RU2372469C2

RU2372469C2 - Mechanical packer for electrically driven centrifugal pump

Info

Publication number: RU2372469C2
Application number: RU2007147752/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Чёлбин (RU); Владимир Александрович Чёлбин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Нефтемашвнедрение"
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2009-11-10
Also published as: RU2007147752A

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: invention relates to oil-producing industry, particularly to mechanical packers, used at operation of oil wells by electrically centrifugal pumps. Packer contains mine shaft with threads on butts and axial channel. On external surface of mine shaft it is figured groove, long slot blind below and open in top part of mine shaft. In middle part of mine shaft there are installed rests for cone. In top part of mine shaft by diametre there are implemented transverse slots, in which there are adjusting screws rigidly connecting mine shaft and rest. Under rest there are located sealing elements, cone and iron ring with ability of axial movement relative to mine shaft. In iron ring there are located toothed bowl slip sockets, guide pin and split keys rigidly connecting it to ring in axial direction. Into long slots of ring there are installed screw-thread dies, pressed in radial direction by springs. In area of coupling long slot is overlapped by washers with sealant.

EFFECT: invention provides for simplicity of erection and improvement of abhesion of tube space at usage of electrically centrifugal pump in untight wells.

1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и используется при эксплуатации нефтяных скважин электроцентробежными насосами (ЭЦН) для разобщения межтрубного пространства при изоляции зоны негерметичности эксплуатационной колонны.The invention relates to the oil industry and is used in the operation of oil wells by electric centrifugal pumps (ESP) to isolate the annular space while isolating the leakage zone of the production string.

Известен пакер механический (патент РФ №2148700, 2000 г.), содержащий ствол, фигурный паз с равномерно расположенными чередующимися продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней нажимной уплотнительный элемент и конус, установленный с возможностью осевого перемещения относительно ствола, расположенную с возможностью осевого перемещения обойму, направляющий штифт, размещенный в фигурном пазу, установленные в обойме, равномерно по ее окружности, шлипсы (плашки), подпружиненные относительно нее в радиальном направлении и выполненные в виде двуплечих рычагов. Пакер дополнительно содержит кодовую втулку, установленную на стволе ниже конуса с возможностью радиального вращения и осевого перемещения, а фигурный паз выполнен на наружной поверхности кодовой втулки, при этом обойма с помощью направляющих штифтов установлена на кодовой втулке, а шлипсы в нижней части выполнены с направляющими кулачками (центратором) с возможностью трения последних о стенки скважины и исключения радиального проворота обоймы со шлипсами в транспортном положении устройства.Known mechanical packer (RF patent No. 2148700, 2000), comprising a barrel, a shaped groove with evenly spaced alternating longitudinal short and long sections, a support rigidly connected to the barrel, a pressure sealing element located under it and a cone mounted for axial movement relative to barrel, axially movable holder, a guide pin placed in a figured groove, installed in the holder, evenly around its circumference, slips (dies), spring-loaded relative of it in a radial direction and formed as two-armed levers. The packer further comprises a code sleeve mounted on the barrel below the cone with the possibility of radial rotation and axial movement, and a figured groove is made on the outer surface of the code sleeve, with the clip using guide pins mounted on the code sleeve, and the slips in the lower part are made with guide cams (centralizer) with the possibility of friction of the latter against the walls of the well and the exclusion of radial rotation of the cage with slips in the transport position of the device.

Недостатком данного пакера является конструкция плашки (она одновременно является и зубчатым шлипсом,и центратором): при движении пакера по эксплуатационной колонне зубья шлипса находятся в постоянном контакте со стенками обсадной трубы и изнашиваются. Поэтому пакер ненадежен при распакеровке. Также пакер не имеет канала для силового кабеля для спуска его выше насоса - ЭЦН.The disadvantage of this packer is the design of the die (it is both a gear slip and a centralizer): when the packer moves along the production string, the splint teeth are in constant contact with the walls of the casing and wear out. Therefore, the packer is unreliable when unpacking. Also, the packer does not have a channel for the power cable to lower it above the pump - ESP.

