УЗЕЛ ВСТАВКИ РАЗРЫВНОГО ПОРТА МУФТЫ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА И МУФТА ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА С УЗЛОМ ВСТАВКИ РАЗРЫВНОГО ПОРТА Российский патент 2023 года по МПК E21B34/10 E21B43/26 

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к конструктивным узлам и устройствам в составе обсадных колонн нефтяных и газодобывающих скважин, и может быть использована для гидроразрыва подземных пластов, в частности, в труднодоступных нефтегазоносных горизонтах.

Проблемы нефтегазодобычи в настоящее время становятся все более актуальными, что приводит к тому, что устройствам для доступа к подземным пластам, направленным на интенсификацию притока нефти или газа, уделяется все большее внимание.

Для интенсификации добычи нефти и газов из подземных пластов, содержащих углеводороды, используют технологию гидравлического разрыва. Гидроразрыв проводится для создания в подземных пластах трещин под действием жидкости, закачиваемой под давлением. Через трещины в подземных пластах, образованные в результате гидроразрыва, и извлекают углеводороды.

После бурения нефтяных и газовых скважин их стволы обустраивают так называемыми обсадными колоннами, которые опускают в пробуренную скважину с последующим их цементированием. Обсадные колонны выполнены, как правило, из секционированных металлических труб, секции которых соединены трубчатыми металлическими муфтами с портами для гидроразрыва пластов, содержащими узлы вставок с разрывными мембранами, которые взламываются давлением жидкости, закачиваемой в обсадную колонну для гидроразрыва пластов. В зависимости от давления на определенной глубине в скважине, используют разрывные мембраны, изготовленные на соответствующее давление.

Проблемой, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является расширение арсенала устройств, позволяющих интенсифицировать процесс нефте-газодобычи из подземных пластов.

Известны многочисленные конструкции как узлов вставок разрывных портов муфт гидроразрыва пласта (далее - ГРП), так и самих муфт с использованием подобных узлов вставок.

Известен узел разрывной мембраны с порогом разрывающего давления, при этом разрывная мембрана герметично зацеплена с портом и блокирует прохождение жидкости через порт, будучи неповрежденной. Для удерживания разрывной мембраны в герметичном зацеплении с отверстием установлены фиксатор, который ввинчен по резьбе, и колпачок, герметично зацепленный с портом и расположенный на расстоянии от разрывной мембраны, при этом колпачок блокирует прохождение жидкости через порт в неповрежденном состоянии, и при этом фиксатор, разрывная мембрана и колпачок образуют камеру. Камера может содержать жидкость, пока разрывная мембрана не повреждена под давлением, которое способствует разрыву разрывной мембраны. Для герметизации узла используют защитную мастику (силиконовый герметик) и уплотнительные кольца. Известный узел может быть использован многократно, ограничиваясь заменой фактически только разрывной мембраны /Патент US 9765594, Е21В 34/10; Е21В 31/06; Е21В 43/26, 2017 г./.

Недостатками известного устройства являются недостаточное центрирование разрывной мембраны при установке, а также использование для герметизации узла уплотнительных колец разного диаметра, что приводит к возможному перекосу разрывной мембраны при установке и срабатывании.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является узел вставки разрывного порта муфты скважинного перфоратора, содержащий кольцевой вкладыш с наружной резьбой, разрывной мембраной (сердечником) - центральной нижней частью, очерченной V-образной канавкой, и кольцевой проточкой с уплотнительным кольцом, камеру с консистентной смазкой, защитный диск с центральным отверстием и С-образный стопорный элемент, размещенный поверх защитного диска. Давление жидкости, закачиваемой в обсадную колонну, вынуждает сердечник вкладыша отрываться от вставки по периферии, очерченной V-образной канавкой, выполняя функцию разрывной мембраны и, двигаясь с высокой скоростью через камеру с консистентной смазкой и смещая защитный диск с центральным отверстием, позволяет обрабатывающей жидкости вытекать через отверстие в обсадной колонне и разрушать цемент и целевой подземный пласт, пробивая их. /Патент US 9228421, Е21В 43/114, Е21В 43/26, 2016 г./

Недостатками известного устройства являются сложность изготовления конфигурации кольцевого вкладыша с сердечником, выполняющим функцию разрывной мембраны, а так же то, что узел вставки является одноразовым, поскольку из-за отрыва сердечника целостность вставки нарушается, и для повторного использования необходима замена всего кольцевого вкладыша, что является экономически нецелесообразным.

