УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине при их обработке и эксплуатации.
Известно устройство для обработки пластов в скважине (см. а.с. SU №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.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для обработки пластов в скважине (см. патент на полезную модель RU №36852 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №9 от 27.03.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол, снабженный радиальными каналами, и золотник, при этом корпус пакера выполнен проходным и снизу снабжен перепускным клапаном, пропускающим сверху вниз, причем в нижней части корпуса выполнены радиальные каналы, сообщающие внутреннее пространство пакера с подпакерным пространством, при этом золотник расположен внутри корпуса пакера и ствола разобщителя и соединен со стволом срезными элементами, причем место расположения золотника определяют по следующей зависимости:
где а - расстояние от нижнего торца золотника до нижнего уплотнения корпуса пакера, мм;
b - расстояние от верхнего торца золотника до верхнего уплотнения ствола разобщителя, мм,
золотник выполнен с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта.
Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки:
- во-первых, ограниченные функциональные возможности, поскольку невозможно отсечь обратное попадание жидкости в нижний пласт;
- во-вторых, невозможно извлечь золотник из ствола пакера, что необходимо в случае работы с двумя пластами, например, при свабировании (очистки пластов от продуктов реакции после поочередной обработки пластов).
- в третьих, сложный технологический процесс применения, связанный со сбрасыванием шара с устья скважины и созданием дополнительно избыточного давления в колонне труб для переключения устройства на верхний пласт, а это требует привлечения насосного агрегата и дополнительной технологической жидкости для заполнения колонны труб. Кроме того, у прототипа необходимо строгое соблюдение зависимости и конструктивных размеров, нарушение которых может привести устройство в нерабочее состояние.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства и упрощение технологии его применения.
Поставленная задача решается устройством для обработки и эксплуатации пластов в скважине, содержащим колонну труб, разобщитель, включающий ствол с клапаном внизу и герметично вставленным в его проходной канал золотником, оснащенным посадочным седлом под шар, пакер, установленный в верхней части ствола, срезной элемент.
Новым является то, что ствол снизу заглушен и оснащен дополнительным пакером, при этом между пакером и дополнительным пакером на стволе выполнена кольцевая выборка, ограниченная сверху и снизу соответственно верхним и нижним конусами, между которыми с возможностью продольного и вращательного движения установлен стакан, оснащенный пальцем, а на стакане сверху и снизу установлены верхние и нижние шлипсы, оснащенные соответствующими верхними и нижними подпружиненными от стакана центраторами и выполненными с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним конусами, причем на наружной поверхности ствола для взаимодействия с пальцем выполнены два коротких и между ними один длинный продольные пазы, последовательно соединенные между собой фигурными пазами, один из которых соединяет низ первого из коротких продольных пазов, являющегося транспортным, с серединой длинного продольного паза, являющегося рабочим, а другой - низ длинного продольного паза с серединой другого короткого продольного паза, расположенного в районе середины длинного продольного паза и являющегося съемным узлом, при этом пакер и дополнительный пакер выполнены в виде установленных жестко на стволе разнонаправленных самоуплотняющихся манжет, причем ствол снизу оснащен радиальными отверстиями и внутренней цилиндрической выборкой, при этом золотник снабжен сквозными отверстиями
напротив радиальных отверстий ствола, причем выше посадочного седла золотник оснащен ловильной головкой с радиальными каналами, а ниже посадочного седла выполнена кольцевая проточка, в которой установлено стопорное кольцо, фиксирующее золотник относительно ствола, при этом клапан изготовлен в виде подпружиненного снизу относительно заглушенного ствола шибера, установленного во внутренней цилиндрической выборке ствола с возможностью осевого перемещения в ней и герметичного перекрытия радиальных отверстий ствола при извлечении золотника из ствола, причем снизу на наружной поверхности ствола установлены жесткие центраторы, а ствол сверху соединен срезными элементами с колонной труб.
На фиг.1 изображено предлагаемой устройство в продольном разрезе.
На фиг.2 изображена развертка пазов.
Устройство для обработки и эксплуатации пластов в скважине содержит разобщитель 1 (см. фиг.1), включающий ствол 2 с клапаном 3 внизу.
В проходной канал ствола 2 герметично вставлен золотник 4, оснащенным посадочным седлом 5 под шар 6, устанавливаемый в посадочное седло 5 в процессе сборки.
В верхней части ствола 1 установлен пакер 7. Ствол 2 снизу заглушен и оснащен дополнительным пакером 8. Между пакером 7 и дополнительным пакером 8 на стволе 2 выполнена кольцевая выборка 9, ограниченная сверху и снизу соответственно верхним 10 и нижним 11 конусами, между которыми с возможностью продольного и вращательного движения установлен стакан 12. Стакан 12 оснащен, жестко установленным в него пальцем 13. На стакане 12 сверху и снизу установлены верхние 14 и нижние 15 шлипсы, оснащенные соответствующими верхними 16 и нижними 17 центраторами, подпружиненными от стакана 12. Верхние 14 и нижние 15 шлипсы выполнены с возможностью взаимодействия соответственно с верхним 10 и нижним 11 конусами.
