УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для избирательной обработки и/или исследования пластов в скважине.
Известно «Устройство для обработки пластов в скважине» (см. патент на полезную модель №37140 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №10 от 10.04.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол и золотник, снабженные радиальными каналами, при этом корпус пакера выполнен в осевом направлении проходным, а золотник установлен внутри ствола, при этом сверху внутри золотника установлена втулка, оснащенная посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта, причем ствол, золотник и втулка соединены между собой дифференциальными срезными элементами, при этом в стволе выполнена внутренняя цилиндрическая выборка, против которой расположен золотник, разделенный глухой поперечной перегородкой, при этом в теле золотника выполнены два ряда радиальных каналов, один из которых выполнен над вышеупомянутой глухой перегородкой, а другой под ней, причем перед обработкой первого пласта верхний ряд радиальных каналов находится напротив радиальных каналов ствола, а перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с внутренним пространством пакера.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для обработки пластов в скважине» (см. патент RU №2234589 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №23 от 20.08.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол и золотник, снабженные радиальными каналами, при этом корпус пакера выполнен проходным в осевом направлении, а золотник разобщителя расположен внутри его ствола, соединен с ним срезными элементами, заглушен снизу и имеет по наружной поверхности выше заглушенного участка меньший диаметр, образующий со стволом полость, сообщающуюся через радиальные каналы с внутренним пространством разобщителя, снабжен конусной расточкой, в которой установлено стопорное кольцо, взаимодействующее с кольцевой проточкой, расположенной в нижней части ствола, и посадочным седлом для шара, сбрасываемого во внутрь устройства перед обработкой второго пласта.
Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки:
во-первых, трудоемкий технологически процесс применения устройства, поскольку при работе с верхним пластом необходимо герметизировать устье скважины с помощью устьевого сальника или планшайбы, при этом верхняя часть обсадной колонны остается подверженной давлению создаваемому в колонне;
во-вторых, низкая функциональная возможность устройства, обусловленная тем, что пласт отсекается только с одной стороны (снизу или сверху), что не позволяет избирательно воздействовать на отдельно взятый пласт.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства и упрощение технологического процесса его применения.
Поставленная задача решается устройством для обработки пластов в скважине, содержащим пакер, включающий корпус и эластичную манжету, шлипсовый узел, состоящий из обоймы с направляющим штифтом, размещенным в фигурном пазе, и расположенных по окружности обоймы подпружиненных внутрь шлипсов, разобщитель, включающий ствол с радиальными каналами.
Новым является то, что устройство на расстоянии выше пакера, превышающем толщину любого из обрабатываемых пластов, снабжено дополнительным пакером, при этом корпуса пакеров телескопически герметично с возможностью осевого перемещения установлены в расширяющие конусы, выполненные в виде полых цилиндров, причем расширяющие конусы пакеров воздействуют на эластичные манжеты снизу, а корпус пакера соединен с расширяющим конусом дополнительного пакера, посредством регулируемого по длине ствола разобщителя, при этом расширяющий конус пакера снизу жестко соединен с заглушенной снизу опорной трубой и оснащен конусной поверхностью, сужающейся сверху вниз, причем на наружной поверхности опорной трубы изготовлен фигурный паз, выполненный замкнутым в виде длинной и короткой продольных проточек, соединенных между собой сложной замкнутой проточкой, так что при осевом перемещении устройства относительно шлипсового узла направляющий штифт поочередно перемещается, то в короткую продольную проточку - транспортное положение, то в длинную продольную проточку - рабочее положение, в котором подпружиненные внутрь шлипсы имеют возможность взаимодействия с конусной поверхностью расширяющего конуса пакера, при этом корпус дополнительного пакера на наружной поверхности снабжен двумя кольцевыми выступами, между которыми на корпусе выполнена конусная поверхность сужающаяся сверху вниз, причем напротив первого кольцевого выступа установлен якорный узел, состоящий из кольца, и соединенных с ним плашек подпружиненных внутрь, кроме того, кольцо подпружинено вверх от верхнего торца первого
кольцевого выступа, при этом нижний торец первого кольцевого выступа находится во взаимодействии с верхними торцами плашек, ограничивая их осевое перемещение вверх, причем над вторым кольцевым выступом на корпусе установлен подпружиненный внутрь разрезной конус, который в рабочем положении взаимодействует с конусной поверхностью корпуса и внутренней поверхностью плашек якорного узла, при этом ниже второго кольцевого выступа на корпусе срезными элементами зафиксирована втулка, жестко соединенная с разрезным конусом, и взаимодействующая нижней частью с эластичной манжетой дополнительного пакера, при этом в рабочем положении втулка имеет возможность взаимодействия с нижним торцом второго кольцевого выступа.
