Муфта гидравлического разрыва пласта Российский патент 2024 года по МПК E21B43/267 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к шаровым системам многостадийного гидравлического разрыва пласта (МГРП) с применением растворимых седел, входящих в состав эксплуатационной колонны, а также хвостовика, и может быть использовано при строительстве скважин для добычи нефти и газа.

Уровень техники

Из уровня техники широко известны системы многостадийного гидравлического разрыва пласта, в том числе с применением клапанных систем, активируемых сбрасываемыми элементами, которые прокачиваются рабочей средой до посадочного седла (см. RU 2777032 C1, опуб. 01.08.2022).

Сбрасываемый элемент, выполненный, как правило, в виде шара, после посадки в седло и поднятия давления рабочей среды, смещает седло, открывая циркуляционные окна. После проведения гидравлического разрыва пласта седло и шар подлежат удалению для обеспечения равнопроходности.

Для удаления седла и шара используют разные способы, в частности, фрезерование, извлечение инструментами при дополнительных спускоподъемных операциях, растворение седла (см. RU 181716 U1, опуб. 26.07.2018), шара (см. RU 2777032 C1, опуб. 01.08.2022) или муфты с шаром (см. RU 2741884 C1, опуб. 29.01.2021).

При этом каждому из перечисленных способов удаления седла и шара присущи свои недостатки. Так фрезерование и извлечение инструментом требуют проведения дополнительных спускоподъемных операций, что влечет снижение эффективности из-за дополнительных временных и трудовых затрат. Растворение же элементов в известных системах также довольно малоэффективно, поскольку либо требуется дополнительная кислотная обработка для полноценного растворения всех целевых элементов системы, либо из-за нештатных ситуаций, когда из-за незапланированного простоя в ожидании ГРП седло начинает растворяться в скважинной среде еще до сброса активационного шара.

Технической задачей изобретения преодоление недостатков вышеотраженного уровня техники.

При решении технической задачи изобретением достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности муфты гидравлического разрыва пласта за счет обеспечения растворения седла и сбрасываемого элемента только при их непосредственном физическом контакте.

Раскрытие сущности изобретения

Изобретение представляет собой муфту гидравлического разрыва пласта, состоящую из корпуса с циркуляционными отверстиями, внутри корпуса на срезных штифтах установлена втулка, закрывающая циркуляционные отверстия до активации, корпус выполнен с возможностью соединения на концах с верхним и нижним переводниками, втулка выполнена с седлом под активационный элемент, при этом, согласно изобретению, седло и активационный элемент выполнены растворимыми в скважинной среде, при этом растворение происходит только при непосредственном физическом контакте седла с активационным элементом.

Активационный элемент может быть выполнен, например, в виде шара.

Активационный элемент может быть выполнен из магниевого сплава, основными элементами которого являются Mg-Y-Gd-Zr, а седло может быть выполнено из магниевого сплава с основными элементами Mg-Al-Gd-Zn.

Седло дополнительно может иметь полимерное покрытие.

При этом полимерное покрытие седла может содержать политетрафторэтилен и дисульфид молибдена.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения может быть дополнительно пояснена неограничивающим примером, показанным на сопроводительной фигуре 1, где отдельными позициями обозначены: 1 – корпус муфты, 2 – циркуляционные отверстия, 3 – втулка, 4 – верхний переводник, 5 – нижний переводник, 6 – седло, 7 – активационный элемент.

Осуществление изобретения

Муфта гидравлического разрыва пласта состоит из корпуса 1 с циркуляционными отверстиями 2.

Внутри корпуса 1 на срезных штифтах установлена втулка 3, закрывающая циркуляционные отверстия 2 до активации.

Корпус 1 выполнен с возможностью соединения на концах с верхним 4 и нижним 5 переводниками.

Втулка 3 выполнена с седлом 6 под активационный элемент 7.

Седло 6 и активационный элемент 7 выполнены растворимыми в скважинной среде.

При этом растворение происходит только при непосредственном физическом контакте седла 6 с активационным элементом 7.

Активационный элемент 7 может быть выполнен в виде шара, цилиндра, усеченного конуса или любой другой формы, позволяющей взаимодействовать с седлом для активации муфты.

Активационный элемент 7 может быть выполнен из магниевого сплава, основными элементами которого являются Mg-Y-Gd-Zr, а седло 6 при этом может быть выполнено из магниевого сплава с основными элементами Mg-Al-Gd-Zn.

Седло 6 опционально дополнительно имеет полимерное покрытие, которое, например, содержит политетрафторэтилен и дисульфид молибдена.

Ниже приведены неограничивающие примеры осуществления изобретения.

Муфта ГРП активируется спуском растворимого шара, который прокачивают до его посадки в приемное седло.

При контакте шара и седла начинается реакция растворения материала седла и шара.

Далее следует повышение давления в колонне НКТ до значения открытия портов ГРП.

После растворения приемного седла и шара, муфта ГРП становится равнопроходной.

Муфта ГРП состоит из корпуса, на концевых участках которого установлены верхний переводник с муфтовой резьбой ОТТМ-114 и нижний переводник с ниппельной резьбой ОТТМ-114.

Внутри корпуса установлена втулка, с посадочным растворимым седлом под шар, зафиксированная на корпусе срезными штифтами, закрывающая циркуляционные отверстия до момента активации.

