ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ПАКЕР ГАРИПОВА Российский патент 2008 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а конкретнее к технике добычи при эксплуатации и освоении нефтяных скважин, при проведении различных технологических операций, при изоляции зон негерметичности в процессе проводки и насосной эксплуатации скважин.

В настоящее время актуальным является решение проблемы использования пакеров при эксплуатации скважин насосным способом с высоким газовым фактором.

При установке пакера выше насоса для отсечения вышележащего интервала скважины отмечается появление свободного газа в подпакерной зоне во время работы насоса. Газ обычно выделяется из нефти при снижении давления в скважине ниже давления насыщения нефти газом либо при фильтрации газа из газовой шапки и пр.

Свободный газ, накапливающийся в затрубном пространстве в подпакерной зоне, оказывает вредное влияние на работу насосов, в особенности электронасосов (срыв подачи, кавитация, перегрев двигателя, низкий КПД насоса и т.д.). Поэтому использование пакеров в насосных скважинах, в особенности, когда пакер отсекает насос от вышерасположенного затрубного пространства (зоны негерметичности), является сильно ограниченным по причине накопления газа в подпакерной зоне. Существующими способами (установка штуцера, регулятора или клапана) отвести газ из подпакерного пространства в нужном объеме не всегда представляется возможным, поскольку часто давление на приеме насоса на 5-20% ниже давления насыщения и газ, выделяясь, начинает скапливаться в подпакерной зоне. Это связано с тем, что при работе насоса давление на его выкиде будет всегда выше давления на его приеме и, соответственно, будет выше давления газа в подпакерной зоне, что делает невозможным его отвод в надпакерную зону или в трубное пространство над насосом, обычно заполненное раствором глушения.

Известен пакер, включающий ствол, установленный на нем уплотнительный элемент с конусами, плашки и переводники (а.с. СССР №883331, кл. Е21В 33/12, 1981 г.).

Недостатком известного пакера является то, что при распакеровке или срыве пакера из-за накопления газа в подпакерной зоне может произойти аварийный выброс газа из подпакерной зоны, что может привести к нештатной ситуации на скважине.

Наиболее близким аналогом является пакер Гарипова, включающий полый ствол с уплотнительным элементом и расположенным в стволе многофункциональным каналом, при этом многофункциональный канал заполнен газопроницаемым и/или герметизирующим наполнителем с размещенными в нем, по меньшей мере, одним кабелем, и/или одним контрольно-измерительным прибором, и/или одним регулирующим прибором (патент РФ №56939, кл. Е21В 33/12, 2006 г.).

Выполнение в данном пакере многофункционального канала, заполненного газопроницаемым наполнителем, позволяет решить задачу стравливания газа из подпакерной зоны, но только для скважин с незначительным газовым фактором.

Использование его в скважинах, эксплуатируемых глубинным насосом с газовым фактором более 50 м³/м³, невозможно, так как эта конструкция пакера не предусматривает возможность стравливания такого значительного объема газа из подпакерной зоны, что ведет к его накоплению, оттеснению жидкости из подпакерной зоны, попаданию газа на прием насоса и, соответственно, к снижению производительности насоса, к срыву подачи или заклиниванию последнего.

Кроме того, данный пакер пропускает накопившийся газ в подпакерной зоне через себя по межтрубному пространству, который не оказывает влияния на эффективность работы скважины.

Задача изобретения состоит в расширении технических возможностей и повышении эффективности работы пакера при насосной эксплуатации скважин.

Поставленная задача решается тем, что циркуляционный пакер, включающий полый ствол с основным уплотнительным элементом и расположенным в стволе многофункциональным каналом, заполненным наполнителем с размещенными в нем, по меньшей мере, одним кабелем и одним регулирующим прибором, снабжен дополнительным уплотнительным элементом, установленным на полом стволе на заданном расстоянии от основного уплотнительного элемента с образованием между ними после посадки пакера в межтрубном пространстве циркуляционной камеры, сообщенной посредством размещенного в многофункциональном канале регулирующего прибора с подпакерной зоной, и, по меньшей мере, одним перепускным клапаном/регулятором, установленным под основным уплотнительным элементом и размещенным соответственно в поперечном канале, выполненном в полом стволе, или, по меньшей мере, в одной скважинной камере, размещенной под основным уплотнительным элементом, при этом внешний диаметр полого ствола между уплотнительными элементами не превышает диаметра уплотнительных элементов, а регулирующий прибор, размещенный в многофункциональном канале, установлен в его нижней части, при этом циркуляционная камера выполнена с возможностью сообщения с внутренней полостью полого ствола посредством перепускного клапана/регулятора.

