УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА

Полезная модель относится к области нефтедобычи, а именно к устройствам, используемым для проведения перфорации и гидравлического разрыва нескольких интервалов пласта за одну спускоподьемную операцию.
В основе успешно применяемых технологий многостадийного гидравлического разрыва пласта лежат решения, позволяющие проводить селективную контролируемую закачку жидкости с проппантом либо кислоты последовательно в выбранные интервалы через отверстия, полученные с помощью перфорации. Оптимальная реализация таких технологий обеспечена использованием скважинных устройств, поэтапно выполняющих перфорацию, герметизацию и стимулирование нескольких интервалов пласта за одну спускоподъемную операцию.
По мере продвижения устройства по скважине, особенно сложной конструкции (вертикальной, горизонтальной, наклонно-направленные), существует проблема заклинивания в обсадной колонне из-за механических примесей, присутствующих в кольцевом просвете между обсадной колонной и скважинным оборудованием, что приводит к повреждению, преждевременному износу и сокращению срока службы оборудования.
В результате информационного поиска выявлены технические решения, используемые в скважинном оборудовании, предназначенном для проведения гидравлического разрыва пласта (далее ГРП), относящиеся к проблеме аварийности из-за прихвата и заклинивания устройств, например: патент РФ 2618542, патент РФ 2704087, патент РФ 2282710, патент РФ 199872.
Аналогом заявляемого для патентования технического решения является устройство для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта. Известное устройство состоит из колонны насосно-компрессорных труб (далее НКТ), на которой смонтированы верхний и нижний селективные пакеры с проходным отверстием. Под нижним селективным пакером, на колонне НКТ смонтированы отсекающий клапан давления и прокалывающее устройство, производящее перфорацию обсадной колонны в интервалах планируемого ГРП. Между верхним и нижним проходными пакерами в колонне НКТ установлен фрак-порт, под которым расположен перфорированный патрубок колонны НКТ (патент РФ на полезную модель №185859 публ. 20.12.2018 г., бюл. 35).
Явным недостатком известного устройства является высокая аварийность из-за значительной нагрузки на активированные пакеры во время ГРП, что приводит к быстрому износу эластичных пакерных элементов. Кроме того, отсутствие центрирующих элементов создает условия для заклинивания компоновки при осевых передвижениях от одного интервала к другому.
Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является устройство для реализации способа обработки нескольких интервалов продуктивного пласта за одну спускоподъемную операцию, содержащее установленные на НКТ верхний и нижний проходные пакеры для отделения и герметизации межпакерного пространства. Между пакерами установлен порт ГРП, клапан, расположенный под нижним проходным пакером и механический якорь, жестко соединенный с механическим перфоратором; корпус порта ГРП содержит перегородку, разделяющую его на две части, в одной из которых выполнены отверстия ГРП, а в другой части выполнены радиальные отверстия для гидравлической связи внутренней полости устройства под нижним проходным пакером с межпакерным затрубным пространством и расположен полый шток, проходящий сквозь внутреннюю полость нижнего проходного пакера; клапан включает корпус и подвижный полый шток, которые снабжены радиальными отверстиями; фиксация устройства в скважине механическим якорем устанавливает плотный контакт между всеми узлами устройства, расположенными под портом ГРП (патент на изобретение RU №2731484, публ. 03.09.2020, бюл. 25). Устройство, представленное в описании к патенту, может быть дополнительно снабжено механическим локатором муфт.
Недостатком данного устройства является то, что механический якорь, который является основным фиксирующим элементом, размещен эксплуатационной колонне с минимальным кольцевым просветом. При попадании и скоплении в кольцевом просвете частиц механических примесей (проппант, окалина, забойная грязь) возникает большой риск заклинивания, повреждения устройства и последующей аварии в скважине.
Кроме того, подача жидкости в перфоратор производится через малые отверстия в полом штоке клапана, и в случае попадания в полый шток песка также возникает риск аварии из-за заклинивания перфоратора.
Задачей заявляемой полезной модели является увеличение эксплуатационного срока службы устройства и снижение аварийности при эксплуатации.
Техническим результатом является снижение риска заклинивания устройства в скважине и уменьшение износа устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта содержит собранные на НКТ перфоратор, локатор муфт, якорь, верхний и нижний проходные пакеры, между которыми установлен порт гидроразрыва пласта.
Устройство дополнительно содержит запорный клапан, при этом окна порта гидроразрыва пласта снабжены по периметру твердосплавным слоем. Корпус якоря дополнительно снабжен радиальными отверстиями, а внешняя поверхность ствола якоря снабжена винтовыми канавками, при этом расположение отверстий корпуса и винтовых канавок ствола обеспечивает между ними гидравлическую связь. Запорный клапан расположен над нижним пакером.
Заявляемая полезная модель поясняется следующими фигурами:
на фиг. 1 - общий вид устройства для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта (транспортное положение);
на фиг. 2 - порт ГРП;
на фиг. 3 - механический якорь
на фиг. 4 - механический якорь, вид по А-А;
на фиг. 5 - фигурный паз, выполненный на корпусе механического якоря;
на фиг. 6 - запорный клапан в положении «закрыто»;
на фиг. 7 - запорный клапан в положении «открыто»;
на фиг. 8 - иллюстрация движения рабочей жидкости при перфорации;
на фиг. 9 - иллюстрация движения рабочей жидкости при ГРП.
Конструкция устройства для проведения многостадийного гидравлического разрыва пласта содержит последовательно смонтированные на колонне НКТ (снизу вверх) следующие основные узлы: прокалывающее устройство 1, локатор муфт 2, механический якорь 3, распорная втулка 4, нижний проходной пакер 5, запорный клапан 6, порт ГРП 7, верхний проходной пакер 8 и центратор 9 (Фиг. 1).
