RU2686212C1 - Packer mechanical thrust - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.SUBSTANCE: packer mechanical thrust comprises outer and inner barrels inserted one into the other and forming a longitudinal channel between each other, a cable sealer, sealing elements installed on the outer barrel, a body, a cylinder, shear elements. Outer and inner shafts are connected in upper part by means of coupling having longitudinal hole interconnected with longitudinal channel. In upper part of longitudinal hole there is thread for screwing of cable seal installed above coupling. Cutoff elements are installed in through holes of housing and annular groove of nut, screwed on external barrel thread. Nut is locked by threaded on external barrel with lock nut. Rotation of external shaft relative to housing is limited by retainers installed in holes of sleeve, connected to housing, and longitudinal grooves made on outer shaft. Body is put on the cylinder. On outer surface of cylinder there is cable slot combined with side opening made in housing to withdraw cable from lengthwise channel. In the lower part of the housing there are slots interacting with mating projections made on the external surface of the cylinder. Coupling nut is screwed on the body, which rests against the cylinder ledges by the inner collar.EFFECT: higher reliability.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для нефтегазовой промышленности, в частности для разобщения межтрубного пространства в скважинах пакерами с радиальным расширением под действием осевой нагрузки при эксплуатации скважин с применением различных кабельных линий.The invention relates to equipment for the oil and gas industry, in particular for the separation of the annular space in wells packers with radial expansion under the action of axial load during the operation of wells using different cable lines.

Известен пакер с кабельным вводом, включающий вал, переводники, соединенные с валом, механический якорь с подпружиненными сухарями и управляющими пальцами, размещенными в фигурных пазах, упоры и уплотнительный элемент, установленный между упорами. Пакер содержит два кронштейна, размещенных на концах вала, сопряженных с переводниками и имеющих продольные отверстия и боковые отверстия с уплотнителями, трубу, закрепленную в кронштейнах и установленную эксцентрично относительно вала, расположенного внутри последней, на которой размещен механический якорь, упоры, уплотнительный элемент и выполнены фигурные пазы для управляющих пальцев, и кабельный канал, размещенный между валом и трубой, кабельные вводы которого расположены в продольных отверстиях кронштейнов, снабженных боковыми отверстиями с уплотнителями, при этом эксцентричность вала и трубы определяет поперечное сечение кабельного канала (патент РФ №77634, МПК Е21В 33/12, опубликован 27.10.2008 г.). Known packer with cable entry, including the shaft, subs, connected to the shaft, mechanical anchor with spring-loaded breadcrumbs and control fingers, placed in the shaped grooves, stops and sealing element installed between the stops. The packer contains two brackets placed at the ends of the shaft, coupled with the subs and having longitudinal holes and side holes with seals, a pipe fixed in the brackets and installed eccentrically relative to the shaft located inside the latter, on which the mechanical anchor is placed, stops, sealing element and made figured grooves for control fingers, and a cable channel placed between the shaft and the tube, the cable glands of which are located in the longitudinal holes of the brackets provided with side tverstiyami with seals, wherein the eccentricity of the shaft and the tube defines a cross-section of the cable channel (RF Patent №77634 IPC E 21 B 33/12, published 27.10.2008).

Недостатком известного пакера является сложная двойная система уплотнения кабельных вводов, которая предусматривает разрыв кабельной линии при монтаже пакера. Герметизация кабеля осуществляется внутри пакера, что уменьшает проходной канал вала пакера.The disadvantage of the known packer is a complex double sealing system of cable glands, which provides for breaking the cable line when installing the packer. The cable is sealed inside the packer, which reduces the flow channel of the packer shaft.

