УСТАНОВКА ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕСКОЛЬКИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ ОДНОЙ СКВАЖИНОЙ (ВАРИАНТЫ) И КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ РЕВОЛЬВЕРНОГО ТИПА ДЛЯ НЕЕ
UNIT FOR DUAL OPERATION OF SEVERAL PRODUCTION FACILITIES AT ONE WELL (VERSIONS) AND SHUTDOWN VALVE OF REVOLVING TYPE

Группа изобретений относится к области нефтедобычи, в частности к устройствам для одновременно-раздельной эксплуатации нескольких эксплуатационных объектов (пластов или залежей) одной скважиной на месторождениях углеводородов, в том числе с трудноизвлекаемыми запасами.
Из уровня техники известна установка для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в скважине, согласно патенту РФ №59138 на полезную модель. Указанная известная установка содержит колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, пакер, два последовательно установленных штанговых насоса. Верхний насос вдоль наружной поверхности имеет боковой дополнительный канал (байпас) с всасывающим клапаном на приеме и нагнетательным клапаном на выкиде в полость колонны лифтовых труб, а нижний насос имеет всасывающий клапан на входе в его цилиндр, нагнетательный клапан - на входе в его плунжер. При этом полые плунжеры обоих насосов соединены соосно полым штоком, с возможностью сквозного прохождения потока жидкости из нижнего пласта через общий канал в полость колонны полых штанг и далее на поверхность с расположенным на ней оборудованием подачи реагентов, при этом вокруг полого штока установка имеет межплунжерную полость переменного сечения, ограниченную сверху нижним торцом плунжера верхнего насоса, снизу - верхним торцом плунжера нижнего насоса, внутренней поверхностью соединительного патрубка и внутренними поверхностями цилиндров верхнего и нижнего насосов, которая сообщается через приемный клапан с затрубным надпакерным пространством, а через байпас с расположенным в нем нагнетательным клапаном сообщается с лифтовой полостью колонны НКТ. При этом межплунжерная полость, изменяясь в объеме за счет ввода-вывода в нее плунжеров с разным диаметром, в случае применения верхнего насоса меньшего диаметра, чем нижний, является полостью нагнетания и всасывания одновременно, а в случае применения верхнего насоса большего диаметра является только полостью всасывания, а полостью нагнетания является лифтовая полость колонны насосно-компрессорных труб (НКТ).
Указанное известное техническое решение обладает рядом недостатков, а именно: использование двух насосов приводит к низкой надежности двухлифтовой установки, по сравнению с однолифтовой, эксплуатируемой одним насосом, к высокой металлоемкости, ограничению по глубине спускаемого оборудования, также существуют ограничения по эксплуатации залежей с высоким газосодержанием добываемой продукции.
Также известно оборудование для одновременно раздельного исследования и эксплуатации нескольких пластов, разобщенных в стволе скважины пакером, в гидравлический канал которого установлен клапан-отсекатель, переключение положений которого производится созданием перепада давления, а контроль смены положения производится по изменению давления на приеме насоса (Патент РФ №131074). При этом в преимущественном варианте исполнения известного оборудования в гидравлическом канале клапана-отсекателя встроен регулятор расхода жидкости для ограничения поступающей жидкости из нижнего пласта в насос.
Однако указанная известная конструкция имеет следующие недостатки:
- Не обеспечивается требование пункта 113 Правил охраны недр ((ПБ 07-601-03) Постановление Госгортехнадзора России от 06.06.03 №71 (зарегистрировано Минюстом России 18.06.03, рег. N 4718)) «одновременно-раздельная эксплуатация нескольких эксплуатационных объектов одной скважиной допускается при наличии сменного внутрискважинного оборудования, обеспечивающего возможность реализации раздельного учета добываемой продукции, промысловых исследований каждого пласта раздельно и проведения безопасного ремонта скважин с учетом различия давлений и свойств пластовых флюидов» в части невозможности проведения промысловых исследований отдельно по нижнему пласту.
- В процессе проведения технологических операций (создание перепада давления) нет возможности удостовериться в создании требуемого давления на клапан-отсекатель, в срабатывании клапана возможно убедиться только после запуска насоса в работу.
