RU2143053C1 - Packer - Google Patents

Abstract

FIELD: well drilling; applicable in separation of formations in course of well construction. SUBSTANCE: packer has body with central and inlet channels. Inlet channel is closed by valve. Packer also has sealing member and shell installed on packer body. Shell together with packer external wall forms hydraulic chamber which is communicated through valve and inlet channel with body central channel. Shell is corrugated along longitudinal axis. Sealing is located from outside of its middle part. Ends of shell have diameters of circumferences circumscribed round shell ends in packer initial position which exceed diameter of sealing member by value ensuring protection of this member from damage during packer lowering into well. Perimeter of ends after straightening of shell are equal to perimeter of well measured within interval of packer installation. EFFECT: reliable separation of formations in well. 6 dwg

Description

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено, в частности, для разобщения пластов в скважинах, преимущественно в качестве пакеров, устанавливаемых на обсадных колоннах. The invention relates to drilling wells and is intended, in particular, for the separation of formations in wells, mainly as packers installed on casing strings.

Известен пакер для разобщения межтрубного пространства в скважинах, содержащий корпус и установленный на его наружной поверхности уплотнительный элемент, причем выступающие за пределы этого элемента концы корпуса выполнены с большими диаметрами по сравнению с его средней частью (1). Для центрирования уплотнительного элемента в обсадной колонне на его торцах имеются разрезные кольца. Known packer for uncoupling of the annular space in the wells, comprising a housing and a sealing element mounted on its outer surface, and the ends of the housing protruding beyond this element are made with larger diameters compared to its middle part (1). To center the sealing element in the casing at its ends there are split rings.

Недостатком известного пакера является то, что из-за отсутствия в его конструкции центральной трубы, которая могла бы быть составной частью обсадной колонны после установки пакера, он не может быть использован в качестве заколонного пакера. Кроме того, из-за отсутствия в конструкции элементов, которые могли бы центрировать весь пакер как при его спуске, так и при установке, он не может быть применен в условиях открытого ствола скважины, поскольку при спуске будет повреждаться уплотнительный элемент о стенки скважины, а при установке не будет достигнута должная герметизация разобщения пластов из-за отсутствия центрирования всего пакера, что весьма важно в горизонтальных и наклонных скважинах. A disadvantage of the known packer is that due to the lack of a central pipe in its design, which could be an integral part of the casing string after the packer has been installed, it cannot be used as a casing packer. In addition, due to the lack of elements in the design that could center the entire packer both during its descent and during installation, it cannot be used in an open wellbore, since during the descent the sealing element will be damaged on the well walls, and during installation, proper sealing of reservoir separation will not be achieved due to the lack of centering of the entire packer, which is very important in horizontal and deviated wells.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является пакер заколонный, включающий корпус с центральным и впускным каналами, уплотнительный элемент и размещенную на корпусе оболочку, образующую с его наружной стенкой гидравлическую камеру, сообщенную впускным каналом, перекрытым обратным клапаном, с центральным каналом корпуса (2). Closest to the claimed in its technical essence is a casing packer, comprising a housing with a central and inlet channels, a sealing element and a shell placed on the housing, forming a hydraulic chamber with its outer wall, connected by an inlet channel blocked by a non-return valve, with a central channel of the housing (2 )