Технический результат от использования предложенного узла вставки разрывного порта муфты ГРП (далее - узел вставки) заключается в его удешевлении за счет упрощения изготовления при одновременном повышении точности его установки и срабатывания.

Кроме того, узел вставки обладает возможностью многократной замены в нем разрывной мембраны, как на аналогичную, так и на необходимую другую, что является важным аспектом при его эксплуатации.

Проблема решается, а технический результат в части узла вставки достигается за счет того, что узел вставки муфты гидроразрыва пласта содержит кольцевой вкладыш, выполненный разъемным из двух частей - верхней и нижней с наружной резьбой, между которыми посредством резьбового соединения установлена разрывная мембрана, защитный диск с центральным отверстием и С-образный стопорный элемент, причем в верхней части кольцевого вкладыша выполнен паз под резьбовое соединение, в нижней части кольцевого вкладыша на верхнем и нижнем его торцах выполнены кольцевые проточки с уплотнительными кольцами, защитный диск размещен над верхней частью кольцевого вкладыша с образованием над разрывной мембраной внутренней камеры для консистентной смазки, С-образный стопорный элемент установлен поверх защитного диска, а разрывная мембрана выполнена из калиброванного листа.

Предпочтительно, что паз под резьбовое соединение выполнен крестообразным и снабжен сквозными резьбовыми отверстиями.

В предпочтительном варианте в качестве резьбового соединения используют винты с потайными головками.

Группа изобретений поясняется чертежами.

Для большей наглядности соотношения между отдельными элементами на чертежах изменены.

На Фиг. 1 схематически изображен вертикальный разрез узла вставки с разъемным кольцевым вкладышем; на Фиг. 2. - вид в аксонометрии сборочных единиц узла на Фиг. 1; на Фиг. 3-вид в аксонометрии сборки разъемного кольцевого вкладыша; на Фиг. 4 - схематически изображен вертикальный разрез муфты ГРП; на Фиг. 5 - узел А муфты ГРП на Фиг. 4 - многоступенчатый разрывной порт; на Фиг. 6 - узел Б муфты ГРП на Фиг. 4 - многоступенчатый разрывной порт с защитным кольцевым колпачком на первой ступени и узлом вставки с разъемным кольцевым вкладышем Фиг. 1 на второй ступени; на Фиг. 7 - вид в аксонометрии муфты ГРП с расположением разрывных портов в четыре ряда; на Фиг. 8 - вид в аксонометрии муфты ГРП с расположением в два ряда разрывных портов на выступающем воротнике; на Фиг. 9 -вид в аксонометрии муфты ГРП с выступающим воротником, разделенным продольными пазами на секции; на Фиг. 10 - вид в аксонометрии муфты ГРП с выступающим воротником, разделенным продольными пазами на секции и парными поперечными прорезями в каждой секции, соединенными между собой посредством круглых отверстий и расположенными по обе стороны от каждого разрывного порта; на Фиг. 11 - вид в плане муфты ГРП с выступающим воротником, разделенным продольными пазами на секции и парными прорезями в каждой секции воротника, расположенными по обе стороны от каждого разрывного порта под углом одна к другой и к продольной оси трубчатого корпуса.

