ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ КОЛОННЫ К РАБОТЕ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2024 года по МПК E21B23/06 E21B33/1295 

Область техники, к которой относится изобретение

Группа изобретений относится к области разработки нефтяных и газовых месторождений и может быть применено для перекрытия эксплуатационной колонны во время подготовки скважины к установке электроприводного центробежного насоса для откачивания пластовой жидкости, в частности для установки, фиксации и удаления пакеров, и других скважинных устройств в эксплуатационной колонне.

Предшествующий уровень техники изобретения

Известны инструменты установочные для установки пакер-пробки, приводимые в действие зарядом взрывчатого вещества [US Patent 3298437, 17.01.1967], в том числе инструмент установочный на кабеле [Каталог Schlumberger Limited. Разобщающие пакеры. 2010. (URL: https://www.slb.ru/upload/iblock/2c1/katalog-pakerov.pdf) с. 109 Инструмент для установки давлением CPST; Каталог Brico Oil Tools, a Division of Brico Holding Ink. WireLine Pressure Setting tools, от 25.09.2013 г. (URL: https://www.bricooiltools.com/pdfs/JRC_setting_tools.pdf) с. 3 Установочный инструмент " O.D. "Shorty" Self-Bleeder Setting Tool"], в котором усилие для установки пакера создается увеличением давления в полости установочного инструмента в результате сгорания силового заряда из медленногорящего пороха при прохождении электрического импульса.

Недостатком данного инструмента является применение при установке в скважине взрывоопасных веществ, требующих специальных условий хранения. При многократном использовании такой инструмент установочный требует регулярной очистки.

Известен пакер разбуриваемый с посадочным инструментом, спускаемым на кабеле [Патент РФ №2611798 С1, опубл. в Бюл. №7, 01.03.2017], применяемый в способе одновременно-раздельной эксплуатации скважины, который включает в себя узел уплотнения, якорный узел в виде двух шлипсов - разрезных плашек якоря, установленных сверху и снизу узла уплотнения, опору, тягу, с которыми взаимодействует подвижный корпус, ограничивающий область высокого давления, поршень, толкатель, которые представляют ствол - силовой конструктивный корпус - этого пакера и также ограничивают область высокого давления, полый поршень, цилиндр, срезной палец, ограничивающие область низкого давления, механизм «гайка-винт» преобразования момента вращения в усилие поступательного движения подвижной части механизма, электродвигатель. Пакер спускают в скважину на грузонесущем кабеле и размещают в требуемом интервале, при подаче электрического тока, по сигналу, электродвигатель перемещает подвижную часть механизма и открывает сообщающееся с затрубным пространством отверстие для поступления жидкости. В результате в полости низкого давления создается гидростатическое давление, которое передается через дополнительный поршень и шток в полость высокого давления и на толкатель для перемещения деталей якорного узла и узла уплотнения. В конечном положении детали якорного узла и узла уплотнения удерживают сухари или пружинные шайбы, фиксирующие новое положение в канавках корпуса. Разъединяют посадочный инструмент с пакером превышением тягового усилия 18 тонн вверх на стволе пакера с разрушением срезных элементов, соединяющих тягу и корпус якоря пакера.

Недостатками этого пакера с посадочным инструментом, спускаемым на кабеле, является необходимость работы с устройством, имеющим полость высокого давления, и сложность эксплуатации, связанная с необходимостью доливать в затрубное пространство скважины жидкость при недостаточном перепаде гидростатического давления в скважине и в полости высокого давления посадочного инструмента. Другим недостатком является отсутствие дополнительного самоуплотнения манжеты узла уплотнения пакера под действием давления нижнего пласта.

Наиболее близким к заявляемым является гидравлический установочный инструмент (Hydraulic setting tool), спускаемый в эксплуатационную колонну на грузонесущем кабеле [US Patent 4493374, 15.01.1985], содержащий пакер, закрепляемый в скважине и имеющий якорный узел с раздвижными в радиальном направлении при сближении пяты и конуса плашками и узел уплотнения с эластичной манжетой, перекрывающий межтрубное пространство, внутренний корпус, скользящую втулку, обеспечивающую фиксацию якорного узла и узла уплотнения, отсоединяемый инструмент посадочный, имеющий полость с размещенными в ней поршнем и полым штоком, зафиксированным хрупким срезным элементом, по меньшей мере, одним, скважинный контейнер гидроцилиндр, представляющий емкость, гидравлически связанную с подпоршневой полостью инструмента посадочного и заполненную рабочей жидкостью -маслом, перекачиваемым с помощью гидравлического насоса.

Гидравлический насос представляет собой радиально-поршневой насос прямого вытеснения или аксиально-поршневой насос (с наклонной шайбой), установленный в едином составном корпусе с поршневой группой, и окруженный полостью, заполненной рабочей жидкостью. Выше насоса в едином составном корпусе расположен электродвигатель, ниже насоса -подпружиненный шток с каналом, подводящим рабочую жидкость от насоса к подпоршневой полости, и хрупкий срезной элемент, удерживающий предназначенный к установке в скважине пакер или другое скважинное устройство.

