RU191414U1

RU191414U1 - Swellable packer

Info

Publication number: RU191414U1
Application number: RU2019106431U
Authority: RU
Inventors: Ленар Гамбарович Рахмаев
Original assignee: Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-08-05

Abstract

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к средствам для перекрытия внутренней полости обсадной колонны нефтяных и газовых скважин.Пакер набухающий, включающий сердечник с упорами, между которыми помещены уплотнительные элементы, набухающие при контакте с агентом набухания, непроницаемые для агента набухания рубашки, перекрывающие и удерживающие снаружи уплотнительные элементы с участками для пропускания агента набухания. Каждая рубашка изготовлена жесткой и снабжена сверху кольцевой эластичной манжетой, выполненной с возможностью пропуска внутрь между соответствующими упорами агента набухания и выпуска наружу набухающей части соответствующего уплотнительного элемента. Уплотнительный элемент выполнен в виде сыпучего материала для увеличения площади контакта с агентом набухания. Сердечник снизу снабжен центратором, выполненным в виде цилиндра с фасками на верхнем и нижнем концах.Предлагаемый пакер набухающий прост и надежен за счет получения лабиринтного уплотнения, позволяющего дублировать изоляцию на всем протяжении интервала установки пакера, а также позволяет увеличить скорость установки за счет большой площади контакта с агентом набухания. 1 ил.The utility model relates to the oil and gas industry, namely, means for blocking the internal cavity of the casing string of oil and gas wells. A swellable packer, including a core with stops, between which are placed sealing elements that swell when in contact with the swelling agent, impervious to the swelling agent of the shirt, overlapping and external retaining sealing elements with portions for passing the swelling agent. Each shirt is made rigid and provided with an annular elastic cuff on top made with the possibility of passing inward between the respective stops of the swelling agent and letting out the swelling part of the corresponding sealing element. The sealing element is made in the form of bulk material to increase the area of contact with the swelling agent. The bottom core is equipped with a centralizer made in the form of a cylinder with chamfers at the upper and lower ends. The proposed packer swell is simple and reliable due to the labyrinth seal, which allows duplication of insulation over the entire installation interval of the packer, and also allows to increase the installation speed due to the large contact area with a swelling agent. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к средствам для перекрытия внутренней полости обсадной колонны нефтяных и газовых скважин.The utility model relates to the oil and gas industry, and in particular to means for blocking the internal cavity of the casing string of oil and gas wells.

Известен пакер (патент RU №2362006, МПК Е21В 33/12, опубл. 20.07.2009 в Бюл. №20), содержащий ствол пакера, уплотнительный элемент, установленный поверх ствола пакера с образованием с ним кольцевого промежутка, набухающий материал, размещенный в кольцевом промежутке с возможностью захвата, по меньшей мере, части среды, подаваемой между набухающим материалом и уплотнительным элементом в кольцевой промежуток.Known packer (patent RU No. 2362006, IPC ЕВВ 33/12, published on July 20, 2009 in Bull. No. 20) containing a packer barrel, a sealing element mounted on top of the packer barrel with the formation of an annular gap with it, swellable material placed in the annular the gap with the ability to capture at least part of the medium supplied between the swelling material and the sealing element in the annular gap.