Узел вставки (Фиг. 1) содержит кольцевой вкладыш с наружной резьбой, выполненный разъемным из двух частей - верхней 1 и нижней 2, между которыми размещена разрывная мембрана 3, над верхней частью вкладыша 1 расположен защитный диск 4 с центральным отверстием 5. Над защитным диском 4 установлен Сообразный стопорный элемент 6. В нижней части 2 кольцевого вкладыша на ее верхнем и нижнем торцах выполнены проточки с размещенными в них уплотнительными кольцами круглого сечения 7. Между разрывной мембраной 3 и защитным диском 4 внутри верхней части кольцевого вкладыша 1 образована камера для консистентной смазки 8. Верхняя 1 и нижняя 2 части кольцевого вкладыша и разрывная мембрана 3 соединены резьбовым соединением 9, при этом (Фиг. 2) на торце верхней части 1 кольцевого вкладыша, размещенной под защитным диском 4, выполнен крестообразный паз 10 со сквозными резьбовыми отверстиями (на чертеже не показаны), например, под потайные головки 11 винтов 12 винтового соединения, разрывная мембрана 3 снабжена отверстиями 13 для прохода винтов 12, а нижняя часть 2 кольцевого вкладыша снабжена глухими резьбовыми отверстиями 14. Разрывная мембрана 3 выполнена из калиброванного листа.

Узел вставки с разъемным кольцевым вкладышем помещают в разрывной порт (порты) муфты гидроразрыва пласта (далее - ГРП), для чего отдельно собирают кольцевой вкладыш - в кольцевые проточки нижней части кольцевого вкладыша на верхнем и нижнем его торцах устанавливают уплотнительные кольца 7, затем на нижнюю часть кольцевого вкладыша 2 укладывают разрывную мембрану 3 и верхнюю часть 1 кольцевого вкладыша. Резьбовым соединением, в частности, с использованием винтов с потайной головкой, соединяют между собой верхнюю часть 1 кольцевого вкладыша с наружной резьбой, разрывную мембрану 3 и нижнюю часть 2 кольцевого вкладыша с наружной резьбой путем пропуска винтов 12 через отверстия для прохода 13 в глухие резьбовые отверстия 14 нижней части 2 кольцевого вкладыша, при этом головки 11 винтов 12 убираются в крестообразный паз 10. Собранный из верхней 1 и нижней 2 частей кольцевой вкладыш с расположенной между ними разрывной мембраной 3 (Фиг. 3) ввинчивают посредством установочного инструмента в разрывной порт (порты) муфты ГРП. Внутри верхней части 1 кольцевого вкладыша над разрывной мембраной 3 образуется камера для консистентной смазки 8. Камеру 8 заполняют консистентной смазкой на основе нефтяного или синтетического масла. Сверху на кольцевой вкладыш, ограничивая камеру 8, укладывают защитный диск 4. Сверху защитного диска 4 устанавливают С-образный стопорный элемент 6, удерживающий узел вставки и предупреждающий его от возможных перекосов. Уплотнительные кольца 7 одинакового размера, разъемный кольцевой вкладыш с резьбовым соединением и С-образный стопорный элемент 6 обеспечивают плотность и лучшее центрирование установки разрывной мембраны 3.

Муфту (муфты) ГРП в составе обсадной колонны устанавливают в скважине. Для обеспечения герметичности между обсадной колонной, содержащей муфты ГРП, и скважиной производят цементацию кольцевого пространства между ними.

Защитный диск 4 с центральным отверстием 5 устанавливают для защиты разрывной мембраны 3 от проникновения цементно-песчаной смеси и мусора в процессе цементации, для исключения вымывания консистентной смазки, а также от воздействия на разрывную мембрану 3 давления из кольцевого пространства между муфтой ГРП и скважиной. Консистентная смазка, обладая высокой степенью адгезии, хорошо удерживается на поверхностях, а излишки консистентной смазки из камеры 8 выводятся через центральное отверстие 5 защитного диска 4, которое за счет отвода излишек консистентной смазки позволяет выравнивать давление между камерой 8 и кольцевым пространством между муфтой ГРП и стволом скважины.

Калиброванный лист разрывной мембраны 3 изготавливают из металлического листа методом холодной прокатки. Холодный прокат позволяет получить однородность свойств материала и обеспечивает необходимую толщину листа с необходимым допуском без задиров и царапин. Анизотропия механических свойств по толщине листа минимальная. Использование калиброванного листа позволяет получить разрывную мембрану 3 более точной обработки по толщине, которая не требует никакой механической доводки ни точением, ни фрезерованием, а позволяет удешевить узел вставки за счет упрощения изготовления при одновременном повышении точности срабатывания.