Способ подготовки эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования включает спуск инструмента на кабеле, включение электродвигателя и гидравлического насоса для перекачивания (нагнетания) рабочей жидкости из окружающей насос полости в нижерасположенную подпоршневую полость с созданием усилия для закрепления пакера.

Закрепление пакера в скважине обеспечивается перемещением установочных втулки и кольца вниз с приведением в действие плашек якоря при неподвижном внутреннем корпусе со сжатием пружины инструмента и открытием полости корпуса для скважинной жидкости, с герметизацией межтрубного пространства при расширении манжеты и подъемом плашек якоря до фиксации со стенкой колонны. Разъединение гидравлического установочного инструмента с пакером в дальнейшем происходит благодаря разрыву хрупкого срезного элемента при достижении определенного усилия на поршне.

Недостатком этого установочного инструмента является конструктивное решение корпуса инструмента с выполнением разъема, открывающего при работе полость корпуса с возвратной пружиной для заполнения скважинной жидкостью, что требует наличия нижнего поршня для компенсации усилия от действия гидростатического давления. Также необходимо заполнение полости с возвратной пружиной маслом, чтобы избежать преждевременного износа уплотнений поршневой группы, снижающего надежность инструмента. Кроме того, образование при работе гидравлического насоса полости низкого давления ниже электродвигателя за счет подачи рабочей жидкости к поршневой группе создает повышенную нагрузку на уплотнение вала электродвигателя в верхней втулке, что приводит к дополнительному снижению надежности инструмента.

Техническим результатом предлагаемых изобретений является повышение надежности работы инструмента установочного, уменьшение количества применяемого оборудования при подготовке эксплуатационной колонны и использовании пакера при последующей работе насосного оборудования по откачиванию пластовой жидкости, упрощение и сокращение операций по монтажу пакера и инструмента установочного.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в инструменте для подготовки эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования, спускаемом в эксплуатационную колонну на грузонесущем кабеле, который содержит закрепляемый в скважине и герметизирующий межтрубное кольцевое пространство пакер, имеющий внутренний корпус с гильзой, якорный узел с плашками, раздвигаемыми в радиальном направлении при сближении пяты и конуса, узел уплотнения с манжетой, перекрывающей межтрубное пространство, скользящую втулку, обеспечивающую фиксацию якорного узла и узла уплотнения, срезной элемент, отсоединяемый инструмент посадочный, в полости которого размещены поршень и полый шток, емкость, гидравлически связанную с подпоршневой полостью инструмента посадочного и заполненную маслом, перекачиваемым с помощью гидравлического насоса, и погружной электродвигатель, согласно изобретению, манжета узла уплотнения размещена ниже конического упора, ориентированного вершиной вниз, с возможностью экспандирования на него, сопровождающегося перемещением пяты и движением плашек якорного узла; скользящая втулка, фиксирующая подвижные элементы якорного узла и узла уплотнения пакера, снабжена на внутренней поверхности винтовой канавкой или несколькими кольцевыми канавками для закрепления на наружных канавках внутреннего корпуса пакера, имеет на наружной поверхности спиральную нарезку с профилем, взаимодействующим с ответной нарезкой неподвижной втулки и обеспечивающим дополнительное ее прижатие к внутреннему корпусу пакера в случае обратного движения конического упора; пакер закреплен за внутренний поясок головки ловильной подвижной собачкой, по меньшей мере, одной, опирающейся на полый шток, который в нижней части выполнен с коническим переходом двух диаметров для управления разъединением и снабжен наружными канавками, предназначенными для фиксации и регулировки хода внутреннего корпуса пакера с помощью установки в них срезного винта, по меньшей одного; а в качестве гидравлического насоса использован электроприводной центробежный насос (ЭЦН) перевернутого типа, связанный с погружным электродвигателем.

Преимуществом заявляемой конструкции является то, что технические средства, обеспечивающие работу инструмента, могут в последствие использоваться при эксплуатации скважины для откачивания пластовой жидкости после незначительной перестановки; а также герметичность исполнения узлов инструмента посадочного.

Реализация принципа установки пакера натяжением вверх в конструкции устройства позволяет дополнительно герметизировать межтрубное пространство уплотнительным элементом при повышении давления снизу под пакером за счет дальнейшего экспандирования уплотнительного элемента на конический упор и прижатия к стенкам эксплуатационной колонны после установки пакера, а также закреплять пакер за внутреннюю стенку эксплуатационной колонны плашками при работе якорного узла с перемещением гильзы, внутреннего корпуса, составляющих ствол пакера, и зафиксированной на нем пяты вверх.