Известен пакер опорно-механический с кабельным вводом, содержащий ствол, телескопически соединенный с присоединительной муфтой и опорным ниппелем с помощью манжет и стопорных пальцев, взаимодействующих с продольными пазами, выполненными в стволе, с возможностью осевого перемещения их между собой. Пакер оснащен кольцевым уплотнением, вводом силового кабеля через продольный глухой паз на стволе с герметикой под кольцевым уплотнением. С обеих сторон кольцевого уплотнения в зеркальном отображении установлены идентичные втулки, выполненные с соответствующими верхним и нижним тарельчатыми упорами для сжатия кольцевого уплотнения, соединенные с муфтой и ниппелем и зафиксированные стопорными винтами. На внутренних поверхностях втулок выполнены продольные пазы, а в стенках муфты и ниппеля выполнены сквозные пазы для свободного перемещения и выхода силового кабеля при сжатии кольцевого уплотнения. На обоих концах ствола в кольцевых пазах установлены ограничители хода муфты и ниппеля, выполненные в виде пар полукольцевых сухарей, охватывающие торцами силовой кабель и блокированные снаружи ступенями внутренних поверхностей муфты и ниппеля, выполненными с длиной, по меньшей мере, равной величине смещения каждого из упоров при сжатии кольцевого уплотнения с радиальным расширением до герметичного разобщения полости скважины. Во втулках установлены срезные штифты, взаимодействующие с кольцевыми канавками на стволе, обеспечивая свободное размещение кольцевого уплотнения между тарельчатыми упорами при спуске пакера в скважину до упора в нижеустановленное устройство (патент РФ №2536533, МПК Е21В 33/12, опубликован 27.12.2014 г.).Known mechanical-type packer with cable gland, containing a barrel, telescopically connected to the coupling and the supporting nipple using cuffs and locking fingers, interacting with longitudinal grooves made in the trunk, with the possibility of axial movement between them. The packer is equipped with an o-ring seal, the input of the power cable through a longitudinal blind groove on the barrel with a sealant under the o-ring seal. On both sides of the o-ring seal, identical bushings are installed in the mirror image, made with the corresponding upper and lower disc plates for compressing the o-ring, connected to the coupling and the nipple and fixed with stop screws. Longitudinal grooves are made on the inner surfaces of the sleeves, and through grooves are made in the walls of the coupling and nipple for free movement and exit of the power cable during compression of the ring seal. At both ends of the barrel, in the grooves of the annular grooves, coupling and nipple stroke limiters are installed, made in the form of pairs of half-ring crackers, covering the ends of the power cable and blocked outside by the steps of the inner surfaces of the coupling and nipple, made with a length of at least equal to the displacement of each of the stops at compression of the ring seal with radial expansion to tight disconnection of the cavity of the well. The shells are fitted with shear pins that interact with the annular grooves on the barrel, ensuring free placement of the annular seal between the disk stops when the packer is lowered into the well to the stop in the downstream device (RF patent №2536533, IPC Е21В 33/12, published 12.27.2014) .

Недостатком известного пакера является сложность конструкции и в связи с этим низкая надежность эксплуатации. Выполнение на стволе паза под кабель значительно уменьшает внутренний канал пакера, служащий для подъема на поверхность и закачки жидкости в скважину. Также кабель находится под кольцевым уплотнением, что может привести к пережатию и повреждению кабеля при установке пакера в скважине.A disadvantage of the known packer is the complexity of the design and therefore low reliability of operation. The implementation of the cable slot on the barrel significantly reduces the internal channel of the packer, which is used to rise to the surface and inject fluid into the well. Also, the cable is under the ring seal, which can lead to clamping and damage to the cable when installing the packer in the well.

Известен механический двухствольный пакер с кабельным вводом, содержащий пакерный и внутренний стволы, вставленные один в другой и крепящиеся между собой с ориентированием по кабельному вводу, пакерный узел, механический привод, герметизатор кабельного ввода с линиями отвода газа или для закачки химреагентов. Привод пакера является механическим нажимного действия, внутренний ствол пакера выполнен составным из верхней, средней и нижней частей, нижний конец средней части внутреннего ствола пакера имеет выступ для взаимодействия с цилиндром привода. В сквозных отверстиях нижнего конца средней части и верхнего конца нижней части внутреннего ствола пакера установлены срезные элементы (патент РФ №2468185, МПК Е21В 33/128, опубликован 27.11.2012 г., патентообладателем является заявитель настоящего изобретения).A mechanical double-barrel packer with cable entry is known, containing a packer and an inner barrel inserted one into the other and fastened to each other with cable entry, a packer assembly, a mechanical drive, a cable entry sealer with gas exhaust lines or for chemical injection. The packer drive is a mechanical push action, the packer inner barrel is made up of upper, middle and lower parts, the lower end of the middle part of the packer inner barrel has a protrusion for interacting with the drive cylinder. Shear elements are installed in the through holes of the lower end of the middle part and the upper end of the lower part of the inner barrel of the packer (RF patent №2468185, IPC Е21В 33/128, published on 27.11.2012, the patent owner is the applicant of the present invention).

Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения.This technical solution was adopted as the closest analogue of the present invention.

Недостатком известного пакера является сложность конструкции, а также сложная система герметизации кабеля внутри пакера. A disadvantage of the known packer is the complexity of the design, as well as the complex cable sealing system inside the packer.

Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности пакера механического упорного за счет упрощения конструкции, предотвращения скручивания кабеля, упрощение установки кабельного герметизатора за счет выделения его в отдельный узел и размещения не внутри пакера, а снаружи, увеличение проходного канала пакера и снижение себестоимости его изготовления.The technical result is to increase the operational reliability of a mechanical thrust packer by simplifying the design, preventing cable twisting, simplifying the installation of the cable sealer by separating it into a separate unit and placing it not inside the packer, but outside, increasing the flow path of the packer and reducing the cost of its manufacture.

Технический результат достигается тем, что в пакере механическом упорном, содержащем внешний и внутренний стволы, вставленные один в другой и образующие между собой продольный канал, кабельный герметизатор, уплотнительные элементы, установленные на внешнем стволе, корпус, цилиндр, срезные элементы, согласно изобретению, внешний и внутренний стволы соединены в верхней части при помощи муфты, имеющей продольное отверстие, сообщающееся с продольным каналом, причем в верхней части продольного отверстия выполнена резьба для вкручивания кабельного герметизатора, установленного над муфтой, срезные элементы установлены в сквозных отверстиях корпуса и кольцевой проточке гайки, навернутой на резьбу внешнего ствола, гайка застопорена навернутой на резьбу внешнего ствола контргайкой, вращение внешнего ствола относительно корпуса ограничено фиксаторами, установленными в отверстиях втулки, связанной с корпусом, и продольных пазах, выполненных на внешнем стволе, корпус надет на цилиндр, причем на наружной поверхности цилиндра выполнен паз для кабеля, совмещенный с боковым окном, выполненным в корпусе для вывода кабеля из продольного канала, в нижней части корпуса имеются пазы, взаимодействующие с ответными выступами, выполненными на наружной поверхности цилиндра, а на корпус навинчена накидная гайка, упирающаяся внутренним буртиком в выступы цилиндра. The technical result is achieved by the fact that in a mechanical packer stop, containing external and internal trunks, inserted one into the other and forming between themselves a longitudinal channel, cable sealer, sealing elements installed on the external trunk, housing, cylinder, shear elements, according to the invention, external and the inner trunks are connected in the upper part by means of a coupling having a longitudinal hole communicating with the longitudinal channel, and in the upper part of the longitudinal hole there is a thread for screwing the cable A cutter mounted above the coupling, shear elements are installed in the through holes of the housing and the annular groove of the nut screwed on the thread of the outer barrel; the nut is locked by a lock nut screwed on the thread of the outer barrel; , and longitudinal grooves, made on the outer barrel, the body is mounted on the cylinder, and on the outer surface of the cylinder there is a slot for the cable, combined with the side window , made in the housing for removing the cable from the longitudinal channel, in the lower part of the housing there are grooves interacting with counter-tabs made on the outer surface of the cylinder, and a union nut is screwed on the body, resting against the internal shoulder of the cylinder.

