УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ Российский патент 2006 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине при раздельной закачке в них различных реагентов.

Известно "Устройство для обработки пластов в скважине" (патент РФ №2234589 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №23 от 20.08.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол и золотник, снабженные радиальными каналами, при этом корпус пакера выполнен проходным в осевом направлении, а золотник разобщителя расположен внутри его ствола, соединен с ним срезными элементами, заглушен снизу и имеет по наружной поверхности выше заглушенного участка меньший диаметр, образующий со стволом полость, сообщающуюся через радиальные каналы с внутренним пространством разобщителя, снабжен конусной расточкой, в которой установлено стопорное кольцо, взаимодействующее с кольцевой проточкой, расположенной в нижней части ствола, и посадочным седлом для шара, сбрасываемого во внутрь устройства перед обработкой второго пласта.

Наиболее близким по техническому решению является "Устройство для обработки пластов в скважине" (см. патент на полезную модель №37140 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №10 от 10.04.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол и золотник, снабженные радиальными каналами, при этом корпус пакера выполнен в осевом направлении проходным, а золотник установлен внутри ствола, при этом сверху внутри золотника установлена втулка, оснащенная посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта, причем ствол, золотник и втулка соединены между собой дифференциальными срезными элементами, при этом в стволе выполнена внутренняя цилиндрическая выборка, против которой расположен золотник, разделенный глухой поперечной перегородкой, при этом в теле золотника выполнены два ряда радиальных каналов, один из которых выполнен над вышеупомянутой глухой перегородкой, а другой под ней, причем перед обработкой первого пласта верхний ряд радиальных каналов находится напротив радиальных каналов ствола, а перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство насосно-компрессорных труб с внутренним пространством пакера.

Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки:

во-первых, при обработке верхнего пласта необходимо герметизировать устье скважины с помощью устьевого сальника или планшайбы, поскольку верхняя часть эксплуатационной колонны подвержена давлению обработки (закачки);

во-вторых, давление обработки верхнего пласта, при котором он принимает, может быть гораздо выше допустимого на обсадную колонну, особенно в старых скважинах, срок эксплуатации которых превышает 20 лет, что может привести к разрушению обсадной колонны выше верхнего пласта и, следовательно, к ремонту скважин, выражающемуся в дополнительных вложениях материальных и финансовых средств.

Задачей изобретения является разработка такого устройства, которое позволяет за один спуск оборудования в скважину, без риска разрушения обсадной колонны, обработать два пласта при необходимых давлениях закачки в каждый из пластов вне зависимости от допустимого давления на обсадную колонну.

Указанная задача решается предлагаемым устройством для обработки пластов в скважине, содержащим пакер, включающий проходной корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с радиальными каналами и внутренней цилиндрической выборкой, вставленный в ствол золотник с двумя рядами радиальных каналов, разделенных поперечной глухой перегородкой, установленную внутри золотника втулку с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта, при этом верхний ряд радиальных каналов золотника находится напротив радиальных каналов ствола, а ствол, золотник и втулка соединены между собой дифференциальными срезными элементами, причем перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов золотника сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство насосно-компрессорных труб с внутренним пространством корпуса пакера.

Новым является то, что устройство выше разобщителя на расстоянии от пакера, превышающем толщину верхнего пласта, снабжено дополнительным пакером, состоящим из верхнего упора с цилиндрическим сужением, нижнего упора и дополнительной эластичной манжеты, установленной на цилиндрическом сужении верхнего упора, который телескопически установлен с возможностью осевого перемещения вниз в нижний упор, относительно которого зафиксирован срезным элементом, при этом нижний упор выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной эластичной манжетой, верхний упор снабжен гидравлическими якорями, поджатыми внутрь и взаимодействующими с обсадной колонной под давлением, создаваемым во внутреннем пространстве насосно-компрессорных труб (НКТ).

На фиг.1 изображена нижняя часть предлагаемого устройства, устанавливаемая между верхним и нижним пластами в продольном разрезе.

