Устройство для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт Российский патент 2023 года по МПК E21B33/124 E21B33/127 

Изобретение относится к горной и нефтедобывающей отрасли, а именно к пакерующим устройствам для селективной закачки изоляционных материалов, поинтервальных кислотных обработок, отключения обводнившихся пластов при ремонте скважин в период их освоения и эксплуатации.

Известен пакер (патент RU № 2010947 С1, МПК Е21В 33/12, опубл. 15.04.1994г.), включающий полый ствол с заглушкой на нижнем торце, радиальными каналами, верхним и нижним продольными пазами на наружной поверхности, установленный на стволе и образующий с ним рабочую камеру уплотнительный элемент с верхней концевой арматурой, образующий со стволом кольцевую полость и нижней концевой арматурой, установленной с возможностью продольного перемещения относительно ствола, фиксатор ствола относительно верхней концевой арматуры и кольцевой подпружиненный поршень, установленный в кольцевой полости между стволом и верхней концевой арматурой с возможностью сообщения при пакеровке рабочей камеры уплотнительного элемента с полостью ствола, установленного с возможностью осевого перемещения относительно уплотнительного элемента при его распакеровке и сообщения при этом рабочей камеры уплотнительного элемента с полостью ствола и пространством под пакером, при этом он снабжён подпружиненным якорем, установленным на наружной поверхности верхней концевой арматуры уплотнительного элемента, установленной в полости ствола с возможностью ограниченного осевого перемещения подпружиненной дифференциальной втулкой с кольцевой канавкой на наружной поверхности и пальцами - фиксаторами, а фиксатор ствола относительно верхней концевой арматуры уплотнительного элемента выполнен в виде подпружиненного ствола с усилием на срыв меньшим усилия на срыв подпружиненного якоря, при этом в стволе выполнены радиальные отверстия, на внутренней поверхности верхней концевой арматуры уплотнительного элемента выполнена кольцевая канавка, а пальцы - фиксаторы установлены в радиальных отверстиях ствола с возможностью последовательного размещения их торцевых частей в кольцевой канавке дифференциальной втулки и в кольцевой канавке верхней концевой арматуры уплотнительного элемента при осевом перемещении дифференциальной втулки.

Недостатком устройства является сложность изготовления узла периодической фиксации нижнего уплотнительного элемента и взаимосвязанной работы узла, что снижает эксплуатационную надёжность узла.

Наиболее близкой по технической сущности является устройство для поинтервальной пакеровки скважины (патент RU № 41489 U1, МПК Е21В 33/12, опубл. 27.10.2004г., Бюл. № 30), включающее ствол с перепускным клапаном, жестко связанные с концевыми частями ствола верхний и нижний корпуса, на каждом из которых с возможностью осевого перемещения установлен гидравлический уплотнительный элемент с концевыми арматурами, образующий с корпусом кольцевую камеру, сообщённую с полостью ствола через радиальные каналы в корпусе, продольные пазы, выполненные на наружной поверхности верхнего корпуса ниже уплотнительного элемента, при этом радиальные каналы корпусов перекрыты со стороны кольцевых камер обратными клапанами, а верхний и нижний корпуса снабжены кольцевыми упорами, выполненными соответственно выше и ниже гидравлического уплотнительного элемента, на наружной поверхности нижнего корпуса выше гидравлического уплотнительного элемента выполнены продольные пазы, а поверх продольных пазов на корпусе установлены пружины.

Недостатком устройства является вероятность возникновения аварийной ситуации после распакеровки и последующего подъёма устройства, так как давление столба надпакерной жидкости постоянно пакерует (надувает) нижний гидравлический уплотнительный элемент, то последний начнет работать как поршневой элемент и это приведет к его интенсивному износу и выходу из строя, а усилия при подъёме могут достигать значительных величин.

Технические задачи заключаются в повышении эксплуатационной надёжности устройства при подъёме устройства после распакеровки за счёт ориентирования в одном направлении стволов верхней и нижней сборок, что исключит пакерование (надув) нижнего гидравлического уплотнительного элемента, а также в улучшении технических характеристик благодаря повышению несущей способности гидравлических уплотнительных элементов.

