Способ разобщения межтрубного пространства скважины Советский патент 1987 года по МПК E21B33/12 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к способам разобщения межтрубного пространства скважины с применением термостойких пакеров, преимущественно в паронагнетательных скважинах.

Цель изобретения - повыщение надежности разобщения межтрубного пространства скважины.

На чертеже изображен термостойкий пакер, иллюстрирующий способ, исходное положение, на фиг. 2 - то же, рабочее положение.

Термостойкий пакер состоит из ствола 1, охватываемого кожухом 2, образующего со стволом 1 в верхней части подвижное соединение. Между кожухом 2 и стволом 1 образован кольцевой зазор 3, гидравлически связанный радиальным каналом 4 в стволе 1 пакера с его осевым каналом 5. На нижнем конце кожуха 2 установлен корпус гидроцилиндра 6, в котором установлен поршень 7 с конусом 8. В стенке корпуса гидроцилиндра 6 выполнены окна 9, в которых установлены шлипсы 10 якоря, охватывающие конус 8. Кольцевые зазоры между корпусом гидроцилиндра 6, стволом 1 и поршнем 7 перекрыты уплотнениями 11 и 12. На верхнем конце кожуха 2 выполнена резьба 13, на которую навинчена муфта 14. На муфте 14 закреплена шлицевая гайка 15, образующая подвижное шлицевое соединение с ответными шлицами 16 на стволе 1. Ниже места расположения шлицев 16 ствол 1 содержит торцовый клапан 17. В месте подвижного сопряжения со стволом 1 кожух 2 содержит посадочное место 18 для торцового клапана 17. На наружной поверхпости кожуха 2 между муфтой 14 и корпусом гидроцилиндра 6 установлен уплотпительный узел пакера в виде набора колец. Уплотнительный узел пакера состоит Из антиэкструзионных шайб 19, верхних термостойких употнительных колец 20 промежуточного опорного уплотни- тельного кольца 21 с низкой температурой плавления и нижних термостойких уплотни- тельных колец 22. Верхние 20 и нижние 22 уплотнительные кольца выполнены коническими и установлены по направлению к промежуточному кольцу 21. На внутренней по- п фхности кожуха 2 внутри кольцевого зазора установлена кольцевая емкость 23, за- глу1ненная снизу и открытая сверху, заполненная термопластичным материалом 24. В месте установки промежуточного кольца 21 в кожухе 2 выполнены радиальные каналы 25, соединяющие в месте установки внутреннюю полость кольцевой емкости 23 с наружной поверхностью кожуха 2 и уплот- нительного кольца 21. На нижнем конце ствола I пакера установлена стопорная втулка 26 и посадочное седло-дроссель 27 для перекрытия осевого канала 5 ствола 1 кла- папом 28.

0

Термостойкий пакер работает следующим образом.

На колонне насосно-компрессорных труб пакер опускается на определенную глубину

в скважину.

Перекрывают осевой канал 5 ствола 1 пакера путем подачи с поверхности клапана 28 с посадкой на седло-дроссель 27. Подают в осевой канал 5 под давлением рабоQ чую жидкость, которая через радиальное отверстие 4 поступает в гидроцилиндр 6. Порщень 7 перемещается в гидроцилиндре. 6 вниз и конусом 8 выводит.из окон 9 шлипсы 10 до упора их в стенку обсадной колонны, что приводит к закреплению пакера. Прекра5 щают подачу давления. Вращением колонны насосно-компрессорных труб осуществляют перекрытие межтрубного пространства уп- лотнительным элементом пакера.

При этом шлипсы 16 на стволе 1 взаимодействуют с ответными шлицами шлицевой гайки 15, которая жестко связана с муфтой 14, Муфта 14 навинчивается на резьбу кожуха 2, неремещается вниз и сжимает верхние 20 и нижние 22 уплотнительные кольца уплотнительного элемента пакера до

5 контакта с обсадной колонной. Перемещают вниз ствол 1 до посадки клапана 17 на посадочное место 18 в кожухе 2. Освобождают осевой канал ствола 1 пакера от клапана 28 известными способами. Пакер подготовлен для подачи теплоносителя в пласт.