Известен пакер механический для скважины с одним или несколькими пластами (патент РФ №2295625, 2005 г.). Пакер имеет глухой канал для силового кабеля для спуска его выше ЭЦН. Недостатком данного пакера является сложность монтажа на скважине, очень низкий процент качественного разобщения межтрубного пространства в эксплуатационной колонне.Known mechanical packer for a well with one or more layers (RF patent No. 2295625, 2005). The packer has a blind channel for the power cable to lower it above the ESP. The disadvantage of this packer is the difficulty of installation on the well, a very low percentage of qualitative separation of the annulus in the production string.

Известен в качестве прототипа механический пакер (патент РФ №2232869, 2002 г.), содержащий ствол с резьбами на торцах, осевым каналом и с фигурным пазом на наружной поверхности с продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней уплотнительные элементы, конус и обойму, размещенные с возможностью осевого перемещения относительно ствола, установленные в обойме равномерно по ее окружности зубчатые шлипсы, размещенный в обойме и фигурном пазу ствола штифт, кольцо, установленное в нижней части обоймы с возможностью радиального вращения относительно обоймы, но жестко связанное с ней в осевом направлении сухарями, в продольные пазы кольца установлены плашки, поджимаемые в радиальном направлении пружинами. Конус фиксируется относительно ствола в радиальном направлении шпонкой.Known as a prototype mechanical packer (RF patent No. 2232869, 2002), containing a barrel with threads at the ends, an axial channel and with a figured groove on the outer surface with longitudinal short and long sections, a support rigidly connected with the barrel, the sealing located under it elements, cone and cage, axially movable relative to the barrel, toothed slips installed in the cage evenly around its circumference, pin, ring mounted in the lower part of the cage in the cage and curly groove of the barrel with the possibility of radial rotation relative to the cage, but rigidly connected with it in the axial direction by crackers, dies are installed in the longitudinal grooves of the ring, pressed in the radial direction by springs. The cone is fixed relative to the barrel in the radial direction with a key.

Очень хороший пакер. Один недостаток - конструкцией пакера не предусмотрен канал для силового кабеля ЭЦН.Very good packer. One drawback is that the design of the packer does not provide a channel for the ESP power cable.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей пакера, результатом которых является использование ЭЦН в негерметичных скважинах, простота монтажа на скважине и качественное разобщение межтрубного пространства в эксплуатационной колонне.The aim of the invention is to expand the technological capabilities of the packer, the result of which is the use of ESP in leaky wells, ease of installation on the well and high-quality separation of the annulus in the production string.

Технический результат достигается тем, что у механического пакера, содержащего ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней уплотнительные элементы, конус и обойму, размещенные с возможностью осевого перемещения относительно ствола, установленные в обойме равномерно по ее окружности зубчатые шлипсы, размещенный в обойме и фигурном пазу штифт, кольцо, установленное в нижней части обоймы с возможностью радиального вращения относительно обоймы, но жестко связанное с ней в осевом направлении сухарями, а в продольные пазы установлены плашки, поджимаемые в радиальном направлении пружинами, при этом на наружной поверхности ствола выполнен продольный паз, глухой внизу и открытый в верхней части ствола, в средней части установлены упоры, ограничивающие перемещение конуса вниз в осевом направлении, в верхней части по диаметру выполнены поперечные пазы, в которые входят установочные винты, жестко фиксирующие опору на стволе. Опора в верхней части имеет полость, в которую вложена манжета, зажатая резьбовой грундбуксой, открытый вверху ствола продольный паз в зоне муфты перекрыт прокладками с уплотнением.The technical result is achieved by the fact that a mechanical packer containing a barrel with a figured groove on the outer surface with longitudinal short and long sections, a support rigidly connected to the barrel, sealing elements located under it, a cone and a clip placed with the possibility of axial movement relative to the barrel, installed in the cage, toothed slips evenly around its circumference, a pin placed in the cage and in the figured groove, a ring mounted in the lower part of the cage with the possibility of radial rotation of the relative It is simply caged, but rigidly connected with it in the axial direction by breadcrumbs, and in the longitudinal grooves are installed dies, pressed in the radial direction by springs, while on the outer surface of the barrel there is a longitudinal groove, blind at the bottom and open in the upper part of the barrel, in the middle part there are stops , limiting the cone downward movement in the axial direction, transverse grooves are made in the upper part along the diameter, which includes set screws that rigidly fix the support on the barrel. The support in the upper part has a cavity in which a cuff is inserted, clamped by a threaded packing follower, a longitudinal groove open at the top of the barrel in the area of the coupling is covered by gaskets with a seal.