Разрывные мембраны имеют различную толщину, которая пропорциональна давлению их разрушения (разрыва). Толщину подбирают в зависимости от необходимого давления, исходя из геолого-технических параметров скважины. Чем больше толщина разрывной мембраны 3, тем выше давление должно быть приложено для ее разрушения. Как правило, изначально устанавливают давление, при котором будет произведен гидроразрыв пласта, при этом в муфту ГРП устанавливают узел вставки с толщиной разрывной мембраны 3, изготовленной на соответствующее давление.

В обсадную колонну, содержащую в своем составе муфты ГРП, после цементации кольцевого пространства между ней и скважиной под высоким давлением закачивают рабочую среду - жидкость, которая, проникая в муфту ГРП, поступает в разрывные порты, где происходит разрушение разрывной мембраны 3 узла вставки. Кроме того, что камеру 8 заполняют консистентной смазкой, для разрушенных фрагментов разрывной мембраны 3, она выполняет роль разгонного пространства, в котором фрагменты разрывной мембраны 3 вылетают со скоростью, приобретая кинетическую энергию, происходит последующее разрушение цементного кольца вокруг обсадной колонны, в подземный пласт закачивают необходимый объем жидкости для его гидроразрыва с образованием трещин, через которые нефть и/или газ могут быть извлечены.

При разрушении разрывной мембраны 3 опорные элементы конструкции узла вставки - верхняя и нижняя части разъемного кольцевого вкладыша остаются неповрежденными, что позволяет при замене разрушенной разрывной мембраны 3 использовать узел вставки многократно. При этом, заменяя только лишь разрывную мембрану 3 на любую, рассчитанную на заданное давление разрыва, узел вставки может быть использован в широком диапазоне муфт ГРП.

Таким образом, для изготовления узлов вставок на различные давления разными изготавливают только разрывные мембраны, а кольцевые вкладыши, их половинки, винты, уплотнительные кольца всегда неизменны. Это дешевле и проще в изготовлении.

Выполнение узла вставки в соответствии с предложенным техническим решением, позволяет повысить точность его срабатывания за счет лучшего центрирования разрывной мембраны при одновременном его удешевлении за счет упрощения изготовления.

Известны многочисленные конструкции муфт ГРП, в составе которых используют различные узлы вставок (Патент US 9228421, Е21В 43/114, Е21В 43/26, 2016 г.; патент US 9765594, Е21В 34/10; Е21В 31/06; Е21В 43/26, 2017 г.; патент US10858909, Е21В 43/26; Е21В 34/10, 2020 г и другие).

Все известные конструкции муфт ГРП представляют собой удлиненный трубчатый корпус с осевым отверстием, резьбой на обоих его концах и с расположенными по образующей корпуса разрывными портами, сообщающимися с осевым отверстием и выполненными в форме цилиндрических ступенчатых отверстий. В разрывных портах устанавливают узлы вставок той или иной конфигурации с разрывными мембранами.

Одним из недостатков этих муфт ГРП является использование узлов вставок разрывных портов, как более, так и менее сложных, в которых используют разрывные мембраны, установленные с возможным перекосом, что снижает надежность эксплуатации этих муфт за счет невозможности обеспечения одновременности разрыва всех разрывных портов.

Для сопряжения с обсадными колоннами муфты ГРП имеют соответствующую резьбу на обоих концах и в составе обсадных колонн устанавливаются в скважине напротив продуктивных нефтяных пластов. После чего для обеспечения герметичности кольцевого пространства между обсадной колонной с муфтами ГРП и скважиной производят цементаж, в процессе которого цементно-песчаную смесь по трубе обсадной колонны закачивают до тех пор, пока не будет заполнено все кольцевое пространство между скважиной и обсадной колонной. В процессе продвижения цемента по трубе обсадной колонны и муфт ГРП возможно попадание цемента в открытые отверстия разрывных портов со стороны осевого отверстия муфты, в которых установлены узлы вставок с разрывными мембранами, что также снижает надежность эксплуатации муфт ГРП, поскольку цементный камень будет препятствовать нормальному разрыву разрывной мембраны.

Таким образом, другим недостатком известных муфт ГРП является то, что отверстия разрывных портов со стороны осевых отверстий муфт ГРП являются открытыми и не защищены от проникновения в них цемента и мусора.

