Шламоуловитель надпакерный Российский патент 2020 года по МПК E21B37/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при очистке скважины с использованием пакера.

Известен шламоуловитель скважинный надпакерный, включающий патрубок, закрепленные на патрубке пары металлических колец, поддерживаемые ребрами жесткости, размещенные в каждой паре металлических колец между металлическими кольцами верхний и нижний герметизаторы межтрубного пространства в виде плоского кольца, отверстия в каждой паре металлических колец и герметизаторе, при этом количество отверстий в верхней и нижней парах металлических колец и герметизаторах одинаковое, отверстия расположены на диаметрах, углы между которыми одинаковые, пары металлических колец и герметизаторы установлены так, что в проекции на горизонтальную плоскость диаметры, на которых находятся отверстия в верхней паре металлических колец и герметизаторе и нижнем металлическом кольце и герметизаторе, расположены под углом друг к другу, равным половине угла между соседними диаметрами одной пары металлических колец и герметизатора, отношение диаметров отверстий верхней пары металлических колец и герметизатора к диаметрам отверстий нижней пары металлических колец и герметизатора составляет (6-10):(1-4) мм соответственно, при этом отверстия располагают из расчета равенства расстояния между соседними отверстиями, между каждым отверстием и краем герметизатора и патрубком (патент RU № 2588111, опубл. 27.06.2016).

Недостатками данного устройства являются:

- низкая эффективность работы, что связано с несовершенной конструкцией герметизаторов межтрубного пространства, выполненных в виде резиновых колец. При подъёме пакера шлам постепенно оседает на резиновые кольца в межтрубном пространстве, а не внутрь шламоуловителя. В определенный момент по мере накопления шлама межтрубном пространстве резиновые кольца прогибаются вниз. В результате это приводит к обрыву резиновых колец с последующим засыпанием пакера;

- низкая надёжность работы, связанная с высокой вероятностью закупоривания отверстий, выполненных в металлических кольцах и герметизаторах, крупными частицами через которые просеивается мелкий шлам, что в итоге приводит к заваливанию шламоуловителя и к отказу устройства в работе;

- небольшой объём отбираемого шлама, так как устройство улавливает шлам только при подъеме, но не позволяет улавливать шлам в процессе спуска устройства в скважину;

- ограниченные технологические возможности устройства после посадки пакера, так как устройство не позволяет производить освоение пласта скважины свабированием после посадки пакера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является надпакерный шламоуловитель, включающий патрубок, металлический кольца и ребра жесткости (патент RU № 2588114, опубл. 27.06.2016). На патрубке закреплены верхняя пара металлических конусных колец, обращенных основанием конуса вверх, с закрепленным между конусными кольцами герметизатором в виде конусного кольца с отверстиями по внешнему краю, нижняя пара металлических конусных колец, обращенных основанием конуса вниз, с закрепленным между конусными кольцами герметизатором в виде кольца с отверстиями по внутреннему краю, ребра жесткости, поддерживающие пары металлических конусных колец, при этом отношение диаметров отверстий в герметизаторе верхней пары металлических конусных колец и отверстий в нижней паре металлических конусных колец составляет (6-10):(1-4) мм соответственно, при этом отверстия располагают из расчета равенства расстояния между соседними отверстиями.

Недостатками данного устройства являются:

- низкая эффективность работы, что связано с несовершенной конструкцией герметизаторов межтрубного пространства, выполненных в виде резиновых колец. При подъёме пакера шлам постепенно оседает на резиновые кольца в межтрубном пространстве, а не внутрь шламоуловителя. В определенный момент по мере накопления шлама межтрубном пространстве резиновые кольца прогибаются вниз. В результате это приводит к обрыву резиновых колец с последующим засыпанием пакера;

- низкая надёжность работы, связанная с высокой вероятностью закупоривания отверстий, выполненных в металлических кольцах и герметизаторах, крупными частицами через которые просеивается мелкий шлам, что в итоге приводит к заваливанию шламоуловителя и к отказу устройства в работе;

- небольшой объём отбираемого шлама, так как устройство улавливает шлам только при подъеме, но не позволяет улавливать шлам в процессе спуска устройства в скважину;

- ограниченные технологические возможности устройства после посадки пакера, так как устройство не позволяет производить освоение пласта скважины свабированием после посадки пакера.