Использование в пакере скользящей фиксирующей втулки обеспечивает надежное удержание деталей якорного узла и узла уплотнения в конечном положении, особенно при аварийном прекращении работы ЭЦН во время установки пакера, надежную работу манжеты уплотнительного элемента в сжатом состоянии по герметизации межтрубного пространства. Скользящая втулка имеет внутреннюю поверхность, на которой сформированы канавки для удержания в канавках на наружной поверхности внутреннего корпуса пакера, и наружную поверхность, снабженную нарезкой с профилем, усиливающим прижатие втулки к стволу пакера при движении внешнего корпуса пакера в обратном направлении под действием усилия при перепаде давления на уплотнительном элементе.

Верхняя часть корпуса пакера представляет открытую гильзу, предназначенную для последующей посадки в нее герметизирующего штока спускаемой в скважину насосной установки, и головку ловильную, снабженную внутренним пояском для съема пакера.

Инструмент посадочный выполнен герметичным, что обеспечивается забором рабочей жидкости - минерального масла - при работе перевернутого ЭЦН из скважинного контейнера гидроцилиндра - емкости, расположенной выше насоса с последующей подачей ее в нижнюю полость инструмента. Инструмент посадочный представляет собой корпус с внутренней полостью, в которой расположен поршень, разделяющий полость на нижнюю и верхнюю, полый шток и патрубок. Нижняя полость имеет гидравлическую связь с насосом, что определяет направленное вверх создаваемое усилие, требующееся при установке натяжного пакера, либо другого скважинного устройства. Верхняя полость инструмента выполнена герметичной. Конструкция полого штока в нижней части имеет конический переход двух диаметров, что позволяет управлять подвижной собачкой, по меньшей мере, одной, инструмента посадочного при креплении его к пакеру. Наличие регулировочных канавок полого штока инструмента позволяет выставлять величину рабочего хода пакера для якорного узла и узла уплотнения вворачиванием срезного винта, по меньшей мере, одного, в канавку, расположенную на определенной высоте.

Емкость, гидравлически связанная с подпоршневой полостью инструмента посадочного, является внутренней полостью корпуса скважинного контейнера гидроцилиндра. Через эту полость проходит вал, передающий крутящий момент от погружного электродвигателя к насосу. На валу установлены две опоры с подшипниками скольжения, соединенные между собой полой цилиндрической направляющей, по которой свободно перемещается поршень, разделяющий внутреннюю полость корпуса скважинного контейнера гидроцилиндра.

Перевернутый электроприводной центробежный насос обеспечивает движение рабочей жидкости из емкости контейнера гидроцилиндра в нижнюю полость инструмента посадочного, под действием давления на поршне инструмента посадочного создается усилие, прилагаемое к внутреннему корпусу пакера, перемещающее его вверх, и приводящее в работу узел уплотнения и якорный узел.

Способ подготовки эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования с помощью данного инструмента посадочного заключается в том, что на устье скважины собирают снизу вверх компоновку, содержащую: заглушку, перфорированный патрубок, пакер, инструмент посадочный с поршнем и полостью, перевернутый электроприводной центробежный насос, скважинный контейнер гидроцилиндр, нижнюю гидрозащиту, погружной электродвигатель, блок управления двигателем, грузонесущую муфту на грузонесущем кабеле и производят спуск компоновки в эксплуатационную колонну. После спуска включают электродвигатель по электрическому сигналу и, запуская электроприводной центробежный насос, формируют перепад давления на поршне инструмента посадочного, создают направленное вверх усилие на полом штоке инструмента посадочного и внутреннем корпусе ствола пакера для закрепления плашек якорного узла на стенке скважины и расширения манжеты уплотнения, затем давление увеличивают до величины, обеспечивающей отсоединение инструмента посадочного, извлекают компоновку на устье с оставлением в скважине пакера с открытой гильзой и загерметизированного межтрубного пространства за счет расширения уплотнительного элемента. Перед спуском скважинный контейнер заполняют рабочей жидкостью, а при сборке пакера с инструментом посадочным выставляют ход начала работы якорного узла и узла уплотнения пакера и задают положение полого штока инструмента посадочного с помощью выбора наружной канавки полого штока для вворачивания срезного винта, по меньшей мере, одного, соединяют гильзу внутреннего корпуса пакера с наконечником инструмента срезным винтом, по меньшей мере, одним. В результате первоначально инструментом посадочным приводят в действие якорный узел, который фиксирует пакер в заданном интервале в скважине, затем продолжением движения поршня, полого штока, наконечника инструмента посадочного активируют узел уплотнения и, срезом винтов отсоединяют компоновку от пакера.

К низу извлеченной компоновки присоединяют герметизирующий шток и выкидной модуль, переворачивают электроприводной центробежный насос, после чего собранную компоновку вновь спускают в скважину, проводят стыковку герметизирующего штока с открытой гильзой ствола пакера и запускают электроприводной центробежный насос в работу по откачиванию пластовой жидкости.