На наружной поверхности ствола 2 для взаимодействия с пальцем 13 (см. фиг.2) выполнены два коротких 18, 19 и между ними один длинный 20 продольные пазы, последовательно соединенные между собой фигурными пазами 21 и 22. Фигурный паз 21 соединяет низ короткого продольного паза 18, являющегося транспортным, с серединой длинного продольного паза 20, являющегося рабочим, а фигурный паз 22 - низ длинного продольного паза 20 с серединой короткого продольного паза 19, расположенного в районе середины длинного продольного паза 20 и являющегося съемным узлом 23.
Пакер 7 и дополнительный пакер 8 (см. фиг.1) выполнены в виде установленных жестко на стволе разнонаправленных самоуплотняющихся манжет. Ствол 2 снизу оснащен радиальными отверстиями 24 и внутренней цилиндрической выборкой 25.
Золотник 4 снабжен сквозными отверстиями 26, выполненными напротив радиальных отверстий 24 ствола 2.
Золотник 4 выше посадочного седла 5 оснащен ловильной головкой 27 с радиальными каналами 28, а ниже посадочного седла 5 снабжен кольцевой проточкой 29, в которой установлено стопорное кольцо 30 (например, выполненное в виде разрезного пружинного кольца круглого сечения), фиксирующее золотник 4 относительно ствола 2.
Клапан 3 изготовлен в виде подпружиненного снизу посредством пружины 31 относительно заглушенного ствола 2 шибера 32, установленного во внутренней цилиндрической выборке 25 ствола 2 с возможностью осевого перемещения в ней и герметичного перекрытия радиальных отверстий 24 ствола 2 при извлечении золотника 4 из ствола 2.
Снизу на наружной поверхности ствола 2 установлены жесткие центраторы 33, а ствол 2 сверху соединен срезными элементами 34 с колонной труб 35.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 36, 37.
Устройство работает следующим образом.
На устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано) палец 13 стакана 12 (см. фиг.1) размещают в коротком продольном пазе 18 (см. фиг.2) - транспортное положение, затем устройство (см. фиг.1) на колонне труб 35 спускают в скважину.
В процессе спуска устройства, находящаяся в скважине жидкость перепускается снизу вверх, поступая в золотник 4 через радиальные отверстия 24 ствола 2 и расположенные напротив сквозные отверстия 26 золотника 4 и далее, приподнимая шар 6 с посадочного седла 5 через радиальные каналы 28 ловильной головки 27 в колонну труб 35. При этом в процессе спуска устройство центрируется относительно оси скважины (на фиг.1 и 2 не показано) посредством верхних 16 и нижних 17 центраторов, подпружиненных от стакана 12 и жестких центраторов 33. Спуск устройства прекращают, когда оно окажется в интервале между двумя пластами.
С устья скважины приподнимают колонну труб 35 на длину, большую длины короткого продольного паза 18 (см. фиг.2), а затем поворачивают по часовой стрелке колонну труб 35 на величину большую длины развертки фигурного паза 21, соединяющего низ короткого продольного паза 18 с серединой длинного продольного паза 20, при этом все детали устройства, поскольку колонна труб 35 (см. фиг.1), зафиксирована относительно ствола 2 устройства посредством срезных элементов 34, совершают осевое и вращательное перемещение за исключением деталей 12, 13, 14, 15, 16 и 17, остающихся на месте благодаря контакту верхних 14 и нижних 15 шлипсов, оснащенных соответственно верхними 16 и нижними 17 подпружиненными от стакана 12 центраторами с внутренними стенками (на
фиг.1 и 2 не показано) скважины. В результате проделанных операции палец 13 стакана 12 находившийся в транспортном положении в коротком продольном пазу 18 попадает в середину длинного продольного паза 20 (см. фиг.2), принимая рабочее положение, в котором стакан 12 получает возможность осевого перемещения относительно ствола 2 устройства по длинному продольному пазу 20. Верхние 14 и нижние 15 шлипсы (см. фиг.1), расположенные на стакане 12, и подпружиненные от последнего верхними 16 и нижними 17 центраторами получают возможность взаимодействия соответственно с верхним конусом 10 и нижним конусом 11. Продолжают тянуть колонну труб 35 вверх, при этом все детали устройства, поднимаются вверх, кроме деталей 12, 13, 14, 15, 16 и 17, остающихся на месте благодаря контакту верхних 14 и нижних 15 шлипсов, оснащенных соответственно верхними 16 и нижними 17 подпружиненными от стакана 12 центраторами с внутренними стенками скважины. В результате палец 13 оказывается в нижней части длинного продольного паза 20 (см. фиг.2). В определенный момент, нижние шлипсы 15 (см. фиг.1) своей внутренней конусной поверхностью наезжают на нижний конус 11, в следствии чего нижнее шлипсы 15 раздвигаются и приходят в соприкосновение с внутренними стенками скважины, центрируются посредством нижних центраторов 17, подпружиненных от стакана 12 и фиксируют устройство в скважине, при этом возможна имплозионная обработка нижнего пласта. Продолжают поднимать колонну труб 35 и при достижении расчетной нагрузки разрушения срезных элементов 34 (примерно 50-60 кН, фиксируемого на устье скважины по индикатору веса) последние разрушаются, вследствии чего колонна труб 34 освобождается от ствола 2 устройства и извлекается на поверхность, при этом нижние шлипсы 15 посредством нижнего конуса 11 дожимаются к внутренним стенкам скважины.
