента 7, связанного срезным элементом 12 с кольцевым выступом 3 ствола 1. Верхний торец 13 втулки 9 в рабочем положении взаимодействует с нижним тарцем обоймы, Якорь 8 состоит из плашек 14 с боковыми поверхностями типа "ласточкин хвост", узла расклинивания 15 плашеки синхронизатора 16 перемещения плашек. Узел расклинивания плашек включает обойму 17, клинья 18 и опорный конус 19, а обойма 17 представляет собой Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения стволаскважины.Известно большое количество пакеровс якорями гидравлического действия, например, якорь ЯГ 1, состоящий из корпуса, вокна которого вставлены плашки. Пружинаудерживает плашки в утопленном положении. Пружины ограничивают ход плашек врадиальном направлении и крепятся на корпусе при помощи винтов. Заякоривэниеосуществляется в результате подачи давления в колонну труб,Пакеры гидравлического действия сверхним якорем и гидравлические якори,применяемые вместе со шлипсавой опоройна эксплуатационную колонну, препятствуют перемещению скважинного оборудования под воздействием давления,направленного как сверху, так и снизу. Однако промысловая практика показывает,что при использовании таких гидравлических устройств при проведении различныхтехнологических операций в скважине нагнетание различных флюидов, гидрорэзрывили гидрокислэтный разрыв пласта) прискачкообразном возрастании давления происходит подброс пээтера, так как якорь неуспевает срабатывать, и пакер снимается сбпоры.Известно пэкерное устройство, близкоепо технической сущности и принятое за прототип, содержащее расположенные на стволе узел управленйя, шлипсовую опору, 3герметизирующий элемент, якорь, состоящий из корпуса в виде конуса с плашками.Недостатком известного г акерного устройства является то, что удерживающая втулку с цилиндрической поверхностью с проходным отверстием, внутренней конической полостью и вилкообрэзными выступами. Конструкция устройства позволяет, производить его опору на шлипсы, запакеровку и якорение весом колонны насоснокомпрессорных труб, которым создается постоянная нагрузка на уплотнительный элемент 7, При превышении подпакерного. давления усилия от веса НКТ зубья плашек 14 сильнее внедряются в обсадную колонну,повышая удерживающую способность пакера. В ы пол н ение узла расклин иван ия плашек составным облегчает извлечениепакера из скважины 8 ил. способность якоря ограничена и определяется исходной нагрузкой, создаваемой на него при запакеровке.Целью изобретения является повышение надежности работы, облегчение процесса установки и извлечения пакерного Поставленная цель достигается тем, что в пакерном устройстве, включающем полый ствол с опорной ступенью и кольцевым выступом на наружной поверхнрсти, установленные на стволе уплотнительный элемент со шлипсовым узлом. размещенные над уплотнительным элементом плашки с синхрэнизатором их перемещения, связанным срезным элементом со стволом, конус, установленный на стволе с возможностью взаимодействия с его опорной ступенью. обойму, установленные в обойме с возможностью взаимодействия с плашками клинья, связанные срезными элементами с конусом и установленную под обоймой концентрично относительно ствола втулку, согласно изобретению, втулк связана срезным элементом с кольцевым выступом ствола, ус 1 ановлена относительно ствола с вОзможностью осевого перемещения и взаимодействия нижним торцом с уплотнительным элементом, а верхним торцом - с нижним торцом обоймы, обойма связана срейным элементом со стволом и выполнена с вилкообразными выступами, клинья и конус размещены между выступами обоймы. а сопряженные с клиньями боковые поверхности выступов обоймы в верхней части наклонены к продольной оси обоймы иобразуют с наружной поверхностью клиньев пазы типа "ласточкин хвост", при этом конус связан срезным элементом с корпусом акаждом образующемся между вилкообразными выступами 23 окне, попарно парал лельны между собой и параллельныпродольной оси обоймы 17 и переходят вверхней части окон 23 в поверхности 25, наклоненные к продольной оси обоймы 17под углом а, равным, например, 7-8. Поверхности 26 перпендикулярны к продольной оси обоймы 17, В нижней части обоймы17 имеются углубления с наклонными поверхностями 27, наклоненными к продольего верхний торец совпадает с верхними торцами выступов обоймы,На фиг,1 изображено предлагаемое пакерное устройство в разрезе в транспортном положении при спуске в скважину; на фиг,2 - то же, в рабочем положении; на фиг.