МАНЖЕТА ПАКЕРА

Полезная модель относится к устройствам, применяемым в нефтяной промышленности в качестве уплотнительных элементов, а именно к пакерам, предназначенным для гидравлического разрыва пласта, тампонажных работ, кислотной обработки, испытания пласта, обнаружения не герметичности обсадной колонны. Манжета заявляемой конструкции может быть использована как составная часть пакера для обеспечения герметичности разобщения обсадной колонны.
В качестве манжеты пакера известен пакерный уплотнительный элемент, выполненный из эластичного материала в виде кольца трапецеидального сечения и установленный на стволе пакера. Угол наклона боковых сторон уплотнительного элемента не равен углу наклона сопрягаемых поверхностей упоров пакера в транспортном положении, а сам уплотнительный элемент армирован распорным упругим элементом в виде пружины и ограничительными элементами, выполненными в виде металлических пластин в форме усеченных секторов. Ограничительные элементы каждой боковой стороны установлены между собой с перекрытием площади поперечного сечения уплотнительного элемента и каждый элемент соединен периферийной частью с срединной частью упругого элемента шарнирными соединениями посредством жестких связей (патент РФ на изобретение №2107151).
Однако данное устройство усложняет конструкцию пакера, предусматривая наличие якорящих узлов, которые позволяют создавать осевое усилие, необходимое для сжатия уплотнительного элемента.
Известен уплотнительный элемент пакера, включающий одно или несколько тороидальных колец, установленных на корпусе пакера с возможностью осевого перемещения, кольцевые перегородки между тороидальными кольцами, установленные с возможностью осевого перемещения, неподвижную и подвижную опоры. 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 (патент РФ на изобретение №2102580).
Однако известный элемент технологически сложен в изготовлении и не обеспечивает достаточной герметизации обсадной колонны в процессе эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является манжета механического пакера, известная в качестве уплотнительного элемента пакера, включающая эластичный элемент с продольными армирующими нитями, узел возврата эластичного элемента в транспортное положение и зажимы, расположенные в его торцевых зонах. Зажимы выполнены в виде двух пар втулок, сопрягаемых между собой конусными поверхностями, между которыми зажаты армирующие нити. По крайней мере, одна из каждой пары втулок выступает из эластичного элемента, образуя бурт (патент РФ на изобретение №2102580).
Однако известная конструкция манжеты не обеспечивает герметичность разобщения обсадной колонны без осевого усилия, приложенного к торцам уплотнения.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение герметичности обсадной колонны при проведении работ, связанных с гидравлическим разрывом пласта.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого технического решения, заключается в обеспечении надежного прижатия уплотнительного элемента пакера к стенкам обсадной колонны при высоком давлении.
Поставленная задача решается тем, что в манжете пакера, содержащая эластичный элемент, армированный металлическими элементами, и втулку, согласно техническому решению, армирующие металлические элементы выполнены в виде двух металлических цанг лепестковой конструкции конической формы, жестко закрепленных на втулке и расположенных коаксиально с перекрытием зазоров между лепестками. При этом лепестки внутренней металлической цанги короче лепестков внешней металлической цанги. Кроме того, эластичный элемент выполнен в виде кольца с трапециедальной формой продольного осевого сечения, при этом наружная поверхность кольца представляет собой два сопряженных участка цилиндрической и усечено-конической формы.
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 представлено продольное сечение манжеты пакера.
На фиг.2 представлено поперечное сечение манжеты пакера.
Позициями на чертеже обозначены:
1 - эластичный элемент в виде кольца;
2 - внутренняя металлическая цанга;
3 - внешняя металлическая цанга;
4 - втулка.
Манжета пакера представляет собой кольцо 1, выполненное из эластичного материала, например, резины. Кольцо имеет форму, в целом, напоминающую усеченный конус, а продольное осевое сечение уплотнительного элемента в виде такого кольца имеет форму трапеции. При этом и внешняя, и внутренняя поверхности уплотнительного элемента имеют технологические неровности, обусловленные функциональным назначением конструкции. Верхняя часть кольца имеет цилиндрическую форму, а нижняя - усечено-коническую. Такая геометрия уплотнительного элемента позволяет обеспечить надежное прижатие манжеты к стенкам обсадной колонны без создания дополнительного осевого усилия. Эластичный материал армирован металлическими цангами 2 и 3 лепестковой конструкции с продольными разрезами. Каждая цанга имеет возможность деформироваться в радиальном направлении на большую величину без ее разрушения, что способствует увеличению срока службы уплотнительного элемента. Цанги расположены коаксиально с перекрытием зазоров между лепестками. Таким образом, лепестки внешней металлической цанги расположены в зазорах, образованных продольными разрезами внутренней цанги, при этом лепестки внутренней цанги короче лепестков внешней цанги, что обусловлено технологическими аспектами литья манжеты. Армирующие элементы в форме металлических цанг жестко закреплены на втулке 4, которая расположена в нижней торцевой части кольца из эластичного материала. Втулка выполняет функцию фиксатора манжеты в пакере.
Устройство работает следующим образом.
Манжета устанавливается втулкой на стволе пакера. При спуске инструмента в скважину манжета деформируется в радиальном направлении и цилиндрической частью наружной поверхности прилегает к стенке обсадной колонны. После подачи давления жидкость воздействует на внутренние конические поверхности манжеты и дополнительно прижимает наружную поверхность к стенке обсадной колонны, обеспечивая герметичность. Необходимую прочность при этом обеспечивает наличие цанги. При выполнении работы не требуется дополнительных манипуляций с колонной насосно-компрессорных труб, необходимых для прижатия манжеты к обсадной трубе и т.п.
Пример конкретного выполнения.
Изготовлена манжета уплотнительная ПГС-М1-5-700.01.00 для пакера (пакер селективный ПГС-М2-5-700), общий вид которой, в целом, напоминает усеченный конус, а продольное осевое сечение представляет собой трапецию. Манжета выполнена из резиновой смеси, марка которой выбирается в зависимости от условий эксплуатации, и имеет габаритные размеры: высота трапеции 131 мм, верхний наружный диаметр 134 мм.
Манжета укреплена на металлической втулке диаметром 81 мм, являющейся фиксатором манжеты на оправке пакера. Уплотнительный элемент в виде манжеты армирован двумя металлическими цангами лепестковой конструкции, приваренными к втулке. Внешняя цанга изготовлена из листовой стали толщиной 1,8 мм и имеет 20 лепестков шириной 15 мм, высотой 81 мм и величиной зазора между лепестками, равной 4 мм. Внутренняя цанга имеет 20 лепестков шириной 15, высота лепестков 69 мм. Цанга изготовлена из листовой стали толщиной 1,8 мм. Лепестки внутренней цанги расположены таким образом, что перекрывают зазоры, образованные разрезами внешней металлической цанги, усиливая прочность и жесткость конструкции.
Манжета заявляемой конструкции позволяет обеспечить герметичное разобщение обсадной колонны без создания осевых усилий при давлениях до 700 атм.