ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МНОГОРАЗОВЫЙ ПАКЕР ГАРИПОВА, УСТАНОВКА И СПОСОБ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
GARIPOV HYDRAULIC REUSABLE PACKER, INSTALLATION AND METHOD FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при добыче флюида (нефти, газа и др.) или закачке рабочего агента в скважину при одновременно-раздельной эксплуатации одного или нескольких пластов, а также для периодического отсекания и изолирования пласта или интервалов негерметичности, в том числе с возможностью регулирования подключения или отключения работающих пластов в режиме реального времени.
Известен гидравлический пакер, содержащий корпус, снабженный гидроцилиндром с поршнем, манжетами (Заявка №2002135307, Е21В 33/12, оп. 27.12.2004 г.).
Недостатком данного изобретения является то, что гидравлический пакер приводится в действие за счет кратковременного повышения давления внутри НКТ или в межтрубном пространстве на заданную величину, приводящее к срезу срезных винтов. При этом повышение давления обеспечивается за счет нагнетания с устья скважины жидкости в трубное или в межтрубное пространство. При проникновении скважинной жидкости под давлением через отверстие внутри ствола или снаружи пакера в гидроцилиндр, образующий гидравлическую камеру, происходит срезание срезных винтов и выдвижение поршня и пакеровка (установка) гидравлического пакера. Для срабатывания гидравлического пакера за счет увеличения внутритрубного давления на заданную величину необходимо сбросить шар, сферу или установить под пакером устройство, перекрывающее трубное пространство, например, в ниппеле или муфте. Однако установка герметизирующего устройства внутри труб под гидравлическим пакером, необходимого для поднятия давления и его срабатывания, не всегда возможна по причине непрохода в НКТ или неплотного негерметичного прилегания в ниппеле из-за осаждения мех. примесей с парафином, сужающих проходное сечение, а также по причине негерметичности НКТ. Это значительно ограничивает его применимость и снижает эффективность его использования.
Кроме того, действие пакера является одноразовым, его пакеровка происходит в момент среза срезных (винтов) и фиксирующих (шлипса) элементов заякоривающего механизма, а распакеровка и повторная пакеровка предусматривают подъем пакера на поверхность для установки срезных винтов. Такая конструкция ограничивает его технологическое применение.
Для гидравлических пакеров затрубного действия, срабатывающих за счет увеличения давления в межтрубном пространстве, также проявляются проблемы невозможности увеличения давления до давления, необходимого для срабатывания пакера. Например, в случае, если в скважине присутствуют сильно поглощающие интервалы, то возникают ситуации, когда невозможно за счет нагнетания агента с устья поднять давление в межтрубном пространстве скважины и, соответственно, в гидроцилиндре до заданной величины, что не приведет к срабатыванию гидравлического пакера. Т.е. гидравлический пакер, срабатывающий от межтрубного давления, также имеет ограниченное применение и его нельзя использовать в скважинах с сильно поглощающими интервалами, пластами, где невозможно поднять на заданную величину межтрубное давление, необходимое для срабатывания и установки гидравлического пакера.
Известно пакерующее устройство, содержащее пакер, который включает в себя корпус с размещенной на его поверхности манжетой, подвижный цилиндр, снабженный гидравлической камерой с каналами (Патент РФ №41078, Е21В 33/12, оп. 10.10.2004 г., прототип).
Недостатком известного устройства является то, что пакер является одноразового действия, так как после его установки при снижении давления до первоначального уровня пакер не возвращается в транспортное положение. Пакер невозможно использовать повторно или многократно без подъема на поверхность, соответственно, без переборки и ревизии его невозможно многократно снимать и устанавливать, по причине наличия срезных винтов и фиксирующих элементов, обуславливающих одноразовость его применения. Пакер невозможно переустановить и передвинуть при появлении негерметичности, например, в случае попадания резиновых манжет в муфтовое углубление эксплуатационной колонной. Кроме того, гидравлическая камера известного пакера соединена посредством узких каналов с внутритрубным пространством НКТ, поэтому в случае большого содержания механических примесей в скважинной жидкости каналы могут засориться при спуске пакера или в момент подъема внутритрубного давления. Засорение каналов часто приводит к невозможности подъема давления внутри гидравлической камеры и, соответственно, к преждевременному отказу пакера. Все вышесказанное обуславливает ограниченное использование гидравлических пакеров со срезными винтами и фиксирующими элементами, представленных в прототипе.
Известна установка одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых скважин, содержащая спущенные в скважину на колонне труб насос и один или несколько пакеров (патент РФ №2313659, Е21В 43/14, оп. 27.12.2007 г.).
Недостатком представленной установки является то, что в ней пакеры используются только для однократного разобщения пластов, а не в качестве регулирующих устройств. В режиме реального времени невозможно с устья скважины пакеровать и распакеровывать пакеры и периодически поочередно производить сообщение или разобщение насоса от вышележащего или нижележащего интервала перфорации, а в качестве регулирующего устройства по изменению пропускного сечения здесь используются только лишь различные перепускные устройства и клапаны.
Известна насосная пакерная установка для эксплуатации пластов скважины, содержащая спущенные в скважину на колонне труб насос и два гидравлических пакера, один из которых установлен между пластами (патент РФ №2296213, Е21В 43/14, оп. 27.03.2007 г., прототип).
Недостатком известного решения является то, что используется два пакера, один из которых установлен выше верхнего пласта, а другой - между пластами, и насос размещен между пакерами, т.е. здесь везде предусмотрено гидродинамическое сообщение одного из пластов с насосом, отсечение которого от насоса невозможно, кроме того предусмотрена только одна пакеровка для однократного разобщения пластов. При этом регулирование одновременно-раздельной закачкой или добычей производят посредством регулирования перепускными узлами, усложняющими конструкцию, которая не предусматривает отсечения и регулирования добычи из пласта, с которым насос находится в гидродинамической связи.
Известен способ эксплуатации насосной скважинной установки, включающий спуск в скважину насоса и гидравлических пакеров и установку одного из гидравлических пакеров между интервалами перфорации ниже насоса (патент РФ №2296213, М.Кл. Е21В 43/00, оп. 27.39.2007).
