Уплотнительный элемент пакера

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения ствола скважины. Обеспечивает повышение надежности пакерующего элемента путем защиты его от повреждения при спуске в скважину. Сущность изобретения: уплотнительный элемент пакера включает одно или несколько тороидальных колец, установленных на корпусе пакера с возможностью осевого перемещения. Перегородки между кольцами установлены с возможностью осевого перемещения. Имеется неподвижная и подвижная опоры. Каждое из тороидальных колец заключено в разрезную по периметру, замкнутую с наружной и с зазором с внутренней стороны металлическую оболочку. Кольцевые перегородки выполнены фигурными и с радиальными каналами. Замкнутое пространство между перегородками и металлической оболочкой заполнено герметизирующим составом и сообщено через радиальные каналы перегородки с внешней средой. Подвижная опора имеет фиксатор осевого перемещения. 2 ил.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к уплотнительным элементам устройств для разобщения ствола скважины.

Известны пакерующие устройства, в которых используется уплотнительный элемент, включающий эластичную манжету и металлический предохранительный кожух от затекания концов манжеты в кольцевой зазор между стенкой скважины и корпусом пакера, прикрепленный одним концом к концевой арматуре, а другим - к манжете (а.с. N 751961, E 21 B 33/12, 1980 г.).

Однако такой уплотнительный элемент не обеспечивает надежной работы пакера при установке его в уширении ствола или в зоне небольшой каверны. Кроме того, при спуске пакера в скважину не исключается возможность повреждения эластичной манжеты.

Известен также пакер, в котором уплотнительный элемент включает эластичную манжету, заключенную в замкнутый объем и ограниченную с внешней стороны концентрично размещенными относительно нее разрезными кольцами (а.с. N 570696, E 21 B 33/12, 1977 г.).

Конструкция такого уплотнительного элемента сложна в изготовлении потому, что требует точной подгонки соприкасающихся поверхностей разрезных колец.

Известен также уплотнительный элемент пакера, включающий одно или несколько тороидальных колец, установленных на корпусе пакера с возможностью осевого перемещения, перегородки между тороидальными кольцами, установленные с возможностью осевого перемещения, неподвижную и подвижную опоры (патент РФ N 2105130, кл. E 21 B 33/12, 20.02.98 г.) - прототип.

Недостатком этого элемента является то, что не исключается возможность повреждения тороидальных колец при спуске пакера в скважину.

В предлагаемой конструкции уплотнительного элемента этот недостаток устраняется.

Достигается это тем, что каждое из тороидальных колец заключено в разрезную по периметру, замкнутую с наружной стороны и с зазором с внутренней стороны, металлическую оболочку, а кольцевые перегородки выполнены фигурными и с радиальными каналами, при этом замкнутое пространство между перегородками и металлической оболочкой заполнено герметизирующим составом и сообщено через радиальные каналы перегородки с внешней средой для выдавливания герметизирующего состава в пространство между деформированными тороидальными кольцами при работе пакера, а подвижная опора имеет фиксатор осевого перемещения.

На фиг. 1 и 2 изображен уплотнительный элемент пакера соответственно в транспортном и в рабочем положении.

Уплотнительный элемент пакера содержит верхнюю подвижную опору 1 с фиксатором осевого перемещения 2, нижнюю неподвижную опору 3, совмещенную с корпусом пакера, тороидальное кольцо из эластичного материала 4, металлическую оболочку 5, разрезную по периметру с внешней стороны и имеющую зазор 6 с внутренней стороны, фигурные перегородки 7 с радиальными каналами 8 и герметизирующий состав 9.

Уплотнительный элемент пакера работает следующим образом. В обсаженный ствол скважины спускают пакер с уплотнительным элементом до заданного места его установки. При этом эластичный материал тороидального кольца во время скольжения пакера по внутренней поверхности обсадной трубы защищен от повреждения металлической оболочкой 5. Затем на подвижную опору 1 создают усилие, превышающее предел текучести материала оболочки 5, которое передается на все детали уплотнительного элемента в равной мере, т.к. и тороидальное кольцо и перегородки установлены на корпусе пакера с возможностью осевого перемещения. Таким образом, на металлическую оболочку 5 каждого тороидального кольца оказывает действие созданное осевое усилие и равная ему реакция неподвижной опоры 3. В результате этого металлическая оболочка 5 деформируется, передавая усилие на кольцо 4. Так как это кольцо состоит из эластичного материала, то созданное усилие равномерно распределяется на всю внутреннюю поверхность металлической оболочки 5, в результате чего она, деформируясь, принимает форму перегородок, которая обусловливает затекание металлической оболочки в кольцевой зазор между обсадной трубой и пакером. Если это пространство превышает геометрические размеры деформированной металлической оболочки, то она раскрывается по линии разреза, а эластичный материал тороидального кольца заполняет возникшее свободное пространство, как показано на фиг. 2. В результате такого распределения осевого усилия металлическая оболочка 5 плотно прижимается к внутренней поверхности обсадной трубы, повторяя ее геометрическую форму, а герметизирующий состав 9, например битум, выдавливается через радиальные каналы 8 в промежуточное пространство между деформированными кольцами. Таким образом создается надежная непроницаемая зона между корпусом пакера и обсадной трубой.

Тороидальное кольцо и металлическая оболочка не требуют точной подгонки и просты в изготовлении. При этом во время спуска пакера в скважину защищается от повреждения эластичный материал тороидального кольца и обеспечивается надежное перекрытие кольцевого зазора между обсадной трубой и пакером в зоне небольших каверн и неровностей обсадной трубы за счет плотного прилегания металлической оболочки к ее стенке независимо от геометрической формы последней.

Формула изобретения

Уплотнительный элемент пакера, включающий одно или несколько тороидальных колец, установленных на корпусе пакера с возможностью осевого перемещения, перегородки между тороидальными кольцами, установленные с возможностью осевого перемещения, неподвижную и подвижную опоры, отличающийся тем, что каждое из тороидальных колец заключено в разрезную по периметру, замкнутую с наружной стороны и с зазором с внутренней стороны, металлическую оболочку, а кольцевые перегородки выполнены фигурными и с радиальными каналами, при этом замкнутое пространство между перегородками и металлической оболочкой заполнено герметизирующим составом и сообщено через радиальные каналы перегородки с внешней средой для выдавливания герметизирующего состава в пространство между деформированными тороидальными кольцами при работе пакера, а подвижная опора имеет фиксатор осевого перемещения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2