УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА И СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА ПРИ ПОМОЩИ ЭТОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2021 года по МПК E21B43/26 E21B34/14 

Область техники

Изобретение относится к добывающей промышленности, в частности, к устройству для проведения многостадийного гидроразрыва пласта и способу проведения многостадийного гидроразрыва пласта при помощи заявленного устройства при разработке коллекторов нефти и газа.

Уровень техники

Из уровня техники известны различные варианты выполнения устройств для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, включающих в себя муфты с радиальными отверстиями, снабженные скользящими втулками, открывающими либо закрывающими упомянутые отверстия при взаимодействии втулки со скважинными инструментами, рабочие органы которых входят в зацепление с рельефом внутренней поверхности скользящей втулки с целью ее перемещения внутри муфты.

Так, в описании заявки на выдачу евразийского патента EA201891119, МПК: E21B19/22; E21B34/12, опубликованной 29.03.2019, раскрыто техническое решение, узлом которого является трубчатый элемент в виде муфты для использования в обсадной трубе ствола скважины, обеспечивающий выборочный доступ к смежному пласту во время операции заканчивания скважины. Внутренняя поверхность подвижной втулки, установленной в муфте, выполнена гладкой, что снижает надежность ее взаимодействия с инструментами.

Из писания патента Китая на полезную модель CN209568995, МПК: E21B34/14; E21B43/26, опубликованного 01.11.2019, известно устройство, включающее в себя муфту и гидравлический переключающий инструмент для открытия и закрытия отверстий муфты для проведением многостадийного гидравлического разрыва пласта, перемещением скользящей втулки в полости муфты. При этом переключающий инструмент взаимодействует с профилем на внутренней поверхности скользящей втулки ответными рельефными выступами профиля выдвижного элемента. Однако сложная форма упомянутых профилей как скользящей втулки, так и рельефных выступов выдвижного элемента переключающего инструмента подвержены износу в процессе эксплуатации, что снижает надежность работы устройства.

В патенте США US7066264, МПК: E21B34/14; E21B43/04, опубликованном 27.06.2006, раскрыто устройство для гидроразрыва пласта, содержащее муфту и подвижную втулку. Причем втулка имеет кольцевые уплотнительные элементы, что обеспечивает ее герметичное соединение с муфтой. На внутренней поверхности втулки выполнены профили, которые входят в зацепление с скважинным инструментом для перемещения втулки в открытое или закрытое положение по отношению к отверстиям для нагнетания флюида. Внутренние профили выполнены в виде двух внутренних кольцевых расширений, каждое из которых оснащено фасками с двух сторон. Однако наличие фаски на кольцевом расширении со стороны, приближенной к торцевой части втулки, способствует соскальзыванию с нее скважинного инструмента, и снижает надежность работы устройства.

В патенте РФ №2685360, МПК: E21B 34/14, опубликованном 17.04.2019, раскрыт клапан для различных технологических операций по эксплуатации и ремонту скважин, который в качестве корпуса содержит цилиндрическую муфту с боковыми отверстиями и кольцевой поршень, выполненный в виде втулки, соединенной с цангой. Средством для перемещения поршня является центратор с плашками, установленный на колонне штанг. При продольном перемещении колонны штанг вверх центратор своими плашками упирается во внутренние буртики цанги. Продолжая движение вверх, центратор перемещает цангу и связанный с ней поршень в крайнее верхнее положение в корпусе клапана. Цанга наружными буртиками фиксируется в верхнем гнезде корпуса клапана, при этом отверстия корпуса-муфты открываются, и происходит сообщение трубного и затрубного пространства. После фиксации цанги в верхнем гнезде, центратор проходит через цангу, раздвигая ее лепестки, и находится над корпусом клапана. Аналогично центратор проходит вниз, закрывая отверстие. В данном техническом решении элементом зацепления является торцевой выступ цанги, а не втулки, что приводит к недостаточной надежности устройства из-за риска поломки лепестков цанги центратором.