На фиг.2 изображена верхняя часть предлагаемого устройства, устанавливаемая над верхним пластом в продольном разрезе.

На фиг.3 развертка фигурного паза, выполненного на корпусе пакера.

Устройство состоит из пакера 1, дополнительного пакера 2 и разобщителя 3.

Пакер 1 содержит проходной корпус 4 с фигурным пазом 5 на наружной поверхности в виде чередующихся продольных коротких и длинных участков (см. фиг.3). На проходном корпусе 4 (см. фиг.1) с возможностью осевого перемещения установлена обойма 6, связанная снизу кольцом 7, соединенным с направляющим штифтом 8, размещенным в фигурном пазе 5. В верхней части обоймы 6 установлены подпружиненные шлипсы 9 со стопорным элементом 10. На проходном корпусе 4 находится нижняя опора 11, эластичная манжета 12 и верхняя опора 13, жестко соединенная с проходным корпусом 4.

С верхней опорой 13 пакера 1 соединен ствол 14 разобщителя 3, имеющий ряд радиальных каналов 15. Внутри ствола 14 установлен золотник 16. Сверху, внутри золотника 16, установлена втулка 17, оснащенная посадочным седлом 18 для шара 19, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой нижнего пласта. Ствол 14, золотник 16 и втулка 17 соединены между собой дифференциальными срезными элементами 20. В стволе 14 выполнена внутренняя цилиндрическая выборка 21, напротив которой расположен золотник 16, разделенный глухой поперечной перегородкой 22. В теле золотника 16 выполнены верхний 23 и нижний 24 ряды радиальных каналов. Верхний ряд радиальных каналов 23 выполнен над вышеупомянутой глухой перегородкой 22, а нижний ряд радиальных каналов 24 золотника 16 - под ней.

Перед обработкой верхнего пласта верхний ряд радиальных каналов 23 находится напротив радиальных каналов 15 ствола 14, а перед обработкой нижнего пласта верхние 23 и нижние 24 ряды радиальных каналов сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки 21 ствола 14, гидравлически соединяя колонну НКТ 25 с внутренним пространством 26 пакера 1. Сопрягаемые поверхности золотника 16 снабжены уплотнительными кольцами 27.

Дополнительный пакер 2 состоит из верхнего упора 28 с цилиндрическим сужением 29, нижнего упора 30 и дополнительной эластичной манжеты 31, установленной на цилиндрическом сужении 29 верхнего упора 28.

В верхний упор 28 телескопически установлен с возможностью осевого перемещения вниз нижний упор 30, при этом в транспортном положении они зафиксированы относительно друг друга срезным элементом 32.

Нижний упор 30 выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной эластичной манжетой 31 при разгрузке колонны НКТ 25.

В верхний упор 28 герметично установлены гидравлические якори 33, поджатые внутрь посредством пружинной пластины 34. Гидравлические якори 33 взаимодействуют с обсадной колонной (на фиг.1, 2, 3 не показано) в процессе закачки под давлением, создаваемым во внутреннем пространстве насосно-компрессорных труб 25 и благодаря рядам радиальных каналов 35.

Сверху ствол 14 разобщителя 3 посредством муфты 36 и патрубка 37 соединен с нижним упором 30 дополнительного пакера 2.

Длина патрубка 37 выбирается с учетом толщины верхнего пласта (на фиг.1, 2, 3 не показано) и плюс 3-5 метров на посадку.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в собранном виде на колонне НКТ 25 (фиг.2) спускают в скважину на необходимую глубину и устанавливают таким образом (регулируя длину патрубка 37), чтобы нижняя часть устройства (фиг.1) находилась между верхним и нижним пластом (на фиг.1, 2, 3 не показано), которые необходимо обработать, а верхняя часть устройства (см. фиг.1) выше верхнего пласта на 3-5 метров. Затем устройство приподнимают примерно на 1 метр вверх и опускают. В результате этого штифт 8 из короткого продольного участка перемещается в длинный продольный участок фигурного паза 5 (перед спуском устройства в скважину штифт 8 устанавливается в продольном коротком участке фигурного паза 5 так, как показано на фиг.3).

