ПАКЕРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для избирательного испытания 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 пакерующим устройством, содержащим пакер, включающий корпус с фигурным пазом на наружной поверхности и расположенный на нем шлипсовый узел, жестко соединенный с направляющим штифтом, эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с радиальными каналами.
Новым является то, что корпус заглушен снизу, а фигурный паз выполнен замкнутым в виде длинной и короткой продольных проточек, соединенных между собой сложной замкнутой проточкой, так что при осевом перемещении корпуса относительно шлипсового узла направляющий штифт поочередно перемещается то в короткую продольную проточку - транспортное положение, то в длинную продольную проточку - рабочее положение, при этом устройство на расстоянии выше пакера, превышающем толщину любого из исследуемых пластов, снабжено дополнительным пакером, состоящим из телескопически соединенных между собой нижнего и верхнего упоров, а также дополнительной эластичной манжеты, размещенной на наружной поверхности нижнего упора, причем верхний упор выполнен в виде гидроцилиндра, в котором размещен кольцевой поршень, причем внутренняя полость гидроцилиндра гидравлически соединена с внутренним пространством колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), при этом кольцевой поршень имеет возможность осевого перемещения вниз относительно нижнего упора, сжимая дополнительную эластичную манжету, кроме того верхний упор сверху посредством переходника снабжен якорным узлом, состоящим из цилиндра, гидравлически связанного с внутренним пространством колонны НКТ, при этом в цилиндре размещены якори, поджатые внутрь, и взаимодействующие с обсадной колонной под давлением, создаваемым во внутреннем пространстве колонны НКТ, причем материал, из которого изготовлена эластичная манжета, мягче, чем материал, из которого изготовлена дополнительная эластичная манжета.
На фиг.1 в продольном разрезе изображена нижняя часть предлагаемого пакерующего устройства, устанавливаемая под испытываемым пластом.
На фиг.2 в продольном разрезе изображена верхняя часть предлагаемого пакерующего устройства, устанавливаемая над испытываемым пластом.
На фиг.3 показана развертка замкнутого фигурного паза, выполненного на корпусе пакера.
Пакерующее устройство состоит из пакера 1, содержащего корпус 2, с заглушенным замкнутым фигурным пазом 3 (фиг.1) на наружной поверхности, выполненным в виде длинной 4 (см фиг.3) и короткой 5 продольных проточек, соединенных сложной замкнутой проточкой 6, а также установленный на корпусе 2 шлипсовый узел 7 (см. фиг.1), состоящий из подпружиненных шлипсов 8 и обоймы 9, в которой жестко установлен направляющий штифт 10 (см. фиг.1 и 3), размещенный в замкнутом фигурном пазе 3.
При осевом перемещении корпуса 2 относительно шлипсового узла 7 направляющий штифт 10 (см. фиг.3) поочередно перемещается то в короткую продольную проточку 5 - транспортное положение, то в длинную продольную проточку 4 - рабочее положение.
На корпусе 2 находится нижняя опора 11 с возможностью ограниченного осевого перемещения вверх (см. фиг.1), эластичная манжета 12 и верхняя опора 13, жестко соединенная с корпусом 2. С верхней опорой 13 пакера 1 соединен разобщитель, выполненный в виде ствола 14 (см. фиг.1 и 2), который снабжен радиальными каналами 15.
Устройство на расстоянии выше пакера 1, превышающем толщину любого из избирательно испытываемых пластов (на фиг.1, 2 и 3 не показано), снабжено дополнительным пакером 16 (см. фиг.2), состоящим из нижнего 17 и верхнего 18 упоров, телескопически соединенных между собой, дополнительной эластичной манжеты 19, размещенной на наружной поверхности нижнего упора 17.
Верхний упор 18 выполнен в виде гидроцилиндра 20, в котором размещен кольцевой поршень 21. Внутренняя полость 22 гидроцилиндра 20 гидравлически соединена с внутренним пространством колонны НКТ 23. Кольцевой поршень 21 имеет возможность осевого перемещения вниз относительно нижнего упора 17, сжимая дополнительную эластичную манжету 19.
Нижний упор 17 снизу посредством муфты 24 соединен со стволом 14 разобщителя. Верхний упор 18 в рабочем положении имеет возможность осевого перемещения вниз относительно нижнего упора 17, сжимая при этом дополнительную эластичную манжету 19.
Верхний упор 18 сверху посредством переходника 25 снабжен якорным узлом 26, состоящим из цилиндра 27, который также гидравлически связан с внутренним пространством
колонны НКТ 23. В цилиндре 27 герметично размещены якоря 28, поджатые внутрь посредством пружин 29, и взаимодействующие с обсадной колонной (на фиг.1, 2 и 3 не показано) под давлением, создаваемым во внутреннем пространстве колонны НКТ 23.
Несанкционированные перетоки жидкости предотвращаются уплотнительными элементами 30 и 31.
Устройство работает следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину направляющий штифт 10 (см. фиг.3) устанавливают в короткую продольную проточку 5 замкнутого фигурного паза 3 - транспортное положение.
Устройство в собранном виде на колонне НКТ 23 (см. фиг.2) спускают в скважину на необходимую глубину и устанавливают таким образом, чтобы нижняя часть устройства находилась ниже пласта на 3-5 метров, а верхняя - выше пласта на том же расстоянии.