В качестве наиболее близкого аналога заявленного технического решения может быть выбрано устройство для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, известное из патента RU2604525, МПК: E21B34/06; E21B43/26, опубликованного 17.08.2012, из которого известна высокопроизводительная многоблочная система интенсификации добычи, которая включает в себя скважинную сборку, содержащую по меньшей мере две скользящие муфты, размещенных на насосно-компрессорной колонне в стволе скважины, при этом каждая из скользящих муфт имеет корпус с наружным диаметром, внутренним диаметром, центральным сквозным каналом, первым отверстием, обеспечивающим радиальное сообщение посредством флюида между центральным сквозным каналом и стволом скважины, вторым отверстием, продольно смещенным от первого отверстия, обеспечивающим радиальное сообщение посредством флюида между центральным сквозным каналом и стволом скважины, а также закрытым положением, предотвращающим радиальное сообщение посредством флюида между центральным сквозным каналом и стволом скважины. Причем для цели активации, то есть переключения скользящих муфт между закрытым положением и открытым положением, предусматривается либо сбрасывание шара вниз по насосно-компрессорной колонне, либо введение толкателя (технологического инструмента) в нижнюю часть насосно-компрессорной колонны с возможностью переключения скользящей муфты между первым открытым положением и вторым открытым положением, обеспечивающим доступ ко второму отверстию, при этом толкатель вступает в зацепление со вставкой (втулкой) для облегчения ее перемещения. Упомянутый толкатель подвешен на технологической колонне насосно-компрессорных труб, благодаря которой возможно его перемещение вверх и вниз в любой последовательности.

В данном техническом решении, в частности, раскрыт толкатель, имеющий массивную радиально подвижную защелку дисковой формы, расположенную вдоль всей окружности корпуса толкателя, предназначенную для замкового зацепления с кольцевым расширением профиля подвижной втулки. Толкатель может быть установлен в стволе скважины с подвижной защелкой в радиально убранном положении, что уменьшает его наружный диаметр, а также позволяет толкателю очищать любые области уменьшенного диаметра внутри блока гидроразрыва пласта. После размещения толкателя в расширенной части профиля вставки подвижная защелка перемещается из своего радиально втянутого положения в радиально выдвинутое положение и вступает в зацепление с профилем в подвижной вставки. При этом к технологической колонне насосно-компрессорных труб прикладывают усилие натяжения для перемещения толкателя и соответственно вставки из открытого положения в закрытое положение с целью блокировки потока флюида между наружной частью корпуса и внутренней частью корпуса.

После перемещения вставки в закрытое положение усилие натяжения с поверхности скважины уменьшается и снижается гидравлическое давление в корпусе толкателя. При этом подвижная защелка на толкателе перемещается из своего выдвинутого положения во втянутое положение и, таким образом, расцепляется с профилем вставки. Затем толкатель может быть перемещен в свое следующее положение для перемещения вставки или же толкатель может быть извлечен из скважины.

Недостатком данного технического решения является возможность проскальзывания защелки толкателя через расширенный участок профиля подвижной втулки, поскольку упомянутая защелка имеет сглаженную форму выступающей части, и расширенная часть профиля подвижной вставки также имеет гладкую поверхность, а взаимодействие между ними происходит только за счет силы трения от радиального усилия расширения защелки. Кроме того, упомянутые силы трения и радиальные усилия приводят к ускоренному износу поверхности подвижной вставки, что снижает в целом работоспособность устройства.

Также в известном техническом решении массивность радиально подвижной защелки приводит к замедленному срабатыванию толкателя, как при выдвижении защелки, так и при ее втягивании, что может служить причиной застревания толкателя, сложности эксплуатации устройства и недостаточной его эффективности.

В описании патента RU2604525, МПК: E21B34/06; E21B43/26, опубликованного 17.08.2012 также раскрыт способ проведения многостадийного гидроразрыва пласта с помощью описанного выше устройства, включающего в себя скважинную сборку.

Задачей, на решение которой направлено предложенное техническое решение, является создание простого и надежного устройства для осуществления способа проведения многостадийного гидроразрыва пласта, позволяющего в любой последовательности по интервалам проводить многостадийный гидроразрыв пласта, благодаря использованию скважинной сборки, включающей в себя муфты с одним или несколькими боковыми отверстиями и с подвижной втулкой в сочетании с применением технологического инструмента для перемещения втулки с открытием или закрытием отверстий муфты.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат заключается в расширении арсенала средств для проведения многостадийного гидроразрыва пласта при повышении их надежности. Надежность заявленного устройства обеспечивается его способностью выполнять требуемые функции при реализации способа проведения многостадийного гидроразрыва пласта.

Для решения поставленной задачи заявлено устройство для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, содержащее скважинную сборку, включающую в себя по меньшей мере две муфты, размещенные на насосно-компрессорной колонне в стволе скважины, при этом каждая из муфт имеет цилиндрический корпус с внутренней полостью с центральным сквозным каналом и боковое отверстие, обеспечивающее радиальное сообщение между центральным сквозным каналом и стволом скважины, а также подвижную втулку, установленную в полости муфты, и инструмент для перемещения подвижной втулки с обеспечением возможности открытия или закрытия упомянутого бокового отверстия. Для этого на внутренней поверхности подвижной втулки выполнен профиль в виде двух кольцевых расширений с буртиком между ними, выполненным с фасками, расположенными с двух сторон буртика. А инструмент установлен в составе сборки на подвижной технологической колонне труб, размещенной в сквозном канале насосно-компрессорной колонны, и снабжен гидравлически расширяющимися в радиальном направлении плашками с подпружиненными наружу выдвижными элементами, позволяющими инструменту зацепляться выдвижными элементами за профиль на внутренней поверхности подвижной втулки упором в верхний или нижний торец профиля.