При дальнейшем перемещении устройства вниз детали 6-9 (фиг.1) остаются на месте, так как пружины 38 прижимают гладкую часть шлипсов 9 к стенкам обсадной колонны (на фиг.1, 2, 3 не показано); а остальные детали устройства двигаются вниз до тех пор, пока конусная часть нижнего упора 11 не упрется в шлипсы 9. Под действием веса колонны НКТ 25 шлипсы 9 разойдутся в радиальном направлении до соприкосновения их зубчатой части с обсадной колонной, а эластичная манжета 12 под действием нагрузки сжимается, надежно перекрывая заколонное пространство скважины между верхним и нижним пластами (на фиг.1, 2, 3 не показано).

Далее колонну НКТ 25 продолжают разгружать, в результате чего разрушается срезной элемент 32 дополнительного пакера 2 (см. фиг.2). В результате верхний упор 28, жестко связанный с колонной НКТ 25 и телескопически установленный в нижнем упоре 30, перемещается вниз, сжимая дополнительную эластичную манжету 31, расположенную в цилиндрическом сужении 29 верхнего упора 28.

Дополнительная эластичная манжета 31 под весом колонны НКТ 25 сжимается и надежно прижимается к стенкам обсадной колонны скважины (на фиг.1, 2, 3), отсекая тем самым верхнюю часть обсадной колонны и предохраняя ее от воздействия высоких давлений, которые могут возникнуть при обработке верхнего пласта. После этого верхняя часть колонны НКТ 25 крепится на опорном фланце устьевой арматуры (на фиг.1, 2, 3 не показано). Устройство готово к работе.

Сначала приступают к обработке верхнего пласта. Для этого реагент по колонне НКТ 25 через верхний ряд радиальных каналов 23 золотника 16 и радиальные каналы 15 ствола 14 разобщителя 3 закачивают в верхний пласт под давлением, от воздействия которого обсадная колонна выше устройства отсечена с помощью дополнительного пакера 2. При этом в процессе закачки реагент через радиальные каналы 35 воздействует изнутри на гидравлические якори 33, которые в зависимости от создаваемого в процессе закачки давления отжимают пружинную пластину 34 и плотно врезаются во внутреннюю стенку обсадной колонны. При этом гарантированно исключается осевое перемещение устройства вверх или вниз и обеспечивается герметичность устройства вне зависимости от величины давления.

После обработки верхнего пласта реагент оставляют на реагирование.

По прошествии времени реагирования проводят очистку верхнего пласта от продуктов реакции свабированием.

Затем приступают к обработке нижнего пласта. Для этого внутрь колонны НКТ 25 бросают шар 19 (см. фиг.1), который садится на посадочное седло 18 втулки 17 и перекрывает внутреннее пространство 26 пакера 1. В колонне НКТ 25 повышают давление, в результате чего дифференциальные срезные элементы 20 разрушаются в месте соединения золотника 16 и ствола 14 разобщителя 2. Давление в колонне НКТ 25 продолжают повышать, при этом золотник 16 переместится вниз и своим разжимным стопорным кольцом 39, установленным в проточке 40 на своей наружной поверхности, зацепится за внутреннюю цилиндрическую канавку 41 ствола 14 (см. фиг.2), в результате чего через внутреннюю цилиндрическую выборку 21 ствола 14 образуется гидравлическое сообщение верхнего 23 и нижнего 24 рядов радиальных каналов.

После этого по колонне НКТ 25 через верхний ряд радиальных каналов 23 золотника 16 внутреннюю цилиндрическую выборку 21 ствола 14 и нижний ряд радиальных каналов 24 золотника 16 производят закачку реагента в нижний пласт под давлением и оставляют скважину на реагирование.

По прошествии времени реагирования, как и в первом случае, производят очистку пласта от продуктов реакции свабированием.

