ОТСЕКАТЕЛЬ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
SHUT-OFF FACILITY OF WELL BOREHOLE

Изобретение относится к области нефтегазодобычи и предназначается для перекрытия ствола фонтанирующих и насосных скважин от продуктивного пласта без его глушения в случае проведения ремонта наземного или подземного оборудования, для проведения исследовательских работ в скважине, освоения скважин после бурения, вызова глубокой многократной депрессии на пласт в процессе эксплуатации скважины, а также для проведения кислотных обработок, ввода в пласт растворов химреагентов и для отключения продуктивного пласта при авариях, пожарах и других стихийных бедствиях.
2
По авторскому свидетельству СССР №746087, М.Кл. E21B 43/00 (заявлено 01.12.1977 г., опубликовано 07.07.1980 г. в БИ №25) известно изобретение под названием «Глубинное устройство для перекрытия ствола скважины», которое принимаем за аналог. Устройство по аналогу содержит устанавливаемый на пакере корпус с радиальными каналами в его нижней части. Внутри верхней части корпуса размещен подпружиненный патрубок с поршнем вверху и штифтами в нижней части патрубка. Внутри нижней части корпуса размещен запорный элемент с механизмом управления. При этом запорный элемент изготовлен в виде поворотной втулки с радиальными каналами и фигурными пазами, выполненными в верхней и нижней частях внутренней части поворотной втулки для взаимодействия со штифтами подпружиненного патрубка.
Недостатком известного по аналогу устройства является то, что через него нельзя подать раствор химических реагентов из ствола скважины в зону продуктивного пласта для его обработки.
3
Наиболее близким (прототипом) к заявляемому изобретению по совокупности сходных существенных признаков из числа известных технических решений того же назначения принимаем изобретение по авторскому свидетельству СССР №878910, М.Кл. E21B 43/00 (заявлено 11.11.1979 г., опубликовано 07.11.1981 г. в БИ №41) под названием «Глубинное устройство для перекрытия ствола скважины».
Устройство по прототипу является отсекателем ствола скважины и включает в себя установленный на пакере корпус с радиальными каналами и размещенным внутри корпуса запорным элементом, в котором выполнены радиальные каналы и фигурные пазы, и механизм управления запорным элементом, включающим подпружиненный патрубок с поршнем, обратным клапаном и штифтами-фиксаторами, взаимодействующими с фигурными пазами запорного элемента.
Когда ствол скважины необходимо перекрыть, то радиальный канал в верхней части корпуса устройства и радиальные каналы в нижней части корпуса вместе с радиальными каналами в поворотной втулке запорного элемента перекрывают путем поворота запорного элемента, для чего в стволе скважины создают импульс избыточного давления рабочей среды.
Недостатками устройства по прототипу являются:
- недостаточный срок надежной работы, т.к. штифты-фиксаторы подпружиненного патрубка в механизме управления запорным элементом при каждом его повороте находятся под действием большой нагрузки, т.к. в стволе скважины для этого каждый раз необходимо создать избыточное давление рабочей среды, кроме того, штифты-фиксаторы при взаимодействии с фигурными пазами запорного элемента испытывают трение большой величины и быстро истираются;
- сложность конструкции, т.к. фигурные пазы в запорном элементе выполнены во внутреннем его пространстве, что сложно в изготовлении и монтаже.
Предлагаемый отсекатель обеспечивает достижение нового технического результата, выражающегося в том, что увеличивается срок его надежной работы, упрощается конструкция и расширяется возможность его использования, в том числе на скважинах, эксплуатирующихся при одновременно-раздельной разработке нескольких пластов.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный по прототипу отсекатель ствола скважины, содержащий установленный на пакере корпус с радиальными каналами и размещенным внутри корпуса запорным элементом, в котором выполнены радиальные каналы и фигурные пазы, и механизм управления запорным элементом, включающим подпружиненный патрубок с обратным клапаном и фиксатором, взаимодействующим с фигурными пазами запорного элемента, согласно предлагаемому изобретению введены новые конструктивные элементы, предложена иная форма выполнения элементов и их взаимосвязи, а именно: корпус отсекателя выполнен в виде цилиндра, верхний конец которого соединен с нижним концом колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), к нижнему концу корпуса-цилиндра соосно закреплен кожух, внутри которого на верхней и нижней его торцовых муфтах-втулках выполнены обращенные друг к другу кольцевые упорные площадки, размещенный внутри корпуса-цилиндра запорный элемент выполнен в виде полого плунжера с обратным клапаном на верхнем конце и жестко закрепленной на нижнем конце упорной втулкой, заведенной в кожух, на верхней внешней поверхности упорной втулки выполнен кольцевой упор для взаимодействия с кольцевой упорной площадкой верхней муфты-втулки, внутри упорной втулки снизу соосно жестко закреплена труба, снаружи которой установлена пружина с опорой на кольцевую упорную площадку нижней муфты-втулки кожуха, между верхним торцом пружины и нижней торцовой поверхностью упорной втулки установлен упорный подшипник, например, шарикоподшипник, нижний конец трубы выведен в осевой канал нижней муфты-втулки кожуха, фигурные пазы запорного элемента выполнены на наружной поверхности полого плунжера в виде четырех продольных верхних и смещенных от них на 45° четырех продольных нижних канавок, обращенные друг к другу концы которых соединены между собой переходными аналогичными канавками, при этом продольные канавки по отношению друг к другу выполнены по окружности со смещением на 90°, а фиксатор, взаимодействующий с фигурными пазами запорного элемента, закреплен в корпусе-цилиндре и заведен в канавку фигурного паза на наружной поверхности полого плунжера, радиальный канал в верхней части корпуса-цилиндра выполнен выше уровня обратного клапана полого плунжера при его крайнем нижнем положении, а над кожухом на одном уровне, когда полый плунжер под действием пружины занимает свое крайнее верхнее положение, в нижних частях корпуса-цилиндра и полого плунжера выполнено по два радиальных канала, разнесенных друг от друга на 180°, при этом в корпусе-цилиндре над пакером установлен обратный клапан.