В заявленной совокупности признаков повышение надежности срабатывания устройства при подготовке к проведению многостадийного гидроразрыва пласта достигается в результате повышения прочности зацепления выдвижных элементов плашек инструмента за верхний или нижний торец профиля внутренней поверхности подвижной втулки. В отличии от прототипа в заявленном устройстве взаимодействие между выдвижным элементом и профилем втулки происходит за счет консольного упора в верхний или нижний торец профиля, что исключает проскальзывание инструмента и снижает нагрузку на корпус подвижной втулки, а также обеспечивает снижение износа профиля внутренней поверхности подвижной втулки и в целом повышает работоспособность устройства.

Выполнение профиля внутренней поверхности подвижной втулки в виде двух смежных кольцевых расширений с буртиком между ними повышает надежность срабатывания устройства при подготовке проведения многостадийного гидроразрыва пласта, поскольку позволяет фиксировать на устье скважины факт зацепления инструмента за профиль подвижной втулки по двойному скачку усилия натяжения на технологической колонне.

Заявленное устройство характеризуется тем, что инструмент для перемещения подвижной втулки содержит корпус, который выполнен с возможностью соединения с технологической колонной труб, в корпусе имеются полости для установки плашек, которые находятся в гидравлической связи с корпусом и снабжены упорами для предотвращения выпадения плашек из корпуса при выдвижении в радиальном направлении под давлением жидкости, поступающей в полости.

Кроме того, повышенная надежность заявленного устройства достигается за счет использования пружин в конструкции плашек инструмента, которые при спуске и подъеме инструмента демпфируют удары о стенки насосно-компрессорной колонны, сохраняя целостность корпуса инструмента и окружающего оборудования, так что после извлечения на поверхность инструмент снова готов к дальнейшему использованию в скважине.

Благодаря использованию пружин заявленное устройство дополнительно характеризуется тем, что инструмент выполнен с возможностью проходить с расширенными плашками внутри сквозного канала насосно-компрессорной колонны, а также проходить буртик профиля на внутренней поверхности подвижной втулки упругим скольжением по фаскам буртика при прохождении сквозного канала муфты.

В оптимальном варианте изготовления заявленного устройства инструмент выполнен с расширяющимися в радиальном направлении плашками, расположенными в два ряда на его наружной поверхности на расстоянии между рядами не меньше ширины основания буртика профиля подвижной втулки.

Двухрядное расположение плашек повышает надежность и работоспособность заявленного устройства поскольку зацепление выдвижных элементов плашек за верхний или нижний торец профиля подвижной втулки может осуществляться каждым рядом плашек.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения плашки и сопряженные с ними выдвижные элементы представляют собой цилиндрические фланцевые втулки, вставленные одна в другую при условии, что внутренний диаметр втулки, образующей корпус плашки, больше наружного диаметра выдвижного элемента на ширину фланца выдвижного элемента. При этом в торцевой части втулки, образующей корпус плашки, выполнено отверстие, соответствующее наружному диаметру выдвижного элемента, что позволяет ему выдвигаться из корпуса плашки под действием гидравлических сил. Таким образом, инструмент снабжен плашками с выдвижными элементами, соединенными между собой по типу телескопически сопряженных фланцевых втулок. При этом в корпусе каждой плашки, образованном упомянутыми фланцевыми втулками, установлена пружина с упором одного конца в торец выдвижного элемента, а другого конца – в основание плашки. Заявленная конструкция выдвижных элементов характеризуется повышенной надежностью, поскольку пружина не взаимодействует с активирующей жидкостью, не корродирует и не засоряется шламом, что увеличивает ресурс работы оборудования и его межремонтный пробег.

Соединение корпуса плашки и корпуса инструмента снабжено уплотнениями для обеспечения герметичности, что влияет на повышение надежности выдвигания плашек, так как активирующая жидкость не утекает.

Кроме того, плашки и выдвижные элементы заявленного устройства выполнены с фасками на наружной торцевой, что также сказывается на повышении надежности, так как уменьшен износ поверхности при их скольжении по внутреннему профилю колонны насосно-компрессорных труб и уменьшен износ рельефа внутренней поверхности подвижной втулки.