Соединение внешнего и внутреннего стволов в верхней части при помощи муфты, имеющей продольное отверстие, сообщающееся с продольным каналом, а также выполнение в верхней части продольного отверстия резьбы, обеспечивают возможность ввода кабеля через продольное отверстие муфты в продольный канал, образованный между стволами, и герметичного вкручивания кабельного герметизатора в муфту пакера, при этом герметизатор устанавливается не внутри пакера, а снаружи над муфтой, что упрощает установку кабельного герметизатора, увеличивает проходной канал пакера, упрощает конструкцию пакера и повышает надежность. The connection of the outer and inner shafts in the upper part with a coupling having a longitudinal hole communicating with the longitudinal channel, as well as the execution of a longitudinal hole in the upper part of the thread, allow cable entry through the longitudinal hole of the coupling into the longitudinal channel formed between the shafts and hermetic screwing cable sealer in the packer clutch, while the sealer is not installed inside the packer, but outside the clutch, which simplifies the installation of the cable sealer, increases the passage packer channel, simplifies packer design and improves reliability.

Установка срезных элементов в сквозных отверстиях корпуса и кольцевой проточке гайки, навернутой на резьбу внешнего ствола, позволяет увеличить проходной канал пакера и упростить конструкцию. Для повышения надежности, гайка застопорена навернутой на резьбу внешнего ствола контргайкой. The installation of the shear elements in the through holes of the housing and the annular groove of the nut screwed on the thread of the outer barrel allows increasing the flow channel of the packer and simplifying the design. To increase reliability, the nut is locked with a lock nut screwed on the external trunk thread.

Ограничение вращения внешнего ствола относительно корпуса фиксаторами, установленными в отверстиях втулки, связанной с корпусом, и продольных пазах, выполненных на внешнем стволе, обеспечивает повышение эксплуатационной надежности пакера за счет предотвращения скручивания кабеля, а также обеспечивает возможность передачи крутящего момента ниже установленному оборудованию.Limiting the rotation of the outer barrel relative to the housing with retainers installed in the bore holes associated with the housing and longitudinal grooves made on the outer trunk increases the operational reliability of the packer by preventing cable from twisting, and also provides the ability to transmit torque below the installed equipment.

Выполнение в нижней части корпуса пазов, взаимодействующих с ответными выступами, выполненными на наружной поверхности цилиндра, обеспечивает фиксацию корпуса от проворота относительно цилиндра, что предотвращает скручивание кабеля и повышает эксплуатационную надежность пакера, а также обеспечивает возможность передачи крутящего момента ниже установленному оборудованию. Для фиксации цилиндра в корпусе, на корпус навинчена накидная гайка, упирающаяся внутренним буртиком в выступы цилиндра. Execution in the lower part of the body of the grooves interacting with counter-lugs made on the outer surface of the cylinder ensures the housing is fixed against rotation relative to the cylinder, which prevents cable from twisting and increases the operational reliability of the packer, and also provides the ability to transfer torque to the installed equipment. For fixing the cylinder in the housing, a cap nut is screwed onto the housing, which rests against the flange of the cylinder with an internal shoulder.

На фиг. 1 приведена схема пакера механического упорного, на фиг. 2 показан разрез А-А. FIG. 1 is a diagram of a mechanical thrust packer; FIG. 2 shows section A-A.