Недостатками данного пакера являются небольшая площадь контакта набухающего материала со скважинной средой, что приводит к большому времени набухания, а это непроизводственные затраты времени на установку, перекрытие интервала изоляции пакером монолитным уплотнительным элементом без дублирования, что значительно снижает надежность изоляции, и использование отверждающихся набухающих материалов при снижении эластичности уплотнительного элемента с большой вероятностью приводит к утрате герметичности пакера.The disadvantages of this packer are the small area of contact of the swellable material with the wellbore environment, which leads to a large swelling time, and this is the non-production time of installation, closing the insulation interval with a packer monolithic sealing element without duplication, which significantly reduces the reliability of insulation, and the use of curable swellable materials a decrease in the elasticity of the sealing element with a high probability leads to a loss of tightness of the packer.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является набухающий пакер с контролируемой скоростью набухания (патент RU №2623411, МПК Е21В 33/12, опубл. 26.06.2017 в Бюл. №18), содержащий сердечник, уплотнительный элемент, расположенный вокруг, по меньшей мере, части сердечника и содержащий материал, поддающийся набуханию при контакте с агентом набухания, рубашку, наложенную на наружную поверхность уплотнительного элемента с обеспечением участков наружной поверхности уплотнительного элемента, покрытых рубашкой, и участков наружной поверхности уплотнительного элемента, не покрытых рубашкой, причем указанная рубашка выполнена по существу непроницаемой для агента набухания и удерживающий покрывающий слой, нанесенный на рубашку и на указанные непокрытые участки наружной поверхности уплотнительного элемента, причем этот удерживающий покрывающий слой позволяет агенту набухания притекать через непокрытые участки наружной поверхности уплотнительного элемента и вступать в контакт с указанным поддающимся набуханию материалом, при этом он дополнительно снабжен одним или более концевых упоров, расположенных вокруг сердечника смежно с уплотнительным элементом, причем эти один или более концевых упоров выполнены с возможностью удержания уплотнительного элемента вокруг части сердечника.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a swellable packer with a controlled swelling rate (patent RU No. 2623411, IPC ЕВВ 33/12, published on June 26, 2017 in Bull. No. 18), containing a core, a sealing element located around at least part of the core and containing material that is swellable upon contact with the swelling agent, a jacket superimposed on the outer surface of the sealing member to provide portions of the outer surface of the sealing member coated with the jacket, and drains of the outer surface of the sealing member not covered by the jacket, said shirt being substantially impervious to the swelling agent and a retaining coating layer applied to the jacket and to said uncovered portions of the outer surface of the sealing member, this retaining covering layer allowing the swelling agent to flow through the uncovered portions the outer surface of the sealing element and come into contact with the specified swellable material, while it is additional but equipped with one or more end stops located around the core adjacent to the sealing element, and these one or more end stops made with the possibility of holding the sealing element around part of the core.

Недостатками данного пакера являются сложность изготовления и подбора материала рубашки, позволяющего избирательно пропускать агент набухания, и перекрытие интервала изоляции пакером целиком без дублирования, что значительно снижает надежность изоляции, при этом скорость установки низкая из-за небольшой площади контакта с агентом набухания.The disadvantages of this packer are the difficulty in manufacturing and selecting the material of the shirt, allowing selectively to pass the swelling agent, and the overlap of the isolation interval by the packer as a whole without duplication, which significantly reduces the insulation reliability, while the installation speed is low due to the small area of contact with the swelling agent.

Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание простой и надежной конструкции пакера набухающего за счет получения лабиринтного уплотнения, позволяющего дублировать изоляцию на всем протяжении интервала установки пакера, а также обеспечить увеличение скорость установки за счет большой площади контакта с агентом набухания.The technical task of the proposed utility model is to create a simple and reliable design of a swellable packer due to the production of a labyrinth seal, which allows duplication of insulation over the entire installation interval of the packer, as well as to increase the installation speed due to the large area of contact with the swelling agent.

Техническая задача решается пакером набухающим, включающим сердечник с упорами, между которыми помещены уплотнительные элементы, набухающие при контакте с агентом набухания, непроницаемые для агента набухания рубашки, перекрывающие и удерживающие снаружи уплотнительные элементы, с участками для пропускания агента набухания.The technical problem is solved by a swellable packer, including a core with stops, between which are placed sealing elements that swell when in contact with the swelling agent, impervious to the swelling agent of the shirt, overlapping and holding the outside of the sealing elements, with sections for passing the swelling agent.