Недостатком известного способа является то что, что снизу и сверху насоса установлены гидравлические пакеры одноразового действия, что не позволяет регулировать ими работой пластов в режиме реального времени, кроме того, насос всегда гидродинамически связан с одним из пластов и раздельная эксплуатация этим насосом других пластов не предусмотрена, в связи с этим не предусмотрена раздельная и поочередная эксплуатация насосом двух пластов, в том числе раздельный отбор устьевых проб на определение компонентного состава флюида раздельно по каждому пласту.
Недостатком известного способа также является то, что он не позволяет в режиме реального времени с использованием глубинного насоса отсекать от него поочередно каждый пласт или все пласты, например, для глубинных гидродинамических исследований. Способ не позволяет поочередно на устье получить приток раздельно из каждого отдельного пласта для отбора проб и проведения детального изучения состава пластового флюида, т.е. пробы можно отобрать раздельно только по одному пласту, с которым насос находится в гидродинамической связи, а по остальным пластам мы получим приток совместно с гидродинамически связанным с насосом пластом.
Способ не предусматривает возможность осуществлять регулирование одновременно-раздельной эксплуатации, по меньшей мере, одного из пластов, с которым насос находится в гидродинамической связи.
Известен способ одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых скважин, включающий спуск в скважину колонны труб, оснащенной между пластами гидравлическими пакерами для разобщения пластов, и насоса (патент РФ №2313659, Е21В 43/14, оп. 27.12.2007 г., прототип).
Недостатком известного способа является применение технологически слишком сложной комбинации пакеров, например, для регулирования притока используются различные сужающие устройства, например штуцеры, регуляторы, клапаны, скважинные камеры с запорными элементами и др., которые значительно сужают пропускное сечение, увеличивают гидродинамические сопротивления и, соответственно, снижают приток пластового флюида, что уменьшает эффективность способа.
В известном способе предусмотрена только раздельная и поочередная эксплуатация двух пластов различными сужающими устройствами, что уменьшает эффективность способа.
Предлагаемое техническое решение позволяет избежать указанных выше недостатков, а также позволяет многократно использовать в скважине гидравлический пакер, исключив спускоподъемные операции, повысить эффективность эксплуатации скважины за счет регулирования давления в режиме реального времени в гидравлическом канале путем отсечения одного или нескольких пластов при одновременно-раздельной или поочередной эксплуатации, производить реальные замеры, получить фактические данные о составе добываемого флюида, достичь максимальных суммарных дебитов вследствие снижения гидравлического сопротивления за счет отсутствия сужающих устройств, снижения сложности и металлоемкости устройств.
Поставленная цель достигается тем, что гидравлический многоразовый пакер включает ствол, по меньшей мере, один эластичный уплотнительный элемент, по меньшей мере, одну гидравлическую камеру, расположенную между подвижными и неподвижными элементами пакера, канал или каналы, соединенные с гидравлической камерой, по меньшей мере, один гидравлический канал высокого давления, выполненный в виде трубчатого элемента постоянного или переменного сечения и герметически соединенный посредством соединительного устройства или резьбового соединения с подвижными и/или неподвижными элементами пакера, которые выполнены с каналом или каналами, трубчатый элемент постоянного или переменного сечения представляет собой грузонесущий, бронированный шлангокабель, снабженный, по меньшей мере, одной трубкой, одной токопроводящей жилой, соединительное устройство представляет собой муфту, переводник, сальниковое устройство, штуцер в виде сужающего элемента, подвижные элементы выполнены в виде поршня или плунжера, в виде толкателя или втулки, внутри подвижных и/или неподвижных элементов выполнены сквозные отверстия для транзитного пропуска кабеля и/или трубчатого элемента, ствол выполнен полым или монолитным, он дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной возвратной пружиной, размещенной между подвижными и неподвижными элементами, по меньшей мере, одним регулирующим устройством, расположенным в гидравлическом канале высокого давления и/или в канале или каналах, круглыми и/или плоскими плашками, уплотнительными кольцами с эластичными и герметизирующими свойствами, разделяющими подвижные и/или неподвижные элементы между собой.
Насосная пакерная установка включает насос, спущенный в скважину на колонне труб, и, по меньшей мере, один гидравлический многоразовый пакер, напорное устройство высокого давления, герметически соединенное посредством гидравлического канала высокого давления с гидравлическим многоразовым пакером, расположенным выше зоны приема насоса или ниже зоны приема насоса, гидравлический многоразовый пакер располагают на НКТ над насосом или на хвостовике под насосом на заданном расстоянии, насос расположен выше гидравлического многоразового пакера или гидравлических многоразовых пакеров, а зона приема насоса располагается между гидравлическими многоразовыми пакерами, насос представляет собой штанговый насос или электроцентробежный насос с кожухом или без кожуха, напорное устройство высокого давления представляет собой нагнетательный или добывающий насос и/или напорную линию высокого давления в виде напорного резервуара или напорного трубопровода со средой высокого давления, напорный трубопровод со средой высокого давления представляет собой трубчатый элемент постоянного или переменного сечения, она дополнительно включает, по меньшей мере, один контрольно-измерительный прибор.
Способ эксплуатации насосной пакерной установки включает спуск в скважину насоса, колонны труб, гидравлический многоразовый пакер или гидравлические многоразовые пакеры, при этом зону приема насоса от интервалов перфорации и/или негерметичности отсекают гидравлическим многоразовым пакером или гидравлическими многоразовыми пакерами и отсекание осуществляют одновременно или поочередно в заданные промежутки времени.
