Уплотнительный элемент пакера

 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к уплотнительным элементам пакеров, применяемых для разобщения стволов скважины . Цель - повышение надежности работы за счет выполнения цельного уплотнительного элемента. Для этого уплотнительный элемент выполняют из литьевого полиуретана на основе полиокситетраметиленгликоля и 2,k-толуилендиизоцианата 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО ЦИАЛИСТИЧ ЕС КИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s E 21 В 33/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ няемых для разобщения стволов скважины. Цель - повышение надежности работы за счет выполнения цельного уплотнительного элемента. Для этого уплотнительный элемент BbllloJlHHQT из литье вого полиуретана на основе полиокситетраметиленгликоля и 2,4-толуилендиизоцианата 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.

ГОСУДАРСТВ Е Н НО Е ПАТЕ НТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) (21) 4846615/03 (22) 02.01.90 (46) 07.06.93. Бюл. М 21 (71) Институт горного дела СО АН СССР (72) С.Н.Попов, Р.Юн и И.В.Дальгрен (56) Патент CtJA Р 3776561, кл. 277-116.8, .1973.

Применение пакеров в нефтяных и нагнетательных скважинах. И., 1975, с. 17. (54) УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ПАКЕРА (57) Изобретение относится к горной промышленности, в частности к уплотнительным элементам пакеров, примеИзобретение 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 )г 905431, К 941542, В» 196013), состоящие йз упругого материала и какого-нибудь твердого включения, позволяющего снижать релаксации напряжений при сжатии уплотнительного элемента и уменьшать величину затекания s 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 ИПа

:и выше) твердые включения наносят механические повреждения упругой основе.

Известен также уплотнительный элемент пакера (патент США и 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 металли- .

:ческие кольца, что приводит при высоких давлениях (60 НПа и более) к повреждению мягкой средней части и выводу уплотнительного элемента из строя.

1819984

Кроме того, средняя часть уплотнительного элемента дополнительно снабжена по поверхности жестким материалом и является двухслойной, что усложняет ее изготовление.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является уплотнительный элемент пакера, изготовленный по способу, описанному в Обзорах зарубежной литературы Применение пакеров в нефтяных и нагнетательных скважинах, И., 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 МПа и более) происходит расслоение между его торцовыми и средней частями.

Цель изобретения повышение надежности 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 полиокситетраметиленгликоля и 2,4-толуилендиизоцианата с использованием диол-триольной системы отверждения при молярном соотношении компонентов для торцовых частей ПОТИГ:ТДН:(диол+триол) = 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 неполной 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 уплотни45

5

40 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 полиокситетраметиленгликоля и 2,4-толуилендиизоцианата с использованием диол-триольной системы охлаждения при молярном соотношении компонентов

ПОИТГ:ТЛН:(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.

Ниже приведена табли ца физико-механических показателей материалов, применяемых для изготовления уплотнительных элементов.

На чертеже показан предлагаемый уплатнительный элемент, Уплотнительный элемент пакера содержит нижний 1 и верхний 2 "жесткие" слои и средний "мягкий" слой 3.

Уплотнительный элемент пакера работает следующим образом.

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

19984 6 и при повреждении в 504 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 уплотнительного элемен1 та только по этой статье составит

10000 руб. в год.

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

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

25 2,4-толуилендиизоцианата с диол-триольной системой отверждения, при этой торцевые части выполнены при молярном соотношении компонентов соответственно 1:3,5:2,5, а средняя часть при их

gp молярном соотношении соответственно

1:2,5: 1,5.

Торцовая Средняя часть часть

Показатель

Молярное соотношение компонентов ROTMI:TÄÍ:(äèîë+òðèoë) 1:3,5:2,5 1:2,5:1,5

Условное напряжение при 1003ном удлинении, МПа, не менее

1,6

Условная прочность при растяжении, МПа, не менее

Относительное удлинение при разрыве, Ф, не менее 300

400

Твердость по Шору Л., усл.ед. 90-92

60-62

Остаточная деформация сжатия, 3 (сжатие 203>24 ч, отдых

30 мин) 5 18 диаметре, соприкасаются со стенками скважины и препятствуют вытеканию "

"мягкого" слоя 3 в кольцевой зазор между пакером и стенкой скважины, Вследствие однородности материала уплотнительного элемента пакера он равномерно прилегает к стенке скважины и обеспечивает высокую надежность герметизации.

Извлечение пакера из скважины осуществляется путем снятия осевой нагрузки с уплотнительного 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 уплотнительного элемента, уменьшением его повреждения, а следовательно, увеличением многократности его применения и срока службы, а также снижением числа спуска-подъемных операцИй для ремонта и замены, связанных с большими затратами.

Стоимость изготовления одного уплотнительного элемента 100 руб. Зонлирование в одной скважине произво- -. дится, как минимум, в десяти точках, формула изобретения

1819984

Составитель P.Þí

Редактор Т.Юрчикова ТехредМ.Моргентал

Корректор С,Пекарь

\ » »» М «««»

Заказ 2011 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент"., r, Ужгород, ул. Гагарина, 101