На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину.
На фигуре 2 изображен фигурный паз, выполненный на наружной поверхности опорной трубы.
Устройство для обработки пластов в скважине содержит пакер 1 и дополнительный пакер 2, при этом каждый из них включает корпус 3 и 4 соответственно с кольцевым выступом 5 и 6 на конце. На корпуса 3 и 4 установлены соответственно эластичные манжеты 7 и 8. Корпуса 3 и 4 вставлены телескопически герметично в соответствующие расширяющиеся конусы 9 и 10 с возможностью осевого перемещения. Расширяющие конусы 9 и 10 выполнены в виде полых цилиндров, взаимодействующих снизу с соответствующими эластичными манжетами 7 и 8.
Ствол 11 разобщителя соединяет корпус 3 пакера 1 с расширяющим конусом 10 дополнительного пакера 2. На нижний конец расширяющего конуса 9 пакера 1 навернута опорная труба 12, заглушенная снизу заглушкой 13, кроме того, нижний конец расширяющего конуса 9 оснащен конусной поверхностью 14, сужающейся сверху вниз.
На наружной поверхности опорной трубы 12 изготовлен фигурный паз 15, выполненный замкнутым в виде длинной 16 и короткой 17 продольных проточек, соединенных между собой сложной замкнутой проточкой 18. На опорной трубе 12 напротив фигурного паза 15 с возможностью осевого перемещения установлен шлипсовый узел 19. Шлипсовый узел 19 состоит из обоймы 20 с направляющим штифтом 21, по окружности которой размещены шлипсы 22, подпружиненные в радиальном направлении посредством пружин 23. В транспортном положении направляющий штифт 21 обоймы 20 находится в продольном коротком участке 17 фигурного паза 15, а в рабочем - в продольном длинном участке 16 фигурного паза 15 с возможностью взаимодействия внутренней поверхностью подпружиненных шлипсов 22 с конусной поверхностью 14 расширяющего конуса 9 пакера 1. Корпус 4 дополнительного пакера 2 на наружной поверхности снабжен двумя кольцевыми
выступами 23 и 24, между которыми на корпусе 4 выполнена конусная поверхность 25 сужающаяся сверху вниз. Напротив первого кольцевого выступа 23 установлен якорный узел 26, состоящий из кольца 27, и соединенных с ним подпружиненных внутрь плашек 28. Кроме того, кольцо 27 подпружинено вверх от верхнего торца первого кольцевого выступа 23, благодаря чему нижний торец первого кольцевого выступа 23 находится во взаимодействии с верхними торцами плашек 28, ограничивая их осевое перемещение вверх. Над вторым кольцевым выступом 24 на корпусе 4 установлен подпружиненный внутрь разрезной конус 29, который в рабочем положении взаимодействует с конусной поверхностью 25 корпуса 4 и внутренней поверхностью плашек 28 якорного узла 26. Ниже второго кольцевого выступа 24 на корпусе 4 срезными элементами 30 зафиксирована втулка 31, жестко соединенная с разрезным конусом 29 монтажными элементами 32. Втулка 31 нижней частью взаимодействует с эластичной манжетой 8 дополнительного пакера 2. В рабочем положении втулка 31 имеет возможность взаимодействия с нижним торцом второго кольцевого выступа 24 корпуса 4.