З - то же, в транспортном положении при извлечении из скважины; на фиг.4 - поперечный разрез узла расклинивания плашек, на фиг.5 - изометрическое изображение опорного конуса (два варианта исполнения якоря пакерного устройства с шестью плашками); на фиг,6 - изометрическое изображение клина; на фиг.7 -изометрическое изображение обоймы; на фиг,8 - изометрическое изображение клина.Пакерное устройство состоит из ствола 1 с проходным каналом 2, кольцевым выступом 3 и опорной ступенью 4. На стволе 1 расположены узел управления 5, шлипсовый узел 6, уплотнительный элемент 7 и якорь 8.Втулка 9 установлена под якорем 8 концентрично относительно ствола 1, с возможн остью осевого перемещения ивзаимодействия нижним торцом 10 с шайбой 11 уплотнительного элемента 7, связанасрезным элементом 12 с кольцевым выступом 3 ствола 1,Верхний торец 13 втулки 9 при этом свободен, а в рабочем положении выполнен с возможностью взаимодействия с нижним торцом обоймы,Якорь 8 состоит из плашек 14 с боковыми поверхностями типа "ласточкин хвост, узла расклинивания плашек 15 и синхоонизатора перемещения плашек 16. Узел расклинивания плашек 15 выполнен составным и включает обойму 17, клинья 18, опорный конус 19.Обойма 17 представляет собой втулку с цилиндрической поверхностью 20, с проходным отверстием 21, внутренней конической полостью 2 и с вилкообразными,выступами 23Обойма 17, выполненная с вилкообраз-,ными выступами 23, имеет поверхности 24,25, 26, причем боковые поверхности 24, в 5 10 15 202530 35 4045 ной оси обоймы 17 под углом,В, равным, например, 10 - 12Внутренняя коническая полость 22 обоймы 17 выполнена с конусностью, например, 1:5 и ограничена коническими поверхностями 28,Верхняя часть обоймы 17 ограничена верхними торцевыми поверхностями 29. В нижней части обоймы 17 имеются кольцевая ступень 30 и кольцевая канавка 31.Клин 18 представляет собой клиновидную деталь в виде прямоугольника в сечении с верхней острой кромкой 32 и нижней торцовой поверхностью 33, расположенными под углом 90 к наружной цилиндрической поверхности 34, Боковые поверхности 35 клина 18 параллельны между собой и параллельны образующей наружной цилиндрической поверхности 34. Основание 36 клина 18 (фиг.6) выполнено под углом Р к образующей наружной цилиндрической поверхности 34, Поверхности 37 и 38 клиновидной части клина 18, сходящиеся у верхней острой кромки 32, наклонены к образующей наружной цилиндрической поверхности 34 под углами а и усоответственно. Угол равен, например, 7 - 8 На наружной цилиндрической поверхности 34 клина 18 имеется канавка 39,Опорный конус 19 выполнен в виде усеченного конуса с конусностью, например, 1:5, с конической поверхностью 40, проходным отверстием 41, с верхним основанием 42 и нижним основанием 43. Опорный конус 19 имеет равномерно расположенные боковые плоскости 44. наклоненные под углом у к продольной оси,Узел расклинивания плашек 15 собран следующим образом,В окнах между вилкообразными выступами 23 обоймы 17 установлены клинья 18. При этом боковые поверхности 35 клиньев 18 сопряжены с боковыми поверхностями 24 окон обоймы 17, основание 36 клиньев 18 опирается на наклонные поверхности 27, , нижние торцовые поверхности 33 клиньев 18 упираются в поверхности 26, верхние острые кромки 32 клиньев 18 совпадают с верхними торцовыми поверхностями 29 обоймы 17. Цилиндрические поверхности 34 клиньев 18 совпадают с цилиндрической поверхностью 20 обоймы 17, канавки 39 клиньев 18 совпадают с кольцевой канавкой31 обоимы 17,Таким образом, поверхности 37 вместе с поверхностями 25 образуют на якоре 8 наклонные пазы типа "ласточкин хвост" с углом наклона й, Канавки 39 и 31 образуют сплошную кольцевую канавку.узел 6, шлипсы кгторого. передвигаясь внаклонных пазах, упираются во внутреннюю поверхность обсадной трубы. Такимобразом осуществляется опора пакерного устройства на обсадную колонну, Щлипсовый узел 6 становится неподвижным, также становятся неподвижными уплотнительный элемент 7; шайба 11 и втулка 9. Нагрузкой от веса НКТ срезаются винты 12, ствол 1 вместе с якорем 8 продолжает спускаться относительно неподвижного шлипсового узла 6, уплотнител .