МАНЖЕТА ПАКЕРА

Полезная модель относится к средствам изоляции буровых скважин.
Известна манжета пакера, выполненная в виде цилиндрической втулки из эластичного материала, симметричной формы относительно ее продольной оси /патент SU 1819984 А107.06.1993/.
Недостатком такого уплотнительного элемента является то, что разница в физико-механических характеристиках материалов жесткого и мягкого слоев не может быть существенной, причем жесткий слой, так же, как и мягкий, должен значительно деформироваться в радиальном направлении при приложении осевой нагрузки для полного перекрытия кольцевого зазора между пакером и стенкой скважины, следовательно, общая нагрузка на уплотнительный элемент не может быть намного больше допустимой нагрузки на мягкий слой элемента. При значительном увеличении жесткости жесткого слоя, мягкий слой может выдавливаться в зазор между стенкой скважины и жестким слоем уплотнительного элемента. Сравнение физико-механических характеристик жесткого и мягкого слоев показывает, что по условной прочности они отличаются в 1,4 раза, по условному напряжению при 100%-ном удлинении - в 2,5 раза, а по относительному удлинению при разрыве - в 1,3 раза.
Полезная модель направлена на решение задачи увеличения надежности уплотнения пакера посредством обеспечения повышения допустимых нагрузок на манжету.
Поставленная задача достигается тем, что линия сопряжения средней части манжеты с крайними частями выполнена не по прямой линии, а по кривой, образуя при этом губки в крайних частях манжеты. Такая форма дает возможность значительного увеличения диаметра крайних частей манжеты при создании осевого усилия на манжету, при незначительных деформациях самого материала крайней части, что позволяет применить для крайней части материал с жесткостью, на порядок выше, чем материал средней части, увеличивая тем самым допустимые нагрузки на манжету в целом, и повышая ее надежность.
Для решения задачи предложена манжета пакера, выполненная в виде симметричной формы относительно продольной оси цилиндрической втулки, которая имеет среднюю часть, одну или две крайние части с губками, охватывающими среднюю часть, при этом отношение высоты каждой крайней части к высоте средней части вдоль упомянутой оси составляет 0,1-0,35, каждая крайняя часть выполнена из материала с меньшей эластичностью и большей прочностью на растяжение, чем материал средней части.
Линия сопряжения профиля средней части и профиля каждой крайней части может иметь имеет вид дуги, концы которой образуют губки крайней части.
Линия сопряжения профиля средней части и профиля каждой крайней части может иметь вид линии, включающей два прямолинейных участка, концы которых образуют губки крайней части.
Линия сопряжения профиля средней части и профиля каждой крайней части может иметь промежуточный участок, образующий с каждым прямолинейным участком точку излома.
Прочность на растяжение для материала средней части составляет 10-50МПа, а для материала крайней части в 2-20 раз выше, а относительное удлинение при разрыве для материала средней части составляет 100-750%, для крайней части составляет 10-200%.
Средняя часть манжеты может быть выполнена из резины, крайние части выполнены из прорезиненной ткани, а минимум два слоя упомянутой ткани расположены по эквидистанте к линии сопряжения средней и крайней части.
Полезная модель поясняется чертежами примеров реализации манжеты пакера с различной формой линии сопряжения сечений средней части с поверхностью крайней части.
Фиг.1. Манжета пакера. Пример 1.
Фиг.2. Манжета пакера. Пример 2.
Фиг.3. Манжета пакера. Пример 3.
Фиг.4. Манжета пакера. Пример 4.
Манжета пакера в соответствии с каждым примером реализации выполнена (Фиг.1-4) в виде симметричной формы относительно продольной оси 1 цилиндрической втулки 2, которая имеет среднюю часть 3, одну крайнюю часть 4 с губками 5 и другую крайнюю часть 6 с губками 7, охватывающими среднюю часть 3. Прочность на растяжение для материала средней части 3 составляет 10-50МПа, а для материала крайней части 4,6 в 3-20 раз выше, а относительное удлинение при разрыве для материала средней части 3 составляет 100-750%, для крайней части 4, 6 составляет 10-200%.
Отношение высоты каждой крайней части 4,6 к высоте средней части 3 вдоль оси 1 составляет 0,1-0,35. Каждая крайняя часть 4, 6 выполнена из материала с меньшей эластичностью и большей прочностью на растяжение, чем материал средней части 3.
Манжета пакера в соответствии с примером 1 реализации выполнена (Фиг.1) так, что линия сопряжения профиля средней части 3 и профиля каждой крайней части 4, 6 имеет вид дуги 8, концы которой образуют губки 7.
Манжета пакера в соответствии с примером 2 реализации выполнена (Фиг.2) так, что линия сопряжения профиля средней части 3 и профиля каждой крайней части 4, 6 имеет вид линии, включающей два пересекающихся прямолинейных участка 9, концы которых образуют губки 7. При этом линия сопряжения имеет V-образную форму.
Манжета пакера в соответствии с примером 3 реализации выполнена (Фиг.3) так, что линия сопряжения профиля средней части 3 и профиля каждой крайней части 4, 6 имеет два пересекающихся при продолжении прямолинейных участка 10 и промежуточный участок 11, образующий с каждым прямолинейным участком 11 точку излома. При этом концы прямолинейных участков 10 образуют губки 7.
Манжета пакера в соответствии с примером 4 реализации выполнена (Фиг.4) так, что каждая крайняя часть 4, 6 выполнена из прорезиненной ткани. Поверхность как минимум двух слоев 12, 13 ткани каждой крайней части 4, 6 расположены по эквидистанте к прилегающей поверхности средней части 3.
Работа манжеты пакера в составе оборудования буровых скважин заключается в следующем.
M
T
Пакер опускают в скважину на необходимую глубину. Наружный диаметр манжеты пакера и габаритный диаметр пакера D меньше внутреннего диаметра трубы D для обеспечения транспортировки пакера в трубе. (Фиг.5).
При пакеровке (Фиг.6.) к опорным шайбам пакера прикладывают осевое усилие N, в результате действия которого эластичный слой увеличивается в диаметре, герметизируя два соседних участка скважины. При этом эластичный слой отгибает губки крайних частей манжеты, прижимая их к внутреннему диаметру трубы и ликвидирует зазоры между опорными шайбами манжеты и внутренним диаметром трубы. Эластичный слой оказывается в замкнутом пространстве, и способен при этом выдержать значительно более высокие нагрузки без повреждений и вытекания. Губки крайних частей также создают дополнительную герметизацию. После снятия осевой нагрузки N манжета под действием сил упругости возвращается в исходное состояние.