РАЗЪЕДИНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ШАРИФОВА Российский патент 2003 года по МПК E21B23/06 E21B33/12 

Изобретение относится к технике добычи углеводородов (нефть, газ и газоконденсат) и предназначено для отсоединения и последующего соединения колонны труб с пакерной системой в добывающей и нагнетательной скважине с одним или несколькими эксплуатационными объектами (пластами), в частном случае, для компенсации изменения длины (удлинения и укорачивания) колонны труб при термобарических условиях в скважине.

Известно разъединяющее устройство (Инструкция по эксплуатации пакера FHH фирмы "Бейкер" модели "К" уплотнительная муфта для сцепления и расцепления изделия 683-61), содержащее соединенный со штоком пакера ствол, на который установлен корпус, жестко соединенный сверху с переводником, а снизу - цилиндром с внутренними уплотнительными манжетами и цангой, над которой установлен кожух, жестко соединенный с якорем пакера.

Функционирование разъединителя колонны модели "К" происходит гидравлическим воздействием и связано с работой пакера FHH. Его корпус расцепляется от ствола после перемещения якоря с кожухом цанги по штоку пакера при создании расчетного (необходимого) избыточного давления в полости пакера. Поскольку отсоединение разъединителя колонны модели "К" связано с работой пакера FHH, он не может применяться для других типов пакеров, например 2ПД-ЯГ и прочие. Также разъединитель колонны не позволяет выполнить повторно жесткое сцепление его корпуса со стволом. Поэтому для срыва и извлечения пакера из скважины требуется сначала поднять колонну труб с корпусом разъединителя, а затем повторно ее спустить в скважину с приспособлением захвата его ствола над пакером.

Известно разъединяющее устройство типа РК (Каталог. Оборудование для газлифтной эксплуатации нефтяных скважин, ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1991 г.), содержащее корпус с внутренними тремя канавками, жестко соединенный сверху с переходником, а снизу - с упором, который имеет внутреннюю полость под уплотнительные манжеты и радиальные каналы для кулачков, установленную в корпусе с возможностью осевого перемещения в трех положениях гильзу с внутренней расточкой и наружным фиксатором, цангодержатель с окнами под лепестки цанги, наконечник, размещенный в корпусе снизу ствол с внутренними посадочными поверхностями и наружной проточкой под кулачки упора и пазами под лепестки цанги.

Работа разъединяющего устройства РК обеспечивается механическим воздействием с помощью инструмента толкателя. Он при механических ударах может освобождаться от бурта гильзы преждевременно, не перемещая ее до положения фиксации в корпусе, т.е. не обеспечивая отсоединение или соединение корпуса со стволом. Разъединяющее устройство РК не предусматривает возможность отсоединения корпуса от ствола гидравлическим путем, а также их автоматическое сцепление при вводе корпуса на ствол. Кроме того, РК не позволяет корректировать удлинение или укорачивание длины колонны труб при изменении термобарических условий, что предупреждает самопроизвольному освобождению пакера и обрыв колонны труб из-за отсутствия у него телескопического хода.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности применения разъединяющего устройства с пакерной системой в добывающих и нагнетательных скважинах с одним или несколькими эксплуатационными объектами (пластами).

Поставленная цель достигается за счет следующих решений:
- корпус выполнен с двумя внутренними верхней и нижней канавками под наружный фиксатор гильзы, для фиксации ее в корпусе, соответственно, при положении соединения (сцепления) и отсоединения (расцепления) корпуса и ствола;
- гильза выполнена с внутренней посадочной поверхностью для установки в нее опрессовочного клапана при отсоединении разъединяющего устройства гидравлическим воздействием и последующей опрессовке колонны труб в скважине;
- гильза выполнена с радиальными отверстиями и наружными канавками, в которых установлены уплотнительные кольца (элементы) под внутреннюю поверхность корпуса, с целью уменьшения сопротивления жидкости при перемещении гильзы и разобщении полости над и под ней при установке опрессовочного клапана;
- внутри гильзы над стволом с возможностью осевого перемещения размещена втулка, зафиксированная в гильзе срезными винтами и/или фиксатором (например, выполненным в виде пружинного или стопорного кольца, кулачков, ограничителя хода втулки вверх и пр.), для автоматического соединения корпуса со стволом, а также надежности отсоединения разъединяющего устройства;
- расстояние (L) от верхнего торца втулки до упора ее в гильзу равно или больше, чем расстояние (l) между внутренними верхней и нижней канавками корпуса, для отсоединения (механическим или гидравлическим воздействием) и соединения (механическим воздействием) корпуса со стволом;
- при верхнем фиксированном положении гильзы внутренняя ее расточка расположена выше кулачков упора (для сцепления корпуса со стволом), а при нижнем фиксированном положении, наоборот, внутренняя расточка гильзы находится сверху над кулачками (для возможности радиального их перемещения и расцепления корпуса от ствола);
- наконечник выполнен в виде башмака повторного ввода, с целью направления и ввода корпуса на ствол при повторном соединении корпуса со стволом и/или при обеспечении телескопического хода корпуса по стволу в процессе эксплуатации или нагнетания жидкости в пласт скважины.

