УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ПАКЕРА

Полезная модель относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и, в частности, к пакерующим устройствам для герметизации межтрубного или заколонного пространства скважин.
Известен уплотнительный узел гидромеханического пакера, включающий корпус с установленной на нем эластичной манжетой и клин-толкатель, размещенный на корпусе с возможностью осевого перемещения и деформирования манжеты при создании внутри полости корпуса избыточного давления (RU 2118442, 25.06.1997).
Недостатком данного уплотнительного узла является его ограниченная возможность по перекрытию и герметизации больших зазоров межтрубного пространства обсадной колонны или открытого ствола скважины, что существенно ограничивает область его применения.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является уплотнительный узел пакер-подвески, включающий корпус, установленные на нем верхнюю и нижнюю эластичные манжеты с торцевой защитой, размещенное между манжетами проставочное кольцо с наружными коническими поверхностями на концевых участках и втулку-толкатель, установленную на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с манжетами (RU 2346143, 22.03.2007).
Недостатком конструкции уплотнительного узла пакер-подвески является недостаточная его герметизирующая способность при установке в открытом стволе скважины и обсадных колоннах с изношенной внутренней поверхностью, что существенно ограничивает область его применения.
Техническим результатом полезной модели является повышение герметизирующей способности уплотнительного узла и расширение области его применения.
Необходимый технический результат достигается тем, что уплотнительный узел пакера включает корпус, установленные на нем верхнюю и нижнюю кольцевые эластичные манжеты с торцевой защитой, размещенное между манжетами проставочное кольцо с наружными коническими поверхностями на концевых участках и втулку-толкатель, установленную на корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с манжетами, согласно полезной модели на концевых участках проставочного кольца выполнены внутренние кольцевые расточки, а концевые участки манжет, обращенные к проставочному кольцу, выполнены с кольцевыми продольными выступами, размещенными в кольцевых расточках проставочного кольца, с возможностью петлеобразного деформирования манжет на наружной поверхности проставочного кольца.
Кроме того, уплотнительный узел пакера может быть снабжен, по крайней мере, одним дополнительным проставочным кольцом и одной дополнительной манжетой, оба концевых участка которой выполнены с кольцевыми продольными выступами, размещенными соответственно в кольцевых расточках основного и дополнительного проставочных колец, при этом кольцевой выступ верхней или нижней манжеты размещен в кольцевой расточке дополнительного проставочного кольца. Этот вариант исполнения уплотнительного узла повышает его герметизирующую способность при установке в кавернозных участках открытого ствола скважин.
На фиг.1 изображен уплотнительный узел пакера в исходном положении; на фиг.2 - уплотнительный узел в рабочем положении; на фиг.3 - вариант исполнения уплотнительного узла.
Уплотнительный узел пакера (фиг.1), в частном исполнении, состоит из полого корпуса 1, на котором установлены верхняя 2 и нижняя 3 кольцевые эластичные манжеты, размещенное между ними проставочное кольцо 4 с наружными коническими поверхностями 5 и 6 на концевых участках и втулка-толкатель 7. Манжеты 2 и 3 на концевых участках, обращенных к проставочному кольцу 4, имеют кольцевые продольные выступы соответственно 8 и 9, а в концевых участках проставочного кольца 4 выполнены кольцевые расточки 10 и 11, в которых соответственно размещены кольцевые продольные выступы 8 и 9 манжет. На противоположных от проставочного кольца 4 концевых участках манжет 2 и 3 установлена торцевая защита, выполненная, например, в виде тонкостенных стальных фигурных обечаек соответственно 12 и 13, при этом обечайка 12 закреплена на втулке-толкателе 7, а обечайка 13 - на корпусе 1.
Продольный выступ 8 верхней манжеты 2, контактирующей с втулкой-толкателем 7, может быть выполнен в радиальном направлении большей толщины, нежели продольный выступ 9 нижней манжеты 3, при этом на ее внутренней поверхности может быть выполнена кольцевая канавка 14. Это обеспечивает в данном исполнении последовательное деформирование манжет, начиная с нижней манжеты 3, что способствует улучшению их герметизирующих свойств.
Уплотнительный узел пакера в другом частном исполнении (фиг.3) снабжен, по крайней мере, одним дополнительным проставочным кольцом 15 с кольцевыми расточками 16 и 17 и дополнительной манжетой 18 с кольцевыми продольными выступами 19 и 20, которые размещены соответственно в кольцевой расточке 11 основного кольца 4 и кольцевой расточке 16 дополнительного кольца 15. При этом кольцевой выступ 9 нижней манжеты 3 размещен в кольцевой расточке 17 дополнительного кольца 15.
Проставочные кольца 4 и 15 от преждевременного осевого перемещения могут быть временно закреплены на корпусе 1 срезными элементами, а для обеспечения герметизации по внутренней поверхности внутри их могут быть установлены уплотнительные резиновые кольца (на фигурах не показаны).
Уплотнительный узел пакера работает следующим образом.
Уплотнительный узел (см. фиг.2), в составе гидравлического или механического пакера или иного устройства спускают к месту установки в обсадной колонне или открытом стволе 21 скважины. При создании гидравлическим или механическим способом осевой нагрузки на втулку толкатель 7 последняя перемещается в осевом направлении и деформирует верхнюю и нижнюю эластичные манжеты 2 и 3. Благодаря кольцевым выступам 8 и 9, размещенным в кольцевых расточках 10 и 11 проставочного кольца 4, верхняя и нижняя манжеты 2 и 3 петлеобразно деформируются в кольцевом зазоре между наружной поверхностью проставочного кольца 4 и, например, стенкой открытого ствола 21 скважины. Такое деформирование манжет обеспечивает установку в перекрываемом кольцевом зазоре скважины удвоенной толщины манжет и, как следствие, более высокие начальные контактные давления и коэффициенты пакеровки. Кроме того, размещение кольцевых выступов 8 и 9 манжет в кольцевых расточках 10 и 11 проставочного кольца предотвращает преждевременное деформирование манжет при спуске в скважину. Все это, в конечном итоге, повышает герметизирующую способность и надежность уплотнительного узла пакера и расширяет области его применения.
При установке уплотнительного узла пакера в кавернозные участки ствола скважины или сильно изношенные обсадные колонны в его компоновну (см. рис.3) для обеспечения надежной герметизации могут включаться один или более дополнительных манжет и проставочных колец, при этом верхняя и нижняя краевые манжеты выполняются из более твердого эластомера, обеспечивая торцевую защиту дополнительным манжетам от разрушения при действии перепада давления.