Пакерное устройство для гидроразрыва пласта Советский патент 1981 года по МПК E21B33/12 E21B43/26 

Изобретение относигся к нефт.егазодобывающей промышленносги, а именно к устройствам для пойнтервального разобщения пластов и герметизации межтрубно го пространства при гидроразрыве пласта Известно устройство, которое может быть использовано при гидроразрыве плас та, включающее пакеры, выполненные из устансшленных на стволе секционных уплотнителей, между которыми размещены опорные втулки с дренажными отверстиями, образующие со стволами межсекционные полости l. Известно также устройство для гидроразрыва пласта, спускаемое на к.олонне труб, содержащее .связанные удлинителем с радиальными каналами верхний и нижний пакеры, выполненные преимущественно из установленных на стволах секдисиных уплотнителей между которыми разме Щ9НЫ опорные втулки с дренажными от- версткями, образующие со стволами межсекционные полости 2J . Однако при больших давлениях, созда ваемых насосами, при гидроразрыве пласта, резиновые уплотнители в существующих пакерах не вьщерживают больших перепадов давления. В последнее время в промышленной практике при проведении поинтервального вскрытия пласта тфименяются высокие давления рабочей жидкости, псзряДка ЮОО атм, фи которых резиновьге уплотнители не могут работать. При работе на больших глубинах прочность резины пакерующего элемента должна возрастать. Это объясняется тем, что при больших перепадах давления резина затекает в зазор между корпусом и скважине, а при снятии пакера - отрывается от головки и остается в скважине, что связано с необходимостью дополнктелыш спускать бурильный инструмент для ее разрушения. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства путем рас преде.пения давления между секцкями уплотнИ телей и уравновешивания пакеров. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено трубкой, сообщающей просгранство над верхним пакером с пространством под нижним паке- ром, межсекцйонными полостями и прост. рансгвом между пакерами, а дренажные отверстия опорных втулок выполнены калиброванными. А также тем, что каждый из пакеров снабжен ги/ оцнлиндром с поршнем, полость под которы сообщается с внут ритрубным пространством, а гидроцилиндр одного из пакеров имеет канал для с орбщения после пакеровки внутритрубного пр странства с межпакерным. На фиг. 1 показано пакерное устройство; на фиг. 2 - часть секций пакера в уплотнеююм состоянии. Устройство состоит из верхнего 1 и нижнего 2 пакеров. Верхний 1 и нижний 2 секционный ; пакеры содержат полый штсж 3, связаны через удлинители 4 и муфту 5 друг с Pspy гом. Верхний конец полого штока 3 секционного пакерующего узла 1 связан с присоединительным переводником 6, а на нижнем конце полого штока 3 нижнего секционного пакерующего узла 2 установлен башмак 7. На удлинителе 4 верхнего секционного пакерующего узла 1 и нижнего секционного пакерующего узла 2 установлены кольцевые гидроцилиндры 8 с кольцевыми поршнями 9. Между присоединительным переводником 6 и кольцевым поршнем 9 на полом штоке 3 пакеров 1 и 2 установлены с возможностью перемещения опорные втулки 10 с уплотнительными элементами 11 между ними. В стен ке псчдО о штока 3 и удлинителя 4 под кольцевым 9 секционных пакеров 1 и 2 выполнены радиальные отверстия CS для подачи рабочей жидкости в кольцевой гидроцилиндр 8. В стенке кольцевого гидроцилиндра 8 над кольцевым поршйлзм 9 выполнено золотниковое окно б для подачи рабочей жидкости под высоким дав 1ением в рабочую полость -о и далее в пласт. Между наружной поверхностью полога штока 3 и кольцевым пфшнем существует камера I , которая связана отверстием д в кольцевом поршне 9 с рабочей полостью -6 и калиброванным отверстием е в оперной втулке 10 с внутренней полостью Ж между опорными втулками 10. Внутренние полости Э«. между опфными втулками Ю гидравлически свя заны между собой калиброванными отверстиями в . В опорных втулках 1О, расположенных в средней части секцисяных пакерующих узлов 1 н 2, выполнены радиальные каналы |f , связьшающие внутренние полости между опорными втулками 10 с полостью и между уплотнительными элементами 11-й и обсадной колонной 12. Внутренняя полость it секционного пакерующего узла 1 между верхними оперными втулками Ю связана каналом к в присоединительном переводнике б с надпакерным гфостранство А , а внутренняя полость И между крайними нижними опорными втулками 10 секционного пакерующего узла 2 гидравлически связана каналом М в башмаке 7 с подпакерным пространством Н. Надпакерное пространство л и подпакерное н связаны , между собой трубкой 13. Для предохранения калиброванного отверстия 6 от засорения, в камере Z установлен фильтр 14. Герметизация рабочей полости - и работа устройства происходит следующим образом. Рабочая жидкость под высоким aatwieнием подается внутрь полого штока 3 пакера через радиальные отверстия d в удлинителях 4 в кольцевые гидроцилиндры 8 секционных Пакерующих узлов 1 и 2. При этом давлением рабочей жидкости на площадь Кольцевого поршня 9 кольцевой поршень п емещается внутри кольцевого гидроцилиндра 8, действует на опорные втулки Ю и сжимает уплотнительные элементы 11 до контакта со стенкой обсадной копонны 12. При определенном давлении рабочей жидкости, после замыкания уп- лртнительных элементов 11, кольцевой поршень 9 верхнего секционного пакерую- щего узла 1 прсжодит золотниковое окно d в стенке кольцевого гидрсщилиндра 8 и открывает свободный проход рабочей жидкости в рабочую полость о между секционными пакерующими узлами 1 и 2. Рабочая жидкость из рабочей полости -в одновременно подается через отверстия д в кольцевом поршне 9 в полость Z , очищается при эгам от механических частиц на фильтре 14, проходит через калиброванное отверстие б в опорной втулке 10, попадает во внутреннюю полость т между опорными втулками Ю и далее, последователы о перетекая через калиброванные отверстия б от одной внутренней полости Ж- к .другой, через канал k в присоединительном переводнике 6 секционного пакерующего узла 1 и канал М в