- Не подходит для случая, когда надо ограничить расход (приток жидкости) и/или обеспечить большее рабочее забойное давление для верхней залежи относительно нижней залежи.
- Характеристики встроенного регулятора расхода жидкости, поступающей из нижнего пласта (уменьшение или увеличение отбора жидкости), не могут быть изменены без подъема оборудования из скважины.
Из уровня техники известна установка для одновременно-раздельной разработки двух эксплуатационных объектов одной скважиной (Патент РФ №115408) включает в себя средство изоляции эксплуатационных объектов друг от друга; первый канал, гидравлически соединенный с первой залежью; второй канал, гидравлически соединенный со второй залежью. Известная установка отличается тем, что первый клапан-отсекатель, выполненный с возможностью перекрытия и пропускания потока жидкости через первый канал и изменения своего состояния при воздействии на него первого управляющего сигнала; второй клапан-отсекатель, выполненный с возможностью перекрытия и пропускания потока жидкости через второй канал и изменения своего состояния при воздействии на него второго управляющего сигнала; при этом первый и второй каналы гидравлически соединены с объемом колонны обсадных труб, и по меньшей мере, один из первого и второго клапанов-отсекателей снабжен средством фиксации.
Однако и данная известная установка не лишена недостатков, которые заключаются в сложности управления переключения, закрытия гидравлических каналов, т.к. в процессе проведения технологических операций нет возможности удостовериться в создании требуемого давления на клапаны-отсекатели. А о положительном или отрицательном результате проведения технологических операций можно узнать после запуска насоса в работу, опосредованно, через определенный промежуток времени.
Наиболее близким к предлагаемым вариантам изобретения является установка одновременно-раздельной эксплуатации насосом двух пластов через одну скважину (Патент РФ №118681), содержащая пакер, разобщающих в стволе скважины пласты, оголовок которого герметично сочленен с трубным хвостовиком, расположенным под насосом, при этом в хвостовик встроен клапан-отсекатель, запорный элемент которого, являющийся одновременно якорем его приводного электромагнита, по электрическому сигналу с устья скважины перекрывает гидравлический канал трубного хвостовика насоса, по которому поступает жидкость из одного разобщенного пакером пласта в насос и далее в наземную установку замера дебита жидкости. При этом в клапане-отсекателе запорный элемент с якорем электромагнита имеют равные площади торцевых поверхностей, на которые действует давление жидкости. В преимущественном варианте в гидравлическом канале клапана-отсекателя встроен регулятор расхода жидкости для ограничения поступающей жидкости из нижнего пласта в насос.
Однако и указанная известная установка не лишена недостатков, а именно:
- Не обеспечивается требование пункта 113 Правил охраны недр ((ПБ 07-601-03) Постановление Госгортехнадзора России от 06.06.03 №71 (зарегистрировано Минюстом России 18.06.03, рег. N 4718)) «одновременно-раздельная эксплуатация нескольких эксплуатационных объектов одной скважиной допускается при наличии сменного внутрискважинного оборудования, обеспечивающего возможность реализации раздельного учета добываемой продукции, промысловых исследований каждого пласта раздельно и проведения безопасного ремонта скважин с учетом различия давлений и свойств пластовых флюидов» в части невозможности проведения промысловых исследований отдельно по нижнему пласту.
- Нет прямого наблюдения за срабатыванием клапана-отсекателя, в срабатывании клапана возможно убедиться только после запуска насоса в работу.
- Не подходит для случая, когда надо ограничить расход (приток жидкости) и/или обеспечить большее рабочее забойное давление для верхней залежи относительно нижней залежи.
- Характеристики встроенного регулятора расхода жидкости не могут быть изменены без подъема оборудования из скважины.
- Нет возможности разместить оборудование автономно, а не на хвостовике насоса.