Техническими задачами изобретения являются повышение эффективности и надежности работы шламоуловителя, а также увеличение объёма отбираемого шлама и расширение технологических возможностей устройства после посадки пакера.

Поставленные технические задачи решаются шламоуловителем надпакерным, включающим патрубок, металлические кольца и ребра жесткости.

Новым является то, что снаружи на патрубок концентрично установлен корпус, причём снизу патрубок и корпус жестко и герметично соединены заглушкой, а сверху патрубок и корпус жестко соединены ребрами жесткости, при этом металлические кольца выполнены в виде усеченных конусов, обращены основанием вниз и расположены между корпусом и патрубком, при этом металлические кольца снаружи жестко закреплены к корпусу, а внутри с патрубком образуют кольцевые каналы, проходные диаметры кольцевых каналов металлических колец уменьшаются сверху вниз, при этом под нижним металлическим кольцом корпус оснащён радиальными отверстиями, а патрубок выше корпуса оснащён фильтром с радиальными отверстиями, причём выше радиальных отверстий в фильтре установлена и зафиксирована подвижная втулка с посадочным седлом под сбрасываемый шар, при этом подвижная втулка имеет возможность ограниченного продольного перемещения вниз с герметичным перекрытием отверстий и фиксации относительно фильтра, причём в патрубке ниже фильтра установлен обратный клапан, при этом корпус снаружи оснащён самоуплотняющейся манжетой пропускающей снизу вверх, при этом самоуплотняющаяся манжета закреплена на корпусе так, что верхний край самоуплотняющейся манжеты находится напротив верхнего торца корпуса, а ниже радиальных отверстий корпуса устройство оснащено шламоулавливающей камерой.

На фиг. 1 схематично изображён шламоуловитель надпакерный в процессе спуска в скважину.

На фиг. 2 схематично изображено сечение А-А шламоуловителя надпакерного.

На фиг. 3 схематично изображено сечение Б-Б шламоуловителя надпакерного.

На фиг. 4 схематично изображён шламоуловитель надпакерный в процессе подъёма из скважины.

Шламоуловитель надпакерный включает патрубок 1 (см. фиг.1) снаружи которого концентрично установлен корпус 2 с внутренним диаметром – D, например равным 100 мм. Снизу патрубок 1 c наружным диаметром d, например равным 60 мм и корпус 2 жестко и герметично соединены заглушкой 3.

Сверху патрубок 1 и корпус 2 жестко соединены ребрами жесткости, например, устанавливают два ребра жесткости 4' и 4" (см. фиг. 3) под углом 180° по отношению друг к другу.

А также устройство содержит металлические кольца 5', 5"…5ⁿ (см. фиг. 1), выполненные в виде усеченных конусов, например, под углом 45°, обращённые основанием вниз и расположенные между патрубком 1 и корпусом 2.

Металлические кольца 5', 5"…5ⁿ снаружи жестко закреплены к корпусу 2.

Металлические кольца 5', 5"…5ⁿ внутри с патрубком 1 образуют соответствующие кольцевые каналы с проходным диаметром D', D"…. Dⁿ. Диаметры D', D"…. Dⁿ уменьшаются сверху вниз. Количество металлических колец 5', 5"…5ⁿ и, соответственно, их кольцевых каналов с проходными диаметрами D', D"….Dⁿ зависит от интенсивности выноса шлама и подбирается опытным путем.

Под нижним металлическим кольцом 5ⁿ корпус 2 оснащён радиальными отверстиями 6 (см. фиг 1, 2, 4), например в количестве 12 штук диаметром d₁ = 15 мм (см. фиг. 2).