ного элемента 7 и втулки Внутрь обоймы 17 вставлен опорный конус 19 таким образом, .что коническая поверхность 40 совпадает с коническими поверхностями 28, верхнее основание 42 опорного конуса 19 совпадает с верхними торцовь 1 ми поверхностями 29 обоймы 17 и верхними острыми кромками 32 клиньев 19. При этом поверхности 38 клиньев 18 опираются на боковые плоскости 44 опорного конуса 19, В кольцевую канавку, образованную канавками 39 и 31, установлена кольцевая пружина 45, предохраняющая клинья 18 от выпадания наружу и обеспечивающая фиксацию клиньев 18, Клинья 18 с опорным конусом 19 и обойма 17 прикреплены к стволу 1 срезными элементами 46 и 47 соответственно, Таким образом, собранный из обоймы 17, клиньев 18 и опорного конуса 19 узел расклиниванияплашек 15 представляет собой цельную систему и надет на ствол 1 проходными отверстиями 21 обоймы 17 и 41 опорного конуса 19 таким образом, что нижнее основание 43 обоймы 17 опирается на опорную ступень 4 ствола 1,Якорь 8 пакерного устройства собран таким образом, что в направляющих пазах типа "ласточкин хвост" узла рьсклинивания плашек 15 установлены плашки 14, Т-образные концы которых находятся в соответствующих пазах синхронизатора перемещения плац ек 16. ко 1 орый при помощи срезных элементов 48 прикреплен к муфте 49, Муфта 49 соединяет ствол 1 пакерного устройства и последнюю трубу колонны насосно-компрессорных труб.. Пакерное устройство работает следующим образом.В собранном виде фиг,1) пакерное устройство спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб, При достижении пакерным устройством требуемого места установки манипулированием колонной насосно-компрессорных труб включается в работу узел управления 5, насример, пово- ротного действия (фиг.2), При дальнейшемопускании колонны насосно.компрессорных труб включае 1 ся в работ шлипсовый 5 10 152040 45 9, При этом кольцевой выступ 3 доходит до шайбы 11, лежащей на уплотнительном элементе 7, одновременно с тем, когда кольцевая ступень 30 якоря 8 доходит до верхнего торца 13 втулки 9Далее ствол 1 давит кольцевым выступом 3 на шайбу 11, сжимающую уплотнительный элемент 7, состоящий, например, из втулок из фторопласта 4, Уплотнительный элемент 7 под действием веса колонны НКТ сжимается, увеличиваясь в диаметре, и перекрывает кольцевое пространство, происходит запакеровка,Одновременно с началом взаимодействия кольцевого выступа 3 с шайбой 11 начинается взаимодействие втулки 9 с якорем 8 через посредство кольцевой ступени 30. При этом после срезания винтов 47 узел расклинивания плашек 15, собранный из обоймы 17, клиньев 18 и опорного конуса 19. включается в ранее ставшей неподвижной систему. При дальнейшем опускании ствола 1 плашки 14 передвигаются в наклонных пазах типа "ласточкин хвост" узла расклинивания плашек 15 и упираются во внутреннюю поверхность обсадной трубы. Теперь разгрузка веса колонны НКТ передается уже на плашки 14, что приводит к посадке якоря 8. При этом разгрузка от веса НКТ передается на плашки 14 только до момента срезки винтов 49, и усилие посадки якоря 8 определяется механическими свойствами материалов винта 49. Это усилие впоследствии остается неизменным.Таким образом, производится опора на шлипсы, запакеровка и якорение пакерного устройства весом колонны насосно-комп- рессорных труб. Нагрузка эта является постояннойй.При создании под пакерным устройством давления нагнетания, превышающего давление от веса колонны НКТ, происходит следующее, Сила, развиваемая давлением нагнетания, действует на уплотнительный элемент 7 и, уменьшенная на величину силы трения уплотнителей о внутреннюю поверхность обсадных труб и вес НКТ, передается через посредство втулки 9 якорю 8, имеющему некоторую свободу осевого перемещения относительно ствола 1, При этом усилие заякоривания не уменьшается, а наоборот возрастает пропорционально передаваемой на якорь 8 силе. Нагрузка от веса НКТ продолжает полностью передаваться на уплотнительный элемент 7, обеспечивая герметичность пакеровки, Клинья 18 все сильнее заклиниваются относительно внедрившихся в обсадную колонну плашек 14, тем самым все сильнее внедряя зубья последних во внутреннюю поверхность обсац51015 20 25 30 40 45 50 55 ной трубы, то есть увеличение выталкивающего усилия ведет к возрастанию удерживающей силы якоря 8.