Из уровня техники известны конструкции клапанов-отсекателей для использования в установках одновременно-раздельной эксплуатации нескольких эксплуатационных объектов одной скважиной. Например, из патента РФ №2094593 известен клапан-отсекатель, содержащий корпус с проходным каналом, в котором размещен запорный орган в виде подпружиненной заслонки с осью вращения, при этом корпус выполнен с поперечными и продольными пазами, заслонка выполнена со сферической наружной поверхностью, снабжена дополнительной осью вращения и кронштейнами, на которых размещены указанные оси, выполненные в виде двух пар цилиндрических выступов, причем одна пара цилиндрических выступов расположена в плоскости, проходящей через центр сферической поверхности заслонки, и размещена в продольных пазах корпуса, а другая в поперечных пазах корпуса.
Также из патента РФ №118681 известна конструкция клапана-отсекателя, запорный элемент которого, являющийся одновременно якорем его приводного электромагнита, по электрическому сигналу с устья скважины перекрывает гидравлический канал трубного хвостовика насоса, по которому поступает жидкость из одного разобщенного пакером пласта в насос и далее в наземную установку замера дебита жидкости. При этом в указанном известном клапане-отсекателе запорный элемент с якорем электромагнита имеют равные площади торцевых поверхностей, на которые действует давление жидкости.
Однако все указанные клапаны-отсекатели работают от механического воздействия или через электрический сигнал, что требует дополнительного размещения в стволе скважины кабелей, капиллярных трубок, сложных механических приспособлений и др. Тогда как в предлагаемом решении для управления клапаном используется сам ствол скважины, как проводник гидравлического сигнала, путем внесения извне в затрубное пространство необходимого объема воды, нефти или другого агента. Данное решение позволяет отказаться, полностью исключить применение кабелей, капиллярных трубок, сложных механических приспособлений и др.
Единый технический результат, достигаемый предлагаемой группой изобретений, заключается в обеспечении возможности прямого контроля с устья скважины за созданием требуемого давления на клапан-отсекатель, т.е. за срабатыванием клапана-отсекателя без запуска насоса, при одновременном обеспечении универсальности установки, за счет появления возможности создания при работе большего рабочего забойного давления (меньшего притока жидкости) как для верхней залежи относительно нижней, так и для нижней залежи относительно верхней, а также за счет появления возможности размещения оборудования как автономно, так и на хвостовике.
Дополнительным техническим результатом для установки по первому варианту является обеспечение возможности реализации раздельного учета добываемой продукции и промысловых исследований для каждой эксплуатационной залежи раздельно.
Достижение указанного технического результата обеспечивается предлагаемой установкой для одновременно-раздельной эксплуатации нескольких эксплуатационных объектов одной скважиной, включающей пакер для разобщения эксплуатационных объектов друг от друга, гидравлические каналы, количество которых соответствует числу эксплуатационных объектов, все из которых гидравлически соединены с суммарным гидравлическим каналом, снабженным насосной установкой, а каждый из которых соединен с соответствующим эксплуатационным объектом, клапан-отсекатель, выполненный с возможностью открытия/перекрытия гидравлического канала одного из разобщенных эксплуатационных объектов к насосной установке, при этом новым по первому варианту является то, что количество пакеров в установке соответствует числу эксплуатационных объектов, и один из них установлен выше верхнего эксплуатационного объекта, причем клапан-отсекатель размещен над ним или в его гидравлическом канале и выполнен с возможностью обеспечения переключения открытия/перекрытия гидравлического канала эксплуатационного объекта путем воздействия созданием перепада давления управляющим гидравлическим сигналом, при этом указанный клапан-отсекатель содержит корпус, установленный в нем полый подпружиненный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения и с возможностью вращательного перемещения вокруг вертикальной оси, который снабжен в верхней части седлом и запорным органом и радиальными отверстиями в стенке, а также снабжен направляющими в нижней части, ответными направляющим в корпусе, и обеспечивающими возможность при возвратно-поступательном перемещении элемента при воздействии перепада давления управляющим гидравлическим сигналом его поворот вокруг вертикальной оси, с обеспечением при этом открытия/перекрытия радиальных отверстий для гидравлических каналов, причем в корпусе выполнены гидравлические каналы, каждый