Эти решения обеспечивают отсоединение корпуса от ствола разъединяющего устройства, как механическим ударом, так и гидравлическим воздействием, а их сцепление автоматически при вводе или механическом воздействии после насаживания корпуса на ствол.

Положительный эффект от применения разъединяющего устройства достигается за счет увеличения межремонтного периода работы скважины, сокращения количества операций "спуск - подъем" колонны труб и канатных инструментов, а также за счет обеспечения спуска, посадки, опрессовки, срыва и извлечения из скважины каждого пакера в отдельности при одновременно-раздельной эксплуатации скважины, кроме того за счет использования его при насосной эксплуатации одного или нескольких разобщенных пластов одной скважины с отсекательной установкой, позволяющей проведение подземного ремонта без глушения скважины, а при глушении - предупреждающая отрицательное техногенное воздействие на призабойную зону пласта или пластов.

На фиг. 1 приводится принципиальный вид разъединяющего устройства; на фиг. 2 - разъединяющего устройства сечения А-А; на фиг.3 - разъединяющего устройства сечения Б-Б.

Разъединяющее устройство состоит из корпуса 1 с двумя внутренними верхней 2 и нижней 3 канавками, соединенного сверху с переходником 4, а снизу - с упором 5. Внутри упора 5 установлены уплотнительные манжеты (элементы) 6, причем упор 5 имеет радиальные каналы 7, в которых размещены кулачки (захватывающие элементы) 8. В корпусе 1 установлена гильза 9 с внутренней расточкой 10 и наружным фиксатором 11. Упор 5 снизу жестко соединен с цангодержателем 12 с окнами 13 под лепестками цанги 14. Цангодержатель 12 связан с наконечником 15, выполненным в виде башмака повторного ввода (диаметр наконечника 15 выполняется в зависимости от внутреннего диаметра эксплуатационной колонны скважины). В корпусе 1 снизу размещен ствол 16 с внутренними посадочными поверхностями 17 для опрессовочного (приемного) клапана и глухой пробки. Ствол 16 выполнен с наружной расточкой (проточкой) 18 под кулачки 8 упора 5 и с пазами 19 под лепестки цанги 14. При этом цанга 14 исключает вращение корпуса 1 на стволе 16 при разборке и сборке разъединяющего устройства. Гильза 9 выполнена с внутренней посадочной поверхностью 20 для установки опрессовочного клапана, с радиальными отверстиями 21 и наружными канавками под уплотнительные кольца (элементы) 22, соответствующие диаметру внутренней поверхности корпуса 1. Внутри гильзы 9 над стволом 16 с возможностью осевого перемещения размещена втулка 23, зафиксированная в гильзе 9 срезными винтами и/или фиксатором 24 (в виде пружинного или стопорного кольца, кулачков, ограничителя хода и пр.). В гильзе 9 сверху может быть установлена зафиксированная стопором 25 съемная втулка 26 для изменения при необходимости (например, если проход колонны труб над разъединяющим устройством ограничен) проходного сечения гильзы 9 и возможности перемещения ее вниз с меньшим диаметром ударного инструмента. Также для регулирования или ограничения хода гильзы 9 вниз на упор 5 может быть установлена втулка 27.

Уплотнительные элементы 6 и 22 разъединяющего устройства, при пароциклической закачке в пласт (пласты) скважины, должны быть выполнены из высокотермостойкого материала. В процессе закачки рабочей среды в скважину (нагнетание холодной воды, пароциклическое воздействие, гидроразрыв пласта, обработка призабойной зоны и пр.) изменяются термобарические условия, приводящие к изменению (удлинение или укорачивание) длины труб, что может привести к самопроизвольному освобождению пакера или обрыву колонны труб. С целью предупреждения этих последствий разъединяющее устройство может быть выполнено с телескопическим ходом. При этом длина упора 5 над уплотнительными элементами 6 и, соответственно, длина ствола 16 выполняются с учетом телескопического хода, причем поверхность ствола 16 обрабатывается под уплотнительные элементы 6 для обеспечения герметичности при перемещении корпуса 1 с упором 5 по стволу 16.

