Результат интеллектуальной деятельности: Уплотнительный узел пакерной установки

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к уплотнительным узлам, используемым в пакерных установках для герметичного разобщения интервалов обсадной колонны скважины.

Известен уплотнительный узел пакерной установки (патент РФ №2473780, МПК Е21В 33/12, опубл. 27.01.2013), состоящий из упругой среды со спиралевидной пружиной, размещенной вдоль торцевой поверхности внутри уплотнительного элемента, и вулканизированной к резиновому массиву по всей поверхности проволоки пружины в месте перехода цилиндрической части в коническую со стороны приложения нагрузки.

Также известена пакерная установка (патент РФ №2144129, Е21В 33/12, опубл. 10.01.2000), в которой уплотнительный узел выполнен из резины и имеет форму полого цилиндра. Недостатками известных уплотнительных узлов является малый срок службы. Для герметизация требуемого интервала скважины с пакерную установку на торцы уплотнительного узла передается усилие до 120-160 кН. В результате периодического использования и восприятия значительных усилий, резина уплотнительного узла в месте контакта с раздвижными опорами пакерной установки выкрашивается, из-за чего уплотнительный узел выходит из строя.

Задачей изобретения является повышение срока службы уплотнительного узла. Поставленная задача решается тем, что в уплотнительном узле пакерной установки, выполненном из резины, и имеющем форму полого цилиндра, новым является то, что внутри полого цилиндра имеется соосно расположенная цилиндрическая выборка, разделенная выпуклой торообразной стенкой на две одинаковые половинки, причем в полость торообразной стенки установлена выпуклая часть торообразной оболочки, каждая кольцевая стенка которой соединена с наружной боковой стенкой отдельного пластинчатого кольца, причем внутренней диаметр каждого пластинчатого кольца выбран равным первоначальному внутреннему диаметру полого цилиндра, причем в каждую половинку цилиндрической выборки установлена втулка, выполненная с наружным диаметром, равным наружному диаметру этой выборки, и внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру пластинчатого кольца, причем выпуклая часть торообразной оболочки с пластинчатыми кольцами и обе втулки изготовлены из материала, не вступающего в реакцию с пластовой жидкостью, причем твердость этого материала больше твердости резины, а коэффициент трения по стали меньше, чем у резины.

На фигуре 1 изображен уплотнительный узел пакерной установки в продольном разрезе; на фиг. 2 изображена часть уплотнительного узла в разрезе, поясняющая принцип работы устройства. Уплотнительный узел пакерной установки выполнен из резины и имеет форму полого цилиндра 1, внутри которого имеется соосно расположенная цилиндрическая выборка 2. Она разделена выпуклой торообразной стенкой 3 на две одинаковые половинки 4. В полость 5 торообразной стенки установлена выпуклая часть торообразной оболочки 6. Каждая кольцевая стенка выпуклой части торообразной оболочки 6 соединена с наружной боковой стенкой отдельного пластинчатого кольца 7. Внутренней диаметр каждого пластинчатого кольца 7 выбран равным первоначальному внутреннему диаметру d полого цилиндра 1. В каждую половинку 4 цилиндрической выборки 6 установлена втулка 8, выполненная с наружным диаметром, равным наружному диаметру этой выборки, и внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру пластинчатого кольца 7. Выпуклая часть торообразной оболочки 6 с пластинчатыми кольцами 7 и обе втулки 8 изготовлены из материала, не вступающего в реакцию с пластовой жидкостью. Твердость этого материала больше твердости резины, а коэффициент 'фения по стали меньше, чем у резины. В качестве такого материала может быть использован, например фторопласт.

Уплотнительный узел пакерной установки работает следующим образом. Его устанавливают на штоке пакерной установки и, приложив осевую нагрузку на пакерную установку, сжимают торцы 9 уплотнительного узла 1 друг к другу. При этом материал уплотнительного узла - резина увеличивается в диаметре и разобщает интервал обсадной колонны скважины.

Вместе с торцами 9 перемещаются друг к другу: втулки 8 и пластинчатые кольца 7 выпуклой части торообразной оболочки 6. При сближении друг к другу пластинчатых колец 7, они изгибают внутрь боковые стенки выпуклой части торообразной оболочки 6 (как изображено на фиг. 2). Для приведении уплотнительного узла в исходное (транспортное) положение снимают осевую нагрузку с его торцов 9 и за счет упруго-деформационных свойств резины эластичный элемент уменьшается в диаметре.

В предлагаемом уплотнительном узле, в отличие от прототипа, при увеличении диаметра, по штоку пакерной установки перемещаются пластинчатые кольца и втулки, выполненные из материала с малым коэффициентом трения по стали. Поэтому осевое усилие от пакерной установки на преодоление сопротивления от трения этих деталей о шток практически отсутствует, а в прототипе это усилие значительное, так как там резина трется о шток пакера. Поэтому предложенное устройство плотно прижимается к стенке трубы обсадной колонны при меньшем осевом усилии, чем прототип. При восприятии малого осевого усилия предложенный уплотнительный узел работает дольше прототипа, сохраняя свои упруго-деформационные свойства. Этим повышается срок службы предложенного устройства.