из которых одним концом гидравлически связан с соответствующим эксплуатационным объектом, а вторым концом - с полостью элемента посредством указанного радиального отверстия в стенке указанного элемента, находящегося в положении «открыто», при этом полость элемента со стороны запорного органа соединена с суммарным гидравлическим каналом; а по второму варианту новым является то, что установка установка содержит один пакер, размещенный между двумя эксплуатационными объектами, клапан-отсекатель установлен над ним или в его гидравлическом канале и выполнен с возможностью обеспечения переключения открытия/перекрытия гидравлического канала нижнего эксплуатационного объекта путем воздействия созданием перепада давления управляющим гидравлическим сигналом, причем указанный клапан-отсекатель содержит корпус, установленный в нем полый подпружиненный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения и с возможностью вращательного перемещения вокруг вертикальной оси, который снабжен в верхней части седлом и запорным органом и радиальными отверстиями в стенке, а также снабжен направляющими в нижней части, ответными направляющим в корпусе, и обеспечивающими возможность при возвратно-поступательном перемещении элемента при воздействии перепада давления управляющим гидравлическим сигналом его поворот вокруг вертикальной оси, с обеспечением при этом открытия/перекрытия радиальных отверстий для гидравлических каналов, причем в корпусе выполнены гидравлические каналы, каждый из которых одним концом гидравлически связан с соответствующим эксплуатационным объектом, а вторым концом - с полостью элемента посредством указанного радиального отверстия в стенке указанного элемента, находящегося в положении «открыто», при этом полость элемента со стороны запорного органа соединена с суммарным гидравлическим каналом.
В преимущественном исполнении по обоим вариантам:
- она дополнительно содержит регулятор перепада давления потока жидкости, установленный в гидравлическом канале;
- по меньшей мере, один гидравлический канал имеет разветвления, по меньшей мере, на один дополнительный отдельный субканал;
- субканалы снабжены штуцерами или регуляторами перепада давления потока жидкости;
- штуцера субканалов имеют одинаковый или различный диаметр;
- она дополнительно содержит обратные клапаны, установленные в гидравлических каналах;
- она дополнительно снабжена манометрами и/или термометрами, установленными с возможностью передачи сигнала на поверхность.
- она размещена в скважине автономно или на хвостовике насоса.
Указанный технический результат также достигается предлагаемым клапаном-отсекателем для установки одновременно-раздельной эксплуатации нескольких эксплуатационных объектов одной скважиной, характеризующимся тем, что он содержит корпус, установленный в нем полый подпружиненный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения и с возможностью вращательного перемещения вокруг вертикальной оси, который снабжен в верхней части седлом и запорным органом и радиальными отверстиями в стенке, а также снабжен направляющими в нижней части, ответными направляющим в корпусе, и обеспечивающими возможность при возвратно-поступательном перемещении элемента при воздействии перепада давления управляющим гидравлическим сигналом его поворот вокруг вертикальной оси, с обеспечением при этом открытия/перекрытия радиальных отверстий для гидравлических каналов, причем в корпусе выполнены гидравлические каналы, каждый из которых одним концом гидравлически связан с соответствующим эксплуатационным объектом, а вторым концом - с полостью элемента посредством указанного радиального отверстия в стенке указанного элемента, находящегося в положении «открыто», при этом полость элемента со стороны запорного органа соединена с суммарным гидравлическим каналом.
В качестве полого подпружиненного элемента он содержит полый плунжер.
Радиальные отверстия в стенке элемента, выполнены на одном или на разных уровнях.
Направляющие в нижней части полого элемента и ответные направляющие в корпусе выполнены в виде клинообразных скошенных пазов и ответных им клинообразных скошенных выступов соответственно.
Указанный технический результат обеспечивается за счет следующего.
Применение в заявляемой установке ОРЭ предлагаемого клапана-отсекателя (далее КОРТ) (его принцип работы соответствует барабану револьверного типа) упрощает процедуру переключения гидравлических каналов в сравнении с вариантом по патенту РФ №115408, за счет срабатывания КОРТ от избыточного давления над ним (за счет внесения, закачки, например, технической воды извне), которое можно контролировать с устья за счет полного его перекрытия подводимых гидравлических каналов и создания этим герметичной системы КОРТ - ствол скважины - устье.