На фиг.1 изображен гидравлический многоразовый пакер в транспортном состоянии с поршнем и с двумя переводниками для соединения к двум шлангокабелям, на фиг.2 изображен гидравлический многоразовый пакер с круглыми плашками и с одним внешним подводящим гидравлическим каналом с соединительным разъемом, на фиг.3 изображен гидравлический многоразовый пакер с круглыми и плоскими плашками, а также с одним сальниковым устройством для подсоединения канала к гидравлическому каналу высокого давления, на фиг.4 изображен гидравлический многоразовый пакер с двумя гидравлическими камерами, подсоединенными через каналы к двум отдельным гидравлическим каналам высокого давления, на фиг.5 изображена насосная пакерная установка с центробежным насосом и с одним гидравлическим многоразовым пакером, спущенными в скважину между интервалами перфорации, на фиг.6 изображена насосная пакерная установка с центробежным насосом, эжектором, хвостовиком и с двумя гидравлическими многоразовыми пакерами, спущенными в скважину между интервалами перфорации, на фиг.7 изображена насосная пакерная установка со штанговым плунжерным насосом с двумя гидравлическими многоразовым пакерами, на фиг.8-11 изображена насосная пакерная установка в скважине с двумя гидравлическими многоразовыми пакерами и насосом, установленными между интервалами перфорации, на фиг.12 изображен гидравлический многоразовый пакер с тремя гидравлическими каналами.
Гидравлический многоразовый пакер включает ствол 1, по меньшей мере, один эластичный уплотнительный элемент 2, например, в виде резиновой манжеты, по меньшей мере, одну гидравлическую камеру 3, которая расположена между неподвижным и подвижными элементами гидравлического многоразового пакера, канал или каналы 4, соединенные с гидравлической камерой 3 и расположенные в подвижных и/или неподвижных элементах гидравлического многоразового пакера, и, по меньшей мере, один гидравлический канал высокого давления 5, герметически соединенный посредством соединительного устройства 6 или резьбового соединения с подвижным и/или неподвижным элементами гидравлического многоразового пакера, которые выполнены с каналом или каналами 4.
Гидравлический канал высокого давления 5 представляет собой трубчатый элемент постоянного или переменного сечения, выполненный, например, в виде трубопровода, грузонесущего шлангокабеля, снабженный, по меньшей мере, одной трубкой, при необходимости имеющей, по меньшей мере, одну токопроводящую жилу с грузонесущей броней.
Ствол 1 выполнен полым (фиг.1-4) или монолитным (фиг.5, 8-11).
Неподвижный элемент представляет собой неподвижный ствол 1 с муфтой 7 (фиг.1-7) или, по меньшей мере, один гидроцилиндр 8 (фиг.1-7).
Подвижный элемент представляет собой поршень 9 (фиг.5, 12), плунжер 10 (фиг.2, 4, 5), толкатель 11 (фиг.1, 5) и толкатель 11 с втулкой 12 (фиг.2, 3, 4, 6, 7).
Внутри подвижных и/или неподвижных элементов гидравлического многоразового пакера выполнены сквозные отверстия для транзитного пропуска силового кабеля и/или трубчатого элемента, например гидравлического канала высокого давления 5 (фиг.5, 7).
Плунжер 10 или поршень 9 представляют собой, например, подвижную втулку плотно, но не жестко, установленную на стволе 1 (фиг.2, 4, 5-7) или в гидроцилиндре 8 (фиг.1-7) на стволе 1 с муфтой 7.
Гидравлическая камера 3 расположена, например, между неподвижным элементом, например стволом 1 с муфтой 7, и подвижным элементом, например поршнем 9, а также между стволом 1 с муфтой 7 и плунжером 10, между гидроцилиндром 8 и плунжером 10, между гидроцилиндром 8 и поршнем 9, между стволом 1 с муфтой 7 и толкателем 11, между гидроцилиндром 8 и толкателем 11 и др. варианты.
Канал или каналы 4 выполнены в неподвижном стволе 1 или муфте 7, расположенной на стволе 1, или в гидроцилиндре 8, жестко соединенном с муфтой 7 или со стволом 1.
В гидравлическую камеру 3 или гидравлические камеры 3 напорная среда высокого давления поступает через канал или каналы 4, расположенные либо в неподвижных элементах (фиг.1-7) или в подвижных элементах, например в толкателе 11.
Эластичный уплотнительный элемент 2 размещен на стволе 1 (фиг.1, 3-7) между неподвижной стопорной муфтой 7, жестко установленной на стволе 1, и поршнем 9, или подвижной втулкой 12, на которую воздействует толкатель 11.
Эластичный уплотнительный элемент 2 дополнительно размещен на подвижных элементах, например на поршне 9, плунжере 10, на толкателе 11 (фиг.2), который уплотняется в момент вхождения толкателя 11 в паз муфты 7.
При уплотнении эластичного уплотнительного элемента 2 в скважине под воздействием надвигающегося поршня 9, или толкателя 11, или плунжера 10 происходит выпирание и раздувание эластичного уплотнительного элемента 2 во вне до соприкосновения с эксплуатационной колонной (фиг.4), приводящее к отсечению надпакерной области от подпакерного пространства, верхнего интервала перфорации от нижнего интервала перфорации.
Соединительное устройство 6 выполнено в виде, например, муфты, переходника, переводника, сальникового узла, штуцера, к которым подсоединяется, по меньшей мере, один гидравлический канал 5, изолированный от скважинной жидкости (фиг.1-7).
Гидравлический многоразовый пакер дополнительно снабжен уплотнительными кольцами 13 (фиг.1-7), выполненными из материала с эластичными и герметизирующими свойствами, разделяющими подвижные и/или неподвижные элементы пакера между собой.
Уплотнительные кольца 13 необходимы для герметизации гидравлической камеры 3 и размещены в кольцевых проточках, выполненных, например, на поверхности ствола 1, в плунжере 10 или на поршне 9 и толкателе 11 или в других неподвижных и подвижных элементах (фиг.1-7).
Гидравлический многоразовый пакер дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной возвратной пружиной 14 (фиг.3), размещенной между подвижными и неподвижными элементами.
Также гидравлический многоразовый пакер дополнительно снабжен напорным гидравлическим насосом 15 с электроприводом, расположенным внутри или снаружи (фиг.3) полого ствола 1 и/или в НКТ 16, соединенного со стволом 1.
Гидравлический многоразовый пакер дополнительно снабжен круглыми 17 и/или плоскими 18 плашками (фиг.2-5, 12), которые могут располагаться в толкателе 11 (фиг.3-7), или в плашечном узле 19 (фиг.2).
