Устройство для последовательной эксплуатации пласта горизонтальной скважины Российский патент 2020 года по МПК E21B43/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разработки и эксплуатации нефтяных пластов с зонами различной проницаемости, в том числе с помощью боковых и боковых горизонтальных стволов из эксплуатационных колонн.

Известно устройство для одновременной эксплуатации нескольких продуктивных пластов одной скважиной (патент RU № 907225, МПК Е21В 43/14, опубл. 23.02.1982 г. в бюл. №7), выполненное в виде расположенных в корпусной детали регулирующих клапанных втулок, снабженных проходными каналами и захватными элементами и управляемых с дневной поверхности при помощи механизма управления, снабженного ответным захватным элементом, причем с целью обеспечения возможности регулирования дебита пластов при значительных межпластовых перепадах давления захватные элементы клапанных втулок расположены выше проходных каналов, а механизм управления выполнен в виде двух радиально подпружиненных и кинематически связанных между собой полувтулок, из которых расположен захватный элемент механизма управления. Кроме того, с целью обеспечения возможности селективного перемещения клапанных втулок вверх и/или вниз захватный элемент механизма управления выполнен с торцевой рабочей поверхностью с одной стороны и с конусообразной поверхностью с другой, а захватные элементы клапанных втулок выполнены в виде кольцевых выступов с разной длиной, уменьшающейся в сторону забоя скважины, а подпружиненные полувтулки механизма управления снабжены сменными вкладышами с выполненными в них канавками, длина которых соответствует длине кольцевых выступов клапанных втулок. Причем с целью точного управления моментом схватывания и отпускания клапанных втулок механизмом управления на корпусной детали выполнены кольцеобразные выступы, а на полувтулках механизма управления выполнены сменные и/или установочно подвижные выступы для взаимодействия с выступами на корпусной детали.

Недостатками данного оборудования являются:

- невозможность применения данного способа в открытом стволе ввиду высокой вероятности перетока скважинной жидкости через запакерное (между пакером и стенкой скважины) пространство при повышенных внутрипластовых давлениях;

- невозможность применения данного оборудования в боковых и боковых горизонтальных стволах скважин, т.к. механизм управления работой устройства подвешен на тросе;

- сложность конструкции оборудования, связанная с большим количеством узлов и деталей, требующих точной подгонки и настройки.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для эксплуатации пласта с зонами различной проницаемости (патент RU №94628, МПК Е21В 43/14, опубл. 27.05.2010 г. в бюл. №15), включающее обсадную колонну с ближним, средним, и дальним пакерами и клапанами, размещенными между пакерами и имеющими возможность управления с устья, каждый из которых выполнен в виде корпуса с проходными отверстиями и подвижной в осевом направлении втулкой, выполненной с возможностью открытия и закрытия боковых отверстий в крайних положениях, и оснащенной сужением. Так же устройство включает пластыри для изоляции зон с низкой проницаемостью, пакеры предусмотрены для установки в пределах пластырей, а снаружи клапанов размещены фильтры, при этом для перемещения втулки вниз технологическая колонна оснащена толкателем, поджатым вниз пружиной, усилие которой превосходит усилие сдвига втулки, патрубка с кольцевым выступом, наружный диаметр которого больше проходного диаметра соответствующего ему сужения втулки, но меньше аналогичных проходных диаметров сужений втулок, дальше расположенных от забоя скважины, а для перемещения втулки вверх технологическая колонна оснащена захватом, выполненным в виде корпуса с поджатыми наружу пружинами шариками, диаметр описанной окружности вокруг которых больше проходного диаметра соответствующего ему сужения втулки, но меньше аналогичных проходных диаметров сужений втулок, дальше расположенных от забоя скважины, а усилие пружин достаточно для сдвига соответствующей втулки шариками.

Недостатками устройства являются:

- зоны с низкой проницаемостью остаются не вовлеченными в разработку, так как перекрыты пластырями, при этом неизолированные зоны возможного водопритока приводят к преждевременному обводнению эксплуатируемого участка;

- для переключения клапанов необходимость применения подъемного агрегата или установки колтюбинга, что приводит к материальным и временным затратам.

Техническими задачами изобретения являются вовлечение в разработку зон с низкой проницаемостью с одновременной изоляцией зон водопритока, а также сокращение временных и материальных затрат при переключениях за счет исключения применения подъемного агрегата или установки колтюбинга.

