Уплотнительный узел пакера

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-ти и позволяет повысить надежность работы уплотнительного узла пакера за счет исключе - ния выдавливания пластичного уплотнительного кольца (УК) предварительным его ограничением упругими УК. Узел включает пакет /К 1,2,3. Из них среднее 3 пластичное, а крайние 1,2 упругие. Ствол 4 узла имеет переменное сечение с ограничительным выступом . 10 и конусным переходом от меньшего диаметра к большему, выполненным из двух конусных участков (КУ) 8, 9 с промежуточной цилиндрической ступенью 7 между ними. Ее длина не мень

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Е 21 В 33/ l2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ!.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (21) 4047224/22-03 (22) 31.03.8б (46) 30.05.88. Бюл. к- 20 (7t) Северо-Кавказский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) И.B.Ðîìàí, А.К.Арсеньев, А.В.Литвинов и А.Д.Чумаченко (53) 622.245.4(088.8) (56) Применение пакеров в нефтяных и нагнетательных скважинах. Обзоры зарубежной литературы. М.: ВНИИОЭНГ, 1975, с. 17.

Использование уттлотнителей сква« жинных пакеров. Тематические научно-технические обзоры. М.: ВНИИОЗНГ, 1976, с. 34-37.

„„Я0„„1399449 А1 (54) УПЛОТНИТЕЛЪНЬЙ УЗЕЛ ПАКЕРА (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-ти и позволяет повысить надежность работы уплотни1 тельного узла пакера за счет исключения выдавливания пластичного уплотнительного кольца (УК) предварительным его ограничением упругими УК.

Узел включает пакет УК 1,2,3. Из них среднее 3 пластичное, а крайние 1,2 упругие. Ствол 4 узла имеет переменное сечение с ограничительным выступом,i0 и конусным переходом от меньшего диаметра к большему, выполненным из двух конусных участков (КУ) 8, 9 с промежуточной цилиндрической стуф пенью 7 между ними. Ее длина не меньше высоты пакета УК 1-3, Углы между осью и образующей КУ 8, 9 определяют из специального выражения. На первом этапе пакеровки УК 1,2,3 прошиваются нижним КУ 8, растягиваясь в диаметре и принимая размеры ступени

7. При этом УК 3 не достигает эксl

99449 плуатационной колонны, а УК 1 и 2 достигают, предохраняя УК 3 от дальнейшего выдавливания. На втором этапе пакеровки УК 1,2,3 оказываются в стесненном состоянии. Материал УК

3 затекает в имеющиеся неровности.

1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промьпнленности, а именно к устройствам для разобщения ствола скважины с помощью пакера, устанавливаемого в обсаженной скважине при проведении различных технологичес-. ких операций, и может быть использовано также при разобщении затрубного пространства.

Цель изобретения — повышение надежности работы уплотнительного узла пакера за счет исключения выдавливания пластичного уплотнительного коль1 ца, На фиг. 1 представлен уплотнительный узел пакера, исходное положение; на фиг. 2 — то же, при прошивании пакета уплотнительных колец нижним конусным участком; на фиг.3— то же, при прошивании пакета уплонительных колец промежуточным цилиндрическим участком; на фиг. 4 — то же, при прошивании пакета уплонительных колец верхним конусным участком, на фиг. S — уплонительный узел пакера после проведения пакеровки скважины.

Уплонительный узел пакера (фиг.1) включает пакет уплотнительных колец, из которых крайние 1 и 2 из упругого материала, а среднее 3 из пластичного материала, установленных на ствол 4 переменного сечения с нижним

5, верхним б и промежуточным 7 цилиндрическими участками, нижним 8 и верхним 9 конусными участками и ограничительным выступом 10, и опорную втулку 11. При этом длина промежуточного цилиндрического участка 7 составляет не меньше высоты пакета уплонительных колец, Крайние упругие уплотнительные кольца 1 и 2 могут быть выполнены, например, из фторопласта 4, а среднее пластичное уплотнительное кольцо 3 — иэ свинца. При этом величина диаметра промежуточного цилиндрического участка 7 ствола

5 4 определяется из условия свободного расширения уплотнительных колец 1, 2 и 3 до стенок скважины (обсадной колонны) и сохранения их объемов при переходе их с нижнего цилиндрическо10 го участка на ромежуточный ц индрический участок 7 через нижний конусный участок 8 °

Выбор угла Ы между осью и образующей нижнего конуса 8 обусловлен тем, 15 что усилие при прошивании им верхнего уплотнительного кольца, зависящее от этого угла и коэффициента трения материала уплотнительного кольца по стали конусного перехода в условиях

20 пакеровки, не должно создавать такого давления на среднее уплотнительное кольцо, под действием которого оно раздавливалось бы раньше, чем произойдет полное ограничение этого кольца крайними уплотнительными кольцами. Это допускаемое усилие определяется пластичными свойствами среднего уплотнительного кольца (пределом ползучести его материала) и прочностными свойствами верхнего уплотнительного кольца (пределом прочности при растяжении), а также размерами уплотнительных колец. При этом угол между осью и образующей конус35 ных участков конусного перехода ствола переменного сечения определяют из выражения

I(6, ooso((sina+ГсозЫ) = (D +й ) — —.