0 Во время закачки теплоносителя в полость скважины в пакере происходят следующие явления, способствующие повышению качества герметизации.

Происходит прогрев ствола 1 пакера и элементов конструкции. При достижении

5 определенной температуры происходит рас- п;1авление термопластичного материала 24 в кольцевой е.мкости 23. В пластическое состояние переходит также и промежуточное уплотнительное кольцо 21 уплотнительного

Q элемента пакера. Под действием давления теплоносителя, сообщаемого в кольцевой зазор 3 через радиальный канал 4 в стволе 1 пакера, расплав термопластичного материала из кольцевой емкости 23 поступает через радиальный канал 25 в кожухе 2 в уплотни5 тельный элемент пакера, поддерживая тем самым в нем избыточное, давление, превосходящее давление теплоносителя под паке- ром. Избыточное давление в уплотнительном элементе, превьпиающее поднакерное, поддерживается постоянно в течение всего пе0 риода закачки теплоносителя за счет существования местного гидравлического сопротивления, а именно сужения осевого канала 5 седлом-дросселем 27 ствола 1 пакера. В процессе прогрева пласта и обсадной колонны происходит изменение осевых и радиальных размеров обсадной колонны в сторону их увеличения, что приводит к снижению внутренних напряжений в уплотнительном элементе пакера. В этот момент происходит нодача под давлением в уплотнитель расплавленного термопластичного материала из кольцевой емкости 23 необходимого объема, что восстанавливает напряжение в уплотнителе. Нижние уплотнительные кольца 22 из термостойкого материала при этом работают под небольшим перепадом давления, направленным и действующим на них изнутри, что способствует дополнительному их поджиму к стенке обсадной колонны. Верхние уплотнительные кольца 20 уплот- нительного элемента пакера находятся под полным перепадом давления со стороны расплавленного термопластичного материала, который во много раз превосходит по вязкости уплотняемую рабочую среду - пар. При утечке части расплавленного термопластичного материала через кольцевой зазор между уплотнительным элементом пакера и обсадной колонной в межтрубное пространство над пакером, происходит его постоянная компенсация путем подачи под давлением рабочей среды - пара термопластичного Материала из кольцевой емкости 23. Объем кольцевой емкости 23 задается конструктивно из условия обеспечения длительной эксплуатации пакера.

Наличие расплава термопластичного материала между верхними 20 и нижними 22 уплотнительными кольцами и постоянная компенсация под давлением его объема обеспечивает постоянный контакт уплотнитель- ного элемента с поверхностью обсадной колонны.

При прекращении подачи теплоносителя происходит остывание конструкции пакера и обсадной колонны. В этом случае происходит термическое изменение размеров в сторону их уменьшения.

Расплавленный термопластичный мате- риа.т находится в процессе остывания в постоянном контакте со стенкой обсадной колонны, что обеспечивает герметичность пакера и в состоянии охлаждения скважины.

При повторной подаче теплоносителя вновь происходит разогрев пакера, расплавление термопластичного материала 24 и подача его под давлением в полость между верхними 20 и нижними 22 уплотнительными кольцами с обеспечением контакта с обсадной колонной.

Съем пакера с места установки осуществляется простым натяжением колонны насос- но-компрессорных труб. При этом стопорная втулка 26 входит во взаимодействие с поршнем 7 и перемещает его вверх внутрь гидроцилиндра 6. Поршень 7 упирается в днище гидроцилиндра 6 и перемещает его вместе с кожухом 2 и уплотнителем пакера, тем самым происходит съем пакера с места уста- новки.

Пакер извлекается из скважины. Заменяют элементы упл.отнительного узла. Кольцевую емкость 23 заполняют термопластичным материалом 24 и пакер вповь готов к эксплуатации.

В качестве термопластичного материала

для различных условий эксплуатации, обусловленных температурой теиносителя и давлением закачки, рекомендуется до температуры 260°С применять теплопластикн, например полиэтилен. Прп более высоких темQ пературах целесообразно применение легкоплавких сплавов тяжелых металлов на основе висмута, сурьмы, свинца, которые обладают повышенной вязкостью, химической инертностью к соединениям, имеющимся в скважине и не кипят до температуры

порядка 500°С.