Для решения технических задач предлагается устройство для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт, включающее ствол, с жестко закрепленным верхним упором, размещенным выше гидравлического уплотнительного элемента верхней сборки, и с установленным на нём гидравлическим уплотнительным элементом с верхней и нижней концевыми заделками с возможностью осевого перемещения вдоль ствола и с образованием герметичной кольцевой рабочей камеры, сообщённой с внутренней полостью ствола, радиальные отверстия, перекрывающиеся со стороны кольцевых рабочих камер обратными клапанами, продольные выборки, выполненные на наружной поверхности ствола ниже гидравлического уплотнительного элемента верхней сборки, и поверх которых установлена спиральная пружина, перепускной клапан.

Новым является то, что верхняя и нижняя сборки, каждая из которых содержит ствол ориентированы в одном направлении так, что верхние упоры расположены ближе к устью скважины, также верхний упор размещен выше гидравлического уплотнительного элемента нижней сборки, причем верхние упоры верхней и нижней сборок снабжены стаканами с уплотнителями, изолирующие от давления торцевые стыки между верхними упорами и верхними заделками гидравлических уплотнительных элементов, и наружный диаметр которых равен наружному диаметру верхних концевых заделок гидравлических уплотнительных элементов, кроме того гидравлические уплотнительные элементы усилены армирующими проволочными каркасами, обеспечивающими работу последних при более высоких давлениях.

Новым является также то, что выходные концы радиальных отверстий охватываются кольцевыми пластинчатыми пружинами, размещёнными в соответствующих им кольцевых проточках ствола, внутренние поверхности которых обрезинены, причём наружные диаметры кольцевых пластинчатых пружин не больше наружного диаметра ствола.

Новым является также то, что перепускной клапан содержит корпус и поршень дифференциальный, с выполненными на них верхних и нижних рядов отверстий, пружину и упор пружины.

Новым является также то, что продольные выборки расположены ниже гидравлического уплотнительного элемента нижней сборки, но вне полости герметичной кольцевой рабочей камеры, причем ограничительный упор спиральной пружины, установленной поверх продольных выборок, выполнен с возможностью регулирования усилий сжатия спиральной пружины.

Новым является также то, что конец нижней сборки ствола оснащен седлом для сброса шарика.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт при спуске в скважину.

На фиг. 2 показано устройство для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт с запакерованными гидравлическими уплотнительными элементами во время закачки реагентов.

На фиг. 3 показано устройство для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт с распакерованными гидравлическими уплотнительными элементами после окончания закачки.

На фиг. 4 показан узел А устройства для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт на фиг. 1 в исходном (транспортном) положении.

На фиг. 5 показан узел А устройства для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт на фиг. 1 с запакерованными гидравлическими уплотнительными элементами во время закачки.

На фиг. 6 показан узел А устройства для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт на фиг. 1 с распакерованными гидравлическими уплотнительными элементами.

На фиг. 7 показан продольный разрез клапана перепускного в исходном (транспортном) положении.

На фиг. 8 показан продольный разрез клапана перепускного во время закачки.