Недостатком этого пакера является низкая надежность разобщения пластов в открытом стволе скважины из-за отсутствия в его конструкции элементов, обеспечивающих защиту уплотнительного элемента от повреждений при спуске пакера в скважину, а также предотвращающих продольное растекание этого элемента в уплотняемом зазоре при установке пакера. Указанный недостаток усугубляется еще и тем, что из-за отсутствия возможности центрирования пакера как при спуске, так и при установке становятся также неизбежными повреждения уплотнительного элемента, перекосы и смещения всего пакера относительно оси симметрии скважины в интервале его установки. Указанные недостатки можно устранить использованием в конструкции пакера специальных центраторов, защитных кожухов и антизатекателей уплотнителя. Однако это приведет к усложнению его конструкции. The disadvantage of this packer is the low reliability of formation separation in the open wellbore due to the absence of elements in its design that protect the sealing element from damage when the packer is lowered into the well, and also prevents the longitudinal spreading of this element in the sealing gap when the packer is installed. This drawback is further aggravated by the fact that due to the inability to center the packer both during descent and during installation, damage to the sealing element, distortions and displacement of the entire packer relative to the axis of symmetry of the well in the interval of its installation also become inevitable. These drawbacks can be eliminated by using special centralizers, protective covers and sealant anti-seals in the packer design. However, this will complicate its design.

Цель изобретения - повышение надежности разобщения пластов в скважине. The purpose of the invention is to increase the reliability of separation of layers in the well.

Эта цель достигается тем, что в описываемом пакере, включающем корпус с центральным и впускным каналами, уплотнительный элемент и размещенную на корпусе оболочку, образующую с его наружной стенкой гидравлическую камеру, сообщенную впускным каналом, перекрытым обратным клапаном, с центральным каналом корпуса, согласно изобретению, оболочка выполнена продольно гофрированной, а уплотнительный элемент размещен снаружи ее средней части, причем концевые участки оболочки, примыкающие к уплотнительному элементу, выполнены с диаметрами описанных вокруг них окружностей. большими по сравнению с ее средней частью на величину, обеспечивающую предотвращение трения этого элемента о стенки при спуске пакера в скважину, а периметр их после выправления гофр оболочки внутренним давлением равен периметру скважины в месте установки пакера. This goal is achieved by the fact that in the described packer, comprising a housing with a central and inlet channels, a sealing element and a shell placed on the housing, forming a hydraulic chamber with its outer wall communicating with the inlet channel, blocked by a check valve, with the central channel of the housing, according to the invention, the shell is longitudinally corrugated, and the sealing element is placed outside its middle part, and the end sections of the shell adjacent to the sealing element are made with diameters of GOVERNMENTAL circles around them. large in comparison with its middle part by an amount that ensures the prevention of friction of this element against the wall when the packer is lowered into the well, and their perimeter after straightening the corrugation of the shell by internal pressure is equal to the perimeter of the well at the packer installation site.

Такая конструкция пакера обеспечивает защиту уплотнительного элемента от повреждений при спуске пакера в скважину, предотвращает затекание этого элемента вниз и вверх от места его установки на пакере и за счет центрирования позволяет обеспечить равномерное уплотнение разобщаемой зоны. This design of the packer protects the sealing element from damage when the packer is lowered into the well, prevents this element from flowing up and down from the place it was installed on the packer and, due to centering, ensures uniform compaction of the disconnected zone.

Предлагаемый пакер отличается от пакера, принятого за прототип, формой выполнения оболочки, образующей с корпусом гидравлическую камеру, и местом установки уплотнительного элемента, благодаря чему оболочка приобрела новые свойства: она стала выполнять дополнительные функции центратора и поршня, прижимающего уплотнительный элемент к стенке скважины, что в целом повышает работоспособность пакера, а следовательно, и надежность разобщения пластов. Это не известно из предшествующего уровня техники, и следовательно, данное техническое решение отвечает критериям изобретения - "новизна" технического решения и "промышленная применимость". The proposed packer differs from the packer adopted as a prototype in the form of the shell forming the hydraulic chamber with the housing and in the place of installation of the sealing element, due to which the shell acquired new properties: it began to perform additional functions of a centralizer and piston, pressing the sealing element against the well wall, which as a whole, increases the packer’s performance, and, consequently, the reliability of reservoir separation. This is not known from the prior art, and therefore, this technical solution meets the criteria of the invention - the "novelty" of the technical solution and "industrial applicability".