Эластичный уплотнительный элемент 2 дополнительно размещен на стволе 1 между круглыми плашками 17 и плоскими плашками 18.
Толкатель 11 представляет собой подвижное устройство, включающее, например, дополнительно круглые плашки 17, присоединенные к поршню 9 (фиг.3).
Гидравлический многоразовый пакер дополнительно снабжен, по меньшей мере, одним регулирующим устройством 20 в виде перепускного устройства или обратного клапана, например клапана для стравливания 20, расположенным в гидравлическом канале высокого давления 5 и/или в канале или каналах 4. Клапан для стравливания 20 открывается при заданном давлении и служит для предотвращения возникновения повышенного давления гидравлической камере 3, а также предназначен для стравливания и прокачки жидкости в гидравлическом канале высокого давления 5 в случае попадания в него пузырьков газа, грязи и т.п.
Канал или каналы 4 соединяют гидравлический канал высокого давления 5 с гидравлической камерой 3 и расположены либо в неподвижных элементах (фиг.1-7) или в подвижных элементах гидравлического многоразового пакера, например в гидроцилиндре 8 или в плунжере 10, в гидроцилиндре 8 или в поршне 9, в гидроцилиндре 8 или муфте 7, в гидроцилиндре 8 или стволе 1.
Например, дискретное перемещение подвижных элементов, например поршня 9 гидравлического многоразового пакера, относительно неподвижных элементов, например гидроцилиндра 8, осуществляется за счет дискретного изменения давления в гидравлических каналах высокого давления 5 и в гидравлической камере 3.
В канале или каналах 4 дополнительно выполнены расточки, пазы и углубления 21 с резьбой или со штифтами, обеспечивающие соединение регулирующего элемента или клапана для стравливания 20 с гидравлической камерой 3 и взаимодействие с внутренним пространством под круглыми плашками 17 или для приведения в действие запорных элементов клапана для стравливания 20 (фиг.1, 3, 4) или для установки измерительных приборов (фиг.8-11).
Насосная пакерная установка включает насос 22, например электроцентробежный (фиг.4-5, 8-11) или штанговый плунжерный насос (фиг.7), спущенный в скважину на колонне труб 16, и, по меньшей мере, один гидравлический многоразовый пакер 23, напорное устройство высокого давления 24, которое герметически соединено посредством гидравлического канала высокого давления 5 с гидравлическим многоразовым пакером 23, расположенным выше зоны приема 25 насоса 22 или ниже зоны приема 25 насоса 22.
Гидравлический многоразовый пакер 23 расположен на НКТ 16 над насосом 22 или на хвостовике 26 под насосом 22 на заданном расстоянии.
Насос 22 расположен выше гидравлического многоразового пакера 23 или гидравлических многоразовых пакеров 23, а зона приема 25 насоса 22 располагается между гидравлическими многоразовыми пакерами 23.
Кроме того, насос 22 или зону приема 25 насоса 22 устанавливают под гидравлическим многоразовым пакером 23 или между гидравлическими многоразовыми пакерами 23, которые размещают между интервалами перфорации, например, 29 и 30 и/или негерметичности.
При наличии в насосной пакерной установке двух гидравлических многоразовых пакеров 23 один из них расположен над насосом 22 на НКТ 16 или на насосе 22 выше его зоны приема 25, а другой гидравлический многоразовый пакер 23 расположен под насосом 22, например на хвостовике 26, или на насосе 22 ниже его зоны приема 25. При этом верхний гидравлический многоразовый пакер 23 размещен на НКТ 16 над зоной приема 25 насоса 22 на заданном расстоянии, а нижний гидравлический многоразовый пакер 23 размещен под зоной приема 25 насоса 22, либо непосредственно в нижней его части, либо на хвостовике 26. Верхним и нижним гидравлическими многоразовыми пакерами в режиме реального времени производят поочередное отсекание нижних и верхних интервалов перфорации пластов.
Зона приема 25 представляет собой зону всасывания насоса 22 в области камеры приемного клапана установки насоса ШГН 22 или приемной сетки установки насоса ЭЦН 22.
Насос 22 представляет собой штанговый насос с плунжером со всасывающими и нагнетательными клапанами или электроцентробежный насос с кожухом 27 или без кожуха, который может быть дополнительно снабжен хвостовиком 26 (фиг.5-7).
Гидравлический канал высокого давления 5 соединен одним концом с напорным устройством высокого давления 24, а другим концом соединен с каналом или каналами 4, расположенными в подвижных и/или неподвижных элементах гидравлического многоразового пакера.
Напорное устройство высокого давления 24, расположенное на поверхности (фиг.5), заполнено средой высокого давления и представляет собой напорный насос в виде нагнетательного или добывающего и/или напорную линию высокого давления в виде напорного резервуара или напорного трубопровода со средой высокого давления, посредством которого производят нагнетание рабочего агента в виде жидкой среды высокого давления в гидравлический канал высокого давления 5 для создания заданного давления в гидравлической камере 3 или газообразной среды высокого давления, например, для продувки или снижения плотности среды в гидравлическом канале высокого давления 5.
Напорное устройство высокого давления 24 в виде напорного трубопровода со средой высокого давления представляет собой трубчатый элемент постоянного или переменного сечения.
Среда высокого давления для подъема давления в гидравлической камере 3 представляет собой слабосжимаемую или несжимаемую жидкость в виде воды либо незамерзающую среду в виде трансформаторного масла, тосола и др.
Для возможности продувки и снижения плотности в гидравлическом канале высокого давления 5 в качестве среды высокого давления используют газообразную среду.
Напорное устройство высокого давления 24 в виде нагнетательного или добывающего насоса дополнительно снабжено насосом 15 с электроприводом (фиг.3).
Напорный гидравлический насос 15 с ручным управлением или электроприводом служит для подачи среды высокого давления под напором в гидравлический канал высокого давления 5 и канал или каналы 4 и затем в гидравлическую камеру 3. Регулирование работой гидравлического насоса 15 с электроприводом производят с помощью различных электрических реле.