Кроме того, в процессе цементации в составе обсадной колонны в кольцевом пространстве между ней и скважиной муфты ГРП могут быть зафиксированы недостаточно надежно, что также приводит к снижению надежности их эксплуатации.

Технический результат от использования предложенной муфты ГРП заключается в повышении надежности ее эксплуатации за счет обеспечения одновременности разрыва всех разрывных дисков узлов вставки и надежности фиксации муфты в скважине после цементажа.

Проблема решается, а технический результат в части устройства муфты ГРП достигается за счет того, что муфта гидроразрыва пласта состоит из удлиненного трубчатого корпуса с осевым отверстием, резьбой на обоих его концах и снабжена расположенными по образующей корпуса рядами от одного до четырех четырьмя разрывными портами в каждом ряду, расположенными на равном расстоянии один от другого по окружности, сообщающимися с осевым отверстием и выполненными в форме цилиндрического ступенчатого отверстия, первая и вторая ступени которого в направлении от осевого отверстия выполнены с внутренней резьбой, при этом первая ступень снабжена защитным кольцевым колпачком с наружной резьбой по кольцевой поверхности и днищем с центральным отверстием, вторая - снабжена узлом вставки разрывного порта с разъемным кольцевым вкладышем с разрывной мембраной по любому из п. 1-3, внутренний диаметр кольцевого колпачка больше внутреннего диаметра разъемного кольцевого вкладыша узла вставки, а между днищем с центральным отверстием и разрывной мембраной узла вставки разрывного порта образована ступенчатая камера для консистентной смазки.

Предпочтительно, что резьба на одном конце трубчатого корпуса внутренняя, а на другом - наружная.

В одном из вариантов исполнения муфты ГРП ее трубчатый корпус снабжен выступающим воротником, в котором расположены разрывные порты.

Предпочтительно, что выступающий воротник разделен продольными пазами, параллельными осевому отверстию трубчатого корпуса, на четыре секции, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один разрывной порт, при этом, продольные пазы выполнены с переменным поперечным сечением по длине, увеличивающимся по ходу движения цементного раствора.

В еще одном варианте исполнения муфты ГРП каждая секция воротника снабжена поперечными парными прорезями, соединенными между собой посредством круглых отверстий и расположенными по обе стороны от каждого разрывного порта.

Предпочтительно, что парные прорези расположены под углом одна к другой и к продольной оси трубчатого корпуса.

Муфта ГРП (Фиг. 4) состоит из удлиненного трубчатого корпуса 15 с осевым отверстием 16, резьбой на обоих его концах 17 и разрывными портами 18, сообщающимися с осевым отверстием 16 и выполненными в форме цилиндрического ступенчатого отверстия (Фиг. 5 - узел А на Фиг. 4), первая и вторая ступени которого в направлении от осевого отверстия выполнены с внутренней резьбой 19 и 20 соответственно. Первая ступень цилиндрического ступенчатого отверстия разрывного порта (Фиг. 6 - узел Б на Фиг. 4) снабжена защитным кольцевым колпачком 21 с наружной резьбой по кольцевой поверхности и днищем 22 с центральным отверстием 23. Вторая ступень цилиндрического ступенчатого отверстия разрывного порта снабжена узлом вставки разрывного порта, содержащим разъемный кольцевой вкладыш с наружной резьбой, выполненный из двух частей - верхней 1 и нижней 2, между которыми размещена разрывная мембрана 3, при этом, верхняя 1 и нижняя 2 части кольцевого вкладыша и разрывная мембрана 3 соединены резьбовым соединением. Над верхней частью разъемного кольцевого вкладыша 1 расположен защитный диск 4 с центральным отверстием 5, при этом над разрывной мембраной 3 внутри верхней части кольцевого вкладыша 1 образована камера для консистентной смазки 8. Над защитным диском 4 установлен С-образный стопорный элемент 6. В нижней части 2 разъемного кольцевого вкладыша на ее верхнем и нижнем торцах выполнены проточки с размещенными в них уплотнительными кольцами круглого сечения 7. Внутренний диаметр защитного кольцевого колпачка 21 больше внутреннего диаметра разъемного кольцевого вкладыша узла вставки, при этом между днищем 22 с центральным отверстием 23 и разрывной мембраной 3 узла вставки разрывного порта образована ступенчатая камера для консистентной смазки 24.