Следует отметить, что подвижная втулка в заявленном устройстве выполнена герметичной по отношению к муфте, для чего она снабжена кольцевыми уплотнениями, установленными в проточках на внешней поверхности втулки, расположенными как на концевых участках, так и в средней части втулки. Герметичность подвижной втулки повышает надежность и эффективность работы заявленного устройства. Кроме того, подвижная втулка в заявленном устройстве выполнена с возможностью перемещения в муфте в пределах внутренних упоров, образованных в местах соединения муфты с насосно-компрессорной колонной, резьбовыми соединительными элементами.

В предпочтительном варианте изготовления заявленного устройства муфта для проведения гидроразрыва пласта выполнена с дополнительными боковыми отверстиями, а подвижная втулка установлена с возможностью продольного перемещения в упомянутой муфте при помощи инструмента для открытия или закрытия дополнительных отверстий.

Повышению надежности заявленного устройства способствует обеспечение долговечности его конструкции. При эксплуатации устройства в наибольшей степени подвержены износу торцевые упоры профиля, образованного на внутренней поверхности подвижной втулки, поскольку за них цепляется инструмент. Сами плашки и выдвижные элементы плашек, как правило изготавливаются из стали повышенной твердости, например, из инструментальной стали, что может повышать износ, контактирующих с ними деталей. По этой причине в заявленном устройстве торцевые упоры профиля на внутренней поверхности подвижной втулки целесообразно изготавливать также с повышенной износостойкостью. Для указанной цели торцевые упоры профиля внутренней поверхности подвижной втулки могут быть подвергнуты термообработке, включающей закалку, либо химико-термической обработке, например, цементацией или нитроцементацией. В другом варианте осуществления изобретения на торцевые упоры профиля внутренней поверхности подвижной втулки может быть нанесено износостойкое покрытие, либо подвижная втулка может быть выполнена в виде составного изделия с изготовлением концевых участков из более износостойкого материала.

Инструмент для перемещения подвижной втулки является важным узлом в устройстве для проведения многостадийного гидроразрыва пласта. Инструмент содержит корпус и плашки, причем корпус выполнен с возможностью соединения с технологической колонной труб, и в упомянутом корпусе имеются полости для установки плашек, также указанные полости находятся в гидравлической связи с корпусом, а плашки выполнены с возможностью выдвигаться в радиальном направлении под давлением жидкости, поступающей в полости, при этом полости имеют упоры для предотвращения выпадения плашек из корпуса. Плашки снабжены подпружиненными выдвижными элементами для зацепления с внутренним профилем подвижной втулки. Техническим результатом при использовании инструмента в составе заявленного устройства является повышение надежности работы инструмента, благодаря повышению надежности работы пружин выдвижных элементов, поскольку они не взаимодействуют с жидкостью, выдвигающей плашки.

Кроме того, плашки расположены на корпусе инструмента в два ряда, что также способствует повышению надежности его работы, поскольку эксплуатационная нагрузка распределится на два ряда.

В заявленном инструменте плашки соединены с выдвижными элементами по типу телескопически сопряженных фланцевых втулок, что также влияет на повышение надежности, поскольку при спуске выдвижные элементы и плашки складываются, не подвергаясь внешним воздействиям. Данная конструкция плашек дополнительно влияет на снижение расхода материалов, поскольку можно использовать плашки и выдвижные элементы меньшего размера при сохранении достаточной ширины выступающей части для надежного зацепления с подвижной втулкой. В результате также возможно увеличение проходного канала для жидкости в инструменте.

Плашки и выдвижные элементы заявленного инструмента выполнены с фасками на наружной торцевой поверхности для снижения их износа и предупреждения сколов на контактной поверхности. Кроме того, с той же целью выдвижные элементы инструмента выполнены из стали с повышенной прочностью и износостойкостью, предпочтительно из инструментальной стали.

Для повышения надежности выдвижения плашек в полостях корпуса инструмента установлены герметизирующие элементы уплотнения, что предотвращает утечку активирующей жидкости.

Способ проведения многостадийного гидроразрыва пласта осуществляется при помощи заявленного устройства и с использованием заявленного инструмента. Согласно заявленному способу сначала осуществляют спуск в ствол скважины устройства для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, содержащего скважинную сборку, включающую в себя насосно-компрессорную колонну, оборудованную по меньшей мере двумя муфтами с цилиндрическим корпусом с внутренней полостью и с центральным сквозным каналом, а также имеющими боковые отверстия, обеспечивающие радиальное сообщение между центральным сквозным каналом и стволом скважины, причем в полости муфты установлена подвижная втулка с возможностью открытия или закрытия упомянутого бокового отверстия, а на внутренней поверхности подвижной втулки выполнен профиль в виде двух кольцевых расширений с буртиком между ними и с фасками, расположенными с двух сторон буртика, а также с упорами на верхнем и нижнем торце профиля.