Насосная пакерная установка дополнительно включает, по меньшей мере, один контрольно измерительный прибор 28 (фиг.8-11).
В насосной пакерной установке предусмотрено отсекание насоса 22 также одновременно двумя гидравлическими многоразовыми пакерами 23 от выше 29 и нижележащих 30 интервалов перфорации с целью проведения геофизических исследований, в том числе для получения кривых восстановления давлений по каждому пласту (фиг.11).
Способ эксплуатации насосной пакерной установки включает спуск в скважину насоса 22, колонну труб 16, гидравлический многоразовый пакер 23 или гидравлические многоразовые пакеры 23 для разобщения пластов - интервалов перфорации, например, 29 и 30, при этом зону приема 25 насоса 22 от интервалов перфорации, например, 29 и 30 и/или негерметичности отсекают гидравлическим многоразовым пакером 23 или гидравлическими многоразовыми пакерами 23. Отсекание интервалов перфорации, например, 29 и 30 и/или негерметичности осуществляют одновременно или поочередно в заданные промежутки времени путем подъема и удержания давления в гидравлической камере 3, в гидравлическом канале высокого давления 5 или попеременного подъема и стравливания давления в гидравлической камере 3 или гидравлическом канале высокого давления 5, срабатывающем по принципу последовательного нажатия переключателя в авторучке, а именно увеличение и удержание давления - это нажим на переключатель, и, соответственно, происходит подача гидравлической жидкости в гидравлическую камеру 3. Сброс или стравливание давления в гидравлическом канале 5 - это возврат переключателя в исходное положение.
Гидравлический многоразовый пакер работает следующим образом.
По гидравлическому каналу высокого давления 5 среда высокого давления с заданными параметрами давления из напорного устройства высокого давления 24 поступает в канал или каналы 4 и затем в гидравлическую камеру 3 (фиг.1).
При увеличении давления в процессе поступления среды высокого давления из гидравлического канала 5 в гидравлическую камеру 3 происходит расширение объема гидравлической камеры 3 с уплотнительными кольцами 13, что приводит к движению подвижного элемента, например поршня 9, в сторону эластичных уплотнительных элементов 2.
При сдавливании эластичных уплотнительных элементов 2 происходит их выдавливание во вне с расширением до соприкосновения с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны (фиг.4), в которой находится гидравлический многоразовый пакер 23. В запакерованном состоянии сдавленные эластичные уплотнительные элементы 2 разобщают подпакерное пространство от надпакерного пространства и, соответственно, интервалы перфорации 29 от 30.
При необходимости приведения гидравлического многоразового пакера 23 в транспортное несработанное состояние достаточно снизить давление в гидравлическом канале 5 до первоначального давления, и эластичные уплотнительные элементы 2 вернутся в начальное состояние.
В случае, если в процессе эксплуатации гидравлического многоразового пакера 23 в запакерной области резко снижено давление и дальнейшее снижение давления в гидравлическом канале 5 обычным способом невозможно, производят замену среды высокого давления в гидравлическом канале 5 на более легкую жидкость, например масло, путем прокачки на давлении открытия регулирующего элемента 20 в виде клапана для стравливания.
После замещения объема полости гидравлического канала высокого давления 5, например, маслом снижают давление внутри гидравлического канала высокого давления 5 до атмосферного (или до вакуума), и эластичные уплотнительные элементы 2 встанут в транспортное положение.
Вместо замещения среды высокого давления в гидравлическом канале высокого давления 5 используют возвратную пружину 14 для восстановления исходного состояния подвижного элемента, например толкателя 11, и эластичных уплотнительных элементов 2.
Кроме этого для облегчения возврата подвижного элемента, например толкателя 11, и эластичных уплотнительных элементов 2 в исходное состояние применяют вторую дополнительную гидравлическую камеру 3, образуемую между дополнительной гидравлической парой, например гидроцилиндром 8 и плунжером 10 (фиг.4, 5).
Гидравлический многоразовый пакер 23, содержащий, по меньшей мере, две гидравлические камеры 3, образованные между подвижными и неподвижными элементами с разными функциональными особенностями, работает следующим образом.
При этом одну гидравлическую камеру 3 образует гидравлическая пара, например, в виде гидроцилиндра 8 с поршнем 9, а другую гидравлическую камеру 3 образует гидравлическая пара в виде гидроцилиндра 8 с плунжером 10 (фиг.4, 5). Обе гидравлические камеры 3 подсоединены через раздельные каналы 4 к двум отдельным гидравлическим каналам высокого давления 5 в виде гибкого трубопровода или шлангокабеля. При этом повышение давления в одной гидравлической камере 3 приводит к пакеровке гидравлического многоразового пакера 23, а изменение давления в другой гидравлической камере 3 используют для возврата гидравлического многоразового пакера 23 в исходное транспортное положение, то есть за счет увеличения давления между гидроцилиндром 8 и поршнем 9 эластичные уплотнительные элементы 2 сжимаются и выпираются, а при повышении давления между гидроцилиндром 8 и плунжером 10 эластичные уплотнительные элементы 2 возвращаются в исходное положение, и, соответственно, приводят к возврату гидравлического многоразового пакера 20 в исходное транспортное положение.
Гидравлический многоразовый пакер 23 с двумя гидравлическими каналами высокого давления 5 в виде шлангокабелей находится в транспортном состоянии и снабжен поршнем 9 с двумя соединительными устройствами 6, выполненными в виде переводников, для присоединения к двум гидравлическим каналам высокого давления 5; работает следующим образом.
По одному гидравлическому каналу 5 среда высокого давления в виде жидкости (фиг.2) поступает через каналы 4, выполненные в гидроцилиндре 8, в гидравлическую камеру 3. При увеличении давления в процессе поступления среды высокого давления из гидравлического канала 5 происходит расширение объема гидравлической камеры 3, что приводит к движению плунжера 10 и толкателя 11 в сторону эластичных уплотнительных элементов в виде резиновых манжет 2. При сдавливании резиновых манжет 2 происходит их выдавливание с расширением объема во вне до соприкосновения с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны, в которой находится гидравлический многоразовый пакер 23.