Сборку муфты ГРП осуществляют следующим образом.

В первую ступень разрывного порта муфты 15 по резьбе 19 вворачивают защитный кольцевой колпачок 21 с днищем 22 с центральным отверстием 23, внутреннюю камеру колпачка заполняют консистентной смазкой. Собирают кольцевой вкладыш узла вставки посредством резьбового соединения. Собранный разъемный кольцевой вкладыш узла вставки переворачивают нижней частью 2 вверх, внутреннее пространство кольцевого вкладыша, которое оказывается над разрывной мембраной 3, заполняют консистентной смазкой, а затем разъемный кольцевой вкладыш вновь переворачивают и вворачивают во вторую ступень разрывного порта муфты 15 по резьбе 20. Внутренний диаметр защитного кольцевого колпачка 21 больше внутреннего диаметра разъемного кольцевого вкладыша узла вставки, поэтому разъемный кольцевой вкладыш нижней частью 2 после установки в разрывной порт муфты 15 фактически опирается на защитный кольцевой колпачок 21, а образованная ступенчатая камера 24 заполнена консистентной смазкой. Заполняют консистентной смазкой камеру 8 узла вставки, сверху на разъемный кольцевой вкладыш укладывают защитный диск 4 с центральным отверстием 5, на который устанавливают С-образный стопорный элемент 6, удерживающий узел вставки и предупреждающий его от возможных перекосов.

Использование на первой ступени разрывного порта защитного кольцевого колпачка 21 с наружной резьбой по кольцевой поверхности и днищем 22 с центральным отверстием 23, а также наличие консистентной смазки в пространстве под разрывной мембраной 3 в ступенчатой камере для консистентной смазки 24 позволяет дополнительно защитить разрывную мембрану 3 (чувствительный элемент узла вставки) изнутри муфты 15, как от мусора и цемента, так и от неравномерности воздействия на разрывную мембрану 3 давления в осевом отверстии 16. Таким образом, разрывная мембрана 3 с обеих сторон защищена консистентной смазкой, которая не вымывается при цементации скважины ни изнутри, ни снаружи. Избытки консистентной смазки удаляются через центральные отверстия 5 и 23 в защитном диске 4 и днище 22 соответственно.

Разрывные порты 18 расположены по образующей корпуса рядами от одного до четырех с четырьмя разрывными портами в каждом ряду, расположенными на равном расстоянии один от другого по окружности. Таким образом, минимальное количество портов в муфте, расположенных в одном ряду - 4, а максимальное в четырех рядах - 16. Диапазон количества разрывных портов в муфте основан на том, что совокупная площадь выходных отверстий разрывных портов не должна быть менее площади внутреннего сечения муфты, поскольку в противном случае, высокое давление внутри муфты не будет находить адекватного выхода, что в свою очередь будет препятствовать одновременности разрывов всех разрывных дисков в муфте.

Что касается расположения разрывных портов в одном ряду на равном расстоянии один от другого, то это приводит к одновременности воздействия на пласты, окружающие муфту, из-за повышенной точности срабатывания разрывных дисков, использованных узлов вставок. Количества рядов с портами более четырех экономически нецелесообразно, поскольку увеличивает площадь сообщения между осевым отверстием 16 (внутренней полостью муфты) и наружной частью муфты, что приводит к увеличению длины муфты, а соответственно к снижению надежности одновременности разрывов всех разрывных дисков в муфте.

Для более точного центрирования и надежности фиксации муфт ГРП с целью повышения надежности их эксплуатации в процессе цементирования их в скважине используют различную наружную конфигурацию муфт ГРП.

В одном из вариантов исполнения муфта ГРП (Фиг. 7) содержит удлиненный трубчатый корпус 15, с внутренней резьбой 17 на одном конце и расположенными в 4 ряда разрывными портами 18, расположенными на равном расстоянии один от другого по окружности трубчатого корпуса 15. В процессе цементирования муфта ГРП может быть недостаточно зафиксирована в скважине, так как муфта гладкая и цемент плохо связывается с муфтой.