Использование заявляемой шаровой системы МГРП с применением растворимого седла, в отличие от существующих аналогов, позволяет достичь следующих преимуществ:

- начать процесс растворения седла и шара только при их контакте друг с другом в скважинной среде. Так как на скважинах нередки нештатные ситуации и простои в ожидании ГРП, то данное усовершенствование позволит не ограничиваться во времени, так как седло не начнет процесс растворения без сброса шара;

- муфта после растворения материалов седла и шара становится равнопроходной, что позволяет исключить фрезерование и дополнительные спускоподъемные операций, спуски компоновки для повторного ГРП, кислотных обработок, писать геофизические исследования;

- увеличить стадийность ГРП.

В качестве основного химического элемента в состав материала шара входит магний. Атомные и массовые соотношения элементов магниевого сплава представлены в таблице 1.

Материал шара ГРП относится к сплаву системы Mg–Y–Gd–Zr и является перспективным литейным сплавом для использования в качестве легких конструкционных материалов, обладающих высокой удельной прочностью и хорошей коррозионной стойкостью.

Седло муфты ГРП также является магниевым сплавом, в состав которого входят Al, Gd и Zn. Концентрации других химических элементов в рассматриваемом сплаве не превышают 1 мас.% (таблица 2).

Материал основы муфты в области резьбы состоит из сплава на основе кремния и никеля. Массовое и атомное соотношение химических элементов представлено в таблице 3.

Известно, что сплавы кремния с никелем относятся к группе аморфных металлических сплавов. Для их приготовления используют быстрый переход компонентов сплава из жидкого состояния в твердое. При этом затвердевание происходит настолько быстро, что атомы вещества оказываются замороженными в тех положениях, которые они занимали, находясь в жидком состоянии. В результате у металлического сплава отсутствует дальний порядок в расположении атомов. Следствием их аморфной структуры являются необычные магнитные, механические, электрические свойства и высокая коррозионная стойкость сплавов.

Важно отметить, что на поверхности покрытия седла муфты ГРП присутствует специальное полимерное покрытие, содержащее политетрафторэтилен и дисульфид молибдена, которое защищает седло муфты ГРП от преждевременного растворения во время спуска оборудования в скважину и от воздействия на него скважинной среды. Только после соприкосновения шара ГРП с данным полимерным покрытием начинается процесс растворения материалов шара ГРП и седла муфты ГРП в скважине. В зависимости от толщины специального полимерного покрытия можно контролировать время растворения седла муфты ГРП и шара ГРП.

Экспериментальные данные показали следующие результаты неограничивающих примеров:

1. После контакта растворимого шара ГРП и седла муфты ГРП с толщиной полимерного покрытия 20 мкм., седло муфты ГРП полностью растворится в срок до 10 дней, а растворимый шар ГРП растворится за 1 день.

2. После контакта растворимого шара ГРП и седла муфты ГРП с толщиной полимерного покрытия 25 мкм., седло муфты ГРП полностью растворится в срок до 15 дней, а растворимый шар ГРП растворится за 1,5 дня.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет устранить недостатки уровня техники, повысить эффективность муфты гидравлического разрыва пласта за счет обеспечения растворения седла и сбрасываемого элемента только при их непосредственном физическом контакте.

Поиск по общедоступным источникам информации показал, что из уровня техники не известна и явным образом не следует вся совокупность признаков предложенного изобретения, в связи с чем изобретение соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».

Заявленное изобретение состоит из стандартных для этой области техники материалов, элементов и средств, то есть может быть использовано в промышленности, ввиду чего изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Следует понимать, что после рассмотрения специалистом приведенного описания с примером осуществления предлагаемого изобретения, для него станут очевидными другие изменения, модификации и варианты реализации. Таким образом, все подобные изменения, модификации и варианты реализации, а также другие области применения, не имеющие расхождений с сущностью настоящего изобретения, следует считать защищенными настоящим изобретением в объеме прилагаемой формулы.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к шаровым системам многостадийного гидравлического разрыва пласта. Муфта гидравлического разрыва пласта состоит из корпуса с циркуляционными отверстиями. Внутри корпуса на срезных штифтах установлена втулка, закрывающая циркуляционные отверстия до активации. Корпус выполнен с возможностью соединения на концах с верхним и нижним переводниками. Втулка выполнена с седлом под активационный элемент. Седло и активационный элемент выполнены растворимыми в скважинной среде. При этом растворение происходит только при непосредственном физическом контакте седла с активационным элементом. Обеспечивается повышение эффективности муфты гидравлического разрыва пласта. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Муфта гидравлического разрыва пласта, состоящая из корпуса с циркуляционными отверстиями, внутри корпуса на срезных штифтах установлена втулка, закрывающая циркуляционные отверстия до активации, корпус выполнен с возможностью соединения на концах с верхним и нижним переводниками, втулка выполнена с седлом под активационный элемент, отличающаяся тем, что седло и активационный элемент выполнены растворимыми в скважинной среде, при этом растворение происходит только при непосредственном физическом контакте седла с активационным элементом.

2. Муфта гидравлического разрыва пласта по п.1, отличающаяся тем, что активационный элемент выполнен в виде шара.

3. Муфта гидравлического разрыва пласта по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что активационный элемент выполнен из магниевого сплава, основными элементами которого являются Mg-Y-Gd-Zr, а седло выполнено из магниевого сплава с основными элементами Mg-Al-Gd-Zn.

4. Муфта гидравлического разрыва пласта по п.3, отличающаяся тем, что седло дополнительно имеет полимерное покрытие.

5. Муфта гидравлического разрыва пласта по п.4, отличающаяся тем, что полимерное покрытие седла содержит политетрафторэтилен и дисульфид молибдена.