В запакерованном состоянии эластичные уплотнительные элементы 2 со сдавленными резиновыми манжетами 2 разобщают подпакерное пространство от надпакерного и верхний интервал 29 перфорации от нижнего 30 (фиг.4). При увеличении давления в гидравлической камере 3 до заданного значения происходит выдвижение круглых плашек 17 из плашечного узла 19 до врезания в эксплуатационную колонну с жесткой фиксацией гидравлического многоразового пакера 23.
При снижении давления в шлангокабеле 5 и, соответственно, в гидравлической камере 3 эластичный уплотнительный элемент 2 и круглые плашки 17 возвращаются в транспортное положение с перемещением толкателя 11 в первоначальное состояние. Удерживая заданное давление в шлангокабеле 5, можно удерживать длительное время, заданное давление в гидравлической камере 3 и, соответственно, эластичный уплотнительный элемент 2 и круглые плашки 17 в запакерованном состоянии.
При необходимости можно временно многократно распакеровать гидравлический многоразовый пакер 23, сбросив давление в шлангокабеле 5 и, соответственно, в гидравлической камере 3.
Гидравлический многоразовый пакер 23 с одним гидравлическим каналом высокого давления 5 в виде шлангокабеля снабжен круглыми 17 и плоскими 18 плашками, а также сальниковым устройством с переходником 6 или клапаном для стравливания 20 для подсоединения канала 4 к шлангокабелю 5; работает следующим образом.
По шлангокабелю 5 среда высокого давления в виде жидкости (фиг.3) поступает через каналы 4, выполненные в муфте 7, в гидравлическую камеру 3. При увеличении давления происходит расширение объема гидравлической камеры 3, что приводит к движению поршня 9 и толкателя 11 в сторону эластичных уплотнительных элементов 2. Далее при увеличении давления до заданного происходит перемещение толкателя 11, надвигание плоских плашек 18 на муфту 7 до врезания их в эксплуатационную колонну и выдвижение круглых плашек 17 с жесткой фиксацией гидравлического многоразового пакера 23 в эксплуатационной колонне. Одновременно с этим происходит сдавливание резиновых манжет 2, которое ведет к распиранию резиновых манжет 2 во вне до сжатия с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны, в которой находится гидравлический многоразовый пакер 23.
В запакерованном состоянии гидравлический многоразовый пакер 23 со сдавленными резиновыми манжетами 2 разобщают подпакерное пространство от надпакерного.
При снижении давления в гидравлическом канале 5 и, соответственно, в гидравлической камере 3 эластичный уплотнительный элемент 2 и круглые 17 и плоские 18 плашки, возвращаются в транспортное положение, с перемещением толкателя 11 в первоначальное состояние. Удерживая заданное давление в гидравлической камере 3, в гидравлическом многоразовом пакере 23 эластичный уплотнительный элемент 2 и круглые 17 и плоские 18 плашки находятся в запакерованном сжатом состоянии.
Гидравлический многоразовый пакер 23 является пакером многоразового действия и поэтому при необходимости его можно временно распакеровать или держать в транспортном исходном положении, сбросив давление в гидравлическом канале высокого давления 5 и, соответственно, в гидравлической камере 3, затем снова пакеровать, сжимая его резиновые манжеты 2 путем увеличения давления в гидравлической камере 3.
Дискретность перемещений подвижных элементов гидравлического многоразового пакера относительно неподвижных элементов, осуществляемая за счет дискретного изменения давлений в гидравлическом канале высокого давления и в гидравлической камере, позволяет регулировать внешнее пропускное сечение между гидравлическим многоразовым пакером и эксплуатационной колонной.
Насосная пакерная установка работает следующим образом.
Рассмотрено применение гидравлического многоразового пакера, установленного в скважине на НКТ 16. Скважина находится либо под освоением, например, с помощью сваба или фонтанной добычи. При этом гидравлический многоразовый пакер 23 спущен с двумя гидравлическими каналами высокого давления 5 в виде шлангокабеля на НКТ 16 и установлен между интервалами перфорации 29 и 30. Гидравлические каналы высокого давления 5 присоединены к гидроцилиндру 8 пакера в зоне расточек 21 с резьбой посредством соединительных элементов 6 через регулирующие элементы 20.
От напорного устройства высокого давления 24 напорная жидкость поступает по одному гидравлическому каналу высокого давления 5 в канал 4 и в верхнюю гидравлическую камеру 3. За счет увеличения давления в гидравлической камере 3 происходит сжатие резиновых манжет 2 и отсечение надпакерной области интервала перфорации 29 от подпакерной области интервала перфорации 30. При этом производят освоение или фонтанную добычу из нижнего пласта 30. При стравливании давления в верхней гидравлической камере 3 и увеличения давления в нижней гидравлической камере 3 в режиме реального времени производят возврат гидравлического многоразового пакера в транспортное положение и совместное освоение одновременно верхнего 29 и нижнего 30 интервалов перфорации.
На фиг.5 рассмотрено применение гидравлического многоразового пакера 23 в составе насосной пакерной установки. При этом гидравлический многоразовый пакер 23 расположен на НКТ 16 под гидравлическим напорным насосом ЭЦН 15 с электронными контрольно-измерительными глубинными приборами 28.
Ствол 1 выполнен монолитным, с двумя раздельно подводящими гидравлическими каналами высокого давления 5 и двумя гидравлическими камерами 3. При этом один гидравлический канал высокого давления 5 соединен с гидравлической камерой 3, образуемой между гидроцилиндром 8 и плунжером 10, а другой соединен с гидравлической камерой 3, образуемой между стволом 1 и поршнем 9. С другой стороны гидравлические каналы высокого давления 5 соединены с напорным устьевым гидравлическим насосом 24 или с глубинным насосом 22.