В другом варианте муфта ГРП (Фиг. 8) содержит удлиненный трубчатый корпус 15, с внутренней резьбой на одном конце и наружной резьбой 17 на другом, наружная поверхность трубчатого корпуса 15 снабжена воротником 25, на котором расположены в два ряда разрывные порты 18, расположенные на равном расстоянии один от другого по окружности трубчатого корпуса 15. Наличие воротника 25 позволяет сократить расстояние между муфтой в месте расположения разрывных портов 18, что обеспечивает образование в области воротника 25 более тонкого слоя цемента, что сокращает толщину препятствия для воздействия гидравлического разрыва на пласт.

В другом варианте муфта ГРП (Фиг. 9) содержит удлиненный трубчатый корпус 15, с внутренней резьбой 17 на одном конце и наружной резьбой на другом и воротником, разделенным продольными пазами 26 на секции 27, в которых двумя рядами расположены разрывные порты 18, при этом, продольные пазы выполнены с переменным поперечным сечением по длине. Продольные пазы и их переменное поперечное сечение по длине, увеличивающееся в направлении движения цементного раствора, создают дополнительное сопротивление движению цементного раствора и раствор в них затекает, что увеличивает площадь контакта муфты с цементом и позволяет лучше зафиксировать муфту в скважине.

В других вариантах исполнения муфты ГРП, в одном из которых она содержит удлиненный трубчатый корпус 15 с воротником, разделенным продольными пазами 26 на секции 27, в которых рядами расположены разрывные порты 18, секции 27 разделены поперечными парными прорезями 28, соединенными между собой посредством круглых отверстий и расположенными по обе стороны от каждого разрывного порта 18 (Фиг. 10), и в другом из которых секции 27 разделены парными прорезями 28, расположенными по обе стороны от каждого разрывного порта 18 и под углом одна к другой и к продольной оси трубчатого корпуса (Фиг. 11). Наличие дополнительных парных прорезей, расположенных, в частности, под углом одна к другой и к продольной оси трубчатого корпуса по обе стороны от каждого разрывного порта 18 также создает сопротивление движению цементного раствора, который затекает в парные прорези 28, что увеличивает площадь контакта муфты с цементом и позволяет лучше зафиксировать муфту в скважине. При проведении гидравлического разрыва пласта (нагнетание жидкости под давлением с пульсациями) муфта не будет смещаться относительно оси ствола скважины.

Таким образом, предложенные варианты конструкций муфт ГРП позволяют лучше зафиксировать и центрировать их в скважине с обеспечением предотвращения попадания цемента внутрь разрывных портов.

В обсадную колонну, содержащую в своем составе муфты ГРП, после цементации кольцевого пространства между ней и скважиной под высоким давлением закачивают рабочую среду - жидкость, которая, проникая в муфту ГРП, поступает в разрывные порты, где происходит разрушение разрывных мембран 3 узлов вставки. После разрыва разрывных мембран жидкость для обработки разрушает цемент, а затем достигает целевого пласта, чтобы стимулировать или разрушить его. В подземный пласт закачивают необходимый объем жидкости для его гидроразрыва с образованием трещин, через которые в дальнейшем нефть и/или газ могут быть извлечены.