Устройство для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт (фиг.1, 4, 5) включает верхнюю и нижнюю сборки, каждая из которых содержит ствол 1 с верхним упором 2, стакан с уплотнителями 3, с установленным на нём гидравлическим уплотнительным элементом 4 с верхней 5 и нижней 6 концевыми заделками с возможностью осевого перемещения вдоль ствола 1 и с образованием герметичной кольцевой рабочей камеры 7. Причем гидравлический уплотнительный элемент 4 усилен армирующим проволочным каркасом (на фиг. не показан), обеспечивающий работу последнего при более высоком давлении. В то же время стволы 1 каждой из сборок ориентированы в одном направлении так, что верхние упоры 2 расположены ближе к устью скважины (на фиг. не показана). В средней части ствола 1, в зоне герметичной кольцевой рабочей камеры 7, размещён ряд радиальных отверстий 8, сообщающих внутреннюю полость ствола 1 с герметичной кольцевой рабочей камерой 7, причём выходные концы радиальных отверстий 8 охватываются кольцевыми пластинчатыми пружинами 9, выполняющие функцию обратных клапанов и перекрывающие радиальные отверстия 8 в стволе 1 со стороны герметичных кольцевых рабочих камер 7. Кольцевые пластинчатые пружины 9 размещены в соответствующих им кольцевых проточках ствола 1, внутренние поверхности которых обрезинены, причем наружные диаметры которых не больше наружного диаметра ствола 1. В нижней части верхней и нижней сборках ствола 1 установлена спиральная пружина 10 с ограничительным упором 11, прижимающая в исходном положении гидравлический уплотнительный элемент 4 к верхнему упору 2, причем ограничительный упор 11 выполнен с возможностью регулирования усилий сжатия спиральной пружины. При этом на наружной поверхности ствола 1 под спиральной пружиной 10, но вне полости герметичной кольцевой рабочей камеры 7 выполнены продольные выборки 12. В интервале между верхней и нижней сборками, помимо комплекта насосных труб (на фиг. не показаны), определяющих интервал обработки (воздействия) пласта, установлен клапан перепускной 13 (фиг. 7, 8). Клапан перепускной 13 содержит корпус 14, поршень дифференциальный 15, пружину спиральную 16 и упор пружины 17. При этом, как в поршне дифференциальном 15 выполнены верхний 18 и нижний 19 ряды отверстий, так и в корпусе 14 выполнены верхний 20 и нижний 21 ряды отверстий. Конец нижней сборки ствола 1 оснащен седлом для сброса шарика 22.

Устройство для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт жёстко связано с колонной насосных труб 23 (фиг. 1).

Устройство для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт работает следующим образом.

Устройство для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт спускают в скважину (на фиг. не показана) на колонне насосных труб 23, в зону перфорации обсадной колонны (на фиг. не показана) или необсаженного участка ствола 1 скважины (на фиг. не показана), для обработки продуктивного пласта с целью повышения нефтеотдачи. При спуске в скважину (на фиг. не показана) внутренняя полость устройства и колонна насосных труб 23 заполняется скважинной жидкостью через нижние ряды отверстий 19 и 21 поршня дифференциального 15 и корпуса 14, соответственно, совпадающие между собой в транспортном (исходном) положении устройства. При достижении заданного интервала устройством за счёт повышения давления в колонне насосных труб 23 и во внутренней полости устройства поршень дифференциальный 15 перепускного клапана 13 перемещается в нижнее положение относительно корпуса 14. При этом нижний ряд отверстий 19 поршня дифференциального 15, смещаясь вниз перекрывается корпусом 14, а верхний ряд отверстий 18 дифференциального поршня 15 совпадает с верхним рядом отверстий 20 корпуса 14. После чего начинается закачка реагента или кислотная обработка пласта. После окончания технологической операции давление в колонне насосных труб 23 сбрасывается и дифференциальный поршень 15 возвращается в транспортное (исходное) положение, давление при этом в колонне насосных труб 23 и межтрубном пространстве выравниваются. Распакеровка гидравлических уплотнительных элементов 4 производится натяжением колонны насосных труб 23 вверх, в результате чего стволы 1 верхней и нижней сборок смещаются вверх, при этом спиральные пружины 10 сжимаются, а продольные выборки 12 сообщают кольцевые герметичные рабочие камеры 7 с межтрубным пространством.

Таким образом, устройство переводится в транспортное (исходное) положение с возможностью перемещения в следующий интервал обработки.

Устройство для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт позволит повысить эксплуатационную надёжность устройства при подъёме устройства после распакеровки, за счёт ориентирования в одном направлении стволов верхней и нижней сборок, что исключит пакерование (надув) нижнего гидравлического уплотнительного элемента, а также улучшить технические характеристики, благодаря повышению несущей способности гидравлических уплотнительных элементов.