В данном способе уменьшено количество единиц применяемого оборудования, при этом каждое техническое средство размещено в своем отдельном корпусе и отсутствует необходимость выворачивания пробок инструмента установочного в полостях, находящихся под давлением, повышена надежность герметизирующей способности пакера за счет самоуплотнения манжеты узла уплотнения при действии повышенного давления снизу.

Заявленная группа изобретений образует единый общий изобретательский замысел, причем один заявленный объект - устройство -предназначен для осуществления другого заявленного объекта группы - способа. При этом оба объекта направлены на решение одной и той же технической задачи с получением единого технического результата.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Краткое описание чертежей.

Фиг. 1 - изображена общая схема установки пакера инструментом для подготовки эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования.

Фиг. 2 - изображена конструкция контейнера гидроцилиндра и электроприводного центробежного насоса.

Фиг. 3 - изображена конструкция инструмента посадочного и пакера, фиг. 4 - разрез А-А фиг. 3 по якорному узлу. Фиг. 3 является продолжением вниз фиг. 2.

Фиг.5 - изображена конструкция пакера и инструмента посадочного с положением деталей после установки пакера в скважине, фиг. 6 - разрез Б-Б фиг. 5 по якорному узлу.

Фиг. 7 - изображена схема установки насосного агрегата в эксплуатационной колонне скважины.

Фиг. 8 - изображена схема установки пакера механического и натяжного пакера при помощи инструмента для подготовки эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования с перевернутой секцией электроприводного центробежного насоса, скважинного контейнера гидроцилиндра, погружного электродвигателя, других технических средств как скважинной системы.

Осуществление изобретения.

Инструмент для подготовки эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования (фиг. 1) спускается в колонну на грузонесущем кабеле 1 и включает инструмент посадочный 2, выше которого установлен электроприводной центробежный насос 3 и скважинный контейнер гидроцилиндр 4. Инструмент посадочный 2 снизу соединен с натяжным пакером 5, а сверху через электроприводной центробежный насос 3 связан со скважинным контейнером гидроцилиндром 4, над которым расположен погружной электродвигатель 6 с нижней гидрозащитой 8, с верхней гидрозащитой 9 и измерительным блоком 7. Грузонесущий кабель 1 закреплен в грузонесущей муфте 10.

Электроприводной центробежный насос 3 (фиг. 2) связан с электродвигателем 6 и представляет собой насос перевернутого типа, имеющий корпус 15, внутри которого установлен вал 16 с рабочими колесами 17.

Скважинный контейнер гидроцилиндр 4 включает головку 21, цилиндр 22, основания 23 и 24, соединенные между собой наружным корпусом 25, внутри которого размещена полая цилиндрическая направляющая 26. Внутренняя полость контейнера 4, ограниченная корпусом 25, направляющей 26 и проставками 27, разделена поршнем 28 на две части: нижнюю и верхнюю. Нижняя часть 20 внутренней полости имеет гидравлическую связь с нижеустановленными электроприводным центробежным насосом 3 и далее с инструментом посадочным 2. В поршне 28 вдоль оси выполнен перепускной канал 29 с шаровым клапаном 30 и закреплена предотвращающая вращение шпилька 31. Через проставки 27 проходят осевые каналы 32, а в основании 23 имеются радиальные отверстия, перекрытые пробками 33, предназначенные для заполнения контейнера гидроцилиндра 4 рабочей жидкостью.

Через скважинный контейнер гидроцилиндр 4 пропущен приводной вал 18, удерживаемый в корпусе 25 основаниями 23, 24, проставками 27, 34 и втулками 35 и 36. Вал 18 предназначен для передачи крутящего момента на вал 16 электроприводного центробежного насоса 3 с рабочими колесами 17. Направляющая 26 отделяет полость контейнера 4 от вращающегося вала 18. Верхний конец приводного вала 18 контейнера гидроцилиндра 4 соединен с валом нижней гидрозащиты 8 с помощью муфты шлицевой 37. Расположенная ниже контейнера 4 муфта шлицевая 19 соединяет приводной вал 18 и вал 16 электроприводного центробежного насоса, передавая крутящий момент от электродвигателя к рабочим колесам 17.

Инструмент посадочный 2 (фиг. 3) состоит из корпуса 38 и головок 39, 40, соединенных между собой цилиндром 41. Внутри цилиндра 41 образована полость, в которой расположен поршень 11, разделяющий ее на нижнюю полость 14 и верхнюю полость 42. Поршень 11 выполнен со сквозным каналом, продолжающимся в полом штоке 13. Внутри сквозного канала с возможностью осевого перемещения герметично установлен цилиндрический патрубок 12. Нижняя полость 14 цилиндра 41 имеет гидравлическую связь с вышерасположенными электроприводным центробежным насосом 3 и скважинным контейнером 4 через радиальные каналы в нижней части поршня 11, полый шток 13 и патрубок 12.