После проведения работ колонну НКТ 25 приподнимают примерно на 2 метра. При этом верхний упор 28 (см. фиг.2) дополнительного пакера 2, телескопически установленный в нижний упор 30, поднимется вверх до упора, ограниченного осевым перемещением, в результате чего дополнительная эластичная манжета 30 отходит от стенок обсадной колонны и возвращается в первоначальное положение.

Затем жестко связанный со стволом 14 разобщителя 3 проходной корпус 4 пакера 1 (см. фиг.1) поднимается вверх, нижний упор 11 выходит из зацепления со шлипсами 9, нагрузка на эластичную манжету 12 снимается и она принимает первоначальное положение. Устройство опускают, при этом штифт 8 перемещается из длинного продольного - участка фигурного паза 5 (см. фиг.3) в продольный короткий паз, после чего устройство получает транспортное положение и может быть переведено в другой верхний интервал скважины или поднято на поверхность.

Благодаря тому что устройство позволяет за один спуск в скважину без риска разрушения обсадной колонны обработать два пласта при необходимых давлениях закачки в каждый из пластов вне зависимости от допустимого давления на обсадную колонну, исключаются дополнительные работы по отсечению обсадной колонны выше верхнего пласта, что безусловно позволит сэкономить материальные и финансовые средства.

Использование: нефтегазодобывающая промышленность, а именно: к устройствам для разобщения стволов. Позволяет исключить дополнительные работы по отсечению обсадной колонны выше верхнего пласта. Устройство содержит пакер, включающий проходной корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с радиальными каналами и внутренней цилиндрической выборкой, вставленный в ствол золотник с двумя рядами радиальных каналов, разделенных поперечной глухой перегородкой, установленную внутри золотника втулку с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта. Верхний ряд радиальных каналов золотника находится напротив радиальных каналов ствола, а ствол, золотник и втулка соединены между собой дифференциальными срезными элементами. Перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов золотника сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство насосно-компрессорных труб с внутренним пространством корпуса пакера. Устройство выше разобщителя на расстоянии от пакера, превышающем толщину верхнего пласта, снабжено дополнительным пакером, состоящим из верхнего упора с цилиндрическим сужением, нижнего упора и дополнительной эластичной манжеты, установленной на цилиндрическом сужении верхнего упора, который телескопически установлен с возможностью осевого перемещения вниз в нижний упор, относительно которого зафиксирован срезным элементом. Нижний упор выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной эластичной манжетой, верхний упор снабжен гидравлическими якорями, поджатыми внутрь и взаимодействующими с обсадной колонной под давлением, создаваемым во внутреннем пространстве насосно-компрессорных труб. 3 ил.

Устройство для обработки пластов в скважине, содержащее пакер, включающий проходной корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с радиальными каналами и внутренней цилиндрической выборкой, вставленный в ствол золотник с двумя рядами радиальных каналов, разделенных поперечной глухой перегородкой, установленную внутри золотника втулку с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта, при этом верхний ряд радиальных каналов золотника находится напротив радиальных каналов ствола, а ствол, золотник и втулка соединены между собой дифференциальными срезными элементами, причем перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов золотника сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство насосно-компрессорных труб с внутренним пространством корпуса пакера, отличающееся тем, что устройство выше разобщителя на расстоянии от пакера, превышающем толщину верхнего пласта, снабжено дополнительным пакером, состоящим из верхнего упора с цилиндрическим сужением, нижнего упора и дополнительной эластичной манжеты, установленной на цилиндрическом сужении верхнего упора, который телескопически установлен с возможностью осевого перемещения вниз в нижний упор, относительно которого зафиксирован срезным элементом, при этом нижний упор выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной эластичной манжетой, верхний упор снабжен гидравлическими якорями, поджатыми внутрь и взаимодействующими с обсадной колонной под давлением, создаваемым во внутреннем пространстве насосно-компрессорных труб (НКТ).