Уплотнительный элемент пакера

Уплотнительный элемент пакера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к уплотнительным элементам, используемым в устройствах для герметичного разобщения интервалов обсадной колонны скважины (пакерах).

Большинство уплотнительных элементов серийных пакеров представляют собой резиновую втулку относительно короткой длины, толщина стенки которой ограничена с одной стороны наружным размером пакера, а с другой - диаметром штока пакера. Для каждого типоразмера обсадной колонны (следовательно, и пакера) требуется свой уплотнительный элемент, чаще всего комплект, состоящий из нескольких уплотнительных элементов, обеспечивающих перекрытие требуемого интервала скважины при повышенном давлении рабочей среды (газ, газовый конденсат, вода, нефть, в том числе особовязкая, с содержанием сероводорода, механических примесей и т.п.). Для приведения в действие уплотнительных элементов (от одного до четырех в составе одного пакера) необходимо их «раздавить», придав элементам бочкообразность, после чего происходит герметизация требуемого интервала скважины. Для выполнения этой операции требуется приложить усилие - до 120-160 кН со стороны бурильной или насосно-компрессорной колонны, чтобы преодолеть упруго-деформационные свойства резины. При этом резиновая масса уплотнительного элемента может затекать в кольцевой зазор между корпусом пакера и стенками скважины. Для предотвращения этого явления были изобретены раздвижные опоры пакера (патенты №2144129, опубл. 10.01.2000 и №2105864, опубл. 27.02.1998, МПК E21B 33/12, патентообладатель: Нагуманов М.М.). В данных пакерах, изготовляемых ООО НПФ «Пакер» серийно, применяются уплотнительные элементы производства различных заводов-изготовителей, например, ФГУП «Чебоксарское Производственное Объединение им. В.И.Чапаева», ООО «Интов-Эласт» и др. Недостатком всех известных уплотнительных элементов является то, что после использования пакера в скважине при распакеровке уплотнительные элементы в месте контакта с раздвижными опорами выкрашиваются, что приводит к дальнейшему разрушению уплотнительных элементов (опоры при возврате их в транспортное положение иногда вырывают кусочки резинового материала с торцевой поверхности уплотнительного элемента).

Известен уплотнительный элемент пакера, состоящий из упругой среды, внутри которой по высоте уплотнительного элемента размещены пружинящие элементы, выполненные в виде спиральной пружины, закрепленной на опорах уплотнительного элемента (патент США №3252707, кл.277-181, опубл. 24.05.1966).

Также известен уплотнительный элемент пакера, состоящий из упругой среды, внутри которой по всей высоте уплотнительного элемента размещены пружинящие элементы (ав. св-во СССР №905431, E21B 33/12, опубл. 15.02.82, Бюллетень №6). В известном уплотнительном элементе с целью уменьшения величины затекания его в кольцевое пространство скважины, пружинящие элементы выполнены из стержней, имеющих в средней части сферические участки, а по краям цилиндрические, соединенные между собой эластичными кольцами.

Недостатками вышеперечисленный известных уплотнительных элементов является невозможность их применения в серийно изготовляемых ООО Научно-производственной фирмой «Пакер» изделиях типа ПРО-ЯМО, ПРО-ЯДЖ-О, ПРО-ЯМОГ, ПРО-ЯВЖ, ПРО-ЯТ-О и др. (каталог продукции http://www.npf-paker.ru/produce/).

Задачей изобретения является изменение конструкции применяемых в серийных изделиях уплотнительных элементов, результатом которого является предотвращение затекания резины в уплотняемый зазор и отсутствие разрушения резины по торцевой поверхности при распакеровке уникальных запатентованных изделий - пакеров с раздвижными опорами производства ООО НПФ «Пакер».

Поставленная задача решается тем, что уплотнительный элемент пакера содержит спиралевидную пружину, размещенную вдоль торцевой поверхности внутри уплотнительного элемента. Пружина соединена в кольцо и привулканизована к резиновому массиву по всей поверхности проволоки пружины.

На фиг.1 изображен заявляемый уплотнительный элемент пакера, вид спереди с совмещенным разрезом; на фиг.2 - продольный разрез уплотнительного элемента пакера в месте установки пружины; на фиг.3 - изображение заявляемого уплотнительного элемента в изометрии с разрезом; на фиг.4 - спиралевидная пружина, соединенная в кольцо.

Уплотнительный элемент пакера 1 содержит пружинящий элемент 2, представляющий собой стандартную спиралевидную пружину, которая помещена в упругую среду из резинотехнической смеси и вулканизирована в упругий элемент в месте перехода цилиндрической части в коническую со стороны приложения нагрузки.

Уплотнительный элемент пакера работает следующим образом. Уплотнительный элемент 1 устанавливают на штоке пакера (в составе с комплектом из двух-четырех элементов) таким образом, чтобы торцевая поверхность с привулканизированной внутри упругой среды пружиной была со стороны приложения нагрузки. Для приведения в действие уплотнительных элементов необходимо их «раздавить», приложив осевую нагрузку на пакер со стороны колонны труб в скважине. При осевом сжатии уплотнительного элемента, установленного в пакере с раздвижными опорами, в условиях высоких температур и за счет высокой эластичности резина стремится заполнить собой оставшееся неперекрытым раздвижными опорами пространство. Этот процесс в большей степени затрагивает резину, находящуюся в пространстве между раздвижными опорами (в зазоре). Спиралевидная закаленная пружина в торцевой части элемента перекрывает пространство между опорами и препятствует затеканию резины в вышеупомянутый зазор. При распакеровке и приведении раздвижных опор в транспортное положение закаленная пружина выполняет функцию защиты от «закусывания» торца уплотнительного элемента смыкающимися раздвижными опорами, также пружина способствует возврату формы уплотнительного элемента в исходное (транспортное) положение.

Таким образом, предлагаемый уплотнительный элемент обеспечивает повышение герметизирующих свойств пакеров, надежность и долговечность работы пакеров за счет исключения разрушения уплотнительного элемента в процессе перевода раздвижных опор в транспортное положение.

1. Уплотнительный элемент пакера, состоящий из упругой среды, внутри которой размещен пружинящий элемент, отличающийся тем, что вдоль торцевой поверхности внутри уплотнительного элемента размещена спиралевидная пружина, которая привулканизована к резиновому массиву по всей поверхности проволоки пружины в месте перехода цилиндрической части в коническую со стороны приложения нагрузки.

2. Уплотнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что пружина выполнена закаленной.