На нижнем конце полого штока 13 выполнены кольцевые канавки, предназначенные для удержания полого штока 13 в инструменте посадочном 2 срезным винтом 43, по меньшей мере, одним. В корпусе 38 и головке 39 инструмента посадочного выполнены осевые каналы 46 для заполнения полостей 14, 42 рабочей жидкостью - минеральным маслом - при подготовке инструмента посадочного 2 к спуску. Каналы 46 выведены в радиальные отверстия 47, закрытые снаружи резьбовыми пробками 48. Каналы 46 снабжены запорными шаровыми клапанами 49, исключающими течение жидкости в противоположном направлении.

Пакер 5 (фиг. 3) состоит из ствола, образованного полым внутренним корпусом 50, гильзой 51и нижней втулкой 52, на котором размещены якорный узел и узел уплотнения. На нижней части внутреннего корпуса 50 установлены пята 53, закрепленная срезным винтом 54, по меньшей мере, одним, и конус якоря 58, зафиксированный с помощью ограничительных закладных элементов 59. Между конусом якоря 58 и пятой 53 расположены плашки 55 якорного узла с вмонтированными в них возвратными пружинами 56, которые окружены удерживающей их обоймой 57. Конус якоря 58 соединен с нижним упором 60, к верхней торцевой поверхности которого примыкает эластичная манжета уплотнительного элемента 61. При этом наружный диаметр упора 60 больше, чем диаметр манжеты уплотнительного элемента 61 в исходном состоянии, это предохраняет манжету от истирания при спуске. Взаимное расположение плашек якоря 55, возвратных пружин 56 и удерживающей их обоймы 57 показано на фиг. 4.

На стволе пакера вдоль внутреннего корпуса 50 выше манжеты уплотнительного элемента 61 подвижно установлен верхний конический упор 62, ориентированный вершиной вниз и скользящий внутри обоймы 63 (фиг. 3). Вершина упора 62 контактирует с торцем манжеты уплотнительного элемента 61, отходящей в верхней части от внутреннего корпуса 50, что обеспечивает возможность экспандирования поднимающейся кверху манжеты на упор 62.

Внутри обоймы 63 также установлена втулка 64 с внутренней нарезкой, зафиксированная винтом 65 на обойме 63, которая удерживает скользящую втулку 66, размещенную на внутреннем корпусе пакера 50. Скользящая втулка 66 предназначена для удержания якорного узла и узла уплотнения. На внутренней поверхности скользящей втулки 66 выполнена винтовая канавка или несколько кольцевых канавок, с помощью которых она может фиксировать свое новое положение в канавках 67, расположенных на наружной поверхности внутреннего корпуса 50 без ослабления при дальнейшей работе пакера. Наружная поверхность скользящей втулки 66 снабжена спиральной нарезкой 68 с профилем, входящим в зацепление с ответной нарезкой на неподвижной втулке 64, что усиливает прижатие втулки 66 к внутреннему корпусу 50 при движении в обратном направлении верхнего упора 62. На конце внутреннего корпуса пакера 50 насажена гильза 51, соединенная с наконечником 45 инструмента посадочного и зафиксированная срезным винтом 69, по меньшей мере, одним. Гильза 51 охвачена головкой ловильной 70 пакера, которая установлена с упором на кольцевой уступ в корпусе 38 инструмента посадочного и зафиксирована подвижной собачкой 44, по меньшей мере, одной, опирающейся на полый шток 13. Рабочий ход полого штока 13 инструмента посадочного 2, ход перемещения вверх внутреннего корпуса пакера 50 задается выбором канавки на наружной поверхности полого штока 13, в которую входит срезной винт 43.

Подготовку эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования с помощью данного инструмента осуществляют следующим способом.

На устье скважины собирают снизу вверх компоновку, содержащую заглушку 73, перфорированный патрубок 74, пакер 5, инструмент посадочный 2, перевернутый электроприводной центробежный насос 3, заполненный минеральным маслом скважинный контейнер гидроцилиндр 4, нижнюю гидрозащиту 8, погружной электродвигатель 6, блок управления двигателем 7, верхнюю гидрозащиту 9, грузонесущую муфту 10, грузонесущий кабель 1 (фиг. 1). Ниже пакера 5 к втулке 52 (фиг. 7) взамен заглушки 73 и перфорированного патрубка 74 может быть прикреплен скважинный фильтр или нижний механический пакер 75 и труба 76 при отсечении интервала негерметичности.

Перед спуском инструмента для подготовки эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования выполняют сборку пакера 5 и инструмента посадочного 2 следующим образом: срезной винт 43 вкручивают в заданную наружную канавку подвижного полого штока 13 инструмента посадочного, фиксируя положение подвижного полого штока 13 относительно корпуса 38, а с помощью срезного винта 69 соединяют гильзу 51 с наконечником 45 (фиг. 3). Выбор заданной наружной канавки в полом штоке 13 производится в соответствии с определенным усилием, необходимым для среза винта 43, что определяет ход перемещения вверх внутреннего корпуса пакера 50 и начало работы якорного узла и узла уплотнения. С помощью собачки 44 пакер 5 прижимают к торцу кольцевого уступа на корпусе 38 инструмента посадочного 2.