Патрубок 1 выше корпуса 2 оснащён фильтром 7 (см. фиг 1 и 4) с радиальными отверстиями 8.

Выше радиальных отверстий 8 фильтра 7 установлена подвижная втулка 9 (см. фиг 1) и зафиксирована срезным штифтом 10, например, с посадочным седлом 11 под сбрасываемый шар 12 (см. фиг. 4).

Подвижная втулка 9 имеет возможность ограниченного продольного перемещения вниз с герметичным перекрытием радиальных отверстий 8 и фиксации относительно фильтра 7. В патрубке 1 ниже фильтра 7 установлен обратный клапан 13 (см. фиг 1 и 4).

Корпус 2 снаружи оснащён самоуплотняющейся манжетой 14', пропускающей снизу вверх. Самоуплотняющаяся манжета 14' закреплена на корпусе 2 так, что верхний край 14'' самоуплотняющейся манжеты 14' находится напротив верхнего торца 14''' корпуса 2.

Ниже радиальных отверстий 6 корпуса 2 устройство оснащено шламоулавливающей камерой 15.

Шламоуловитель надпакерный работает следующим образом.

На устье скважины 16, например с эксплуатационной колонной наружным диаметром 168 мм с толщиной стенки 9 мм по ГОСТ 632-80, посредством муфты 17 как показано на фиг. 1 шламоуловитель надпакерный в сборе с пакером, который расположен снизу (на фиг. 1-4 не показан), соединяют с колонной труб 18, например колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) по ГОСТ 633-80 наружным диаметром 73 мм. На колонне НКТ 18 спускают в скважину 16 шламоуловитель с пакером в интервал посадки пакера. Например, в качестве пакера применяют проходной пакер с якорем с механической поворотной установкой ПРО-ЯМ2-ЯГ1(Ф) или ПРО-ЯМ3-ЯГ2(Ф) производства научно-производственной фирмы «Пакер» (г. Октябрьский, Республика Башкортостан, Российская Федерация.

В процессе спуска шламоуловителя надпакерного в скважину 16 скважинная жидкость вместе со шламом из подпакерной зоны скважины (на фиг. 1-4 не показано) при открытой затрубной задвижке (на фиг. 1-4 не показно) свободно перетекает снизу вверх сквозь патрубок 1 и далее через обратный клапан 13, который открывается при движении колонны НКТ 18 вниз под действием напора скважинной жидкости, а затем через радиальные отверстия 8 фильтра 7 скважинная жидкость вместе со шламом попадает в межтрубное пространство скважины 16.

В межтрубном пространстве скважины 16 за счёт разницы плотностей скважинной жидкости и шлама при движении устройства вниз частицы шлама 19 (см. фиг. 4), имеющие большую плотность чем скважинная жидкость выпадают благодаря самоуплотняющейся манжете 14', а также внутрь корпуса 2 и далее попадают в шламоулавливающую камеру 15.

Достигнув заданного интервала посадки пакера в скважине, например, интервала 1058 м с целью опрессовки эксплуатационной колонны скважины сажают пакер в скважине 16. Далее обвязывают верхний конец колонны НКТ 18 с насосным агрегатом любой известной конструкции.

Доливают скважину 16 подачей технологической жидкости при открытой затрубной задвижке, например, сточной воды плотностью 1100 кг/м³ подачей технологической жидкости по колонне НКТ и далее через радиальные отверстия 8 фильтра 7 в межтрубное пространство скважины 16, заполняя его до устья скважины 16 (определяют по выходу циркуляции через затрубную задвижку).

После заполнения скважины 16 закрывают затрубную задвижку (на фиг. 1-4 не показано) и опрессовывают эксплуатационную колонну скважины на требуемое давление, например 15 МПа. В процессе опрессовки воротник самоуплотняющейся манжеты дожимается к внутренним стенкам эксплуатационной колонны скважины обеспечивая дополнительную герметичность.