4b 1 1

Уплотнительный узел пакера (фиг,1) работает следующим образом.

Уплотнительный узел пакера, включающий пакет уплотнительных колец, из которых среднее пластичное, а крайние упругие, опорную втулку и ствол переменного сечения с ограничительным выступом и конусным переходом от меньшего диаметра к большему, отличающийся тем, что, с. целью повышения надежности работы уплотнительного узла пакера за счет исключения выдавливания пластичного уплотнительногo кольца предварительным его ограничением упругими уплотнительными кольцами, конусный переход ствола переменного сечения выполнен из двух конусных участков с промежуточной цилиндрической стуттенью между ними, длина которой не меньше вы-. соты пакета уплотнительных колец.

2. Узел пакера по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что углы между осью и образующей конусных участков конусного перехода ствола переменного сечения определяют из выражения

П т

4b 1 1

cosg(sina+fcosoO = — -(D +d ) где f — коэффициент трения материала верхнего уплотнительного кольца по стали нижнего конусного участка в условиях. пакеровки;

Ь вЂ” высота верхнего уплотнитель ного кольца, мм;

3 139944

Пакер, в состав которого входит уплотнительный узел, спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб и на заданной глубине

5 опир аетс я опорной втулкой 11 чере з хвостовик пакера на забой скважины или шлипсы, или на выступ в обсадной колонне. Пакеровка производится опусканием колонны труб. При этом па" 1О кет уплотнительных колец 1,2 и 3 опирается на неподвижную опорную втулку 11, а ствол переменного сечения 4 их прошивает (фиг. 2) .

На первом этапе пакеровки (фиг.2) 15 уплотнительные кольца 1, 2 и 3 последовательно прошиваются нижним ко» нусом 8, растягиваясь в диаметре, и занимают положение на цилиндрической ступени 7, длина которой превыша- 2О ет общую высоту пакета уплонительных колец (фиг. 3). При этом внутренние диаметры уплотнительных телец 1,2 и 3 принимают размер цилйндрической ступени 7, наружные диаметры уплотни- 25 тельных колец 1 и 2 достигают внутреннего диаметра эксплуатационной колонны. В то же время вследствие большей пластичности среднего уплотнительного кольца 3 его размеры из- 3р меняются таким образом, что его наружный диаметр еще не достигает внутреннего диаметра эксплуатационной колонны, тогда как. верхнее уплотнительное кольцо 1, и, главное, нижнее уплотнительное кольцо 2 достигают внутренней поверхности эксплуатационной колонны и уплотняют ее. Таким образом, среднее уплотнительное кольцо 3 оказывается в замкнутом 4р пространстве, ограниченном сверху верхним уплотнительным кольцом 1, а снизу — нижним уплотнительным кольцом 2, которые переходят в уплотнительное состояние с внутренней по- 45 верхностью эксплуатационной колонны и предохраняют материал среднего уп- лотнительного кольца 3 от выдавливания при дальнейшем прошивании стволом 4 пакета уплотнительных колец на

t следующем конусном участке.

На следующем этапе пакеровки (фиг. 4) уплотнительные кольца 1,2 и

3 прошиваются верхним конусом 9 и занимают свое крайнее положение на

55 верхнем цилиндрическом участке 6 ствола 4 (фиг. 5) . При этом уплотни4 тельные кольца 1,2 и 3 оказываются в стесненном состоянии между цилинд9

4 рической частью 6 ствола 4 и внутренней поверхностью обсадной колонны.

Этим достигается напряженное состояние верхнего 1 и нижнего 2 уплотнительных колец и развивается усилие, достаточное для раздавливания среднего пластичного уплотнительного кольца 3; Вследствие этого материал среднего уплотнительного кольца 3 затекает во все имеющиеся в месте пакеровки неровности, чем достигается повышение надежности работы пакерного оборудования в изменяющихся температурных условиях, например в аронагнетательных скважинах, путем использования более термостойких материалов с различными пластическими и прочностными свойствами при уменьшении осевых нагрузок для деформации уплотнительного узла пакера.

Формула изобретения

1399449

Составитель Л, Фарукшин

Редактор М. Келемеш Техред M. Ходанич Корректор А. Обручар

Заказ 2á51/34 Тираж 531 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

D d - -соответственно наружный и

6 внутренний диаметры уплотнительных колец до начала пакеровкиу мм

& - предел ползучести материала ? среднего уплотнительного кольца в условиях пакеровки, Па;

6 — предел прочности при растяжении материала верхнего уплотнительного кольца в условиях пакеровки, Па.