Применение клапана-отсекателя предлагаемой конструкции позволяет упростить процедуру управления «закрытием/открытием» гидравлических каналов в сравнении с клапаном-отсекателем по патенту РФ №115408, за счет однообразия процедуры управления - если в патенте РФ №115408 клапаны-отсекатели срабатывали один (седло-шар) от статического изменения давления, другой (типа штуцер) от динамического воздействия - создание заданного расхода жидкости в единицу времени, то в КОРТ всегда используется статика, причем уже в процессе работ по «закрытию/открытию» можно контролировать, управлять и оценивать эффективность данных работ.
За счет применения КОРТ, срабатывающего через гидравлический сигнал по стволу скважины, снижается металлоемкость оборудования, достигается простота и требуемая надежность конструкции. Не требуется дополнительное размещение в стволе скважины кабелей, капиллярных трубок, сложных механических приспособлений и др.
Благодаря тому, что количество пакеров в заявляемой установке по первому варианту соответствует числу эксплуатационных объектов, и один из них установлен выше верхнего эксплуатационного объекта, обеспечивается возможность как перекрывать каждый эксплуатационный объект (залежь) по отдельности и проводить его гидродинамические и иные исследования, так и определять дебит этой конкретной залежи. В то время как в известных решениях дебит залежи, которую нельзя перекрыть, определяют путем разницы общего дебита и дебита перекрытой залежи, что не обеспечивает достаточную точность замеров и индивидуальность исследований.
Размещение в установке по первому варианту КОРТа над верхним эксплуатационным объектом или в его гидравлическом канале позволяет объединять гидравлические каналы и обеспечивает при этом по заданной последовательности управление открытием и закрытием обозначенных гидравлических каналов.
Установка ОРЭ по второму варианту предусматривает наличие одного пакера между двумя эксплуатационными объектами - залежами. Этот вариант тоже является востребованным в случае, если недропользователь принимает решение об эксплуатации скважины без исследований нижней залежи, или по данному варианту дополнительно устанавливаются средства контроля и измерения параметров работы, например, давления. При этом эксплуатируются обе залежи, перекрыв нижнюю залежь - имеем возможность исследовать верхнюю, параметры нижней залежи имеем вычитанием из суммы. Решение задачи исследований нижнего объекта достигается за счет применения глубинных измерительных приборов (манометр) в автономном исполнении или с передачей сигнала по кабелю. Данный случай применим, когда необходимо создать рабочее забойное давление нижней залежи равным или большим, чем по верхней, приведенное к одной абсолютной отметке.
Благодаря тому, что в установках по обоим вариантам используется заявляемый клапан-отсекатель (по принципу работы барабана револьверного типа), выполненный с возможностью обеспечения переключения открытия/перекрытия гидравлического канала эксплуатационного объекта, путем воздействия создания перепада давления управляющим гидравлическим сигналом по стволу скважины, обеспечивается простота закрытия и открытия гидравлических каналов. В случае использования в предлагаемых вариантах установки для одновременно-раздельной эксплуатации (далее Установка ОРЭ) клапанов-отсекателей, работающих на другом принципе (например, как в патенте РФ №115408), технический результат, заключающийся в закрытии/открытии гидравлических каналов, не будет достигнут за счет простого создания избыточного давления, т.к. в патенте РФ №115408 для переключения одного из каналов в положение открыто/закрыто требуется создание дополнительного расхода жидкости через клапан-отсекатель типа «штуцер».
Причем следует отметить, что управляющим сигналом для КОРТ в предлагаемых установках ОРЭ служит гидравлический сигнал, создающий перепад давления с устья скважины путем внесения извне в затрубное пространство необходимого объема воды, нефти или другого агента, благодаря чему и появилась возможность перекрывать и пропускать поток флюида в различной комбинациях отдельно по каждой залежи или всех вместе.