После окончания опрессовки сбрасывают в устройство по колонне труб 18 (см. фиг. 4) шар 12, который садится на посадочное седло 11 подвижной втулки 9. Затем с помощью насосного агрегата внутри колонны НКТ 18 над шаром 12 создают давление, например 6,0 МПа и разрушают срезной штифт 10. В результате подвижная втулка 9 перемещается вниз до упора в ограничитель 20 герметично перекрывает радиальные отверстия 8 и фиксируется неподвижно относительно фильтра 7, например, с помощью стопорного кольца (на фиг. 1-4 не показано).

Далее проводят свабирование пласта скважины 16 ( см. фиг. 4) спуском сваба (на фиг. 1-4 на показано) по колонне НКТ 18 (см. фиг. 4). В процессе свабирования, поднимаемая по колонне НКТ 18 пластовая жидкость свободно перетекает снизу вверх через открывающиеся шар 12 и обратному клапану 13, причём обратное движение пластовой жидкости также предотвращается закрытыми шаром 12 садящимся на седло 11 и обратным клапаном 13.

Расширяются технологические возможности устройства, так как после посадки пакера, устройство позволяет производить опрессовку эксплуатационной колонны скважины и освоение пласта скважины свабированием.

После окончания проведения технологических операций распакеровывают пакер и производят подъём устройства из скважины 16. В процессе подъёма скважинная жидкость со шламом перетекает сверху вниз из межколонного пространства скважины 16 и благодаря самоуплотняющейся манжете 14' попадает внутрь корпуса 2.

У самоуплотняющейся манжеты 14' воротникового типа верхний край 14'' находится напротив верхнего торца 14''' корпуса 2, что исключает накопление шлама в межтрубном пространстве скважины, поэтому скважинная жидкость вместе со шламом 19 сразу попадают внутрь корпуса 2.

Далее происходит течение скважинной жидкости со шламом в корпусе 2, при этом шлам, находящийся в скважинной жидкости просеивается через кольцевые каналы D', D"….Dⁿ, уменьшающиеся сверху вниз, соответствующих металлических колец 5', 5"…5ⁿ. Шлам 19 последовательно оседает на верхней поверхности металлических колец 5', 5"…5ⁿ и стекает к их периферии ( к внутренним стенкам корпуса 2) за счёт того, что металлические кольца 5', 5"…5ⁿ выполнены в виде усеченных конусов под углом 45°, а диаметры D', D"….Dⁿ проходных кольцевых каналов соответствующих металлических колец 5', 5"…5ⁿ уменьшаются сверху вниз, за счёт чего скорость нисходящего потока скважинной жидкости со шламом увеличивается. Это повышает интенсивность отсеивания шлама из скважинной жидкости на каждом металлическом кольце 5', 5"…5ⁿ.

Скважинная жидкость со шламом, пройдя через металлические кольца 5', 5"…5ⁿ, попадает в шламоулавливающую камеру 15, где остатки неотсеянного шлама, находящегося в скважинной жидкости, оседают в шламоулавливающую камеру 15. Далее скважинная жидкость, очищенная от шлама 19, через радиальные отверстия 6 корпуса 2 попадает в межтрубное пространство над пакером, что исключает заваливание шламом 19 пакера в процессе подъёма.

Повышается эффективность работы устройства за сче того, что в межтрубном пространстве скважины, установлена усовершенствованная конструкция герметизатора, выполненная в виде самоуплотняющейся манжеты воротникового типа, у которой верхний край находится напротив верхнего торца корпуса. Это позволяет сразу направить скважинную жидкость со шламом непосредственно внутрь корпуса устройства, благодаря чему исключается накопление шлама в межтрубном пространстве скважины и засыпание пакера шламом.