Затем в сквозной канал насосно-компрессорной колонны на технологической колонне труб спускают инструмент, содержащий корпус и плашки с выдвижными элементами, для активации выбранной муфты, для чего инструмент спускают ниже выбранной муфты и через технологическую колонну в корпусе инструмента создают избыточное давление для расширения плашек, при котором выдвижные элементы упруго упираются во внутренние стенки колонны, сжимая размещенные в них пружины. Далее инструмент перемещают в сторону устья скважины со скольжением выдвижных элементов по стенкам насосно-компрессорной колонны до попадания их во внутренний профиль подвижной втулки, прохода буртика по его фаскам, и упора в верхний торец профиля, при этом момент упора выдвижных элементов в верхний торец профиля подвижной втулки фиксируют по двойному скачку давления на устье и увеличению усилия перемещения технологической колонны труб; после чего при помощи технологической колонны труб продолжают перемещать инструмент вместе с подвижной втулкой до верхнего упора муфты, открывая боковое отверстие муфты. Затем снижают давление в инструменте, при этом выдвижные элементы при помощи пружин вдавливают плашки внутрь корпуса инструмента, позволяя ему выйти из зацепления с подвижной втулкой, что позволяет удалить инструмент из сквозного канала муфты и произвести соответствующий гидроразрыв пласта.

Для закрытия бокового отверстия выбранной муфты после проведения соответствующего гидроразрыва пласта осуществляют спуск инструмента в сквозной канал насосно-компрессорной колонны выше уровня выбранной муфты, затем через технологическую колонну в корпусе инструмента создают избыточное давление для расширения плашек, при котором выдвижные элементы упруго упираются во внутренние стенки насосно-компрессорной колонны, сжимая, размещенные в них пружины;

далее инструмент перемещают в сторону забоя скважины со скольжением выдвижных элементов по стенкам насосно-компрессорной колонны до попадания их во внутренний профиль подвижной втулки и до упора в нижний торец профиля, после чего продолжая перемещать инструмент вместе с подвижной втулкой до нижнего упора муфты, закрывают упомянутое боковое отверстие.

Краткое описание чертежей

Чертежи представлены для лучшего понимания изобретения, однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что раскрытое техническое решение не ограничивается вариантом, представленным на чертежах.

На фиг. 1 представлен общий вид, показывающий схему размещения устройства многостадийного гидроразрыва пласта в скважине.

На фиг. 2 показан узел заявленного устройства для многостадийного гидроразрыва пласта при увеличенном изображении инструмента, вид А.

Осуществление изобретения

На фигуре 1 позициями 1, 2 и 3 обозначены муфты заявленного устройства для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, расположенные в скважине 23 в составе насосно-компрессорной колонны 20. В частности, муфта 1, которая в увеличенном изображении показана на фиг. 2, включает в себя цилиндрический корпус 4 с размещенной в нем герметичной подвижной втулкой 5, перемещение которой необходимо для подготовки проведения гидроразрыва пласта 25 при открытии отверстий 6 инструментом 7. Отверстия 6 в корпусе 4 муфты 1 выполнены с возможностью нахождения в открытом положении. При открытии отверстий 6 возможно радиальное сообщения между центральным сквозным каналом муфты 1 и затрубным пространством 9 ствола скважины, а в закрытом положении отверстий 6 сообщение между сквозным каналом муфты 1 и затрубным пространством 9 перекрыто. Подвижная втулка 5 имеет внутренний профиль 10 для зацепления ее инструментом 7. Внутренний профиль 10 для зацепления втулки выполнен в виде двух последовательно расположенных кольцевых расширений 11 и 12 с буртиком 13 между ними, оснащенным фасками 14 и 15 с двух сторон. Инструмент 7 выполнен в виде спускаемого на технологической колонне труб 16 корпуса с гидравлически расширяющимися плашками 17, снабженными поджатыми пружинами 18 выдвижными элементами 19, позволяющими инструменту проходить внутри насосно-компрессорной колонне 20 и зацепляться выдвижными элементами 19 за внутренней профиль 10 только упором в верхний 21 или нижний 22 торец внутреннего профиля 10 подвижной втулки 5. Зацепление за верхний 21 или нижний 22 торец внутреннего профиля 10 при продолжении движения инструмента 7 приводит к смещению втулки 5 верх или вниз соответственно с закрытием или открытием отверстий 6. На верхнем 21 и нижнем 22 торцах внутреннего профиля 10 подвижной втулки 5, как показано на фиг.2, фаски отсутствуют, а торцы выполнены в виде строго перпендикулярных выступов, что обеспечивает надежное их зацепление выдвижными элементами 19 без проскальзывания.

