ПАКЕРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СКВАЖИНЫ МЕТОДОМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗАБОЙНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности.

Известно пакерующее устройство, содержащее ствол, верхний и нижний упоры, к которым вулканизирован уплотнительный элемент [1]
Известное пакерующее устройство нельзя использовать при исследовании добывающих скважин, снабженных подземным оборудованием из-за трудности манипуляции, поскольку оно приводится в транспортное положение только путем создания нагрузки сверху.

Известно также пакерующее устройство для исследования добывающих скважин методом восстановления забойного давления, содержащее отвод с установленным на нем уплотнительным элементом, имеющим верхний и нижний армирующие кольца, верхний из которых выполнен с хвостовиком [2]
Это пакерующее устройство наиболее близко к предлагаемому по технической сущности и может быть принято в качестве наиболее близкого аналога.

Однако его изготовление является трудоемким, требует отработки технологии, поскольку имеется опасность попадания резины при заливке в зазоры между нитками пружины, а также в зазор между пружиной и стволом. А растяжение уплотнительного элемента вызывает необходимость использования мощной пружины, которую трудно сжимать вплотную на время заливки уплотнительного элемента с помощью поджимной гайки.

Техническим результатом изобретения является устранение вышеприведенных недостатков.

Необходимый технический результат достигается тем, что в предлагаемом пакерующем устройстве, включающем ствол с установленным на нем уплотнительным элементом, имеющем верхний и нижний армирующие кольца, верхний из которых выполнен с хвостовиком, и средство для растяжения уплотнительного элемента, хвостовик верхнего армирующего кольца выполнен с присоединительной резьбой, нижнее армирующее кольцо также выполнено с хвостовиком верхним и нижним, верхний из которых при работе взаимодействует с верхним армирующим кольцом, а нижний жестко соединен со стволом, при этом средство для растяжения уплотнительного элемента выполнено в виде трубчатого груза.

Отмеченные отличительные признаки предлагаемого устройства соответствуют критерию "существенные отличия" изобретения, поскольку из патентной и научно-технической литературы не известны устройства того же назначения с такими же отличительными признаками, создающими новый положительный эффект, несвойственный известным устройствам.

Выполнение армирующих колец уплотнительного элемента с хвостовиком, а верхнего со ступенчатым хвостовиком, а также жесткое соединение хвостовика нижнего армирующего кольца со стволом существенно приводит к упрощению конструкции устройства, при котором отпадает необходимость в верхнем и нижнем упоре, растягивающем элементе пружине, нажимной гайке для пружины. При этом снижается трудоемкость и упрощается технология изготовления, сборки и разборки при необходимости. Поскольку большинство насосов спускают в скважину с забойным дозировочным устройством с емкостью для химреагентов, средство для приведения пакерующего устройства в нерабочее положение может использоваться в качестве емкости для химреагента, следовательно расширяются функциональные возможности в целом пакерующего устройства.

На фиг. 1 изображен общий вид пакерующего устройства, частичный продольный разрез; на фиг. 2 то же, в компоновке со штанговым насосом, процесс спуска пакерующего устройства в скважину, частичный продольный разрез; на фиг. 3 то же, пакерующее устройство в работе, после спуска исследовательского прибора ниже пакерующего устройства, частичный разрез.

Пакерующее устройство содержит ствол 1 (фиг. 1) с размещенным на нем уплотнительным элементом 2 с верхним и нижним армирующими кольцами 3 и 4, соответственно. Хвостовик 5 армирующего кольца 3 выполнен ступенчато, на его большой ступени 6 выполнена присоединительная резьбовая нарезка 7. Нижнее армирующее кольцо 4 также выполнено с хвостовиками 8 и 9 верхним и нижним, соответственно, верхний из которых при работе взаимодействует с верхним армирующим кольцом 3, а нижний из них с помощью пальцев 10 жестко соединен со стволом 1. На концевых участках последнего выполнены присоединительные резьбовые нарезки 11 и 12. К нижней части ствола 1 с помощью муфты 13 присоединен трубчатый груз 14 для растяжения уплотнительного элемента при спуске пакерующего устройства в скважину, заглушенный снизу направляющим башмаком 15. Его вес подбирают несколько большим, чем необходимо, с учетом выталкивающей силы скважиной жидкости. Диаметр уплотнительного элемента в сжатом состоянии немного превышает диаметр скважины.

Пакерующее устройство работает следующим образом.

Его спускают в скважину в компоновке со штанговым насосом 16 (фиг.2), предварительно присоединив ствол 1 с помощью резьбового соединения с подвижным седлом 17 всасывающего клапана 18, а большую ступень 6 хвостовика 5 верхнего армирующего кольца 3 присоединяют с перфорированным патрубком 19 корпуса 20 насоса 16. Затем присоединяют трубчатый груз 14 к нижнему концу ствола 1. В случае его использования одновременно и в качестве емкости дозатора, его заполняют химреагентом.

Уплотнительный элемент 2 под действием груза 14 растягивается до тех пор, пока подвижное седло 17 не сядет на посадочное место муфты 21 (фиг. 2). При этом продукция скважины при включении в работу насоса через окна 22 перфорированного патрубка 19 и окна 23 ствола 1 и далее через всасывающий 18 и нагнетательный 24 клапаны по насосно-компрессорным трубам (НКТ) 25 поднимается на поверхность.

При необходимости проведения исследования в подпакерной зоне с применением метода восстановления забойного давления поступают следующим образом.