Технические задачи решаются устройством для последовательной эксплуатации пласта горизонтальной скважины, включающим колонну с ближним, средним и дальним пакерами, разделяющими ствол скважины на ближний, средний и дальний участки, и клапаном, размещенным между пакерами и имеющим возможность управления с устья, выполненным в виде корпуса с проходными отверстиями и подвижной в осевом направлении втулкой, выполненной с возможностью открытия и закрытия отверстий в крайних положениях и оснащенной сужением, пластыри, пакеры для установки в этих пластырях.

Новым является то, что пластыри установлены для изоляции зон водопритока, а клапан установлен между дальним и средним пакером, втулка клапана снабжена двумя седлами с проточками под фиксаторы, фиксирующими малую и большую продавочные пробки, а также боковыми отверстиями, малая продавочная пробка под действием перепада давления сдвигает втулку клапана, при этом совмещаются боковые отверстия втулки и проходные отверстия корпуса, открывая сообщение между средним участком и внутритрубным пространством и перекрывая центральный канал, большая продавочная пробка, фиксируясь в верхней части втулки, перекрывает центральный канал выше боковых отверстий, при этом между ближним и средним пакерами установлена разрывная мембрана, сообщающая ближний участок с внутритрубным пространством после разрыва.

На фиг. 1 показано устройство в скважине для эксплуатации дальнего участка, на фиг. 2 - клапан с втулкой для эксплуатации дальнего участка (увеличено), на фиг. 3 - клапан с втулкой для эксплуатации среднего участка (увеличено), 4 - клапан для эксплуатации ближнего участка (увеличено).

Устройство для последовательной эксплуатации пласта 1 (фиг. 1) горизонтальной скважины 2 включает колонну 3 с ближним 4, средним 4' и дальним 4'' пакерами и клапаном 5, размещенным между средним 4' и дальним 4'' пакерами и имеющим возможность управления с устья. Клапан 5 выполнен в виде корпуса 6 с проходными отверстиями 7 и подвижной в осевом направлении втулкой 8, выполненной с возможностью открытия и закрытия проходных отверстий 7 в крайних положениях. Пластыри 9 установлены для изоляции зон водопритока 10. Втулка 8 клапана 5 снабжена двумя седлами 11 и 12 (фиг. 2) с радиальными проточками 13 и 14 под фиксаторы 15 (фиг. 3) и 16 (фиг. 4) соответственно для фиксации малой 17 (фиг. 3) и большой 18 (фиг. 4) продавочных пробок. Втулка 8 клапана 5 (фиг. 1) также снабжена боковыми отверстиями 19 (фиг. 3, 4). Малая продавочная пробка 17 (фиг. 3) выполнена таким образом, что под действием перепада давления сдвигает втулку 8, при этом совмещаются боковые отверстия 19 втулки 8 и проходные отверстия 7 корпуса 6, открывая сообщение между средним участком 20 (фиг. 1) и внутритрубным пространством 21 и перекрывая центральный канал 22 клапана 5. Большая продавочная пробка 18 (фиг. 4), фиксируясь в седле 12 в верхней части втулки 8, перекрывает центральный канал 22 выше боковых отверстий 19. Между ближним 4 (фиг. 1) и средним 4' пакерами установлена разрывная мембрана 23, сообщающая ближний участок 24 с внутритрубным пространством 21 после разрыва.

Работает устройство следующим образом.

При бурении скважины 2 (см. фиг.1), производят цементирование обсадной колонны 25, после чего производят вскрытие и бурение до проектного забоя пласта 1. Производят геофизические исследования пласта 1 для определения зон водопритока 10. Изоляцию зон водопритока 10 пласта 1 производят установкой пластырей 9 необходимой длины (от 20 до 70 м), герметично устанавливаемых напротив зон водопритока 10. Осуществляют спуск колонны труб 3 с ближним 4, средним 4', дальним 4'' пакерами, разделяющими пласт 1 на ближний 24 участок, средний 20 и дальний 26 участки и изолирующими его.