Благодаря тому, что заявляемый клапан-отсекатель содержит корпус с гидравлическими каналами и установленный в нем полый подпружиненный элемент, выполненный с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения и с возможностью вращательного перемещения вокруг вертикальной оси, обеспечивается возможность при подаче управляющего гидравлического сигнала на верхнюю часть, которая может быть исполнена, например, по конструкции «седло-шар», поочередного или совместного подсоединения указанных гидравлических каналов залежей с суммарным гидравлическим каналом. В результате появляется возможность управлять выбором совместной эксплуатации залежей в скважине или вводить в эксплуатацию необходимую залежь по выбору.
Снабжение полого подпружиненного элемента в верхней части седлом и запорным органом необходимо для того, чтобы обеспечивать герметичность узла для создания перепада давления, который в свою очередь задаст требуемое перемещение управляющего узла КОРТа.
Выполнение радиальных отверстий в стенке полого подпружиненного элемента обусловлено условием необходимости открытия/перекрытия канала определенного эксплуатационного объекта - залежи, для определения ее параметров и дебита.
Благодаря тому, что полый элемент (в преимущественном исполнении - полый плунжер) снабжен направляющими в нижней части, ответными направляющим в корпусе, обеспечивается возможность при возвратно-поступательном перемещении указанного элемента при воздействии перепада давления управляющим гидравлическим сигналом его поворот вокруг вертикальной оси с обеспечением при этом открытия/перекрытия радиальных отверстий, а значит открытия/перекрытия гидравлических каналов. Такая конструкция является надежной и гарантированно позволит управлять открытием и закрытием гидравлических каналов залежей.
Благодаря тому, что каждый гидравлический канал одним концом гидравлически связан с соответствующим эксплуатационным объектом, а вторым концом - с полостью элемента посредством указанного радиального отверстия в стенке указанного элемента, находящегося в положении «открыто», а затем через полость элемента со стороны запорного органа - с суммарным гидравлическим каналом, появляется возможность движения добываемой жидкости через гидравлические каналы.
Дополнительно указанные каналы могут быть снабжены обратными клапанами для исключения перетоков жидкости.
Дополнительно гидравлические каналы отдельно каждой залежи могут иметь ряд вариантов разветвления на вариации подканалов, субканалов, различающихся различным типоразмером установленных в них регуляторов расхода и/или перепада давления.
Благодаря предложенной конструкции Установки ОРЭ, обеспечивается возможность осуществлять контроль за созданием требуемого гидравлического давления и за успешностью его воздействия на клапан-отсекатель прямо с устья скважины, т.е. без запуска насоса (как, например, в патенте РФ №131074). Это является очень важным и для установки по первому варианту, но особенно - для установки ОРЭ по второму варианту в случае, когда залежь иногда бывает, что поглощает закачанный объем жидкости, а это значит, что столб жидкости над клапаном-отсекателем будет недостаточным, а значит, не будет создано требуемое давление. При воздействии на клапаны-отсекатели через затрубное пространство закачкой извне, например, технической воды, в известных технических решениях по патентам РФ №131074 и №115408 существует вероятность отрицательного результата при способности залежи поглощать жидкость. Благодаря предложенной конструкции установки ОРЭ и по первому и по второму варианту исключается возможность поглощения одной из залежи, обеспечивается возможность осуществлять контроль за созданием требуемого гидравлического давления и за успешностью его воздействия на клапан-отсекатель прямо с устья скважины, т.е. без запуска насоса (как, например, в патенте РФ №131074).
Таким образом, благодаря совокупности конструктивных признаков как установок ОРЭ по обоим вариантам, так и клапана-отсекателя для них, будет обеспечено движение добываемой жидкости через гидравлические каналы и поочередное перекрытие их при необходимости, например, для проведения исследований по другой.
Заявляемые варианты установок и предлагаемого клапана-отсекателя иллюстрируются чертежами, где на фиг. 1 изображена схема скважины с размещенной в ней установкой ОРЭ по первому варианту и разрез А-А; на фиг. 2 - схема скважины с размещенной в ней установкой ОРЭ по второму варианту и разрез А-А; на фиг. 3 - а). схема клапана-отсекателя и б). его подпружиненного элемента; на фиг. 4 - схемы возможных комбинаций открыто/закрыто гидравлических каналов, в зависимости от поворота подпружиненного элемента клапана-отсекателя, а именно: П1 - приток из двух залежей; П2 - приток из нижней залежи; П3 - приток из верхней залежи.