Причем регулирующий прибор, установленный в многофункциональном канале, может быть выполнен в виде штуцера или штуцера с перепускным клапаном.

Внутренний диаметр перепускного клапана/регулятора, установленного под основным уплотнительным элементом, превышает внутренний диаметр регулирующего прибора, установленного в многофункциональном канале.

Полый ствол может быть выполнен составным, включающим, по меньшей мере, один патрубок и/или одну трубу.

В скважинной камере может быть установлен контрольно-измерительный прибор.

Суть изобретения состоит в том, что снабжение пакера дополнительным уплотнительным элементом, расположенным на расстоянии от основного уплотнительного элемента, позволяет после посадки пакера и уплотнения уплотнительных элементов образовать циркуляционную камеру в межтрубном пространстве и обеспечить циркуляцию флюида между внутренней полостью полого ствола и циркуляционной камерой посредством установки перепускного клапана/регулятора в полом стволе между уплотнительными элементами, предотвратить накопление газа в подпакерной зоне за счет постоянного его отвода через штуцер/регулятор, размещенный в многофункциональном канале в пределах нижнего уплотнительного элемента, в циркуляционную камеру, выполняющую роль шлюза, а далее, после выравнивания давления в циркуляционной камере с внутренним трубным давлением, перепустить газ во внутреннюю полость НКТ.

Создание циркуляционной камеры позволяет производить перепуск газа из подпакерной зоны независимо от давления во внутреннюю полость НКТ. Чем больше циркуляционная камера, тем больше объем пропускаемого газа и, следовательно, меньшее количество раз срабатывания затвора перепускного клапана/регулятора, за счет чего уменьшается механический износ работающих частей перепускного клапана/регулятора.

За счет отвода газа появляется возможность длительное время в стабильном режиме эксплуатировать насосные скважины.

При очень большом газовом факторе, например больше 70-100 м³/м³, рекомендуется выполнение полого ствола составным, то есть можно увеличить его длину за счет установки патрубков или труб между уплотнительными элементами, увеличивая таким образом объем циркуляционной камеры.

Необходимость подбора объема циркуляционной камеры объясняется тем, что при очень малом ее объеме будет часто срабатывать и поэтому очень быстро изнашиваться перепускной клапан/регулятор, а при большом объеме камеры циркуляционный пакер станет громоздким.

Размещение в полом стволе скважинной камеры с перепускным клапаном/регулятором дает возможность производить смену, ревизию и настройку съемного перепускного клапана/регулятора и/или контрольно-измерительного прибора с помощью канатной техники.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид циркуляционного пакера, продольный разрез; на фиг.2 - циркуляционный пакер со встроенными скважинными камерами.

Циркуляционный пакер содержит полый ствол 1, установленные на нем основной уплотнительный элемент 2 и расположенный на заданном расстоянии от него дополнительный уплотнительный элемент 3 с образованием между ними циркуляционной камеры 4, многофункциональный канал 5, выполненный в виде паза, расположенного в полом стволе 1. В нижней части многофункционального канала 5 в пределах дополнительного уплотнительного элемента 3 установлен регулирующий прибор в виде штуцера 6, а в полом стволе 1 под уплотнительным элементом 2 выполнен поперечный канал 7, в котором установлен перепускной клапан/регулятор 8, соединяющий циркуляционную камеру 4 и внутреннюю полость 9 ствола пакера. Многофункциональный канал 5 заполнен герметизирующим наполнителем 10, через который пропущен кабель 11 для подключения его к насосу (на чертеже не показан).

На фиг.2 показаны скважинные камеры 12 и 13, установленные в полом стволе 1. В скважинной камере 12 установлен перепускной клапан/регулятор 8, а в скважинной камере 13 установлен контрольно-измерительный прибор 14, в нижнем конце штуцера 6 установлен перепускной клапан 15. Работа перепускного клапана 15 аналогична работе перепускного клапана/регулятора 8. Перепускной клапан 15 обычно устанавливают в тех случаях, когда при использовании циркуляционных пакеров с определенными стандартными диаметрами штуцера 6 необходимо уменьшить его пропускное сечение. Применение перепускного клапана 15 также позволяет использовать один максимальный диаметр штуцера 6, при этом объем пропускаемого флюида уже регулируется перепускным клапаном 15.