Эксплуатацию начинают с дальнего участка 26. При обводнении дальнего участка 26 или снижении дебита ниже рентабельного уровня производят закрытие дальнего участка 26 путем перекрытия центрального канала 22 клапана 5 за счет продавливания закачкой жидкости малой продавочной пробки 17 (фиг. 3) в седло 11 втулки 8 клапана 5 (фиг. 1) и надежной фиксации ее фиксатором (например, замковым кольцом) 15 (фиг. 3) в радиальной проточке 13 (фиг. 2). При этом происходит срез штифтов 27, втулка 8 (фиг. 3) сдвигается, совмещаются боковые отверстия 19 втулки 8 и проходные отверстия 7 корпуса 6, что приводит к открытию сообщения среднего участка 20 (фиг.1) пласта 1 с внутритрубным пространством 21. Далее осуществляют эксплуатацию среднего участка 20. При обводнении среднего участка 20 или снижении дебита ниже рентабельного уровня производят закрытие среднего участка 20 путем перекрытия центрального канала 22 клапана 5 за счет продавливания закачкой жидкости большой продавочной пробки 18 (фиг. 4) в седло 12 втулки 8 и надежно фиксируется фиксатором 16 в радиальной проточке 14 (фиг. 2). Далее созданием перепада давления, например, 18 МПа, производят разрыв мембраны 23 (фиг. 1). При этом происходит сообщение ближнего участка 24 пласта 1 с внутритрубным пространством 21. Далее осуществляют эксплуатацию ближнего участка 24. После чего при необходимости возможно эксплуатировать все участки пласта 1 скважины 2 разбурив продавочные пробки 17 (фиг. 3) и 18 (фиг. 4), которые изготовлены из разбуриваемого материала, например, дюралюминия. Благодаря тому, что зоны возможного водопритока 10 (фиг. 1) перекрыты пластырями 9, значительно увеличивается срок безводной эксплуатации пласта 1 скважины 2. Благодаря последовательной эксплуатации возможно вовлечь в эксплуатацию весь ствол скважины 2. Благодаря предложенной конструкции клапана 5 его переключение производят без применения подъемного агрегата или установки колтюбинга, что приводит к экономии материальных и временных затрат.

Таким образом, устройство позволяет вовлечь в разработку зоны с низкой проницаемостью (весь горизонтальный ствол) с одновременной изоляцией зон водопритока, а также сократить временные и материальные затраты при переключениях за счет исключения применения подъемного агрегата или установки колтюбинга.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области разработки и эксплуатации нефтяных пластов с зонами различной проницаемости и, в том числе, с помощью боковых горизонтальных стволов с эксплуатационными колоннами. Технический результат - обеспечение возможности вовлечения в разработку зоны с низкой проницаемостью с одновременной изоляцией зон водопритока, а также сокращение временных и материальных затрат за счет исключения необходимости применения подъемного агрегата или установки колтюбинга. Устройство включает колонну с ближним, средним и дальним пакерами. Они разделяют ствол скважины на ближний, средний и дальний участки с помощью пакеров. Между пакерами размещен клапан. Он имеет возможность управления с устья и выполнен в виде корпуса с проходными отверстиями и подвижной в осевом направлении втулки. Втулка выполнена с возможностью открытия и закрытия отверстий в ее крайних положениях и имеет сужение. Пластыри изолируют зоны водопритока. При этом клапан установлен между дальним и средним пакером. Втулка клапана снабжена двумя седлами с проточками под фиксаторы для фиксации малой и большой продавочных пробок, и выполнена с боковыми отверстиями. Малая продавочная пробка при перекрытии центрального канала обеспечивает возможность под действием перепада давления сдвижения втулки клапана и совмещения при этом боковых отверстий втулки с проходными отверстиями корпуса и открытия сообщения между средним участком и внутритрубным пространством. Большая продавочная пробка обеспечена возможностью фиксации в верхней части втулки с перекрытием центрального канала выше боковых отверстий. При этом между ближним и средним пакерами установлена разрывная мембрана, обеспечивающая возможность сообщения ближнего участка с внутритрубным пространством при ее разрыве. 4 ил.

Устройство для последовательной эксплуатации пласта горизонтальной скважины, включающее колонну с ближним, средним и дальним пакерами, разделяющими ствол скважины на ближний, средний и дальний участки, и клапаном, размещенным между пакерами, имеющим возможность управления с устья и выполненным в виде корпуса с проходными отверстиями, и подвижной в осевом направлении втулкой, выполненной с возможностью открытия и закрытия отверстий в крайних положениях и оснащенной сужением, пластыри для установки в них пакеров, отличающееся тем, что пластыри изолируют зоны водопритока, а клапан установлен между дальним и средним пакером, втулка клапана снабжена двумя седлами с проточками под фиксаторы для фиксации малой и большой продавочных пробок, а также боковыми отверстиями, малая продавочная пробка при перекрытии центрального канала обеспечивает возможность сдвижения втулки клапана, совмещения при этом боковых отверстий втулки с проходными отверстиями корпуса и открытия сообщения между средним участком и внутритрубным пространством, а большая продавочная пробка обеспечена возможностью фиксации в верхней части втулки с перекрытием центрального канала выше боковых отверстий, при этом между ближним и средним пакерами установлена разрывная мембрана, обеспечивающая возможность сообщения ближнего участка с внутритрубным пространством при ее разрыве.