После спуска в скважину насоса ЭЦН 22 с двумя гидравлическими каналами высокого давления 5 и с хвостовиком 26, на котором установлен гидравлический многоразовый пакер 23 с транзитным каналом 4 для пропуска дополнительного кабеля или соединения с контрольно-измерительным прибором 28, запускают в работу электропривод устьевого напорного гидравлического насоса 24. Далее посредством реле и исполнительного механизма, регулирующего раздельную подачу среды высокого давления в виде жидкости в гидравлические каналы высокого давления 5. При этом попеременно увеличивают и уменьшают давление сначала в одном гидравлическом канале высокого давления 5, а затем в другом, что приводит к попеременному увеличению и снижению давления сначала в одной гидравлической камере 3, а затем в другой, способствуя возвратно-поступательным перемещениям либо плунжера 10 с толкателем 11, либо поршня 9 со сжатием или расслаблением уплотнительных элементов 2. То есть производят последовательно пакеровку и распакеровку гидравлического многоразового пакера 23 в режиме реального времени с целью периодического отсекания нижнего пласта 30 в процессе одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов 29 и 30 одной скважиной.
Использование контрольно-измерительных приборов 28, установленных на гидравлическом многоразовом пакере 23, позволяет определять давление, температуру, расход, обводненность (состав флюидов) и другие параметры в режиме реального времени над и/или под гидравлическим многоразовым пакером 23.
На фиг.6 рассмотрена работа насосной пакерной установки с двумя гидравлическими многоразовыми пакерами 23. При этом между гидравлическими многоразовыми пакерами 23 может быть установлено транспортное положение. Жидкость под давлением в гидравлические каналы высокого давления 5 подается гидравлическим напорным насосом 24.
В скважину спускают вначале многоразовый гидравлический пакер 23, к которому прикручивают гидравлический канал высокого давления 5 в виде шлангокабеля. Далее на него или над ним на НКТ 16 устанавливают глубинный насос 22, например ШГН. Затем к насосу 22 или на НКТ выше зоны приема 25 насоса 22 (фиг.7) приворачивают сверху второй гидравлический многоразовый пакер 23 с гидравлическим каналом высокого давления 5 в виде шлангокабеля. После этого всю компоновку, включающую два гидравлических многоразовых пакера 23 и насос 22, спускают на НКТ 16 на заданную глубину, например, между интервалами перфорации пластов 29, 30 или насос 22 располагают выше интервалов перфорации 29 и 30, а зону приема 25 насоса 22 размещают между интервалами перфораций 29 и 30.
Насосная пакерная установка работает при установке двух гидравлических многоразовых пакеров 23 под и над приемным клапаном штангового насоса 22, то есть выше и ниже зоны приема 25, и расположенной между интервалами перфорации 29 и 30. После установки устьевой арматуры 31 запускают добывающий насос 22 в работу и начинают одновременно добывать флюид из обоих пластов 29 и 30. При необходимости определения обводненности каждого из пластов 29 или 30 вначале производят нагнетание давления в первый шлангокабель 5 до заданного давления и пакеруют нижний многоразовый гидравлический пакер 23. При этом глубинный УШГН 22 через приемный клапан начинает добывать только флюид из верхнего пласта 29, на устье отбирают пробу и определяют его обводненность.
Затем в первом гидравлическом канале высокого давления 5 повторно нагнетают давление на заданную величину и по принципу «авторучки» переключают нижний многоразовый гидравлический пакер 23 в состояние распакеровки, иными словами, один раз нажал, включил-подал давление в камеру 3, потом нажал, выключил давление в камере 3 и т.д., что приводит к возвращению нижнего многоразового гидравлического пакера 23 в транспортное состояние. УШГН 22 начинает отбирать флюид одновременно из двух пластов 29 и 30.
В режиме реального времени начинают нагнетать с устья, например, устьевым напорным гидравлическим насосом 24 во второй шлангокабель 5, что приводит к срабатыванию верхнего многоразового гидравлического пакера 23. После подъема давления во втором шлангокабеле 5 на заданную величину верхний многоразовый гидравлический пакер 23 срабатывает и после его пакерования начинает изолировать от УШГН 22 верхний пласт 29, а ШГН 22 начинает отрабатывать только нижний пласт 30. После отбора устьевой пробы мы получаем фактические данные о состоянии обводненности и газовом факторе флюида из нижнего пласта 30.
Многократная пакеровка и распакеровка двух многоразовых гидравлических пакеров 23 позволяет вовлекать в одновременно-раздельную разработку два пласта 29, 30 с возможностью получения на поверхности прямых замеров состава флюида каждого пласта 29 или 30.
На фиг.12 показана работа насосной пакерной установки с гидравлическим многоразовым пакером, установленным в скважине. Многоразовый гидравлический пакер с электронасосом соединен с тремя гидравлическими каналами высокого давления 5. При этом один гидравлический канал высокого давления 5 через соединительный элемент 20 и канал 4 в гидроцилиндре 8 соединен с гидравлической камерой 3, образованной между гидроцилиндром 8 и плунжером 10. Данный гидравлический канал высокого давления 5 предназначен для управления перемещением плунжера 10. За счет увеличения давления в гидравлическом канале высокого давления 5 воздействуют на плунжер 10, который перемещается вместе с подвижными элементами (толкателем 11, втулкой 12, манжетами 2, плоскими плашками 18) для уплотнения и сжатия манжет 2, а также фиксации плоских плашек 18 на внутренней поверхности колонны.
Второй гидравлический канал высокого давления 5 посредством соединительного элемента 20 соединен с каналом 4, расположенным в стволе 1, и через проточки 21 в стволе 1 гидравлически связан с гидравлической камерой 3 под круглыми плашками 17, которые снаружи удерживаются в толкателе 11 пластинчатой пружиной 33. При этом гидравлический канал высокого давления 5 соединен с выкидной линией электронасоса 22. При работе электронасоса за счет высокого давления, образованного на выкиде насоса 22, круглые плашки 17 выдвигаются и врезаются во внутреннюю поверхность колонны, а при остановке насоса 22 и снижении давления круглые плашки 17 под воздействием внешнего давления и упругости пластинчатых пружин 33 возвращаются в исходное положение.