Указанные усовершенствования пакера не следуют явным образом из уровня техники. Следовательно, новый пакер соответствует критерию "изобретательский уровень". These packer enhancements do not explicitly follow from the prior art. Therefore, the new packer meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 показан предлагаемый пакер в транспортном положении; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - пакер после установки его в скважине; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 4. In FIG. 1 shows the proposed packer in transport position; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a section BB in FIG. 1; in FIG. 4 - packer after installing it in the well; in FIG. 5 is a cross-section BB in FIG. 4; in FIG. 6 is a section GG in FIG. 4.

Пакер (фиг. 1) содержит корпус 1 в виде обсадной трубы с резьбами 2 по концам (для соединения с обсадной колонной), центральным 3 и впускным 4 каналами, последний из которых перекрыт обратным клапаном 5. На корпусе 1 жестко закреплена металлическая оболочка 6 с продольными гофрами 7 (фиг. 2, 3), на которой размещен уплотнительный элемент 8 (герметик, резина и т.п.). Концы 9 оболочки 6 выполнены так, что диаметры (Д) описанных вокруг них окружностей в исходном положении пакера превышают диаметр (д) уплотнительного элемента 8, примерно, на 2-4 мм, с тем, однако, что периметры концов 9 оболочки 6 после выправления ее гофр 7 должны быть равны периметру скважины 10, измеренному в интервале установки пакера (фиг. 5). The packer (Fig. 1) contains a casing 1 in the form of a casing with threads 2 at the ends (for connection with the casing), a central 3 and inlet 4 channels, the last of which is blocked by a check valve 5. A metal shell 6 s is rigidly fixed to the casing 1 longitudinal corrugations 7 (Fig. 2, 3), on which the sealing element 8 is placed (sealant, rubber, etc.). The ends 9 of the shell 6 are made so that the diameters (D) of the circles described around them in the initial position of the packer exceed the diameter (e) of the sealing element 8 by about 2-4 mm, however, so that the perimeters of the ends 9 of the shell 6 after straightening its corrugation 7 should be equal to the perimeter of the well 10, measured in the interval of installation of the packer (Fig. 5).

Оболочка 6 с наружной стенкой корпуса 1 образует гидравлическую камеру 11, сообщенную через клапан 5 и впускной канал 4 с центральным каналом 3 корпуса 1. The shell 6 with the outer wall of the housing 1 forms a hydraulic chamber 11, communicated through the valve 5 and the inlet channel 4 with the Central channel 3 of the housing 1.

Пакер работает следующим образом. The packer works as follows.

С помощью резьб 2 пакер устанавливают в определенном интервале обсадной колонны (не показана), соответствующем интервалу разобщения пластов, и спускают на ней в скважину 10. При этом низ обсадной колонны заглушают башмаком с шаровым клапаном (не показан). Using threads 2, the packer is installed in a certain interval of the casing string (not shown), corresponding to the interval of separation of the strata, and is lowered into it in the well 10. The bottom of the casing string is drowned out with a shoe with a ball valve (not shown).

Благодаря тому что концевые участки 9 оболочки 6 пакера имеют больший диаметр описанной вокруг них окружности, чем диаметр уплотнительного элемента 8 в исходном положении пакера, эти участки защищают элемент 8 от повреждений и одновременно центрируют пакер при спуске его в скважину. Due to the fact that the end sections 9 of the shell 6 of the packer have a larger diameter of the circumference described around them than the diameter of the sealing element 8 in the initial position of the packer, these sections protect the element 8 from damage and at the same time center the packer when it is lowered into the well.