Пакер работает следующим образом.

Перед спуском пакера в скважину на полом стволе 1 устанавливают дополнительный уплотнительный элемент 3 на заданном расстоянии от основного уплотнительного элемента 2 для создания циркуляционной камеры 4 в многофункциональном канале 5, выполненном, например, в виде паза на внешней поверхности полого ствола 1, размещают регулирующий прибор, например штуцер 6, с герметизирующим его наполнителем 10, через наполнитель 10 пропускают электрокабель 11 для подключения его к насосу. В полом стволе 1 между уплотнительными элементами 2 и 3, желательно ближе к основному, в поперечном канале 7 устанавливают перепускной клапан/регулятор 8, настроенный на открытие-закрытие на определенные перепады давления между циркуляционной камерой 4 и внутренней полостью 9 полого ствола пакера. Пакер может быть механического, гидравлического или смешанного принципа воздействия на уплотнительные элементы. Затем пакер навинчивают на колонну насосно-компрессорных труб, спускают на необходимую глубину и производят его пакеровку путем сжатия уплотнительных элементов 2 и 3. Уплотнительные элементы 2 и 3, расширяясь, герметизируют межтрубное пространство скважины с образованием циркуляционной камеры 4. Так как в нижней части многофункционального канала 5 установлен регулирующий прибор в виде штуцера 6 или штуцера 6 с перепускным клапаном 15, соединяющий подпакерную зону с циркуляционной камерой 4, то через регулирующий прибор начинает поступать газ из подпакерной зоны в циркуляционную камеру. Далее по мере накопления газа в циркуляционной камере 4 при снижении давления до некоторого значения, когда перепад давления между камерой 4 и внутренней полостью 9 полого ствола 1 достигнет максимального установочного давления открытия перепускного клапана/регулятора 8, произойдет его открытие. Причем внутренний диаметр перепускного клапана/регулятора 8 значительно превышает внутренний диаметр штуцера 6 и перепускного клапана 15. Из внутренней полости 9 полого ствола с большим давлением в циркуляционную камеру 4 устремится жидкость, после быстрого заполнения жидкостью циркуляционной камеры 4 и при почти выравнивании давлений в ней и в полости 9 (при депрессии от 0,1-3 атм) газ устремится под действием архимедовой силы, как более легкий, из циркуляционной камеры 4 в полость 9 полого ствола. После выравнивания давлений в камере 4 и полости 9 происходит закрытие перепускного клапана/регулятора 8. Жидкость из циркуляционной камеры 4 через малоразмерный штуцер 6 и перепускной клапан 15 стекает в подпакерную зону, а вместо нее в циркуляционную камеру 4 поступает газ, снова снижается давление и процесс работы (открытия-закрытия) перепускных клапанов 8 и 15 и циркуляционной камеры 4 (наполнение и разряжение) автоматически возобновляется.

Подбор установочного давления срабатывания перепускных клапанов 8 и 15 можно осуществить путем проведения предварительного исследования скважины за счет спуска контрольно-измерительного прибора 14, например манометра двустороннего действия, в дополнительную скважинную камеру 13 и одновременного замера давлений в циркуляционной камере 4 и во внутренней полости 9 ствола 1 пакера, а также при получении данных с ТМС, установленного на приеме УЭЦН, в реальном режиме работы глубинного насоса. Это позволит произвести более точную настройку клапанов 8 и 15 на нужное давление, при этом перепускной клапан/регулятор 8 можно спустить или заменить с помощью канатной техники в скважинную камеру 12 и вывести скважину на оптимальный режим работы.

Пример реализации

Циркуляционный пакер был испытан на скважине №109 Карамовского месторождения ТПДН «Холмогорнефть» в ОАО "Ноябрьскнефтегаз". В качестве пакера был взят пакер механический с выполненным на внешней поверхности ствола многофункциональным каналом в виде паза длиной, равной 2 м, превышающей расстояние между уплотнительными элементами пакера. Объем циркуляционной камеры, образованной после посадки пакера между 146 мм эксплуатационной колонной и уплотнительными элементами, расположенными друг от друга на расстоянии 1,2 м за счет вставки патрубка, составил 0,93 м³. Оптимальный объем циркуляционной камеры был рассчитан программой, учитывающей перепад давления на штуцере и на перепускном клапане/регуляторе, установленном в скважинной камере, а также скорость и время заполнения/стравливания жидкости из циркуляционной камеры. В паз был уложен электропроводящий кабель, при этом в нижней части паза в пределах дополнительного уплотнительного элемента установлен регулирующий прибор в виде штуцера. Далее паз был заполнен герметизирующим наполнителем.