В качестве прокалывающего устройства 1 используется гидромеханический прокалывающий перфоратор.
Локатор муфт 2 жестко связан с перфоратором 1 и служит для точного расположения и установки устройства к интервалу пласта, который подвергается перфорации.
Механический якорь 3 предназначен для фиксации устройства в скважине с целью предотвращения соскальзывания скважинного оборудования. Механический якорь содержит полый корпус 10 с радиальными отверстиями 11 и установленными в верхней части выдвигаемыми анкерными элементами 12, которые при активации якоря зацепляются за стенку эксплуатационной колоны (Фиг. 3). Кроме того на внутренней поверхности корпуса выполнен паз, в котором установлен палец 13. В полом корпусе 10 механического якоря 3 размещен ствол 14. На внешней поверхности ствола 14 выполнен фигурный паз 15 и винтовые канавки 16 (Фиг. 3). С фигурным пазом 15 контактирует палец 13, установленный в корпусе 10 (Фиг. 5) При перемещении пальца 13 по фигурному пазу 15 корпус 10 перемещается относительно ствола 14.
Верхний проходной пакер 8 и нижний проходной пакер 5 предназначены для отделения и герметизации интервала пласта от затрубного пространства. Проходные пакеры 5 и 8 и снабжены чашечными эластичными элементами. Между проходными пакерами 5 и 8 размещены порт ГРП 7 и запорный клапан 6 (Фиг. 1).
Порт ГРП 7 представляет собой полый цилиндр с окнами 16, которые снабжены твердосплавным покрытием - наплавом 17, например, из стали 12Х18Н10Т (Фиг. 2).
Запорный клапан 6 состоит из полого корпуса 18 с отверстиями 19, в котором размещен полый шток 20 с отверстиями 21. Нижняя часть штока 20 снабжена выступом 22, контактирующим с продольным пазом 23, выполненным на внутренней поверхности нижней части корпуса 18 клапана 6. Продольный паз 23 обеспечивает ход штока 20 на величину «S». При перемещении штока 20 вверх до упора выступа 22 в верхнюю стенку паза 23 отверстия 19 корпуса 18 совмещаются с отверстиями 21 штока 20, обеспечивая гидравлическую связь внутренних полостей устройства с затрубным пространством (Фиг. 6 и 7).
Центратор 9 предназначен для центрирования верхней части устройства, что особенно важно при сложной траектории скважины.
Устройство работает следующим образом.
Перед спуском в скважину устройство монтируют на устье скважины и соединив с колонной НКТ спускают в скважину до глубины нижнего интервала продуктивного пласта, заданной в соответствие с показаниями датчика (на фиг. не показан) локатора муфт 2.
При спуске в скважину устройство находится в транспортном положении, при этом запорный клапан 6 находится в закрытом положении, при котором выступ 22 полого штока 20 находится в нижней части паза 23. Механический якорь не активирован, при этом палец 13 расположен в нижней части фигурного паза 15 ствола 14 (Фиг. 1; Фиг. 6; Фиг. 3 и Фиг. 5).
Далее через колонну НКТ производят подачу рабочей жидкости во внутреннюю полость устройства.
Рабочая жидкость проходит через внутренние полости центратора 9, верхнего проходного пакера 8 и через окна 16 порта ГРП выходит в межпакерное пространство, активируя нижний и верхний проходные пакеры 5 и 8 и герметизиря межпакерное затрубное пространство (Фиг. 8).
Под действием давления рабочей жидкости полый шток 19 запорного клапана 6 выдвигается, отверстия 21 совмещаются с отверстиями 19 корпуса 18, запорный клапан переводится в открытое положение, открывая доступ рабочей жидкости во внутренние полости устройства.
Из межпакерного пространства рабочая жидкость через открытый запорный клапан 6 снова поступает во внутреннюю полость устройства, активируя прокалывающий перфоратор. Под действием давления в прокалывающем перфораторе приводятся в действие поршни с клином (на фигурах не показаны) и пробойниками которые перфорируют эксплуатационную колонну. Возникающий при перфорации механический мусор смешивается с жидкостью, находящейся в затрубном пространстве. Эта смесь через радиальные отверстия 11 в корпусе 10 механического якоря 3 попадает в кольцевую канавку 16, выполненную в стволе 14, и снова выводится в затрубное пространство.
Возникающее постоянное циркуляционное движение смеси жидкости с механическим мусором предотвращает скопление мусора в зоне перфорации, исключает заклинивание механического якоря, прихвата устройства, снижает риск повреждения устройства и увеличивает эксплуатационный срок службы.
При завершении перфорации подачу рабочей жидкости прекращают и переводят устройство в транспортное положение. Продольным перемещением устройства межпакерную зону устанавливают напротив перфорированного интервала продуктивного пласта и активируют механический якорь 3. Анкерные элементы 12 якоря раскрываются и фиксируют устройство в эксплуатационной колонне, при этом полый шток запорного клапана смещается вниз, перекрывая отверстия 19, что переводит запорный клапан в закрытое положение.
Далее осуществляют через колонну НКТ подачу жидкости ГРП и производят гидроразрыв пласта. Твердосплавное покрытие - наплав 17, нанесенное по периметру окон 16 порта ГРП 7 снижает износ поверхностей, на которые воздействует жидкость ГРП, содержащая твердые частицы и агрессивные среды, что также снижает износ порта ГРП и увеличивает эксплуатационной срок службы устройства.