Ствол 11 разобщителя выполнен, регулируемым по длине в зависимости от толщины обрабатываемого пласта 33. Кроме того, ствол 11 имеет радиальные каналы 34, соединяющие внутреннее пространство устройства с обрабатываемым пластом 33.
Устройство для обработки пластов в скважине работает следующим образом.
На устье (на фиг.1 и 2 не показано) скважины 35 направляющий штифт 21 (см. фиг.2) устанавливают в верхнюю часть продольного короткого участка 17 фигурного паза 15. Затем устройство посредством муфты 36 присоединяют к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 37 (см. фиг.1) и спускают в скважину 35 с таким расчетом (путем подбора длины ствола 11 разобщителя), чтобы пакер 1 и дополнительный пакер 2 находились соответственно ниже и выше на 10-15 метров от обрабатываемого пласта 33, а радиальные каналы 34 ствола 11 располагались у обрабатываемого пласта 33.
Достигнув интервала установки устройства, его посредством колонны НКТ 37 поднимают вверх примерно на 1 метр и опускают, при этом обойма 20 шлипсового узла 19, благодаря находящимся в ней подпружиненным посредством пружин 23 в радиальном направлении шлипсам 22, контактирующими с внутренней стенкой скважины 35 остается неподвижной, а устройство совершает осевое перемещение, причем при подъеме направляющий штифт 21 обоймы 20, находящийся в верхней части продольного короткого участка 17 фигурного паза 15 (см. фиг.2), перемещается в нижнюю часть продольного длинного участка 16 фигурного паза 15, а при спуске устройства направляющий штифт 21 из нижнего продольного длинного участка 16 фигурного паза 15 перемещается в его верхнюю часть, при этом расширяющий конус 8 пакера 1 конусной поверхностью 14 (см.
фиг.1) садится на подпружиненные в радиальном направлении шлипсы 22, раздвигая их, и при дальнейшей разгрузке колонны НКТ 37 на устройство шлипсы 22 фиксируют устройство на внутренней стенке скважины 35.
Разгрузку колонны НКТ 37 на устройство продолжают. В результате корпус 4 дополнительного пакера 2, телескопически герметично расположенный в расширяющем конусе 10 начинает перемещаться вниз относительно последнего. Расширяющий конус 10 оказывает снизу воздействие на эластичную манжету 8, при этом втулка 31 соединенная с корпусом 4 посредством срезных элементов 30 оказывает воздействие на эластичную манжету 8 сверху. В итоге эластичная манжета 8 дополнительного пакера 2, сжимаясь радиально расширяется наружу и плотно прижимается к внутренней стенке скважины 35. Одновременно с этим, поскольку расширяющий конус 9 пакера 1 своей конусной поверхностью 14 уперт на шлипсы 22 обоймы 20, расширяющий конус 9 оказывает воздействие снизу на эластичную манжету 7, при этом корпус 4, воспринимающий нагрузку от дополнительного пакера 2 посредством ствола 11, также оказывает воздействие на эластичную манжету 7 сверху. В итоге эластичная манжета 7 пакера 1, сжимаясь радиально расширяется наружу и плотно прижимается к внутренней стенке скважины 35.
Разгрузку колонну НКТ 37 на устройство продолжают, и в определенный момент (при нагрузке примерно 100 кН) разрушаются срезные элементы 30, фиксирующие втулку 31 относительно корпуса 4 дополнительного пакера 2.
В результате разрушения срезных элементов 30, подпружиненный внутрь разрезной конус 29, расположенный над вторым кольцевым выступом 24 корпуса 4 под воздействием снизу втулки 31 вступает во взаимодействие с конусной поверхностью 25 корпуса 4, при этом корпус 4 дополнительного пакера 2 продолжает опускаться вниз.