После окончания подготовительных работ в скважину №109 с газовым фактором более 50 м³/м³ был произведен спуск насоса УЭЦН с ТМС без газосепаратора с циркуляционным пакером, установленным над насосом УЭЦН. После запуска скважины, только через 5 часов, при снижении давления на приеме насоса ниже давления насыщения 90 атм, появился газ в подпакерной зоне и в циркуляционной камере соответственно началу работы перепускного клапана/регулятора, что свидетельствовало о появлении кратковременных скачков давления по ТМС. Скважина вышла на постоянный режим работы без срыва подачи по газу.

Применение пакера с двумя уплотнительными элементами, образующими циркуляционную камеру, позволит вовлечь значительное количество скважин с высоким газовым фактором в эксплуатацию с негерметичными колоннами, а также отсечь и вывести из одновременной эксплуатации вышележащие высокообводненные пласты.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технике пакерования при эксплуатации и освоении нефтяных скважин. Пакер содержит полый ствол с основным уплотнительным элементом и расположенным в стволе многофункциональным каналом, заполненным наполнителем с размещенными в нем, по меньшей мере, одним кабелем и одним регулирующим прибором. Пакер снабжен дополнительным уплотнительным элементом, установленным на полом стволе на заданном расстоянии от основного уплотнительного элемента с образованием между ними после посадки пакера в межтрубном пространстве циркуляционной камеры, сообщенной посредством размещенного в многофункциональном канале регулирующего прибора с подпакерной зоной, и, по меньшей мере, одним перепускным клапаном/регулятором, установленным под основным уплотнительным элементом и размещенным соответственно в поперечном канале, выполненном в полом стволе, или, по меньшей мере, в одной скважинной камере, размещенной под основным уплотнительным элементом. Внешний диаметр полого ствола между уплотнительными элементами не превышает диаметра уплотнительных элементов. Регулирующий прибор, размещенный в многофункциональном канале, установлен в его нижней части. Циркуляционная камера выполнена с возможностью сообщения с внутренней полостью полого ствола посредством перепускного клапана/регулятора. Обеспечивает повышение эффективности работы пакера при насосной эксплуатации скважин. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Циркуляционный пакер, включающий полый ствол с основным уплотнительным элементом и расположенным в стволе многофункциональным каналом, заполненным наполнителем с размещенными в нем, по меньшей мере, одним кабелем и одним регулирующим прибором, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным уплотнительным элементом, установленным на полом стволе на заданном расстоянии от основного уплотнительного элемента с образованием между ними после посадки пакера в межтрубном пространстве циркуляционной камеры, сообщенной посредством размещенного в многофункциональном канале регулирующего прибора с подпакерной зоной, и, по меньшей мере, одним перепускным клапаном/регулятором, установленным под основным уплотнительным элементом и размещенным соответственно в поперечном канале, выполненным в полом стволе, или, по меньшей мере, в одной скважинной камере, размещенной под основным уплотнительным элементом, при этом внешний диаметр полого ствола между уплотнительными элементами не превышает диаметра уплотнительных элементов, а регулирующий прибор, размещенный в многофункциональном канале, установлен в его нижней части, при этом циркуляционная камера выполнена с возможностью сообщения с внутренней полостью полого ствола посредством перепускного клапана/регулятора,2. Циркуляционный пакер по п.1, отличающийся тем, что регулирующий прибор, установленный в многофункциональном канале, выполнен в виде штуцера или штуцера с перепускным клапаном.3. Циркуляционный пакер по п.1, отличающийся тем, что внутренний диаметр перепускного клапана/регулятора, установленного под основным уплотнительным элементом, превышает внутренний диаметр регулирующего прибора, установленного в многофункциональном канале.4. Циркуляционный пакер по п.1, отличающийся тем, что полый ствол выполнен составным, включающим, по меньшей мере, один патрубок и/или одну трубу.5. Циркуляционный пакер по п.1, отличающийся тем, что в скважинной камере установлен контрольно-измерительный прибор.