Третий гидравлический канал высокого давления 5 посредством соединительного элемента 20 соединен каналом 4 с двумя гидравлическими камерами 3, внутри которых расположены поршни 9 с разным соотношением диаметров и коэффициентом усиления давления. Под действием заданного давления верхний поршень 9 воздействует на толкатель 11, который перемещается и возвращает толкатель 11 в исходное транспортное положение. При необходимости возврата в транспортное положение плоских плашек 18 дополнительно увеличивают давление, что перемещает нижний поршень 9, возвращающий их в исходное состояние.
Способ эксплуатации насосной пакерной установки работает следующим образом.
В скважину спускают насос 22, колонну труб 16, гидравлический многоразовый пакеры 23 или гидравлические многоразовые пакеры 23, расположенные выше зоны приема 25 насоса 22 и/или ниже зоны приема 25 насоса 22.
После установки устьевой арматуры 31 запускают добывающий насос 22 в работу и начинают одновременно добывать флюид из обоих интервалов перфорации - пластов 29 и 30, например, с регистрацией параметров с контрольно-измерительных приборов 28, подвешенных на кабеле 34 (фиг.2).
При необходимости определения обводненности каждого из пластов 29 и 30 производят нагнетание давления в первый шлангокабель 5 и осуществляют отсекание нижним гидравлическим многоразовым пакером 23. При этом глубинным насосом 22 (ЭЦН) через зону приема 25 начинают добывать только флюид из верхнего пласта 29, на устье отбирают пробу и определяют состав добываемого флюида (фиг.11).
Затем сбрасывают давление в первом гидравлическом канале высокого давления 5 и нагнетают среду высокого давления во второй гидравлический канал высокого давления 5, что приводит к возвращению многоразового гидравлического пакера 23 в транспортное состояние. Насос ЭЦН 22 при этом начинает отбирать флюид одновременно из двух пластов с интервалами перфорации 29 и 30 (фиг.9).
Например, в режиме реального времени с устья скважины за счет подключения к устьевому водоводу нагнетают среду высокого давления в третий гидравлический канал высокого давления 5, что приводит к срабатыванию и пакеровке верхнего многоразового гидравлического пакера 23, который отсекает верхний пласт 29 от насоса 22, при этом насос 22 начинает добывать флюид только из нижнего пласта 30 (фиг.10). После отбора устьевой пробы мы получаем фактические данные о состоянии флюида, например обводненности и газовом факторе с нижнего пласта 30.
При стравливании давления в третьем гидравлическом канале высокого давления 5 нижний гидравлический многоразовый пакер 23 возвращается в исходное транспортное положение и мы начинаем одновременно эксплуатировать два пласта с интервалами перфорации 29 и 30 (фиг.12).
При необходимости проведения детальных гидродинамических исследований можно отключить насос 22, поднять и удерживать давление в первом и третьем каналах, чтобы привести оба гидравлических многоразовых пакера 23 в запакерованное состояние с отсечением обоих пластов с интервалами перфорации 29 и 30 для получения кривой восстановления давления (фиг.8).
Таким образом, за счет изменения и удержания давления попеременно в разных гидравлических каналах высокого давления 5 мы попеременно и периодически приводим в работу многоразовые гидравлические пакеры 23. Предлагаемая насосная пакерная установка позволяет вовлечь в одновременно-раздельную разработку два пласта с интервалами перфорации 29 и 30, с возможностью в режиме реального отсечения одного из пластов для проведения фактических устьевых замеров состава добываемого флюида.
Предлагаемое техническое решение позволяет многократно использовать в скважине гидравлический пакер, исключив спуско-подъемные операции, повысить эффективность эксплуатации скважины за счет регулирования давления в режиме реального времени в гидравлическом канале путем отсечения одного или нескольких пластов при одновременно-поочередной эксплуатации, производить реальные замеры, получить фактические данные о составе добываемого флюида, достичь максимальных суммарных дебитов вследствие снижения гидравлического сопротивления за счет снижения сложности и металлоемкости устройств, например отсутствия сужающих устройств. Значительная дискретность перемещений подвижных элементов гидравлического многоразового пакера относительно неподвижных элементов за счет дискретного изменения давлений в гидравлическом канале высокого давления и в гидравлической камере позволит производить регулирование внешнего пропускного сечения между гидравлическим многоразовым пакером и эксплуатационной колонной.
Гидравлический многоразовый пакер обеспечивает надежность в работе и позволяет использовать его в скважине многократно, не производя спускоподъемные операции; повысить эффективность эксплуатации скважины за счет регулирования давления в режиме реального времени в гидравлическом канале высокого давления, можно в режиме реального времени отсекать один или несколько пластов при одновременно-раздельной эксплуатации несколько пластов; осуществлять раздельные контрольные замеры состава флюида, добываемого, например, из верхнего объекта эксплуатации - пласта, интервала перфорации, интервала негерметичности; снизить гидравлические потери (сопротивления) при его применении в скважине по причине отсутствия сужающих и штуцирующих устройств, что повысит суммарный дебит скважины.
Насосная пакерная установка с применением гидравлического многоразового пакера, например, над и под насосом позволит повысить эффективность контроля за характером притока и обводненностью каждого пласта и скважины в целом. При полном отсечении насоса от интервалов перфорации можно провести исследование герметичности установки пакеров по телеметрической системе (ТМС) по характеру изменения давления, а также гидродинамическое исследование пластов по кривой восстановления давления (КВД). Кроме того, позволяет при приведении в транспортное положение одного из гидравлических многоразовых пакеров вовлекать избирательно в разработку с минимальными гидравлическими сопротивлениями заданный пласт и производить по нему прямые замеры обводненности при отборе проб на устье скважины.
Способ эксплуатации насосной пакерной установки обеспечивает регулирование насосной эксплуатации одновременно или поочередно двух пластов с возможностью отсечения верхнего или нижнего пластов от насоса с тем, чтобы повысить суммарный дебит скважины, обеспечивает регулирование насосной эксплуатации одновременно или поочередно двух пластов с возможностью отсечения верхнего или нижнего или обоих пластов от насоса с тем, чтобы провести контрольные замеры обводненности, газового фактора и других параметров в ходе фактических отборов устьевых проб добываемого флюида.