Пакер состоит из внешнего 1 и внутреннего 2 стволов, вставленных один в другой и образующих между собой продольный канал, размещенных на внешнем стволе 1 уплотнительных элементов 3, корпуса 4, цилиндра 5. Внешний 1 и внутренний 2 стволы соединены в верхней части при помощи муфты 6, имеющей продольное отверстие 7, сообщающееся с продольным каналом, образованным между стволами 1 и 2. В верхней части продольного отверстия 7 выполнена резьба 8 для вкручивания кабельного герметизатора 9. В сквозных отверстиях корпуса 4 и кольцевой проточке гайки 10, навернутой на резьбу внешнего ствола 1, установлены срезные элементы 11. Снизу гайка 10 застопорена навернутой на резьбу внешнего ствола 1 контргайкой 12. Вращение внешнего ствола 1 относительно корпуса 4 ограничено фиксаторами 13 (фиг. 2), установленными в отверстиях втулки 14, связанной с корпусом 4, и продольных пазах 15, выполненных на внешнем стволе 1. Корпус 4 надет на цилиндр 5, причем на наружной поверхности цилиндра 5 выполнен паз 16 для кабеля 17, совмещенный с боковым окном 18, выполненным в корпусе 4 для вывода из продольного канала кабеля 17. В нижней части корпуса 4 имеются пазы (на фиг. не показаны), взаимодействующие с ответными выступами 19, выполненными на наружной поверхности цилиндра 5. Цилиндр 5 зафиксирован в корпусе 4 при помощи навинченной на корпус 4 накидной гайки 20, упирающейся внутренним буртиком в выступы 19 цилиндра 5. Для защиты кабельного герметизатора 9 от механических повреждений в верхней части пакера установлен патрубок 21, ввинченный в муфту 6.The packer consists of an outer 1 and an inner 2 barrel, inserted one into the other and forming a longitudinal channel between them, placed on the outer barrel 1 of the sealing elements 3, body 4, cylinder 5. The outer 1 and inner 2 barrels are connected in the upper part with a coupling 6 having a longitudinal hole 7, communicating with a longitudinal channel formed between the trunks 1 and 2. In the upper part of the longitudinal hole 7 there is a thread 8 for screwing the cable sealer 9. In the through holes of the housing 4 and the ring groove of the nut 10, chamfered external thread 1, shear elements 11 are installed. From below, nut 10 is locked by lock nut 12 screwed on external thread 1 by shaft 12. Rotation of external trunk 1 relative to body 4 is limited by retainers 13 (FIG. 2) installed in holes of sleeve 14 associated with the body 4, and longitudinal grooves 15, made on the outer barrel 1. Case 4 is mounted on the cylinder 5, and on the outer surface of the cylinder 5 is made a groove 16 for the cable 17, combined with a side window 18, made in the case 4 for output from the longitudinal channel of the cable 17 . In the bottom Asti body 4 there are grooves (Fig. not shown), interacting with counter-lugs 19, made on the outer surface of the cylinder 5. The cylinder 5 is fixed in the housing 4 by means of a captive nut 20 screwed onto the housing 4, which rests against the internal flange 19 of the cylinder-5 lips 19 to protect the cable sealer 9 from mechanical damage A nozzle 21 screwed into the sleeve 6 is installed in the upper part of the packer.

Пакер механический упорный работает следующим образом.Mechanical thrust packer works as follows.

Пакер при помощи верхней муфты 22 соединяют с колонной насосно-компрессорных труб и спускают в скважину вместе с опорным пакером, установкой электроцентробежного насоса и другим необходимым оборудованием (на фиг. не показаны) на заданную глубину. Далее приводят в действие нижний (опорный) пакер известным способом. Цилиндр 4 с корпусом 5 заявляемого пакера не имеют осевого перемещения относительно нижнего опорного пакера. После пакеровки нижнего пакера разгрузкой веса колонны насосно-компрессорных труб создают осевое усилие, при котором срезаются элементы 11, в результате чего происходит перемещение внутреннего ствола 2 и соединенного с ним при помощи муфты 6 внешнего ствола 1 с гайкой 10 и контргайкой 12 относительно корпуса 4 с цилиндром 5. При этом фиксаторы 13 перемещаются концами в продольных пазах 15, выполненных на внешнем стволе 1. В результате перемещения происходит сжатие уплотнительных элементов 3 и пакеровка скважины. Благодаря фиксаторам 13 исключается проворот внешнего ствола 1 относительно корпуса 4. Соединение корпуса 4 с цилиндром 5 выше описанным образом исключает проворот корпуса 4 относительно цилиндра 5. Таким образом, предотвращается скручивание кабеля 17, а также обеспечивается возможность передачи крутящего момента ниже установленному оборудованию.The packer is connected with the tubing string using the upper coupling 22 and lowered into the well together with the supporting packer, the installation of an electric centrifugal pump and other necessary equipment (not shown in the figures) to a predetermined depth. Next, drive the lower (supporting) packer in a known manner. The cylinder 4 with the housing 5 of the proposed packer does not have axial movement relative to the lower support packer. After the lower packer is packaged by unloading the weight of the tubing string, an axial force is created at which elements 11 are cut, causing the inner barrel 2 to move and the outer barrel 1 connected to it by means of the coupling 6 with the nut 10 and lock nut 12 relative to the body 4 s cylinder 5. In this case, the latches 13 are moved by the ends in the longitudinal grooves 15, made on the outer barrel 1. As a result of the displacement, the sealing elements 3 are compressed and the well is packaged. Due to the clips 13, the outer barrel 1 is prevented from rotating relative to the housing 4. Connecting the housing 4 to the cylinder 5 in the manner described above prevents rotation of the housing 4 relative to the cylinder 5. Thus, cable 17 is prevented from twisting, and it is also possible to transmit torque below the installed equipment.