Сборку пакера 5 и инструмента посадочного 2 соединяют с центробежным насосом 3, скважинным контейнером гидроцилиндром 4, нижней гидрозащитой 8 (фиг. 1, 8). После этого через радиальные отверстия 47, связанные с осевыми каналами 46, последовательно заполняют рабочей жидкостью - минеральным маслом - нижнюю полость 14, верхнюю полость 42 инструмента посадочного (фиг. 3), а также полости насоса 3, полости 20 скважинного контейнера (фиг. 2), имеющие гидравлическую связь с нижней полостью 14 инструмента при открытых для выпуска воздуха радиальных отверстиях 47 инструмента посадочного и отверстиях в корпусе контейнера 4. После заполнения полостей 14, 20, 42 и внутренней полости электроприводного центробежного насоса 3 радиальные отверстия закрываются пробками 33 и 48, соответственно. К собранной части компоновки с заполненными маслом внутренними полостями присоединяют погружной электродвигатель 6, верхнюю гидрозащиту 7, грузонесущую муфту 10, грузонесущий кабель 1 и спускают в скважину (фиг. 1).

Спуск компоновки с пакером можно проводить одновременно с шаблонированием эксплуатационной колонны и с очисткой внутренней поверхности эксплуатационной колонны скребком в интервале посадки пакера или шаблонирование и очистка могут быть выделены в отдельную операцию.

При достижении пакером интервала установки включают электродвигатель 6 (на фиг. 1), который вводит электроприводной центробежный насос 3 в работу: приводной вал 18 передает вращение на вал 16 с рабочими колесами 17, которые начинают перекачивать минеральное масло из полости 20 контейнера в полость низкого давления 14 инструмента посадочного через патрубок 12, полый шток 13 и радиальные отверстия поршня 11. В нижней полости 14 повышается давление и за счет перепада давления на поршне 11 создается усилие, направленное вверх, и поршень 11 с полым штоком 13 перемещаются вверх (фиг. 3).

При достижении заданной величины усилия (фиг. 5), полый шток 13 инструмента срезает винт 43, перемещается вверх, вытягивая за собой наконечник 45, гильзу 51 и внутренний корпус 50, перемещает пяту 53, плашки якоря 55, конус 58 и нижний упор 60. Поднимаясь вверх, нижний упор 60 смещает кверху уплотнительный элемент 61, тем самым экспандируя манжету уплотнительного элемента 61 на конус верхнего упора 62, расширяя ее в радиальном направлении. Пята 53 и конус 58 сближаются и раздвигают плашки якоря 55 в радиальном направлении с их внедрением в стенку эксплуатационной колонны (фиг. 6). Поршень 11 инструмента посадочного 2 при этом стремится в верхнее положение, повышая в верхней полости 42 давление рабочей жидкости (фиг. 3). Подвижные элементы якорного узла и узла уплотнения пакера удерживаются в новом занятом положении скользящей втулкой 66, зафиксированной в канавках 67 на наружной поверхности внутреннего корпуса 50, предотвращая сжатие уплотнительного элемента 61 в исходное состояние и снятие крепления якорного узла. По мере нагнетания рабочей жидкости в нижнюю полость 14 инструмента посадочного 2 поршень 28 скважинного контейнера гидроцилиндра 4 перемещается в нижнее положение внутри освобождающейся полости 20.

Дальнейшее повышение давления в нижней полости 14 приводит к движению полого штока 13 вверх со складыванием выдвижных собачек 44 внутрь корпуса 38 и отстыковкой пакера 5 от инструмента посадочного 2. В скважине остается закрепленным пакер с открытой гильзой 51 и головкой ловильной 70 в верхней части, а также с загерметизировавшим межтрубное пространство уплотнительным элементом 61. А отсоединенный инструмент посадочный 5 и расположенные выше него электроприводной центробежный насос 3, контейнер гидроцилиндр 4, погружной электродвигатель 6 извлекаются из скважины.

В некоторых вариантах исполнения возможен спуск инструмента для подготовки эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования совместно с пакером механическим 75, установленным ниже пакера 5 через трубу 76 (фиг. 8). Пакер механический 75 устанавливают осевым перемещением инструмента для подготовки эксплуатационной колонны к работе и грузонесущего кабеля с подъемом и спуском, переводя якорный узел пакера в состояние зацепления со стенкой скважины и расширяя манжету узла уплотнения механического пакера 75 весом компоновки и кабеля 1. Затем устанавливают натяжной пакер 5 инструментом посадочным, отсоединяют и извлекают инструмент для подготовки колонны. Узел компенсации 77 снимает действие перемещения внутреннего корпуса 50 вверх при установке пакера 5 на закрепленный пакер механический 75. Два пакера используют в дальнейшем при работе установки электроприводного центробежного насоса при перекрытии места негерметичности эксплуатационной колонны, а также в составе компоновки для одновременно-раздельной эксплуатации.