Разъединяющее устройство работает следующим образом. Его в составе пакерного оборудования спускают в скважину на колонне труб. Разобщают полость трубы под пакером (например, путем установки опрессовочного клапана или глухой пробки в посадочный ниппель). Создают избыточное давление в колонне труб и устанавливают пакер согласно его инструкции ни эксплуатации. Проверяют герметичность установки пакера снизу и сверху, затем при необходимости отсоединяют механическим или гидравлическим воздействием разъединяющее устройство, в частности после снятия его свободного хода (напряжение на кулачки 8) путем создания требуемой (определенной) осевой нагрузки на пакер за счет собственного веса колонны труб. В первом случае с помощью канатной техники спускают ударный инструмент (в качестве него могут быть использованы цилиндрическая кувалда или опрессовочный клапан типа КПП, А и прочие без уплотнительных манжет и шара) в гильзу 9 (без или с втулкой 26) разъединяющего устройства, затем механическим ясом создают удар вниз по его кромке, в результате чего срезаются винты и/или освобождается от фиксации 24 втулка 23, гильза 9 перемещается вниз, и стопориться фиксатором 11 в нижней канавке 3 корпуса 1. При этом внутренняя расточка 10 гильзы 9 располагается сверху над кулачками 8 упора 5. Эта операция также может выполняться гидравлическим воздействием. Для этого спускают опрессовочный клапан в посадочную поверхность 20 гильзы 9 (без втулки 26) и создают избыточное давление в колонне труб. При этом также срезаются винты и/или освобождается от фиксации 24 втулка 23, гильза 9 перемещается и фиксируется в нижней канавке 3. Затем медленно собственным весом приподнимают колонну труб на небольшую длину (например, 1÷2 м), при этом, если нагрузка (вес) на колонну труб по индикатору не растет, то корпус 1 отсоединяется от ствола 16, а если наоборот, нагрузка растет, то операцию по разъединению необходимо повторить. При расцеплении корпуса 1 от ствола 16 кулачки 8 в каналах 7 упора 5 радиально перемещаются и освобождаются от бурта наружной расточки 18 ствола 16. После отсоединения корпуса 1 от ствола 16 разъединяющего устройства извлекают ударный инструмент или опрессовочный клапан из колонны труб. Для ввода телескопического хода (если такой имеется) корпус 1 (с кулачками 8 при нижнем фиксированном положении гильзы 9 или без кулачков 8 в любом положении гильзы 9) повторно насаживают до упора на ствол 16 над пакером, создавая небольшую осевую нагрузку за счет собственного веса колонны труб. Затем снимают осевую нагрузку и приподнимают колонну труб с корпусом 1, например 0,5÷1,0 м, и проверяют герметичность соединения корпуса 1 со стволом 16 путем создания избыточного давления в трубном и/или затрубном пространстве скважины.

Телескопический ход разъединяющего устройства на удлинение (ход вниз) или на укорачивание (ход вверх) труб регулируется путем изменения расположения его корпуса 1 с упором 5 на стволе 16 в допустимом интервале.

Для обеспечения эксплуатации нескольких разобщенных добывающих и/или нагнетательных пластов одной скважины, разъединяющее устройство спускают в скважину над нижним пакером, а после посадки и опрессовки пакера корпус 1 отсоединяют от ствола 16 и извлекают из скважины. Затем на поверхность скважины выворачивают из корпуса 1 упор 5, вынимают кулачки 8 из радиальных каналов 7 и повторно собирают корпус 1 с упором 5. Снова спускают в скважину на колонне труб верхний пакер и корпус 1 с упором 5 (без кулачков 8) и герметично соединяют со стволом 16 над нижним пакером, обеспечивая требуемую осевую нагрузку. После чего проверяют герметичность соединения корпуса 1 со стволом 16 путем создания избыточного давления изнутри или снаружи колонны труб, и устанавливают верхний гидравлический пакер. При этом разъединяющее устройство позволяет обеспечить посадку и опрессовку (снизу и сверху), а также срыв и извлечение из скважины каждого пакера в отдельности.

В зависимости от условий эксплуатации в ствол 16 разъединяющего устройства может быть установлена глухая пробка или приемный клапан для опрессовки колонны труб и/или исключения перетока флюида из пласта в скважину.