башмаке 7 секционного пакерующего узла 2, дренажную трубку 13, попадает в надпакерное пространство л , Прк перетеканки рабочей жидкости через калиброванны отверстия в в опорных втулках 10 давле ние рабочей жидкости через радиальные каналы из соответствующей внутренней полости JM. передается в полости и-, причем перепад давлений Др , между соседними внутренними полостями Ti равен оптимальному для данного материала уппоткительных элементов 11, поскольку через калиброванные отверстия б в опор ных втулках 10 предусмотрен постоянный переток рабочей жидкости с определенным заранее рассчитанных расходом. При установившемся режиме течения рабочей жвдкости через калиброванные отверстия 6 в опорных втулках Ю и их одинаковых диаметрах давление несжимаемой рабочей жидкости равномерно распределяется между уплотнительными элементами 11 и перепад давления на каждом калиброванном отверстии е , а следовательно, и перепад Р , при котором работают уплотни- тельные элементы 11, определяются по формулеP-Pgln

и аналогичен расчету для многоступенчатых дросселей, где РО - давление рабочей жидкости;

Y - число уплотнительных элементов в каждом секционном па- керуюшем узле 1 и 2.

Из условия неразрывности потока расход рабочей жидкости через каждое калиброванное отверстие & оД{шаков при перетекании ее из одной внутренней полости с в другую.

По окончании процесса обработки пласта давление в колонне насосно-компрессорных труб сбрасьшается. Уплотнитель- ные элементы 11, совместно с оперными втулками 10, возвращаются в исходное положение. При этом кольцевой поршень 9 секционнь1к пакерующих узлов 1 и 2 входит внутрь кольцевого гидроцилиндра 8 и перекрывает золотниковое окно d .

Пакер снимается с места установки и устанавливается в новом месте. Вновь подается рабочая жидкость под высоким давлением а пакер и процесс перекрытия межтрубного пространства повторяется.

В связи с тем, чго перепад давления рабочей жидкости .-на каждом уплотнитепьном элементе 11 находится в пределах, допустимых для данного материала, надежность перекрытия межтрубного пространства возрастает, повышается долговечность работы уплотинтеяьных элементов 11, облегчается съем ггакера с места установки.

По предварительным расчетам ожидается экономическая эффективность от использования предложенного технического решения величиной порядка 1 млн.руб.

Формула изобретения,

1.Пакерное устройство для гидроразрьта пласта, спускаемое на колонне тру

содержащее связанное удлинителем с радиальными каналами верхний и нижний пакеры, выполненные преимущественно из установленных на стволах секционных уплотнителей, между которыми размешены опорные втулки с дренажными отверстиями, образующие со стволами межсекдионные полости, отлИ чающееся тем, что, с целью повышения надежности работы путем распределения давления между секциями уплотнителей и уравновсмиивания пакеров, устройство снабжено трубкой, сообщающей пространство над верхним пакером с пространством под нижним пакером, межсекцнсжными полостями и пространством между пакерами, а дренажные отверстия опсфных втулок выполнены калиброванными.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что каждый из пакеров снабжен гидроцилиндром с поршнем, полость под которым сообщается с внутритрубным пространством, а гидрсмиликдр одного из пакеров имеет канал для сообщения после пакеровкн внутрнтрубного пространства с межпакерным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 300593, кл. Е 21 В 33/12, 1967.

2.Зайцев Ю. В. и Др. Пакеры и технологические схемы их установок. М., ВНИИОЭНГ. 1969.