В муфте 6 могут быть выполнены дополнительные продольные отверстия (на фиг. не показаны) с резьбой в верхней части для установки газоотводной трубки или трубки для закачки химреагентов.In the clutch 6 can be made additional longitudinal holes (not shown in Fig.) Threaded in the upper part for the installation of the vapor tube or tube for chemical injection.

Предлагаемый пакер механический упорный является простым по конструкции, простым и надежным в эксплуатации, что снижает стоимость его изготовления. Заявляемое изобретение упрощает установку кабельного герметизатора за счет выделения его в отдельный узел и размещения не внутри пакера, а снаружи, а также обеспечивает увеличение проходного канала пакера и предотвращение скручивания кабеля.The mechanical packer offered is simple in design, simple and reliable in operation, which reduces the cost of its manufacture. The claimed invention simplifies the installation of cable sealer by separating it into a separate unit and placing it not inside the packer, but outside, and also provides an increase in the flow path of the packer and prevent cable from twisting.

Claims (1)

Пакер механический упорный, содержащий внешний и внутренний стволы, вставленные один в другой и образующие между собой продольный канал, кабельный герметизатор, уплотнительные элементы, установленные на внешнем стволе, корпус, цилиндр, срезные элементы, отличающийся тем, что внешний и внутренний стволы соединены в верхней части при помощи муфты, имеющей продольное отверстие, сообщающееся с продольным каналом, причем в верхней части продольного отверстия выполнена резьба для вкручивания кабельного герметизатора, установленного над муфтой, срезные элементы установлены в сквозных отверстиях корпуса и кольцевой проточке гайки, навернутой на резьбу внешнего ствола, гайка застопорена навернутой на резьбу внешнего ствола контргайкой, вращение внешнего ствола относительно корпуса ограничено фиксаторами, установленными в отверстиях втулки, связанной с корпусом, и продольных пазах, выполненных на внешнем стволе, корпус надет на цилиндр, причем на наружной поверхности цилиндра выполнен паз для кабеля, совмещенный с боковым окном, выполненным в корпусе для вывода кабеля из продольного канала, в нижней части корпуса имеются пазы, взаимодействующие с ответными выступами, выполненными на наружной поверхности цилиндра, а на корпус навинчена накидная гайка, упирающаяся внутренним буртиком в выступы цилиндра. Mechanical thrust packer containing external and internal trunks inserted one into the other and forming a longitudinal channel between them, cable sealer, sealing elements mounted on the external trunk, housing, cylinder, shear elements, characterized in that the external and internal trunks are connected at the top parts with a coupling having a longitudinal hole communicating with the longitudinal channel, with a thread made in the upper part of the longitudinal hole for screwing the cable sealer installed above the sleeve oh, the shear elements are installed in the through holes of the housing and the annular groove of the nut screwed on the thread of the external barrel; the nut is locked by a lock nut screwed on the thread of the external barrel; made on the outer barrel, the body is worn on the cylinder, and on the outer surface of the cylinder there is a slot for the cable, combined with a side window, made in the body for taking the cable out longitudinal channel in the lower housing part there are grooves interacting with mating projections formed on the outer surface of the cylinder and the housing is screwed union nut abutting against an internal shoulder in the projections of the cylinder.

Images