При срыве и подъеме пакера из скважины повторно спускают колонну труб и жестко сцепляют корпус 1 со стволом 16 разъединяющего устройства (если был отсоединен). Для этого сначала устанавливают винты 24 и/или фиксатор на втулке 23, гильзу 9 перемещают и фиксируют в нижнем положении в канавке 3, затем корпус 1 с кулачками 8 в упоре 5 спускают и насаживают на ствол 16 над пакером. При этом втулка 23 гильзы 9 упирается сверху на ствол 16, далее корпус 1 с упором 5 и кулачками 8 перемещается вниз относительно гильзы 9 и верхняя внутренняя канавка 2 корпуса 1 располагается над фиксатором 11. При этом кулачки 8 упора 5 находятся за пределами внутренней расточки 10 гильзы 9, тем самым обеспечивается жесткое сцепление разъединяющего устройства. В случае если сцепления корпуса 1 (без втулки 27 и L>l) со стволом 16 не произошло (например, если винты 24 срезались до перемещения гильзы 9 в верхнее фиксирующее положение), то операцию соединения можно осуществить механическим ударом. Для этого спускают канатный ударный инструмент в гильзу 9 и ударом яса перемещают его из канавки 3 вниз до упора на ствол 16, при этом кулачки 8 упора 5 также находятся сверху, за пределами внутренней расточки 10 гильзы 9, что обеспечивает сцепление корпуса 1 со стволом 16.

Срыв и подъем из скважины пакера также может осуществляться с помощью ловильного инструмента после извлечения корпуса 1 с упором 5 от ствола 16 разъединяющего устройства. Для этого повторно спускают колонну труб с ловителем и захватывают ствол 16 (снаружи или изнутри) над пакером, а затем путем натяга колонны труб срывают пакер и извлекают на поверхность скважины.

Изобретение относится к технике добычи углеводородов и предназначено для отсоединения и последующего соединения колонны труб с пакерной системой в добывающей и нагнетательной скважине. Разъединяющее устройство содержит корпус с внутренними канавками, гильзу, цангодержатель, наконечник, ствол. Корпус жестко соединен сверху с переходником, а снизу - с упором. В корпусе установлена с возможностью осевого перемещения гильза с внутренней расточкой и наружным фиксатором. Упор имеет внутреннюю поверхность под уплотнительные манжеты и радиальные каналы для кулачков. Цангодержатель выполнен с окнами под лепестки цанги. Ствол размещен в корпусе снизу с внутренними посадочными поверхностями и наружной расточкой под кулачки упора и пазами под лепестки цанги. Корпус выполнен с двумя внутренними верхней и нижней канавками под наружный фиксатор гильзы, которая выполнена с внутренней посадочной поверхностью, радиальными отверстиями и наружными канавками. Уплотнительные кольца установлены в канавках под внутреннюю поверхность корпуса. Внутри гильзы над стволом размещена с возможностью осевого перемещения втулка, зафиксированная в гильзе срезными винтами и/или фиксатором. Расстояние от верхнего торца втулки до упора его в гильзу равно или больше, чем расстояние между внутренними верхней и нижней канавками корпуса. При верхнем фиксированном положении гильзы внутренняя ее расточка расположена выше кулачков упора. При нижнем, наоборот, внутренняя расточка гильзы находится сверху над кулачками для радиального их перемещения. Наконечник выполнен в виде башмака повторного ввода. Повышается надежность и эффективность применения разъединяющего устройства. 3 ил.

Разъединяющее устройство, содержащее корпус с внутренними канавками, жестко соединенный сверху с переходником, а снизу - с упором, имеющий внутреннюю поверхность под уплотнительные манжеты и радиальные каналы для кулачков, установленную в корпусе с возможностью осевого перемещения гильзу с внутренней расточкой и наружным фиксатором, цангодержатель с окнами под лепестки цанги, наконечник, размещенный в корпусе снизу ствол с внутренними посадочными поверхностями и наружной расточкой под кулачки упора и пазами под лепестки цанги, отличающееся тем, что корпус выполнен с двумя внутренними верхней и нижней канавками под наружный фиксатор гильзы, последняя выполнена с внутренней посадочной поверхностью, радиальными отверстиями и наружными канавками, в которых установлены уплотнительные кольца под внутреннюю поверхность корпуса, а внутри гильзы над стволом с возможностью осевого перемещения размещена втулка, зафиксированная в гильзе срезными винтами и/или фиксатором, при этом расстояние от верхнего торца втулки до упора его в гильзу равно или больше, чем расстояние между внутренними верхней и нижней канавками корпуса, причем при верхнем фиксированном положении гильзы внутренняя ее расточка расположена выше кулачков упора, а при нижнем фиксированном положении, наоборот, внутренняя расточка гильзы находится сверху над кулачками для радиального их перемещения, причем наконечник выполнен в виде башмака повторного ввода.