Пакерный уплотнительный элемент

 

Использование: в нефтяной промышленности, а именно в устройствах, предназначенных для применения в оборудовании, устанавливаемом в нефтяных и газовых скважинах. Обеспечивает предотвращение разрушения эластичного уплотнения пакера при его доставке до места установки. Сущность изобретения: устройство содержит кольцо трапецеидального сечения. Оно выполнено из эластичного материала и установлено на стволе пакера с возможностью взаимодействия его боковых сторон с упорами пакера. Уплотнительный элемент армирован упругим распорным элементом и ограничительными элементами. Последние повторяют углы наклона его боковых сторон и выполнены в виде металлических пластин в форме усеченных секторов. Их дуга окружности описана радиусом, меньшим радиуса внутренней стенки уплотняемой трубы. Эта дуга меньше радиуса на величину критического зазора для данного вида эластичного материала. Это обеспечивает работоспособность эластичного материала. Боковые стороны уплотнительного элемента установлены под наклоном. Металлические пластины установлены с перекрытием поперечного сечения уплотнительного элемента. Они соединены периферийной частью со срединной частью распорного упругого элемента жесткими связями с шарнирными соединениями. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к устройствам, предназначенным для применения в оборудовании, устанавливаемом в нефтяных и газовых скважинах.

Известен пакерный уплотнительный элемент, содержащий кольцо трапецеидального сечения из эластичного материала, установленное на стволе пакера с возможностью взаимодействия его боковых сторон с упорами пакера.

Недостатком известного уплотнения и соответственно пакера является то, что его наружный диаметр должен приближаться к внутреннему диаметру трубы обсадной колонны, что при транспортных операциях до места установки приводит к повреждению уплотнительного элемента и, как следствие, к не достижению герметичности в эксплуатации, а при извлечении пакера приводит к аварийным ситуациям, "затяжкам", при разрушении эластичного уплотнения.

Техническим результатом изобретения является устранение указанного недостатка.

Необходимый технический результат достигается тем, что в пакерном уплотнительном элементе, содержащем кольцо трапецеидального сечения из эластичного материала, установленном на стволе пакера с возможностью взаимодействия его боковых сторон с упорами пакера, уплотнительный элемент армирован распорным упругим элементом и ограничительными элементами, повторяющими углы наклона его боковых сторон и выполненными в виде металлических пластин в форме усеченных секторов, дуга окружности которых описана радиусом, меньшим радиусом внутренней стенки уплотняемой трубы на величину критического зазора для данного вида эластичного материала, обеспечивающем его работоспособность при заданном давлении, при этом боковые стороны уплотнительного элемента имеют угол наклона, не равный углу наклона упоров пакера в транспортном положении, а металлические пластины с каждой боковой стороны установлены между собой с перекрытием площади поперечного сечения уплотнительного элемента и соединены периферийной частью со срединной частью распорного упругого элемента жесткими связями с шарнирными соединениями.

Кроме того, распорный элемент выполнен в виде пружины, а также распорный элемент выполнен в виде набора рессор.

На фиг. 1 изображен общий вид уплотнительного элемента в транспортном положении в скважине (в качестве распорного элемента изображена пружина); на фиг. 2 - уплотнительный элемент в положении герметизации; на фиг.3 -комплект ограничительных элементов одной боковой стороны уплотнения.

Пакерный уплотнительный элемент состоит из кольца 1 трапецеидального сечения, изготовленного из эластичного материала и установленного на стволе пакера 2, имеющего опоры 3. Кольцо 1 армировано упругим элементом - пружиной 4, на которое с обеих сторон опираются ограничительные элементы 5, внешней стороной связанные жесткими связями 6 при помощи шарниров 7 со средней частью пружины 4. Причем наружный диаметр уплотнения 1 меньше наружного диаметра упоров 3 пакера, а ограничительные элементы 5 выполнены в форме усеченных секторов, дуга окружности которых описана радиусом, меньшим радиуса внутренней стенки трубы обсадной колонны 8 на величину критического зазора для данного вида эластичного материала при заданном давлении.

Работа устройства заключается в следующем.

В транспортном положении, при спуске устройства до места установки в скважине, уплотнительный элемент - кольцо 1 укрыто за упорами 3 пакера 2 и защищено от воздействия стенки колонны 8. Операция герметичного перекрытия ствола скважины заключается в том, что, создавая давление на упоры 3 пакера, воздействуют на внутреннюю боковую поверхность уплотнительного элемента 1 и соответственно на внутреннюю часть ограничительных элементов 5 и пружину 4, сжимая ее. При этом происходит изменение угла наклона ограничительных элементов 5 за счет того, что жесткими связями 6, установленными на шарнирных соединениях 7, задан постоянный размер между периферийной частью ограничительных элементов и они занимают параллельное положение относительно поверхностей упоров 3 и перекрывают основной зазор между пакером 2 и колонной 8, оставляя расчетный, критический для данного материала зазор. Эластичный материал уплотнения, также деформируясь, заполняет полость, ограниченную стенкой обсадной колонны 8, стволом пакера 2 и ограничительными элементами 5, обеспечивая заданную герметичность.

В случае необходимости извлечения пакера снимают внешнюю нагрузку с уплотнительного элемента 1. Под действием пружины 4 он принимает первоначальную форму, что позволяет при следующем подъеме избежать осложнений.

Формула изобретения

1. Пакерный уплотнительный элемент, содержащий кольцо трапецеидального сечения из эластичного материала, установленное на стволе пакера с возможностью взаимодействия его боковых сторон с упорами пакера, отличающийся тем, что уплотнительный элемент армирован распорным упругим элементом и ограничительными элементами, повторяющими углы наклона его боковых сторон и выполненными в виде металлических пластин в форме усеченных секторов, дуга окружности которых описана радиусом, меньшим радиуса внутренней стенки уплотняемой трубы на величину критического зазора для данного вида эластичного материала, обеспечивающим его работоспособность при заданном давлении, при этом боковые стороны уплотнительного элемента имеют угол наклона, не равный углу наклона упоров пакера в транспортном положении, а металлические пластины с каждой боковой стороны установлены между собой с перекрытием площади поперечного сечения уплотнительного элемента и соединены периферийной частью со срединной частью распорного упругого элемента жесткими связями с шарнирными соединениями.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что распорный элемент выполнен в виде пружины.

3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что распорный элемент выполнен в виде набора рессор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3