Повышается надёжность работы устройства, так как гарантированно исключается закупоривание шламоуловителя шламом. Это связано с тем, что шлам просеивается через кольцевые каналы D', D"….Dⁿ, уменьшающиеся сверху вниз, соответствующих металлических колец 5', 5"…5ⁿ, за счёт этого скорость нисходящего потока скважинной жидкости со шламом увеличивается, что повышает интенсивность отсеивания шлама на каждом металлическом кольце 5', 5"…5ⁿ. Остатки не отсеянного шлама, находящегося в скважинной жидкости перед попаданием в радиальные отверстия 6 корпуса 2 оседают в шламоулавливающей камере 15. Таким образом мелкие и крупными частицы шлама одновременно оседают на металлических кольцах 5', 5"…5ⁿ и шламоулавливаемой камере 15. Это исключает заваливание шламоуловителя и отказ устройства в работе.

Увеличивается объём отбираемого шлама, так как устройство улавливает шлам (загрязнения, механические примеси), находящиеся в скважинной жидкости во взвешанном состоянии, как при спуске, так и при подъеме устройства из скважины.

Предлагаемый шламоуловитель надпакерный позволяет:

- повысить эффективность работы шламоуловителя;

- повысить надёжность работы шламоуловителя;

- увеличить объём отбираемого шлама;

- расширить технологические возможности устройства.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при очистке скважины с использованием пакера. Шламоуловитель включает патрубок, металлические кольца и ребра жесткости. Снаружи на патрубок концентрично установлен корпус, снизу патрубок и корпус жестко и герметично соединены заглушкой, а сверху патрубок и корпус жестко соединены ребрами жесткости. Металлические кольца выполнены в виде усеченных конусов, обращены основанием вниз и расположены между корпусом и патрубком, при этом металлические кольца снаружи жестко закреплены к корпусу, а внутри с патрубком образуют кольцевые каналы, проходные диаметры кольцевых каналов металлических колец уменьшаются сверху вниз. Под нижним металлическим кольцом корпус оснащён радиальными отверстиями, а патрубок выше корпуса оснащён фильтром с радиальными отверстиями. Выше радиальных отверстий в фильтре установлена и зафиксирована подвижная втулка с посадочным седлом под сбрасываемый шар, при этом подвижная втулка имеет возможность ограниченного продольного перемещения вниз с герметичным перекрытием отверстий и фиксации относительно фильтра. В патрубке ниже фильтра установлен обратный клапан. Корпус снаружи оснащён самоуплотняющейся манжетой, пропускающей снизу вверх. Манжета закреплена на корпусе так, что ее верхний край находится напротив верхнего торца корпуса. Ниже радиальных отверстий корпуса устройство оснащено шламоулавливающей камерой. Повышается эффективность и надежность работы, увеличивается объём отбираемого шлама, расширяются технологические возможности устройства. 4 ил.

Шламоуловитель надпакерный, включающий патрубок, металлические кольца и ребра жесткости, отличающийся тем, что снаружи на патрубок концентрично установлен корпус, причём снизу патрубок и корпус жестко и герметично соединены заглушкой, а сверху патрубок и корпус жестко соединены ребрами жесткости, при этом металлические кольца выполнены в виде усеченных конусов, обращены основанием вниз и расположены между корпусом и патрубком, при этом металлические кольца снаружи жестко закреплены к корпусу, а внутри с патрубком образуют кольцевые каналы, проходные диаметры кольцевых каналов металлических колец уменьшаются сверху вниз, при этом под нижним металлическим кольцом корпус оснащён радиальными отверстиями, а патрубок выше корпуса оснащён фильтром с радиальными отверстиями, причём выше радиальных отверстий в фильтре установлена и зафиксирована подвижная втулка с посадочным седлом под сбрасываемый шар, при этом подвижная втулка имеет возможность ограниченного продольного перемещения вниз с герметичным перекрытием отверстий и фиксации относительно фильтра, причём в патрубке ниже фильтра установлен обратный клапан, при этом корпус снаружи оснащён самоуплотняющейся манжетой, пропускающей снизу вверх, при этом самоуплотняющаяся манжета закреплена на корпусе так, что верхний край самоуплотняющейся манжеты находится напротив верхнего торца корпуса, а ниже радиальных отверстий корпуса устройство оснащено шламоулавливающей камерой.