Новым является то, что каждая рубашка изготовлена жесткой и снабжена сверху кольцевой эластичной манжетой, выполненной с возможностью пропуска внутрь между соответствующими упорами агента набухания и выпуска наружу набухающей части соответствующего уплотнительного элемента, выполненного в виде сыпучего материала для увеличения площади контакта с агентом набухания, при этом сердечник снизу снабжен центратором, выполненным в виде цилиндра с фасками на верхнем и нижнем концах.New is that each shirt is made rigid and provided with an annular elastic cuff on top made with the possibility of passing inward between the respective stops of the swelling agent and letting out the swelling part of the corresponding sealing element made in the form of granular material to increase the area of contact with the swelling agent, the bottom core is equipped with a centralizer made in the form of a cylinder with chamfers at the upper and lower ends.

На чертеже схематически изображена конструкция пакера набухающего в продольном разрезе.The drawing schematically shows the design of the packer swell in longitudinal section.

Пакер набухающий включает сердечник 1 с упорами 2, между которыми помещены уплотнительные элементы 3, набухающие при контакте с агентом набухания (не показан), непроницаемые для агента набухания рубашки 4, перекрывающие и удерживающие снаружи уплотнительные элементы 3, с участками 5 для пропускания агента набухания. Каждая рубашка 4 изготовлена жесткой и снабжена сверху кольцевой эластичной манжетой 6, выполненной с возможностью пропуска внутрь между соответствующими упорами агента набухания и выпуска наружу набухающей части (не показана) соответствующего уплотнительного элемента 3. Уплотнительный элемент 3 выполнен в виде сыпучего материала для увеличения площади контакта с агентом набухания. Сердечник 1 снизу снабжен центратором 7, выполненным в виде цилиндра с фасками 8 на верхнем и нижнем концах. В качестве агента для набухания может быть использована вода или нефть. В качестве уплотнительных элементов 3 может быть использовано любое набухающее под действием агента вещество (например, см. аналоги), обеспечивающее изоляцию внутреннего пространства скважины (не показана).The swellable packer includes a core 1 with stops 2, between which are placed sealing elements 3, which swell when in contact with a swelling agent (not shown), impervious to a swelling agent, shirts 4, overlapping and holding the outer sealing elements 3, with sections 5 for passing the swelling agent. Each shirt 4 is made rigid and provided with an annular elastic cuff 6 on top, made with the possibility of passing inward between the respective stops of the swelling agent and letting out the swelling part (not shown) of the corresponding sealing element 3. The sealing element 3 is made in the form of granular material to increase the contact area with swelling agent. The core 1 from the bottom is equipped with a centralizer 7, made in the form of a cylinder with chamfers 8 at the upper and lower ends. As an agent for swelling, water or oil may be used. As the sealing elements 3, any substance swelling under the action of the agent can be used (for example, see analogues), providing isolation of the internal space of the well (not shown).

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность пакера, на чертеже не показаны или показаны условно.Structural elements and technological connections that do not affect the performance of the packer are not shown in the drawing or are conventionally shown.

Пакер работает следующим образом.The packer works as follows.