Извлечение пакерного устройства производится следующим образом. Срыв пакерного устройства происходит припростом поднятии колонны НКТ. При движении вверх ствола 1 относительно неподвижной системы остальных узлов пакерногоустройства (фиг.З) опорная ступень 4 настволе 1 после срезки винтов 46 приподнимает конус 19 и выводит его из-под шарнирно закрепленных клиньев 18, которые,опадая внутрь обоймы 17, освобождают отзаклинивания плашки 14, Плашки 14 выходят из зацепления с обсадной колонной.Придальнейшем поднятии НКТ верхнееоснование 42 конуса 19, нижнее основание43 которого взаимодействует с опорной ступенью 4, воздействует на синхронизатор перемещения плашек 16, который тянет вверхплашки 14 за их верхние Т-образные концы.Обойма 17 и клинья 18 падают на кольцевойвыступ 3 ствола 1, Таким образом, пакерноеустройство освобождается от заякоривания.В процессе освобождения от заякоривания обычным образом разжимается уплотнительный элемент 7 и освобождаетсяшлипсовый узел б, чем пакерное устройство.приводится в положение, позволяющее извлечь его на поверхность,Таким образом, конструкция пакерногоустройства позволяет производить его опору на шлипсы, запакеровку и якорение весом колонны насосно-компрессорных труб,которым создается постоянная нагрузка науплотнительный элемент 7, Размещениемежду уплотнительным элементом 7 и якорем 8, установленным на стволе 1 с обеспечением некоторой свободы осевогоперемещения относительно ствола 1, втулки 9, позволяет обеспечить новое свойствопакерного устройства: когда сила давленияпод пакерным устройством превышает усилие от веса Н КТ, сила перепада давления науплотнительньй элемент 7 через посредство втулки 9 воздействует на якорь 8, причемчем больше выталкивающее усилие, тем.силь ее внедряются зубья плашек 14 якоря8 в обсадную колонну, т.е. тем выше удерживающая способность якоря 8,Выполнение узла расклинивания плашек 15 составным, включающим обойму 17 и опорный конус 19 со встречной наклону пазов якоря 8 конусностью, имеющий плоскости 44, на которые опираются шарнирно закрепленные клинья 18, позволяет, кроме обеспечения вышеописанного нового свойства пакерного устройства, легко извлекать пакерное устройство из скважины простым поднятием колонны насосно-компрессорных труб.Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении надежности его работы по сравнению с прототипом, чем обеспечивается увеличение межремонтного периода эксплуатации скважин,Формула изобретения Пакерное устройство, включающее полый ствол с опорной ступенью и кольцевым выступом на наружной поверхности, установленные на стволе уплотнительный элемент со шлипсовым узлом, размещенные над уплогнительным элементом плашки с синхронизатором их перемещения, связанным срезным элементом со стволом, конус, установленный на стволе с возможностью взаимодействия с его опорной ступенью, обойму, установленные в обойме с возможностью взаимодействия с плашками клинья,связанные срезными элементами с конусом, и установленную под обоймой концентрично относительно корпуса втулку, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе, облегчения процесса установки и извлечения пакерного устройства, втулка связана срезным элементом с кольцевым выступом ствола, установлена относительно ствола с возможностью осевого перемещения и взаимодействия нижним торцом с уплотнительным элементом и верхним торцом - с нижним торцом обоймы, обойма связана срезным элементом со стволом и выполнена с вилкообразными выступами, клинья и конус размещены между выступами обоймы, а сопряженные с клиньями боковые поверхности выступов обоймы в верхней части наклонены к продольной оси обоймы и образуют с наружной поверхностью клиньев пазы типа ласточкина хвоста, при этом конус связан срезным элементом с корпусом, а его верхний торец совпадает с верхними торцами выступов обоймы, 17882081788208 оставитель А.Литвиновехред М,Моргентал Корректор Е.Папп . Реда кто Заказ 8 Тирак ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Производственно Г 5 гв