Указанные выше новые конструктивные признаки предлагаемого отсекателя являются существенными отличительными признаками заявляемого изобретения по отношению к известному по прототипу устройству.
В совокупности известные и новые отличительные существенные признаки обеспечивают заявляемому изобретению достижение нового технического результата.
На фиг.1 дан продольный разрез отсекателя с расположением его элементов во время добычи пластового флюида, на фиг.2 - развертка фигурных пазов запорного элемента.
Отсекатель содержит корпус 1 с радиальным каналом 2 в верхней части корпуса и радиальными каналами 3 в его нижней части. Корпус 1 выполнен в виде цилиндра, его верхний конец соединен с нижним концом колонны НКТ 4. К нижнему концу корпуса-цилиндра 1 соосно закреплен кожух 5 с торцовыми муфтами-втулками 6 и 7, в которых выполнены обращенные друг к другу кольцевые упорные площадки 8 и 9. Внутри корпуса-цилиндра 1 размещен запорный элемент, выполненный в виде полого плунжера 10, на верхнем конце которого установлен обратный клапан 11, а на нижнем конце жестко закреплена упорная втулка 12, заведенная в кожух 5. На верхней внешней поверхности упорной втулки 12 выполнен кольцевой упор 13 для взаимодействия с кольцевой упорной площадкой 8 верхней муфты-втулки 6. Внутри упорной втулки 12 снизу соосно жестко закреплена труба 14, снаружи которой установлена пружина 15 с опорой на кольцевую упорную площадку 9 нижней муфты-втулки 7 кожуха 5. Между верхним торцом пружины 15 и нижней торцовой поверхностью упорной втулки 12 установлен упорный подшипник, например, шарикоподшипник 16. Нижний конец трубы 14 выведен в осевой канал нижней муфты-втулки 7 кожуха 5. На наружной поверхности полого плунжера 10 выполнены фигурные пазы 17 (см. фиг.2) в виде четырех продольных верхних и смещенных от них на 45° четырех продольных нижних канавок. Их концы, обращенные друг к другу, соединены между собой переходными аналогичными канавками 18. Продольные канавки по отношению друг к другу выполнены на наружной поверхности полого плунжера 10 по окружности со смещением на 90°. С наружной поверхности корпуса-цилиндра 1, например, с помощью гайки или винта 19 закреплен фиксатор 20 для взаимодействия с фигурными пазами 17 и их переходными канавками 18 на наружной поверхности полого плунжера 10, являющийся запорным элементом. Заведенный в канавку фигурного паза конец фиксатора 20 может быть выполнен, например, в виде обычного штыря, в виде штыря с вращающимся на нем элементом или в виде шарика. Радиальный канал 2 в верхней части корпуса-цилиндра 1 выполнен выше уровня обратного клапана 11 полого плунжера 10 при его крайнем нижнем положении. Два радиальных канала 3 в нижней части корпуса-цилиндра 1 и два радиальных канала 21 в нижней части полого плунжера 10 разнесены по отношению друг к другу на 180° и выполнены над кожухом 5 на одном уровне при положении полого плунжера 10 в своем крайнем верхнем положении, которое он занимает под действием пружины 15. Корпус-цилиндр 1 на пакере 22 устанавливается в обсадной колонне 23 скважины. Над пакером 22 в корпусе-цилиндре 1 установлен обратный клапан 24. В нижнюю торцовую муфту-втулку 7 ввернут хвостовик 25 с заглушкой.
Работа отсекателя
На колонне НКТ 4 отсекатель в собранном виде опускают в скважину, например, с опорой на забой скважины хвостовика 25 с заглушкой. Весом части труб НКТ пакером 22 перекрывают кольцевое пространство между корпусом-цилиндром 1 и обсадной колонной 23.