При этом разрезной конус 29 расширяется наружу в радиальном направлении и вступает во взаимодействие с внутренней поверхностью плашек 28 якорного узла 26, а поскольку плашки 28 своими верхними торцами уперты в нижний торец первого кольцевого выступа 23 корпуса 4 дополнительного пакера 2, то подпружиненные внутрь плашки 28 под действием радиально расходящегося наружу разрезного конуса 23 расходятся в радиальном направлении наружу, при этом втулка 31 вступает во взаимодействие с нижним торцом второго кольцевого выступа 24 корпус 4 дополнительного пакера 2.
Колонну НКТ 37 полностью разгружают на устройство, при этом плашки 28 окончательно фиксируют устройство на внутренней стенке скважины 35. Процесс запакеровки и фиксации устройства в скважине 35 окончен, обрабатываемы пласт 33 герметично отсечен от колонного пространства скважины, как сверху, так и снизу и готов к обработке и/или исследованию.
Далее с устья скважины в колонну НКТ 37 закачивают необходимый реагент (на фиг.1 и 2 не показано), который по колонне НКТ 37 через внутреннее пространство устройства и далее сквозь радиальные каналы 34 ствола 11 попадает в обрабатываемый пласт 33. По окончанию намеченных работ с обрабатываемым пластом 33 производят расфиксацию и распакеровку устройства в скважине.
Для этого тянут колонну НКТ 37 вверх, причем вместе с колонной НКТ 37 поднимается вверх и корпус 4 дополнительного пакера 2, при этом плашки 28 якорного узла 26 отходят от внутренней стенки скважины 35, сжимаясь радиально внутрь, и воздействуя внутренней поверхностью на разрезной конус 29 снаружи, при этом последний также сжимается внутрь и по конусной поверхности 25 корпуса 4 дополнительного пакера 2 опускается вниз, освобождая устройство от фиксации в скважине 35.
Устройство посредством колонны НКТ 37 продолжают тянуть вверх, при этом эластичные манжеты 7 и 8 соответственно пакера 1 и дополнительного пракера 2, вследствии снятия с них осевых нагрузок, поочередно отходят от внутренних стенок скважины 35. Далее снимают фиксацию шлипсов 22 обоймы 20 шлипсового узла 19 с внутренней стенки скважины 35. Для этого устройство посредством колонны НКТ 37 приподнимают вверх примерно на 1 метр и опускают, при этом обойма 20, благодаря находящимся в ней подпружиненным посредством пружин 23 в радиальном направлении шлипсам 22, контактирующим с внутренней стенкой скважины 35, остается неподвижной, а устройство совершает осевое перемещение, причем при подъеме направляющий штифт 21, находящийся в верхней части продольного длинного участка 16 фигурного паза 15 (см. фиг.2) перемещается в сложную замкнутую проточку 18 фигурного паза 15, а при спуске направляющий штифт 21 перемещается из сложной замкнутой проточки 18 фигурного паза 15 в верхнюю часть продольной короткой проточки 17 фигурного паза 15.
В процессе проведенной операции расширяющий конус 9 (см. фиг.1) пакера 1 своей конусной поверхностью 14 выходит из контакта с подпружиненными в радиальном направлении шлипсами 22, в результате чего подпружиненные посредством пружин 23 шлипсы 22 перестают фиксировать устройство на внутренней стенке скважины 35. После чего устройство извлекается на поверхность или переводится в следующий интервал скважины для обработки другого пласта, где вышеописанные операции повторяются.
Предлагаемое устройство позволяет надежно изолировать обрабатываемый пласт как сверху, так и снизу, а упрощенный технологический процесс применения устройства позволяет за один спуск избирательно испытать требуемое количество пластов и тем самым сократить время проведения работ, а значит сэкономить финансовые затраты.