По достижении пакером интервала его установки в обсадной колонне закачкой жидкости создают давление в пределах 15-18 МПа, которое через впускной канал 4 и обратный клапан 5 распространяется в гидравлическую камеру 11 и выправляет складки гофр 7 оболочки 6 до прижатия ее концевых участков 9 к стенке скважины 10 (фиг. 4, 5). Одновременно происходит выправление и складок гофр 7 средней части оболочки 6. Поскольку диаметр описанной окружности вокруг средней части оболочки 6 меньше, чем у концевых участков 9, то стенки его не доходят до стенок скважины 10, а лишь плотно прижимают к нему уплотнительный элемент 8 (фиг. 6). При этом концевые участки 9 оболочки 6 препятствуют затеканию уплотнительного элемента 8 за их пределы, что способствует более надежному разобщению пластов. Этот эффект усиливается еще и тем, что деформация уплотнительного элемента происходит в условиях центрирования всего пакера относительно стенок скважины концевыми участками 9, благодаря чему достигается равномерное уплотнение разобщаемого участка скважины. Очевидно, что изменения давления в гидравлической камере 11 в процессе работы пакера не будут иметь никаких последствий, а клапан 5 после расширения оболочки 6 будет обеспечивать герметичность обсадной колонны. Пакер конструктивно прост и надежен. When the packer reaches the interval of its installation in the casing, the injection of fluid creates a pressure in the range of 15-18 MPa, which through the inlet channel 4 and the check valve 5 extends into the hydraulic chamber 11 and straightens the folds of the corrugations 7 of the shell 6 until its end sections 9 are pressed against the well wall 10 (Fig. 4, 5). At the same time, the folds of the corrugations 7 of the middle part of the shell 6 are straightened out. Since the diameter of the circumscribed circle around the middle part of the shell 6 is smaller than that of the end sections 9, its walls do not reach the walls of the borehole 10, they only press the sealing element 8 tightly against it (Fig. . 6). In this case, the end sections 9 of the shell 6 prevent the sealing element 8 from flowing beyond their limits, which contributes to a more reliable separation of the layers. This effect is further enhanced by the fact that the deformation of the sealing element occurs under conditions of centering the entire packer relative to the walls of the well with end sections 9, thereby achieving uniform compaction of the disconnected section of the well. Obviously, changes in pressure in the hydraulic chamber 11 during the operation of the packer will not have any consequences, and the valve 5 after expanding the shell 6 will ensure the tightness of the casing. The packer is structurally simple and reliable.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1726730, E 21 В 33/12, 1992.Sources of information
1. USSR author's certificate N 1726730, E 21 В 33/12, 1992.

2. Авторское свидетельство СССР N 1627665, E 21 В 33/12, 1991. 2. USSR author's certificate N 1627665, E 21 В 33/12, 1991.

Claims (1)

Пакер, устанавливаемый на колонне обсадных труб в скважине, включающий корпус с центральным и впускным каналами, уплотнительный элемент и размещенную на корпусе оболочку, образующую с его наружной стенкой гидравлическую камеру, сообщенную впускным каналом, перекрытым обратным клапаном, с центральным каналом корпуса, отличающийся тем, что оболочка выполнена продольно-гофрированной, а уплотнительный элемент размещен снаружи ее средней части, причем концевые участки оболочки, примыкающие к уплотнительному элементу, выполнены с диаметрами описанных вокруг них окружностей, большими по сравнению со средней ее частью на величину, обеспечивающую предотвращение трения этого элемента о стенки при спуске пакера в скважину, а периметр их после выправления гофр оболочки изнутри давлением равен периметру скважины в месте установки пакера. A packer installed on the casing string in the well, including a housing with a central and inlet channels, a sealing element and a shell placed on the housing, forming a hydraulic chamber with its outer wall, connected by an inlet channel blocked by a check valve, with a central channel of the housing, characterized in that the shell is longitudinally corrugated, and the sealing element is placed outside its middle part, and the end sections of the shell adjacent to the sealing element are made with a diameter and described circles around them, large compared with its middle portion by an amount providing that the friction element preventing the walls of the packer while running in the hole and the perimeter of the corrugations after straightening shell inside perimeter wellbore pressure is in the place of the packer unit.

Images