уплотнительный элемент пакера

Формула изобретения

1. Уплотнительный элемент пакера, состоящий из упругой среды, внутри которой размещен пружинящий элемент, отличающийся тем, что вдоль торцевой поверхности внутри уплотнительного элемента размещена спиралевидная пружина, которая привулканизована к резиновому массиву по всей поверхности проволоки пружины в месте перехода цилиндрической части в коническую со стороны приложения нагрузки.

2. Уплотнительный элемент по п.1, отличающийся тем, что пружина выполнена закаленной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к уплотнительным элементам, используемым в устройствах для герметичного разобщения интервалов обсадной колонны скважины (пакерах).

Большинство уплотнительных элементов серийных пакеров представляют собой резиновую втулку относительно короткой длины, толщина стенки которой ограничена с одной стороны наружным размером пакера, а с другой - диаметром штока пакера. Для каждого типоразмера обсадной колонны (следовательно, и пакера) требуется свой уплотнительный элемент, чаще всего комплект, состоящий из нескольких уплотнительных элементов, обеспечивающих перекрытие требуемого интервала скважины при повышенном давлении рабочей среды (газ, газовый конденсат, вода, нефть, в том числе особовязкая, с содержанием сероводорода, механических примесей и т.п.). Для приведения в действие уплотнительных элементов (от одного до четырех в составе одного пакера) необходимо их «раздавить», придав элементам бочкообразность, после чего происходит герметизация требуемого интервала скважины. Для выполнения этой операции требуется приложить усилие - до 120-160 кН со стороны бурильной или насосно-компрессорной колонны, чтобы преодолеть упруго-деформационные свойства резины. При этом резиновая масса уплотнительного элемента может затекать в кольцевой зазор между корпусом пакера и стенками скважины. Для предотвращения этого явления были изобретены раздвижные опоры пакера (патенты № 2144129, опубл. 10.01.2000 и № 2105864, опубл. 27.02.1998, МПК E21B 33/12, патентообладатель: Нагуманов М.М.). В данных пакерах, изготовляемых ООО НПФ «Пакер» серийно, применяются уплотнительные элементы производства различных заводов-изготовителей, например, ФГУП «Чебоксарское Производственное Объединение им. В.И.Чапаева», ООО «Интов-Эласт» и др. Недостатком всех известных уплотнительных элементов является то, что после использования пакера в скважине при распакеровке уплотнительные элементы в месте контакта с раздвижными опорами выкрашиваются, что приводит к дальнейшему разрушению уплотнительных элементов (опоры при возврате их в транспортное положение иногда вырывают кусочки резинового материала с торцевой поверхности уплотнительного элемента).

Известен уплотнительный элемент пакера, состоящий из упругой среды, внутри которой по высоте уплотнительного элемента размещены пружинящие элементы, выполненные в виде спиральной пружины, закрепленной на опорах уплотнительного элемента (патент США № 3252707, кл.277-181, опубл. 24.05.1966).

Также известен уплотнительный элемент пакера, состоящий из упругой среды, внутри которой по всей высоте уплотнительного элемента размещены пружинящие элементы (ав. св-во СССР № 905431, E21B 33/12, опубл. 15.02.82, Бюллетень № 6). В известном уплотнительном элементе с целью уменьшения величины затекания его в кольцевое пространство скважины, пружинящие элементы выполнены из стержней, имеющих в средней части сферические участки, а по краям цилиндрические, соединенные между собой эластичными кольцами.

Недостатками вышеперечисленный известных уплотнительных элементов является невозможность их применения в серийно изготовляемых ООО Научно-производственной фирмой «Пакер» изделиях типа ПРО-ЯМО, ПРО-ЯДЖ-О, ПРО-ЯМОГ, ПРО-ЯВЖ, ПРО-ЯТ-О и др. (каталог продукции http://www.npf-paker.ru/produce/).

Задачей изобретения является изменение конструкции применяемых в серийных изделиях уплотнительных элементов, результатом которого является предотвращение затекания резины в уплотняемый зазор и отсутствие разрушения резины по торцевой поверхности при распакеровке уникальных запатентованных изделий - пакеров с раздвижными опорами производства ООО НПФ «Пакер».

Поставленная задача решается тем, что уплотнительный элемент пакера содержит спиралевидную пружину, размещенную вдоль торцевой поверхности внутри уплотнительного элемента. Пружина соединена в кольцо и привулканизована к резиновому массиву по всей поверхности проволоки пружины.

На фиг.1 изображен заявляемый уплотнительный элемент пакера, вид спереди с совмещенным разрезом; на фиг.2 - продольный разрез уплотнительного элемента пакера в месте установки пружины; на фиг.3 - изображение заявляемого уплотнительного элемента в изометрии с разрезом; на фиг.4 - спиралевидная пружина, соединенная в кольцо.

Уплотнительный элемент пакера 1 содержит пружинящий элемент 2, представляющий собой стандартную спиралевидную пружину, которая помещена в упругую среду из резинотехнической смеси и вулканизирована в упругий элемент в месте перехода цилиндрической части в коническую со стороны приложения нагрузки.

Уплотнительный элемент пакера работает следующим образом. Уплотнительный элемент 1 устанавливают на штоке пакера (в составе с комплектом из двух-четырех элементов) таким образом, чтобы торцевая поверхность с привулканизированной внутри упругой среды пружиной была со стороны приложения нагрузки. Для приведения в действие уплотнительных элементов необходимо их «раздавить», приложив осевую нагрузку на пакер со стороны колонны труб в скважине. При осевом сжатии уплотнительного элемента, установленного в пакере с раздвижными опорами, в условиях высоких температур и за счет высокой эластичности резина стремится заполнить собой оставшееся неперекрытым раздвижными опорами пространство. Этот процесс в большей степени затрагивает резину, находящуюся в пространстве между раздвижными опорами (в зазоре). Спиралевидная закаленная пружина в торцевой части элемента перекрывает пространство между опорами и препятствует затеканию резины в вышеупомянутый зазор. При распакеровке и приведении раздвижных опор в транспортное положение закаленная пружина выполняет функцию защиты от «закусывания» торца уплотнительного элемента смыкающимися раздвижными опорами, также пружина способствует возврату формы уплотнительного элемента в исходное (транспортное) положение.

Таким образом, предлагаемый уплотнительный элемент обеспечивает повышение герметизирующих свойств пакеров, надежность и долговечность работы пакеров за счет исключения разрушения уплотнительного элемента в процессе перевода раздвижных опор в транспортное положение.