После спуска глубинного прибора 26 на скребковой проволоке 27 по затрубному пространству между обсадной колонной 28 и НКТ 25 в зону исследований под пакером (фиг.3) с помощью последнего производят разобщение этой зоны от остальной части ствола скважины. Для этого натяжением колонны штанг 29 с помощью подъемного крана (подъемный кран не показан), предварительно производят захват (поворотом колонны штанг по часовой стрелке) ловителем 30 плунжера 31 наконечника 32, с которым связан ствол 1 пакерующего устройства через подвижное седло 17 клапана 18. При этом уплотнительный элемент 2 под действием собственной упругой силы сокращается, увеличивает свой диаметр и прижимается к стенкам скважины, надежно разобщая тем самым подпакерную зону от остальной части скважины.

Надежность разобщения объясняется эффектом самоуплотнения уплотнительного элемента под действием забойного давления. Величину повышения контактного давления между уплотнительным элементом и стенкой скважины можно рассчитать по формуле

где P_k избыточнее давление запираемой среды;
P_c диаметр скважины;
R радиус уплотнительного элемента в свободном состоянии;
h высота уплотнительного элемента;
Z расстояние от торца уплотнительного элемента со стороны запираемой среды до рассматриваемого участка контакта со стенкой скважины.

Оптимальное значение высоты уплотнительного элемента при этом определяют по формулам

где h высота уплотнительного элемента в скважине;
h₀ высота уплотнительного элемента в свободном состоянии;
r внутренний диаметр элемента, равный диаметру штока;
f коэффициент трения уплотнительного элемента о стенку скважины
(см. Беленьков А. Ф. "Предварительно деформируемые уплотнительные элементы и возможности их использования в конструкциях пакеров", РНТС, сер. "Нефтепромысловое дело", вып. 8, ВНИИОЭНГ. М. 1973, с. 27).

Подъемным краном штанги 29 натягивают до отказа, пока верхний хвостовик 8 нижнего армирующего кольца 4 не упрется о нижний торец верхнего армирующего кольца 3. После окончания процесса исследований уплотнительный элемент 2 пакера приводят в исходное положение (в нерабочее положение). Для этого колонну штанг 29 освобождают от подвески и подают вниз до посадки подвижного седла 17 всасывающего клапана 18 на свое место. Для этого поворотом штанг 29 против часовой стрелки отцепляют ловитель 30 от наконечника 32 всасывающего клапана 18 и далее штанги поднимают и присоединяют к балансиру станка-качалки. После извлечения прибора 26 на поверхность насос снова запускают в работу.

Пакер остается в скважине вместе с насосом и при необходимости повторного исследования операции до его установке повторяют.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.

Благодаря такому конструктивному исполнению упрощается технология изготовления и сборки пакера по сравнению с прототипом примерно в 2-3 раза, поскольку отпадает необходимость в изготовлении растягивающей уплотнительный элемент пружины, упрощается изготовление уплотнительного элемента, повышается качество изготовления, отпадает необходимость операции ввинчивания и отвинчивания поджимного винта, а при спуске пакера в скважину снова не требуется приведение его в растянутое состояние отвинчиванием упомянутого поджимного вита, отпадает необходимость в упорах.

Использование предлагаемого пакера при исследовательских работах, например методом восстановления забойного давления, позволит ускорить процесс восстановления забойного давления примерно в 3 7 раз по сравнению с условиями, когда скважина закрывается на устье. А это соответственно ведет к значительному сокращению времени на проведение исследований. Так, средняя продолжительность времени на исследование с закрытием скважины на устье составляет около 3 сут. С применением предлагаемого пакера это время сокращается в среднем в 5 раз, что в свою очередь позволит сократить неоправданный простой скважины, увеличить добычу нефти.

Такая конструкция пакера не требует дополнительных спуско-подъемных операций, поскольку он опускается в скважину в компоновке с насосом и устанавливается стационарно, как это изображено на фиг. 2, а трубчатый груз для растягивания уплотнительного элемента может послужить как емкость для химреагента дозировочного устройства, что расширяет его функциональные возможности.

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности. Обеспечивает снижение трудоемкости в изготовлении устройства и повышение надежности его работы. Сущность изобретения: устройство содержит ствол, на котором установлен уплотнительный элемент, имеющий верхний и нижний армирующие кольца. Верхнее из них выполнено с хвостовиком, который выполнен ступенчатым. Большая ступень хвостовика выполнена с присоединительной резьбой. Нижнее армирующее кольцо тоже выполнено с хвостовиками - верхним и нижним. Верхний хвостовик при работе взаимодействует с верхним армирующим кольцом. Нижний хвостовик жестко соединен со стволом. Устройство имеет также средство для растяжения уплотнительного элемента, выполненное в виде трубчатого груза, который установлен на нижнем конце ствола. 3 ил.

Пакерующее устройство для исследования эксплуатационной скважины методом восстановления забойного давления, содержащее ствол с установленным на нем уплотнительным элементом, имеющим верхний и нижний армирующие кольца, верхнее из которых выполнено с хвостовиком, и средство для растяжения уплотнительного элемента, отличающееся тем, что хвостовик верхнего армирующего кольца выполнен ступенчатым, большая ступень которого выполнена с присоединительной резьбой, нижнее армирующее кольцо также выполнено с хвостовиками верхним и нижним, верхний из которых при работе взаимодействует с верхним армирующим кольцом, а нижний жестко соединен со стволом, при этом средство для растяжения уплотнительного элемента выполнено в виде трубчатого груза, установленного на нижнем конце ствола.