Предлагаемый способ с использованием термостойкого пакера позволяет повысить надежность разобщения межтрубного пространства скважины при циклических коле.. баниях температуры и гермическо1 о изменения размеров пакера и обсадной колонны. Применение в уплотнителе пакера легкоплавкого тер.мопластичного материала, из которого состоит его промежуточуюе уплот- нительное кольцо п заполнена кольцевая

5 емкость, с обеспечением передачи давления на расплавленный термопластичный материал дает возможность постоянно поддерживать его контакт со стенкой обсадной колонны как в раснлав.чснном, так и в твердом состоянии.

0

При этом постоянное восполнение в уп- лотнительном эле.менте пакера расплавленного термопластичного материала позволяет исключить отрицательное влияние на работоспособность пакера геометрии обсадной

5 колонны, различных дефектов ее внутренней поверхности, поскольку расплавленный термопластичный материал, подаваемый под избыточным давлением в промежуток между верхними и нижними уплотнктельными эле0 ментами пакера, полностью повторяет форму уплотняемой поверхности. Наличие седла- дросселя в осевом канале ствола пакера позволяет поддерживать избыточное давление на уплотняемой поверхности и обеспечивать поджим шлипсов якоряпд.его узла

5 порщнем с клином в течение всего периода эксплуатации.

Формула изобретения

Способ разобщения межтрубного про- 0 странства скважины, включающий спуск в скважину на колонне труб термостойкого пакера с уплотнительным элементом в виде набора из термостойких и низкотемпературных термопластичных уплотнительных колец, перекрытие межтрубного пространства уплотнительным элементом пакера путем воздействия осегюй нагрузки, передаваемой от колонны труб, фиксацию пакера в обсадной колонне, закачку теплоносителя в скважину, воздействие теплоносителя на уплот- нительный элемент пакера и расплавление его низкотемпературных уплотнительных Ko;ien, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности разобщения межтруб- мого пространства скважины, в процессе эксплуатации пакера обес 1ечивают непосредственную гидродинамическую связь закачиваемого теплоносителя с расплавленным термопластичным материалом низкотемпературных колец уплотнительного элемента, при этом объем расплавленного тер мопластичного материала уплотнительных колец ностоянно восполняют в процессе закачки теплоносителя в скважину готовой расплавленной жидкотекучей фазой указанного термопластичного материала.

(иг.2

I e. uiKTop С. 11ат|)у1||св;| Заказ 5497/29

(л) ста китель Л. Фарукшин

Техред И. ВересКорректор О. Кравцова

Тираж оЗЗПодписное

ВНИИПИ Госу, 1арст1КЧ111()го комитета ((Х;Р но делам изобретений и открытий

13035, Москва. Ж -35, Раушская наб., д. 4/5 11ромзр одст1 е |но-иоли1 рафическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к нефтяной пром-ти и позволяет повысить надежность разоб1пе1 ия межтрубного пространства сква- жнны. Способ включает спуск в скважину на колонне труб термостойкого накера с уплотнительным элементо.м (УЭ) в виде па- бора из термостойких 20, 22 и низкотемпературных термоп.частпчиых угкпотпительны.х колец 21. Далее перекрывают межтрубнос пространство УЭ путем воздействия осевой нагрузки, передаваемой от колонны труб при и.х вращении. Пакер фиксируют в об- садпой колонне и закачивают теплоноситель (Т) в скважнну. При этом он расплавляет низкотемпературпые уплотнительные кольца 21 УЭ. Осуществляют эксплуатацию накера, в процессе Koropoii обеспечивают непосредственную гидродинамическую связь закачиваемого Т с расплавленным материалом (Д ) колец 21. Ирп этом объем раснлавленного М колец 21 постоянно восполняют в процессе закачки Т в скважипу готовой расплавленной жидкотекучей фазой указапного Л. Это обеспечивает постоянный контакт УЭ с по- вер.хностью обса. шой колоппы. 2 ил. (С (Л со СП СП О