Использование в предложенной муфте ГРП завяленной конструкции узла вставки позволяет повысить надежность ее эксплуатации за счет обеспечения одновременности разрыва всех разрывных дисков узлов вставки и надежности фиксации муфты в скважине после цементажа.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для гидроразрыва подземных пластов. Узел вставки разрывного порта муфты гидроразрыва пласта содержит кольцевой вкладыш, выполненный разъемным из двух частей - верхней и нижней с наружной резьбой. Между вкладышами посредством резьбового соединения установлена разрывная мембрана, защитный диск с центральным отверстием и С-образный стопорный элемент. В верхней части кольцевого вкладыша выполнен паз под резьбовое соединение. В нижней части кольцевого вкладыша на верхнем и нижнем его торцах выполнены кольцевые проточки с уплотнительными кольцами. Защитный диск размещен над верхней частью кольцевого вкладыша с образованием над разрывной мембраной внутренней камеры для консистентной смазки. С-образный стопорный элемент установлен поверх защитного диска. Разрывная мембрана выполнена из калиброванного листа. Муфта гидроразрыва пласта состоит из удлиненного трубчатого корпуса с осевым отверстием, резьбой на обоих его концах. По образующей корпуса расположены рядами от одного до четырех четыре разрывных порта в каждом ряду на равном расстоянии один от другого по окружности. Порты выполнены в форме цилиндрического ступенчатого отверстия. Первая и вторая ступени в направлении от осевого отверстия выполнены с внутренней резьбой. Первая ступень снабжена защитным кольцевым колпачком с наружной резьбой по кольцевой поверхности и днищем с центральным отверстием. Вторая ступень снабжена узлом вставки разрывного порта с разъемным кольцевым вкладышем с разрывной мембраной. Достигается технический результат – повышение надежности муфты за счет обеспечения одновременности разрыва всех разрывных дисков узлов вставки и надежности фиксации муфты в скважине после цементирования. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Узел вставки разрывного порта муфты гидроразрыва пласта, характеризующийся тем, что содержит кольцевой вкладыш, выполненный разъемным из двух частей - верхней и нижней с наружной резьбой, между которыми посредством резьбового соединения установлена разрывная мембрана, защитный диск с центральным отверстием и С-образный стопорный элемент, причем в верхней части кольцевого вкладыша выполнен паз под резьбовое соединение, в нижней части кольцевого вкладыша на верхнем и нижнем его торцах выполнены кольцевые проточки с уплотнительными кольцами, защитный диск размещен над верхней частью кольцевого вкладыша с образованием над разрывной мембраной внутренней камеры для консистентной смазки, С-образный стопорный элемент установлен поверх защитного диска, а разрывная мембрана выполнена из калиброванного листа.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что паз под резьбовое соединение выполнен крестообразным и снабжен сквозными резьбовыми отверстиями.

3. Узел по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве резьбового соединения используют винты с потайными головками.

4. Муфта гидроразрыва пласта, характеризующаяся тем, что состоит из удлиненного трубчатого корпуса с осевым отверстием, резьбой на обоих его концах и снабжена расположенными по образующей корпуса рядами от одного до четырех четырьмя разрывными портами в каждом ряду, расположенными на равном расстоянии один от другого по окружности, сообщающимися с осевым отверстием и выполненными в форме цилиндрического ступенчатого отверстия, первая и вторая ступени которого в направлении от осевого отверстия выполнены с внутренней резьбой, при этом первая ступень снабжена защитным кольцевым колпачком с наружной резьбой по кольцевой поверхности и днищем с центральным отверстием, вторая - снабжена узлом вставки разрывного порта с разъемным кольцевым вкладышем с разрывной мембраной по любому из пп. 1-3, внутренний диаметр защитного кольцевого колпачка больше внутреннего диаметра разъемного кольцевого вкладыша узла вставки, а между днищем с центральным отверстием и разрывной мембраной узла вставки разрывного порта образована ступенчатая камера для консистентной смазки.

5. Муфта по п. 4, отличающаяся тем, что резьба на одном конце трубчатого корпуса внутренняя, а на другом - наружная.

6. Муфта по п. 4 или 5, отличающаяся тем, что трубчатый корпус снабжен выступающим воротником, в котором расположены разрывные порты.

7. Муфта по п. 6, отличающаяся тем, что выступающий воротник разделен продольными пазами, параллельными осевому отверстию трубчатого корпуса, на четыре секции, каждая из которых содержит по меньшей мере один разрывной порт, при этом продольные пазы выполнены с переменным поперечным сечением по длине, увеличивающимся по ходу движения цементного раствора.

8. Муфта по п. 7, отличающаяся тем, что каждая секция воротника снабжена парными поперечными прорезями, соединенными между собой посредством круглых отверстий и расположенными по обе стороны от каждого разрывного порта.

9. Муфта по п. 8, отличающаяся тем, что парные прорези расположены под углом одна к другой и к продольной оси трубчатого корпуса.