Наличие продольного паза на наружной поверхности ствола позволяет укладывать в него силовой кабель для подключения ЭЦН. Открытый вверху ствола продольный паз упрощает монтаж пакера на скважине. Уплотнительный узел для силового кабеля в опоре повышает качество разобщения межтрубного пространства в эксплуатационной колонне.The presence of a longitudinal groove on the outer surface of the barrel allows you to lay in it a power cable for connecting the ESP. A longitudinal groove open at the top of the barrel simplifies installation of the packer in the well. The sealing unit for the power cable in the support improves the quality of the separation of the annular space in the production casing.

На чертеже представлен пакер механический для ЭЦН, общий вид в разрезе.The drawing shows a mechanical packer for ESP, a General view in section.

Пакер содержит ствол 1 с резьбами на торцах и осевым каналом, на наружной поверхности которого выполнены фигурный паз 2, продольный паз 3, глухой внизу и открытый в верхней части ствола 1, и поперечные пазы 4, в которые входят установочные винты 5, жестко связывающие ствол 1 с опорой 6, под которой расположены уплотнительные элементы 7 и упоры 8 для конуса 9 с возможностью осевого перемещения его относительно ствола 1 только вверх.The packer contains a barrel 1 with threads at the ends and an axial channel, on the outer surface of which there is a figured groove 2, a longitudinal groove 3, blind at the bottom and open in the upper part of the barrel 1, and transverse grooves 4, which include set screws 5, rigidly connecting the barrel 1 with a support 6, under which there are sealing elements 7 and stops 8 for the cone 9 with the possibility of axial movement of it relative to the barrel 1 only up.

На стволе 1 с возможностью осевого перемещения установлена обойма 10 с равномерно расположенными в ней по окружности зубчатыми шлипсами 11, которые поджаты пружинами 12 к стволу 1. В обойме 10 и частично в фигурном пазу 2 находится направляющий штифт 13, фиксируемый гайкой 14.On the barrel 1, with the possibility of axial movement, a ferrule 10 is installed with toothed slots 11 evenly spaced therein, which are pressed by springs 12 to the barrel 1. In the ferrule 10 and partially in the figured groove 2 there is a guide pin 13 fixed by a nut 14.

Кольцо 15 установлено в нижней части обоймы 10 с возможностью радиального вращения относительно обоймы 10, но жестко связанное с ней в осевом направлении сухарями 16, выполненными в виде полуколец. В продольные пазы кольца 15 установлены плашки 17, поджимаемые в радиальном направлении пружинами 18.The ring 15 is installed in the lower part of the cage 10 with the possibility of radial rotation relative to the cage 10, but rigidly connected with it in the axial direction by crackers 16, made in the form of half rings. In the longitudinal grooves of the ring 15, dies 17 are installed, which are pressed in the radial direction by springs 18.

В верхней части опоры 6 имеется полость 19, в которой резьбовой грундбуксой 20 зажата манжета 21.In the upper part of the support 6 there is a cavity 19, in which a cuff 21 is clamped by a threaded packing follower 20.

Открытый в верхней части ствола продольный паз 3 в зоне муфты 22 перекрыт прокладками 23 и уплотнением 24.Opened in the upper part of the barrel, a longitudinal groove 3 in the area of the coupling 22 is blocked by gaskets 23 and a seal 24.

Пакер механический для ЭЦН работает следующим образом.Mechanical packer for ESP works as follows.

Пакер собирается на скважине в вертикальном положении. В продольный паз 3 ствола 1 вкладывается силовой кабель 25, устанавливается кольцо 15 в сборе с обоймой 10, плашками 17, шлипсами 11, сухарями 16 и направляющим штифтом 13.The packer is collected in the well in an upright position. A power cable 25 is inserted into the longitudinal groove 3 of the barrel 1, a ring 15 is assembled with a ferrule 10, dies 17, slips 11, crackers 16 and a guide pin 13.

Часть направляющего штифта 13 вводится в фигурный паз 2. В средней части ствола 1 устанавливаются упоры 8, на них устанавливаются конус 9, уплотнительные элементы 7, опора 6.A part of the guide pin 13 is inserted into the figured groove 2. In the middle part of the barrel 1, stops 8 are installed, a cone 9, sealing elements 7, a support 6 are installed on them.