После установки пакера на устье скважины собирают снизу вверх компоновку, содержащую герметизирующий шток 71, извлеченные из скважины центробежный насос 3, который переворачивают, выкидной модуль 72, нижнюю гидрозащиту 8, погружной электродвигатель 6, блок управления двигателем 7, верхнюю гидрозащиту 9, грузонесущую муфту 10, грузонесущий кабель 1, спускают в скважину, фиг. 7. Ниже пакера 5 взамен заглушки 73 и перфорированного патрубка 74 может быть установлен скважинный фильтр. После герметичной посадки герметизирующего штока 71 в гильзу 51 пакера включают электродвигатель 6. Приводной вал 18 электродвигателя 6 передает вращение на вал 16 электроприводного центробежного насоса 3, приводящий в движение рабочие колеса 17, после чего начинается откачивание пластовой жидкости.

При необходимости извлечение пакера 5 из скважины производится с помощью оправки захватом за внутренний поясок головки ловильной 70 и натяжением вверх с требуемым для среза винта 54 усилием, что при зафиксированном якорном узле приводит к освобождению пяты 53 (фиг. 5), раскреплению якорного узла - складыванию плашек 55 усилием пружин 56, сжатию уплотнительного элемента 61 узла уплотнения до исходного состояния (фиг. 4).

В случае установки второго пакера ниже, пакер механический извлекают из скважины, например, поворотом колонны труб НКТ после снятия пакера 5 с помощью оправки захватом за внутренний поясок головки ловильной 70 и натяжением вверх.

Наряду с пакером предлагаемый инструмент посадочный может использоваться для установки другого скважинного устройства, например, мостовой пробки, механического якоря хвостовика, которые приводятся в действие движением внутреннего корпуса вверх.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет при установке и работе пакера и при последующей установке и работе электроприводного центробежного насоса уменьшить количество применяемого оборудования, повысить надежность инструмента установочного, а в дальнейшей эксплуатации скважины облегчить ревизию насосного оборудования.

Группа изобретений относится инструменту для подготовки эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования и способу его использования. Техническим результатом является повышение надежности работы инструмента установочного, уменьшение количества применяемого оборудования, упрощение и сокращение операций по монтажу пакера и инструмента установочного. Инструмент содержит пакер, закрепляемый в скважине и имеющий якорный узел и узел уплотнения с манжетой. Также инструмент содержит внутренний корпус с гильзой. Также содержит плашки якорного узла, раздвигаемые в радиальном направлении. Также содержит скользящую втулку. Также содержит срезной элемент; отсоединяемый инструмент посадочный, в полости которого размещены поршень и полый шток. Также содержит емкость скважинного контейнера-гидроцилиндра, гидравлически связанную с подпоршневой полостью инструмента посадочного. Также содержит погружной электродвигатель. Манжета узла уплотнения размещена ниже верхнего конического упора, ориентированного вершиной вниз, с возможностью экспандирования на него, сопровождающегося перемещением пяты и движением плашек якорного узла. Нижняя часть внутренней полости скважинного контейнера-гидроцилиндра имеет гидравлическую связь с ниже установленным гидравлическим насосом и инструментом посадочным. Через скважинный контейнер-гидроцилиндр пропущен приводной вал, выполненный с возможностью передачи крутящего момента на вал гидравлического насоса. На нижнем конце полого штока выполнены кольцевые канавки, предназначенные для удержания полого штока в инструменте посадочном при помощи срезного винта. Скользящая втулка снабжена на внутренней поверхности винтовой канавкой или несколькими кольцевыми канавками. Также втулка имеет на наружной поверхности спиральную нарезку. Пакер состоит из ствола, на котором размещены якорный узел и узел уплотнения. На нижней части внутреннего корпуса пакера установлены пята и конус якоря. Пакер закреплен за внутренний поясок головки. Полый шток в нижней части выполнен с коническим переходом двух диаметров и снабжен наружными канавками. В верхней части пакера установлена гильза, выполненная с возможностью соединения с наконечником. В качестве гидравлического насоса использован электроприводной центробежный насос перевернутого типа, связанный с погружным электродвигателем. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Инструмент для подготовки эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования, спускаемый в эксплуатационную колонну на грузонесущем кабеле, содержащий: пакер, закрепляемый в скважине и имеющий якорный узел и узел уплотнения с манжетой, перекрывающей межтрубное пространство при расширении, внутренний корпус с гильзой, плашки якорного узла, раздвигаемые в радиальном направлении при сближении пяты и конуса, скользящую втулку, обеспечивающую фиксацию якорного узла и узла уплотнения, срезной элемент; отсоединяемый инструмент посадочный, в полости которого размещены поршень и полый шток; емкость скважинного контейнера-гидроцилиндра, гидравлически связанную с подпоршневой полостью инструмента посадочного и заполненную маслом, перекачиваемым с помощью гидравлического насоса; и погружной электродвигатель, отличающийся тем, что