Работа заявленного устройства осуществляется следующим образом.

Предварительно бурят вертикальную 23 (фиг. 1) или горизонтальную (не показана) скважину. Вертикальную скважину 23 бурят со вскрытием нескольких пластов 24 и 25, а горизонтальный ствол горизонтальной скважины – в пределах одного пласта (не показан). После чего в скважину 23 спускают скважинную сборку, включающую в себя насосно-компрессорную колонну 20, оборудованную муфтами 1, 2 и 3 в необходимом количестве. Насосно-компрессорная колонна 20 между муфтами 1, 2 и 3 может оснащаться заколонными пакерами 26 для разделения интервалов гидроразрыва. Пакеры 26 в вертикальной скважине 23 располагают между пластами 24 и 25. В ходе установки насосно-компрессорной колонны 20 пакеры 26 могут герметизировать заколонное пространство 9 в своем интервале. Для проведения многостадийного гидроразрыва необходимо активировать муфты 1, 2 или 3 последовательно открытием отверстий 6 инструментом 7 напротив соответствующего интервала, например, муфты 1. Для этого через сквозной канал насосно-компрессорной колонны 20 на технологической колонне труб 16 спускают инструмент 7 гарантировано ниже муфты 1. После чего через технологическую колонну труб 16 в инструменте 7 создают избыточное давление для расширения плашек 17. При этом выдвижные элементы 19 упираются во внутренние стенки колонны 20, сжимая пружину 18. После чего инструмент 7 при помощи подвижной технологической колонны труб 16 перемещают в сторону устья (не показано) скважины 23 со скольжением выдвижных элементов 19 по стенкам насосно-компрессорной колонны 20 до попадания во внутренний профиль 10 втулки 5, прохода буртика 13, благодаря его фаскам 15 и 14, и упора в верхний торец 21 профиля 10, походя через кольцевые расширения 12 и 11. Это фиксируется двойным скачком давления на устье и увеличением усилия на устьевом индикаторе веса (не показан) при перемещении технологической колонны 16, что свидетельствует о зацеплении выдвижных элементов 19 за верхний торец внутреннего профиля. При дальнейшем перемещении инструмента 7 при помощи технологической колонны труб 16, вместе с ним смещается герметичная втулка 5 до верхнего упора 28, открывая отверстия 6, через которые проводят одну из стадий гидроразрыва пласта 25.

Для извлечения инструмента 7 в технологической колонне труб 16 снижают давление, выдвижные элементы 19, взаимодействуя со стенками насосно-компрессорной колонны 20 и при помощи пружин 18 вдавливают плашки 17 внутрь инструмента 7, позволяя ему свободно подниматься на поверхность (не показана) скважины 23. При подъеме инструмента 7 пружины 18 через выдвижные элементы 19 демпфируют его удары о стенки насосно-компрессорной колонны 20, сохраняя целостность инструмента 7, который после извлечения на поверхность готов к дальнейшему использованию в скважине 23 без дополнительной подготовки.

При закрытии отверстий 6 муфты 1 через сквозной канал насосно-компрессорной колонны 20 на технологической колонне труб 16 спускают инструмент 7 гарантировано выше муфты 1. После чего через технологическую колонну труб 16 в инструменте 7 создают избыточное давление для расширения плашек 17. При этом выдвижные элементы 19 упираются во внутренние стенки колонны 20, сжимая пружину 18. После чего инструмент 7 при помощи технологической колонны труб 16, перемещают от устья скважины 23 со скольжением выдвижных элементов 19 по стенкам насосно-компрессорной колонны 20 до попадания во внутренний профиль 10 втулки 5, прохода буртика 13, благодаря его фаскам 14 и 15, и упора в нижний торец 22 профиля 10, походя через кольцевые расширения 12 и 11. Это фиксируется двойным скачком давления на устье и снижением усилия на устьевом индикаторе веса (не показан) при перемещении технологической колонны труб 16, что свидетельствует о зацеплении выдвижных элементов 19 за нижний торец 22 внутреннего профиля 10. При дальнейшем перемещении инструмента 7 при помощи технологической колонны 16, вместе с ним смещается втулка 5 до нижнего упора 29, закрывая отверстия 6. Для стадий гидроразрыва пласта 24 активируют соответствующую муфту 2 аналогичным образом открытием и закрытием соответствующих отверстий 6 муфты 2.

В соответствии с изложенным, заявленное устройство позволяет просто, надежно и в любой последовательности по интервалам проводить многостадийный гидроразрыв пласта в вертикальных и горизонтальных скважинах, благодаря использованию муфты устройства с герметичной подвижной втулкой в сочетании с инструментом для открытия и закрытия отверстий (окон) муфты устройства. Все компоненты заявленного устройства характеризуются повышенной прочностью и износостойкость обеспечивая надежность его работы при выполнении всех операций заявленного способа.