Изобретение относится к горной и нефтедобывающей отрасли, а именно к пакерующим устройствам для селективной закачки изоляционных материалов, поинтервальных кислотных обработок, отключения обводнившихся пластов при ремонте скважин в период их освоения и эксплуатации. Устройство для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт включает верхнюю и нижнюю сборки, каждая из которых содержит ствол с верхним упором, гидравлический уплотнительный элемент с верхней и нижней концевыми заделками с возможностью осевого перемещения вдоль ствола и с образованием герметичной кольцевой рабочей камеры, сообщённой с внутренней полостью ствола, каждый ствол имеет радиальные отверстия, перекрывающиеся со стороны кольцевых рабочих камер обратными клапанами, верхний упор ствола верхней сборки жестко закреплен и размещен выше гидравлического уплотнительного элемента верхней сборки, на наружной поверхности ствола верхней сборки ниже гидравлического уплотнительного элемента верхней сборки выполнены продольные выборки, поверх которых установлена спиральная пружина, опирающаяся на ограничительный упор и выполненная с возможностью прижимания в исходном положении гидравлического уплотнительного элемента к верхнему упору. В интервале между верхней и нижней сборками установлен перепускной клапан. Верхняя и нижняя сборки ориентированы в одном направлении так, что их верхние упоры расположены ближе к устью скважины. Верхний упор нижней сборки жестко закреплен на стволе и размещен выше гидравлического уплотнительного элемента нижней сборки, а ниже гидравлического уплотнительного элемента нижней сборки вне полости герметичной кольцевой рабочей камеры расположены продольные выборки, поверх которых установлена спиральная пружина, опирающаяся на ограничительный упор и выполненная с возможностью прижимания в исходном положении гидравлического уплотнительного элемента к верхнему упору. Верхние упоры верхней и нижней сборок снабжены стаканами с уплотнителями. Гидравлические уплотнительные элементы верхней и нижней сборок усилены армирующими проволочными каркасами. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надёжности устройства при подъёме устройства после распакеровки за счёт ориентирования в одном направлении стволов верхней и нижней сборок, что исключает пакерование нижнего гидравлического уплотнительного элемента, а также в улучшении технических характеристик благодаря повышению несущей способности гидравлических уплотнительных элементов. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для поинтервальной опрессовки скважин и воздействия на пласт, включающее верхнюю и нижнюю сборки, каждая из которых содержит ствол с верхним упором, гидравлический уплотнительный элемент с верхней и нижней концевыми заделками с возможностью осевого перемещения вдоль ствола и с образованием герметичной кольцевой рабочей камеры, сообщённой с внутренней полостью ствола, каждый ствол имеет радиальные отверстия, перекрывающиеся со стороны кольцевых рабочих камер обратными клапанами, верхний упор ствола верхней сборки жестко закреплен и размещен выше гидравлического уплотнительного элемента верхней сборки, на наружной поверхности ствола верхней сборки ниже гидравлического уплотнительного элемента верхней сборки выполнены продольные выборки, поверх которых установлена спиральная пружина, опирающаяся на ограничительный упор и выполненная с возможностью прижимания в исходном положении гидравлического уплотнительного элемента к верхнему упору, при этом в интервале между верхней и нижней сборками установлен перепускной клапан, отличающееся тем, что верхняя и нижняя сборки ориентированы в одном направлении так, что их верхние упоры расположены ближе к устью скважины, причем верхний упор нижней сборки жестко закреплен на стволе и размещен выше гидравлического уплотнительного элемента нижней сборки, а ниже гидравлического уплотнительного элемента нижней сборки вне полости герметичной кольцевой рабочей камеры расположены продольные выборки, поверх которых установлена спиральная пружина, опирающаяся на ограничительный упор и выполненная с возможностью прижимания в исходном положении гидравлического уплотнительного элемента к верхнему упору, причем верхние упоры верхней и нижней сборок снабжены стаканами с уплотнителями, кроме того, гидравлические уплотнительные элементы верхней и нижней сборок усилены армирующими проволочными каркасами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обратные клапаны выполнены в виде кольцевых пластинчатых пружин, размещённых в соответствующих им кольцевых проточках ствола, внутренние поверхности которых обрезинены, причём наружные диаметры кольцевых пластинчатых пружин не больше наружного диаметра ствола.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перепускной клапан содержит корпус и поршень дифференциальный с выполненными на них верхним и нижним рядами отверстий, пружину и упор пружины.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ограничительный упор спиральной пружины, установленной поверх продольных выборок, выполнен с возможностью регулирования усилия сжатия спиральной пружины.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конец нижней сборки ствола оснащен седлом для сброса шарика.