Затем устройство посредством колонны НКТ 23 (см. фиг.2) приподнимают примерно на 1 метр вверх, в результате чего направляющий штифт 10 (см. фиг.3), находящийся в транспортном положении в верхней части короткой продольной проточки 5 замкнутого фигурного паза 3 благодаря контакту подпружиненных шлипсов 8 шлипсового узла 7 (см. фиг.1) с внутренними стенками обсадной колонны, перемещается вниз по короткой продольной проточке 5 и попадает в нижнюю часть длинной продольной проточки 4 замкнутого фигурного паза 3 (см. фиг.3) - рабочее положение, при этом шлипсовый узел 7 находится в неподвижном положении, а корпус 2 пакера 1 (см. фиг.1) перемещается вверх относительно вышеупомянутого шлипсового узла 7.
Далее устройство посредством колонны НКТ 23 опускают вниз, при этом направляющий штифт 10 (см. фиг.3) перемещается из нижней части длинной продольной проточки 4 замкнутого фигурного паза 3 в ее верхнюю часть, а корпус 2 перемещается вниз относительно шлипсового узла 7 до тех пор, пока конусная часть нижней опоры 11 (см. фиг.1) не упрется изнутри в подпружиненные шлипсы 8 шлипсового узла 7. Под действием веса колонны НКТ 23 подпружиненные шлипсы 8 расходятся в радиальном направлении до соприкосновения их зубчатой части с внутренними стенками обсадной колонной, в результате устройство фиксируется на внутренних стенках обсадной колонны.
Колонну НКТ 23 (см. фиг.2) продолжают разгружать на устройство, при этом под действием веса колонны НКТ 22, передающегося через подпружиненные шлипсы 8 шлипсового узла 7 (см. фиг.1) на нижнюю опору 11, последняя перемещается вверх, сжимая эластичную манжету 12 (материал из которого изготовлена эластичная манжета
12 мягче, чем материал из которого изготовлена дополнительная эластичная манжета 19), упертую сверху в верхнюю опору 13 пакера 1, надежно перекрывая межколонное пространство скважины (на фиг.1, 2, 3 не показано) ниже пласта, о чем свидетельствует снижение веса на индикаторе веса (на фиг.1, 2, 3 не показано), установленного на устье скважины.
Далее колонну НКТ 23 продолжают разгружать, при этом верхний упор 18, выполненный в виде гидроцилиндра 20, воздействует сверху на кольцевой поршень 21. В итоге верхний упор 18 совместно с кольцевым поршнем 21 опускаются вниз относительно нижнего упора 17, сжимая дополнительную эластичную манжету 19 дополнительного пакера 16.
Дополнительная эластичная манжета 19 под весом колонны НКТ 23 сжимается и надежно прижимается к стенкам обсадной колонны скважины выше пласта, надежно отекая верхнюю часть обсадной колонны и предохраняя ее от воздействия высоких давлений, которые могут возникнуть при обработке пласта.
В результате испытываемый пласт оказывается полностью изолированным от межколонного пространства скважины как снизу, так и сверху.
После чего начинают испытание пласта.
Для этого жидкость по внутренним пространствам колонны НКТ 23, цилиндра 27 якорного узла 26, переходника 25, нижнего упора 17 дополнительного пакера 16 через радиальные каналы 15 ствола 14 разобщителя (см. фиг.1 и 2) закачивают в пласт.
Избыточное давление, создаваемое в колонне НКТ 23 (см. фиг.2), в процессе закачки жидкости, благодаря гидравлическому сообщению внутреннего пространства колонны НКТ 23 с внутренним пространством 22 гидроцилиндра 20 воздействует на кольцевой поршень 22, который динамически дожимает сжатую дополнительную эластичную манжету 19 дополнительного пакера 16, а также избыточное давление, создаваемое в колонне НКТ 23, воздействует и на якори 28, установленные в цилиндре 27, которые в зависимости от создаваемого в процессе закачки давления сжимают пружины 29 и плотно врезаются во внутренние стенки обсадной колонны, при этом гарантировано исключается осевое перемещение устройства вверх или вниз и обеспечивается герметичность устройства вне зависимости от величины давления.
По окончанию запланированных работ производят распакеровку устройства. С этой целью колонну НКТ 23 приподнимают вверх примерно на 1 метр и опускают.
В результате чего, при подъеме вверх нагрузка (вес колонны НКТ 23) снимается с эластичной манжеты 12 и дополнительной эластичной манжеты 19, соответственно пакера 1 и дополнительного пакера 16, и они отходят от внутренних стенок обсадной колонны,
принимая транспортное положение (первоначальную форму), при этом направляющий штифт 10, находящийся в рабочем положении в длиной продольной проточке 4 замкнутого фигурного паза 3 (см. фиг.3), попадает в сложную замкнутую проточку 6, и при последующем опускании направляющий штифт 10 перемещается из сложной замкнутой проточки 6 в короткую продольную проточку 5 - транспортное положение, при этом корпус 2 пакера 1 (см. фиг.1) сначала поднимается вверх относительно находящегося в неподвижным положении шлипсового узла 7 благодаря контакту его подпружиненных шлипсов 8 с внутренними стенками обсадной колонны, а затем опускается вниз.
В результате пакерующее устройство распакеровавается и может быть извлечено на поверхность, либо переведено в любой другой интервал для избирательного испытания пласта.
Предлагаемое пакерующее устройство позволяет надежно изолировать испытываемый пласт как сверху, так и снизу, а упрощенный технологический процесс применения пакерующего устройства позволяет за один спуск избирательно испытать требуемое количество пластов и тем самым сократить время проведения работ, а значит сэкономить финансовые затраты.