Преимуществом заявленного изобретения является простота использования устройства за счет возможности проводить многостадийный гидроразрыв пласта без извлечения инструмента 7 на поверхность, оставляя его выше зоны гидроразрыва пласта. Кроме того, повышенная надежность заявленного устройства достигается за счет использования пружин 18, которые при спуске и подъеме инструмента 7 смягчают (демпфируют) удары о стенки насосно-компрессорной колонны 20, сохраняя целостность корпуса и плашек инструмента 7.

Изобретение относится к добывающей промышленности, в частности к устройству для проведения многостадийного гидроразрыва пласта и способу проведения многостадийного гидроразрыва пласта при помощи заявленного устройства при разработке коллекторов нефти и газа. Заявлено устройство для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, содержащее: скважинную сборку, включающую в себя по меньшей мере две муфты, размещенные на насосно-компрессорной колонне в стволе скважины, при этом каждая из муфт имеет цилиндрический корпус с внутренней полостью с центральным сквозным каналом и боковое отверстие, обеспечивающее радиальное сообщение между центральным сквозным каналом и стволом скважины, а также подвижную втулку, установленную в полости муфты, и инструмент для перемещения подвижной втулки с обеспечением возможности открытия или закрытия упомянутого бокового отверстия. При этом на внутренней поверхности подвижной втулки выполнен профиль в виде двух кольцевых расширений с буртиком между ними, выполненным с фасками, расположенными с двух сторон буртика, а инструмент установлен на подвижной технологической колонне труб, размещенной в сквозном канале насосно-компрессорной колонны, и снабжен гидравлически расширяющимися в радиальном направлении плашками с подпружиненными наружу выдвижными элементами, позволяющими инструменту зацепляться выдвижными элементами за профиль на внутренней поверхности подвижной втулки с упором в верхний или нижний торец профиля. Технический результат заключается в расширении арсенала средств для проведения многостадийного гидроразрыва пласта при повышении их надежности. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, содержащее:

скважинную сборку, включающую в себя по меньшей мере две муфты, размещенные на насосно-компрессорной колонне в стволе скважины, при этом каждая из муфт имеет цилиндрический корпус с внутренней полостью с центральным сквозным каналом и боковое отверстие, обеспечивающее радиальное сообщение между центральным сквозным каналом и стволом скважины, а также подвижную втулку, установленную в полости муфты, и

инструмент для перемещения подвижной втулки с обеспечением возможности открытия или закрытия упомянутого бокового отверстия,

отличающееся тем, что

на внутренней поверхности подвижной втулки выполнен профиль в виде двух кольцевых расширений с буртиком между ними, выполненным с фасками, расположенными с двух сторон буртика,

а инструмент установлен на подвижной технологической колонне труб, размещенной в сквозном канале насосно-компрессорной колонны, и снабжен гидравлически расширяющимися в радиальном направлении плашками с подпружиненными наружу выдвижными элементами, позволяющими инструменту зацепляться выдвижными элементами за профиль на внутренней поверхности подвижной втулки с упором в верхний или нижний торец профиля.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инструмент для перемещения подвижной втулки содержит корпус, который выполнен с возможностью соединения с технологической колонной труб, в корпусе имеются полости для установки плашек, которые находятся в гидравлической связи с корпусом и снабжены упорами для предотвращения выпадения плашек из корпуса при выдвижении в радиальном направлении под давлением жидкости, поступающей в полости.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инструмент выполнен с возможностью проходить с расширенными плашками внутри сквозного канала обсадной колонны и колонны-хвостовика, а также проходить буртик профиля на внутренней поверхности подвижной втулки при прохождении сквозного канала муфты.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инструмент выполнен с расширяющимися в радиальном направлении плашками, расположенными в два ряда на его наружной поверхности на расстоянии между рядами не меньше ширины основания буртика профиля подвижной втулки.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инструмент снабжен плашками с выдвижными элементами, соединенными по типу телескопически сопряженных фланцевых втулок, при этом в корпусе каждой плашки, образованном упомянутыми фланцевыми втулками, установлена пружина с упором одного конца в торец выдвижного элемента, а другого конца – в основание плашки.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что плашки и выдвижные элементы выполнены с фасками на наружной торцевой поверхности.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижная втулка выполнена герметичной по отношению к муфте и снабжена кольцевыми уплотнениями, установленными в проточках на внешней поверхности втулки, расположенными как на концевых участках, так и в средней части втулки.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижная втулка выполнена с возможностью перемещения в сквозном канале полости муфты в пределах внутренних упоров, образованных средствами соединения муфты с насосно-компрессорной колонной.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что муфта выполнена с дополнительными боковыми отверстиями, а подвижная втулка установлена с возможностью открытия или закрытия упомянутых дополнительных отверстий при ее продольном перемещении в сквозном канале полости муфты инструментом.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торцевые упоры профиля, образованного на внутренней поверхности подвижной втулки, расположены под прямым углом к внутренней поверхности подвижной втулки и выполнены из материала с повышенной износостойкостью.