Устройство остается в заданном интервале и готово для обработки верхнего пласта (например, для закачки в него различных реагентов) (на фиг.1 и 2 не показано), при этом при работе с верхним пластом проникновение жидкости сверху вниз в нижний пласт исключается шаром 6, расположенным в посадочном седле 5 золотника 4, а пакер 7 и дополнительный пакер 8, выполненные в виде самоуплотняющихся манжет и прижаты к внутренним стенкам скважины. Устройство, также может использоваться для одновременной эксплуатации верхнего и нижнего пластов.
Если давление на устройство сверху (при закачке реагента в верхний пласт) превышает давление снизу, то разница давление воспринимается пакером 7, также выполненным в виде самоуплотняющейся манжеты прижатой к внутренним стенкам скважины. Вследствии чего, все детали устройство, кроме деталей 12, 13, 14, 15, 16 и 17, остающихся на месте, благодаря контакту нижних шлипсов 15 с внутренними стенками скважины, перемещаются
вниз по длинному продольному пазу 20. В результате палец 13 оказывается в верхней части длинного продольного паза 20. В определенный момент, верхние шлипсы 14 своей внутренней конусной поверхностью наезжают соответственно на верхний конус 10 и раздвигаются. В итоге верхние шлипсы 14 приходят в соприкосновение со стенками скважины, центрируются посредством верхних центраторов 16, подпружиненных от стакана 12 и фиксируют устройство в скважине, при этом пакер 7, воспринимающий давление сверху плотно прижимается к стенкам скважины и держит давление сверху вниз.
По окончании работ с верхним пластом и при необходимости проведения обработки нижнего пласта (на фиг.1 и 2 не показано), в скважину на канате или колонне труб спускают ловильный инструмент (на фиг.1 и 2 не показано) с наружным захватом и производят захват золотника 4 за ловильную головку 27. Производят натяжку ловильного инструмента вверх, при этом стопорное кольцо 30 сжимается в кольцевой проточке 29 золотника 4, вслед ствии чего золотник 4 перемещается вверх относительно ствола 2, а стопорное кольцо 30 в сжатом состоянии скользит по внутренней поверхности ствола 2. В этот момент клапан 3, изготовленный в виде подпружиненного снизу посредством пружины 31 относительно заглушенного ствола 2 шибера 32, закрывается, поскольку шибер 32 за счет возвратной силы пружины 31 перемещается вверх и герметично перекрывает радиальные отверстия 24 ствола 2. Ловильный инструмент продолжают тянуть вверх и золотник 4 освобождается от ствола 2 и извлекается на поверхность. Нижний пласт остается герметично отсеченным от верхнего, вследствии чего, можно работать только с верхним пластом (эксплуатировать, свабировать).
При возникновении необходимости работы с нижним пластом возможна установка золотника 4 в исходное положение, при этом клапан 3 откроется (золотник 4 посредством стопорного кольца 30 зафиксируется относительно ствола 2, а сквозные отверстия 26 золотника 4 установятся напротив радиальных отверстий 24 ствола 2 (см. рис.1).
При необходимости извлечения устройства в скважину на колонне труб спускают ловильный инструмент (например, труболовку с наружным захватом, на фиг. не показана) с помощью которого захватывают устройство за верхнюю часть по наружной поверхности ствола 2. После этого поднимают колонну труб с ловильным инструментом и устройством вверх на длину, большую длины длинного продольного паза 20 (см. фиг.2) и поворачивают колонну труб по часовой стрелке на величину большую длины развертки фигурного паза 22. Затем опускают колонну труб с ловильным инструментом и устройством вниз на длину, большую длины короткого продольного паза 19. В результате проделанных операций палец 13 из длиной продольной проточки 20 попадает в середину короткого продольного
паза 19, расположенного в районе середины длинного продольного паза 20 и являющегося съемным узлом 23, при этом все детали устройства за исключением деталей 12, 13, 14, 15, 16 и 17 (см. фиг.1), остающихся на месте, вследствии фиксации верхних шлипсов 14 на внутренних стенках скважины, совершают осевое и вращательное перемещение.
При последующем подъеме устройства палец 13 попадает в съемный узел 23 (см. фиг.2), в котором исключается возможность контакта верхних 14 и нижних 15 шлипсов соответственно с верхним конусом 10 и нижним конусом 11. Далее устройство извлекают из скважины.
Предлагаемое устройство имеет расширенные функциональные возможности, позволяя очищать пласты, а также эксплуатировать их, как одновременно так и раздельно, при этом упрощенный технологический процесс применения устройства дает возможность избежать лишних спуско-подъемных операций, а значит сэкономить финансовые затраты.