При добыче пластового флюида элементы отсекателя занимают положение, как показано на фиг.1. Пластовый флюид из продуктивного пласта 26 через радиальные каналы 3 и 21 поступает внутрь полого плунжера 10 и, приподнимая напором потока обратный клапан 11, по колонне НКТ 4 подается на дневную поверхность (при фонтанной добыче) или на прием насоса (при насосной добыче).
В случае проведения ремонта наземного или подземного оборудования или для проведения исследовательских работ в скважине ее ствол перекрывают, т.е. отделяют ствол скважины от продуктивного пласта, чтобы исключить в это время выброс пластового флюида из скважины, который может произойти под действием пластовой энергии. Для этого в стволе скважины создают импульс избыточного давления рабочей среды, в качестве которой может быть использована жидкость или газ. Под действием избыточного давления рабочей среды обратный клапан 11 перекрывает подпружиненный полый плунжер 10 и, сжимая пружину 15, перемещает его вниз с одновременным поворотом вокруг продольной оси под взаимодействием фиксатора 20 с фигурными пазами 17. За один ход вниз полый плунжер 10 совершает поворот на 45°, в результате чего радиальные каналы 3 и 21 перекрываются. После снятия избыточного давления в стволе скважины под действием пружины 15 полый плунжер 10 возвращается в свое верхнее крайнее положение, поворачиваясь еще на 45°, но радиальные каналы 3 и 21 остаются перекрытыми, обеспечивая перекрытие ствола скважины от продуктивного пласта 26.
Для пуска скважины в работу после перекрытия ее ствола в стволе скважины вновь создают избыточное давление рабочей среды и вновь его снижают, в результате чего полый плунжер 10 вновь совершит ход вниз и вверх, произведя поворот на 90°, в результате чего радиальные каналы 3 и 21 совпадут между собой, чем обеспечат поступление флюида из продуктивного пласта 26 на поверхность.
Кроме того, отсекатель обеспечивает возможность подачи растворов химических реагентов из ствола скважины в продуктивный пласт для его обработки с целью повышения нефтеотдачи и предотвращения часто встречающихся осложнений (например, отложений АСПО, солеотложений и гидратообразований). При подаче раствора химических реагентов в необходимом объеме создают в стволе скважины давление, под действием которого обратный клапан 11 перекрывает полый плунжер 10 и перемещает его в крайнее нижнее положение, перекрывая радиальные каналы 3 и 21 и открывая радиальный канал 2. Такое давление поддерживают в течение всего времени закачки раствора химреагента через радиальный канал 2 в продуктивный пласт 26. После его закачки, когда давление в стволе будет снято, полый плунжер 10 под действием пружины 15 вернется в свое верхнее положение. Если после закачки химреагентов в пласт скважину необходимо оставить на реакции, то при закачке обеспечивают ход полого плунжера 10 вниз и вверх и его поворот на 90°, при котором радиальные каналы 3 и 21 останутся перекрытыми. Если необходимо пустить скважину в работу, то в стволе скважины создают избыточное давление для совершения полому плунжеру 10 еще одного хода вниз и вверх, чтобы радиальные каналы 3 и 21 были совмещены.
Отсекатель обеспечивает возможность вызова предельно допустимой депрессии на пласт путем замены скважинной жидкости на жидкость меньшей плотности или на пенную систему.
Такую предельно допустимую депрессию на пласт отсекателем можно проводить многократно.
Аналогичным образом отсекатель можно использовать для освоения новых скважин, законченных бурением. После цементирования обсадной колонны и вскрытия продуктивного пласта отсекатель устанавливают в стволе скважины выше зоны перфорации. Производят замену промывочной жидкости, например на нефть или пену, и далее проводят работы по созданию глубокой многократной депрессии на пласт. После освоения скважины отсекатель оставляют для перекрытия ствола скважины.
Отсекатель обеспечивает надежную работу без подъема его из скважины более 5 лет эксплуатации.
Благодаря выполнению запорного органа в виде полого плунжера 10, который размещен в корпусе-цилиндре 1 с определенным допуском посадки, обеспечивается гарантированная герметизация сопрягаемых элементов. Размещение механизма управления запорным элементом в кожухе 5, введение упорного шарикоподшипника 16, снижающего нагрузки при поворотах полого плунжера 10, выполнение на его наружной поверхности фигурных пазов 17 в виде канавок, закрепление фиксатора в корпусе-цилиндре 1 в целом увеличивают срок надежной работы отсекателя при существенном упрощении его конструкции.
Установка обратного клапана 24 над пакером 22 позволяет через затрубное надпакерное пространство 27 (между колонной НКТ 4 и обсадной колонной 23) производить все операции по управлению отсекателем, производить любые обработки продуктивного пласта 26 без его глушения и обеспечивать многократную депрессию на пласт независимо от того, есть или нет в колонне НКТ насосное оборудование (ЭЦН, ШГН и т.п.), что расширяет возможности использования предлагаемого отсекателя независимо от способа добычи пластового флюида.