11. Инструмент для перемещения подвижной втулки в устройстве для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, содержащий корпус и плашки, причем корпус выполнен с возможностью соединения с технологической колонной труб и в упомянутом корпусе имеются полости для установки плашек, также указанные полости находятся в гидравлической связи с корпусом, а плашки выполнены с возможностью выдвигаться в радиальном направлении под давлением жидкости, поступающей в полости, при этом полости имеют упоры для предотвращения выпадения плашек из корпуса,

отличающийся тем, что

плашки снабжены подпружиненными выдвижными элементами для зацепления с внутренним профилем подвижной втулки.

12. Инструмент по п.11, отличающийся тем, что плашки расположены на корпусе в два ряда.

13. Инструмент по п.11, отличающийся тем, что плашки соединены с выдвижными элементами по типу телескопически сопряженных фланцевых втулок.

14. Инструмент по п.11, отличающийся тем, что плашки и выдвижные элементы выполнены с фасками на наружной торцевой поверхности.

15. Инструмент по п.11, отличающийся тем, что выдвижные элементы выполнены из стали с повышенной прочностью и износостойкостью, предпочтительно из инструментальной стали.

16. Инструмент по п.11, отличающийся тем, что в полостях установлены герметизирующие элементы.

17. Способ проведения многостадийного гидроразрыва пласта при помощи устройства по п.1 с использованием инструмента по п.11, отличающийся тем, что осуществляют спуск в ствол скважины устройства для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, содержащего скважинную сборку, включающую в себя насосно-компрессорную колонну, оборудованную по меньшей мере двумя муфтами с цилиндрическим корпусом и с внутренней полостью с центральным сквозным каналом, а также имеющими боковые отверстия, обеспечивающие радиальное сообщение между центральным сквозным каналом и стволом скважины, причем в полости муфты установлена подвижная втулка с возможностью открытия или закрытия упомянутого бокового отверстия, а на внутренней поверхности подвижной втулки выполнен профиль в виде двух кольцевых расширений с буртиком между ними и с фасками, расположенными с двух сторон буртика, а также с упорами на верхнем и нижнем торцах профиля,

затем в сквозной канал насосно-компрессорной колонны на технологической колонне труб спускают инструмент, содержащий корпус и плашки с выдвижными элементами, для активации выбранной муфты, для чего инструмент спускают ниже выбранной муфты и через технологическую колонну в корпусе инструмента создают избыточное давление для расширения плашек, при котором выдвижные элементы упруго упираются во внутренние стенки колонны-хвостовика, сжимая размещенные в них пружины;

далее инструмент перемещают в сторону устья скважины со скольжением выдвижных элементов по стенкам насосно-компрессорной колонны до попадания их во внутренний профиль подвижной втулки, прохода буртика по его фаскам и упора в верхний торец профиля,

при этом момент упора выдвижных элементов в верхний торец профиля подвижной втулки фиксируют по двойному скачку давления на устье и увеличению усилия перемещения технологической колонны труб;

после чего при помощи технологической колонны труб продолжают перемещать инструмент вместе с подвижной втулкой до верхнего упора муфты, открывая боковое отверстие муфты;

затем снижают давление в инструменте, при этом выдвижные элементы при помощи пружин вдавливают плашки внутрь корпуса инструмента, позволяя ему выйти из зацепления с подвижной втулкой, что позволяет удалить инструмент из сквозного канала муфты и произвести соответствующий гидроразрыв пласта.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что для закрытия бокового отверстия выбранной муфты после проведения соответствующего гидроразрыва пласта осуществляют спуск инструмента в сквозной канал насосно-компрессорной колонны выше уровня выбранной муфты, затем через технологическую колонну в корпусе инструмента создают избыточное давление для расширения плашек, при котором выдвижные элементы упруго упираются во внутренние стенки насосно-компрессорной колонны, сжимая, размещенные в них пружины;

далее инструмент перемещают в сторону забоя скважины со скольжением выдвижных элементов по стенкам насосно-компрессорной колонны до попадания их во внутренний профиль подвижной втулки и до упора в нижний торец профиля,

после чего, продолжая перемещать инструмент вместе с подвижной втулкой до нижнего упора муфты, закрывают упомянутое боковое отверстие.