манжета узла уплотнения размещена ниже верхнего конического упора, ориентированного вершиной вниз, с возможностью экспандирования на него, сопровождающегося перемещением пяты и движением плашек якорного узла;

нижняя часть внутренней полости скважинного контейнера-гидроцилиндра имеет гидравлическую связь с ниже установленным гидравлическим насосом и инструментом посадочным;

через скважинный контейнер-гидроцилиндр пропущен приводной вал, причем вал выполнен с возможностью передачи крутящего момента на вал гидравлического насоса;

на нижнем конце полого штока выполнены кольцевые канавки, предназначенные для удержания полого штока в инструменте посадочном при помощи срезного винта;

скользящая втулка, фиксирующая подвижные элементы якорного узла и узла уплотнения пакера, снабжена на внутренней поверхности винтовой канавкой или несколькими кольцевыми канавками для закрепления на наружных канавках внутреннего корпуса пакера, имеет на наружной поверхности спиральную нарезку с профилем, взаимодействующим с ответной нарезкой неподвижной втулки и обеспечивающим дополнительное ее прижатие к внутреннему корпусу пакера в случае обратного движения конического упора;

пакер состоит из ствола, на котором размещены якорный узел и узел уплотнения, на нижней части внутреннего корпуса пакера установлены пята, закрепленная срезным винтом, и конус якоря, причем пакер закреплен за внутренний поясок головки ловильной подвижной собачкой инструмента посадочного, по меньшей мере одной, опирающейся на полый шток инструмента посадочного, который в нижней части выполнен с коническим переходом двух диаметров для управления разъединением и снабжен наружными канавками для фиксации и регулировки хода внутреннего корпуса пакера срезным винтом, по меньшей мере одним, при этом в верхней части пакера установлена гильза, выполненная с возможностью соединения с наконечником, установленным в нижней части инструмента посадочного, при помощи срезного винта;

в качестве гидравлического насоса использован электроприводной центробежный насос перевернутого типа, связанный с погружным электродвигателем.

2. Способ использования инструмента для подготовки эксплуатационной колонны к работе насосного оборудования по п. 1, включающий: спуск в скважину на грузонесущем кабеле инструмента для подготовки эксплуатационной колонны, содержащего пакер, инструмент посадочный с электродвигателем, скважинный контейнер-гидроцилиндр и гидравлический насос; создание гидравлического давления при включении электродвигателя по электрическому сигналу и работу насоса для закрепления плашек якорного узла на стенке скважины и расширения манжеты уплотнения; последующее формирование повышенного давления для отсоединения от гильзы пакера и извлечения инструмента для подготовки эксплуатационной колонны на поверхность, отличающийся тем, что предварительно собирают снизу вверх компоновку, содержащую пакер, инструмент посадочный, включающий полый шток, поршень и наконечник, гидравлический насос, скважинный контейнер-гидроцилиндр, нижнюю гидрозащиту, погружной электродвигатель, блок управления двигателем, грузонесущую муфту, грузонесущий кабель, при сборке пакера с инструментом посадочным выставляют ход начала работы якорного узла и узла уплотнения пакера и задают положение полого штока инструмента посадочного с помощью выбора наружной канавки полого штока для вворачивания срезного винта, соединяют гильзу внутреннего корпуса пакера с наконечником инструмента срезным винтом, по меньшей мере одним, в качестве гидравлического насоса применяют перевернутый центробежный насос с возможностью дальнейшего использования при откачивании пластовой жидкости, собранную компоновку спускают в скважину и после последовательного приведения в действие якорного узла и узла уплотнения пакера извлекают на поверхность, к низу извлеченной компоновки присоединяют герметизирующий шток и выкидной модуль, переворачивают электроприводный центробежный насос, после чего собранную компоновку повторно спускают в скважину и проводят стыковку герметизирующего штока с открытой гильзой пакера.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что первоначально инструментом посадочным приводят в действие якорный узел, который фиксирует пакер в заданном интервале в скважине, после чего продолжением движения поршня, полого штока, наконечника инструмента посадочного активируют узел уплотнения и срезом винтов отсоединяют компоновку от пакера.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что с помощью инструмента посадочного проводят установку двух пакеров с перекрытием места негерметичности эксплуатационной колонны, при котором спускают снизу вверх компоновку, содержащую механический пакер, трубу НКТ, натяжной пакер, инструмент посадочный, перевернутый электроприводной центробежный насос, скважинный контейнер-гидроцилиндр, нижнюю гидрозащиту, погружной электродвигатель, блок управления двигателем, грузонесущую муфту, грузонесущий кабель, механический пакер устанавливают осевым перемещением грузонесущего кабеля с подъемом и спуском, переводя узел якоря в состояние зацепления на стенке скважины, расширяя манжету узла уплотнения механического пакера экспандированием на верхний конический упор, ориентированный вершиной вниз под действием веса компоновки, натяжной пакер устанавливается инструментом посадочным.