На сердечник 1 с центратором 7 внизу устанавливают упоры 2 с рубашками 4. Внутрь рубашек 4 через открытые участки 5 засыпают уплотнительные элементы 3 в виде крошек или гранул набухающего вещества. Открытые участки 5 перекрывают эластичными манжетами 6, исключающими высыпание крошек или гранул уплотнительного элемента 3 при транспортировке и спуске в скважину. Сердечник 1 при помощи резьбы, муфтового соединения или т.п.(не показаны) соединяется с колонных труб (не показана), на которой спускается в скважину в интервал установки. Перед спуском скважинную жидкость замещают на жидкость (например, нефть), не реагирующую с уплотнительными элементами 3, для исключения несанкционированного набухания. При спуске фаски 8 центратора 7 позволяют свободно перемещаться пакеру в скважине посередине вверх и вниз без нарушения целостности рубашек 4. После установки пакера в интервале установки жидкость замещают агентом набухания (например, водой), или жидкость замещается естественным путем (например, скважинной жидкостью с агентом набухания: водой или нефтью). В результате агент набухания попадает внутрь рубашек 4, так как рубашки 4 и манжеты 6 не герметичны, и начинает реагировать с уплотнительными элементами 3, которые расширяются и, отгибая соответствующие эластичные манжеты 6, через открытые участки 5 слипаются и выдавливаются наружу, герметизируя при этом внутрискважинное пространство по периметру пакера. Так как открытые участки 5 расположены на расстоянии друг от друга по высоте сердечника 1, то образуются соответствующими уплотнительными элементами 3 несколько герметичных кольцевых зон напротив этих участков 5, то есть - лабиринтное уплотнение. Лабиринтное уплотнение обеспечивает гораздо лучшую изоляцию внутрискважинного пространства, чем сплошной пакер, особенно при высоких перепадах давлений. В случаях прорыва через наружные уплотнительные элементы 3 жидкости с агентом набухания, то за счет реакции агента набухания с внутренними уплотнительными элементами 3 обеспечивается дополнительная изоляция.On the core 1 with a centralizer 7, at the bottom, stops 2 with shirts 4 are installed. Inside the shirts 4, through the open sections 5, the sealing elements 3 are filled in the form of crumbs or granules of a swelling substance. Open sections 5 are covered with elastic cuffs 6, which exclude the precipitation of crumbs or granules of the sealing element 3 during transportation and lowering into the well. The core 1 by means of a thread, a sleeve connection or the like (not shown) is connected to column pipes (not shown), on which it is lowered into the well in the installation interval. Before the descent, the borehole fluid is replaced with a fluid (for example, oil) that does not react with the sealing elements 3, to prevent unauthorized swelling. When the chamfer 8 is lowered, the centralizer 7 allows the packer to move freely up and down in the borehole without breaking the integrity of the shirts 4. After installing the packer in the installation interval, the fluid is replaced with a swelling agent (for example, water), or the fluid is replaced naturally (for example, with a well fluid with an agent swelling: water or oil). As a result, the swelling agent gets inside the shirts 4, since the shirts 4 and cuffs 6 are not tight, and begins to react with sealing elements 3, which expand and, bending the corresponding elastic cuffs 6, stick together and squeeze out through the open sections 5, thus sealing the downhole space around the perimeter of the packer. Since the open sections 5 are located at a distance from each other along the height of the core 1, several sealed annular zones opposite these sections 5 are formed by the corresponding sealing elements 3, that is, a labyrinth seal. The labyrinth seal provides much better isolation of the downhole space than the continuous packer, especially at high pressure drops. In cases of a breakthrough through the outer sealing elements 3 of the liquid with the swelling agent, additional insulation is provided due to the reaction of the swelling agent with the inner sealing elements 3.

Как показала практика, уплотнительные элементы 3 из сыпучих веществ набухают примерно в 3 раза быстрее цельных за счет большей площади контакта с агентом набухания.As practice has shown, sealing elements 3 of bulk solids swell about 3 times faster than solid ones due to the larger area of contact with the swelling agent.

Предлагаемый пакер набухающий прост и надежен за счет получения лабиринтного уплотнения, позволяющего дублировать изоляцию на всем протяжении интервала установки пакера, а также позволяет увеличить скорость установки за счет большой площади контакта с агентом набухания.The proposed swellable packer is simple and reliable due to the production of a labyrinth seal, which allows duplication of insulation throughout the installation interval of the packer, and also allows to increase the installation speed due to the large area of contact with the swelling agent.

Claims

A swellable packer comprising a core with stops between which sealing elements are placed, which swell when in contact with the swelling agent, impervious to the swelling agent of the shirt, overlapping and holding the outside of the sealing elements with sections for passing the swelling agent, characterized in that each shirt is made rigid and provided on top of an annular elastic cuff made with the possibility of passing inward between the respective stops of the swelling agent and releasing the swelling part outward, respectively a sealing element made in the form of granular material to increase the area of contact with the swelling agent, while the core is provided with a centralizer from the bottom, made in the form of a cylinder with chamfers at the upper and lower ends.