С помощью установочных винтов 5, входящих в поперечные пазы 4, опора 6 жестко связывается со стволом 1.Using the set screws 5 included in the transverse grooves 4, the support 6 is rigidly connected with the barrel 1.

В полость 19 опоры 6 вкладывается манжета 21 и зажимается резьбовой грундбуксой 20.A cuff 21 is inserted into the cavity 19 of the support 6 and clamped by a threaded packing follower 20.

В зоне муфты 22 продольный паз 3 перекрывается прокладками 23 и уплотнением 24. Муфта 22 по резьбе фиксируется на стволе 1.In the area of the coupling 22, the longitudinal groove 3 is overlapped by the gaskets 23 and the seal 24. The coupling 22 is fixed by thread to the barrel 1.

Пакер спускают в эксплуатационную колонну на насосно-компрессорных трубах. Направляющий штифт 13 находится в коротком участке (транспортное положение) фигурного паза 2. При достижении зоны пакерования производят подъем пакера вверх на 1,5...2 м. При этом направляющий штифт 13 перемещается в длинный участок (рабочее положение) фигурного паза 2.The packer is lowered into the production casing on the tubing. The guide pin 13 is located in a short section (transport position) of the figured groove 2. When the packer zone is reached, the packer is lifted up by 1.5 ... 2 m. In this case, the guide pin 13 moves to the long section (working position) of the figured groove 2.

Опускают пакер, кольцо 15 с обоймой 10, плашками 17, шлипсами 11 остаются на месте, вниз перемещаются ствол 1, конус 9. Конус 9 раздвигает шлипсы 11, которые зубьями входят в зацепление со стенками эксплуатационной колонны. Конус 9 останавливается, а ствол продолжает двигаться. Уплотнительные элементы 7 деформируются и герметизируют межтрубное пространство и силовой кабель 25 в продольном пазу 3.The packer is lowered, the ring 15 with the clip 10, the dies 17, the slips 11 remain in place, the barrel 1, the cone 9 are moved downward. The cone 9 extends the slips 11, which teeth engage with the walls of the production string. The cone 9 stops, and the trunk continues to move. Sealing elements 7 deform and seal the annulus and the power cable 25 in the longitudinal groove 3.

Claims

Пакер механический для ЭЦН, содержащий ствол с фигурным пазом на наружной поверхности с продольными короткими и длинными участками, жестко связанную со стволом опору, расположенные под ней уплотнительные элементы, конус и обойму, размещенные с возможностью осевого перемещения относительно ствола, установленные в обойме равномерно по ее окружности зубчатые шлипсы, размещенный в обойме и фигурном пазе направляющий штифт, кольцо с плашками, установленное в нижней части обоймы с возможностью радиального вращения относительно обоймы, но жестко связанное с ней в осевом направлении сухарями, отличающийся тем, что на наружной поверхности ствола выполнен продольный паз, глухой внизу и открытый в верхней части ствола, в средней части установлены упоры, ограничивающие перемещение конуса вниз в осевом направлении, в верхней части по диаметру выполнены поперечные пазы, в которые входят установочные винты, жестко фиксирующие опору на стволе, опора в верхней части имеет полость, в которую вложена манжета, зажатая резьбовой грундбуксой, открытый вверху ствола продольный паз в зоне муфты перекрыт прокладками с уплотнением. Mechanical packer for ESP, containing a barrel with a curly groove on the outer surface with longitudinal short and long sections, a support rigidly connected to the barrel, sealing elements located under it, a cone and a cage, axially movable relative to the barrel, mounted in the cage uniformly along it circumferential toothed slips, a guide pin placed in the holder and in the groove, a ring with dies mounted in the lower part of the holder with the possibility of radial rotation relative to the holder, but tightly connected with it in the axial direction by breadcrumbs, characterized in that a longitudinal groove is made on the outer surface of the barrel, blind at the bottom and open in the upper part of the barrel, stops are installed in the middle part, restricting the cone's downward movement in the axial direction, diameter made in the upper part transverse grooves, which include set screws that firmly fix the support on the barrel, the support in the upper part has a cavity in which a cuff is inserted, clamped by a threaded packing follower, a longitudinal groove open at the top of the barrel in the Feet overlapped with gaskets with seal.