На фиг. 1 представлена Установка для одновременно-раздельной разработки нескольких (в частности, двух) эксплуатационных объектов одной скважиной по первому варианту в наиболее предпочтительном варианте осуществления. Эксплуатационными объектами в данном случае являются первая залежь 1 и вторая залежь 2. Залежи 1 и 2 могут быть гидравлически соединены с суммарным гидравлическим каналом 4, посредством отверстий 7 в теле обсадной трубы 5 и изолированы при помощи средства изоляции - пакера. По сути можно считать этим суммарным гидравлическим каналом 4 объем колонны обсадных труб 5, в котором размещена насосная установка 6. Средство изоляции может включать в себя пакеры 8 и 9. Причем количество пакеров в установке по первому варианту соответствует числу залежей. Для целей описания настоящего изобретения нижняя залежь 1 условно обозначена на чертежах как «Залежь I», а верхняя 2 - как «Залежь II». Установка также содержит гидравлические каналы 10 и 11, количество которых соответствует количеству эксплуатационных объектов, т.е. количеству залежей. Гидравлический канал 10 гидравлически соединен с залежью 1, а канал 11 - с залежью 2, а оба они имеют гидравлическую связь с суммарным гидравлическим каналом 4.
Для гидравлического соединения установки по первому варианту с обеими залежами установка содержит две колонны лифтовых труб: первую колонну 12 лифтовых труб и вторую колонну 13 лифтовых труб. Первая колонна 12 лифтовых труб гидравлически соединена с залежью I. Соединение может осуществляться через открытый нижний торец 14 первой колонны 12 лифтовых труб. Таким образом, первая колонна 12 лифтовых труб вместе с соответствующим изолированным объемом внутри обсадной трубы 5 формируют часть гидравлического канала 10. Вторая колонна 13 лифтовых труб гидравлически соединена с залежью II через соответствующий изолированный при помощи средства изоляции объем внутри обсадной трубы 5. Соединение может осуществляться через отверстия 15 в теле второй колонны 13 лифтовых труб. Таким образом, вторая колонна 13 лифтовых труб вместе с соответствующим изолированным объемом внутри обсадной трубы формируют часть гидравлического канала 11.
Кроме того, установка по обоим вариантам может быть снабжена регулятором 16 перепада давления потока жидкости, например по типу ПМ №115408, предназначенным для обеспечения необходимого забойного давления залежи с большим требуемым забойным давлением. Предпочтительно такой регулятор 16 перепада давления потока размещать в канале, гидравлически соединенном с залежью, по которой необходимо обеспечить большее рабочее забойное давление относительно другой залежи, приведенного условно к одному уровню. В установке ОРЭ по первому варианту, представленной на фиг. 1, таким каналом является канал 11, гидравлически соединенный с залежью II. В установке ОРЭ по второму варианту, представленной на фиг. 2, таким каналом является канал 10, гидравлически соединенный с залежью I. Для обеспечения необходимого забойного давления залежи с меньшим требуемым забойным давлением (в нашем случае это залежь I) требуемое значение забойного давления может быть обеспечено путем задания параметров отбора смеси из скважины насосом 6. При этом наличие регулятора 16 перепада давления (настраиваемого усилием пружины перед спуском в скважину) в канале 11, гидравлически соединенного с залежью II, позволяет обеспечить рабочее забойное давление при работе насоса 6 выше, чем по залежи I, условно приведенного к одному уровню.
Дополнительно в гидравлические каналы 10 и 11 могут устанавливаться обратные клапаны 17 различной конструкции, например, по типу «седло-шар», для исключения перетоков между залежами при эксплуатации скважины и/или ее остановке.
Дополнительно, при необходимости гидравлические каналы 10 и 11 могут иметь варианты разветвления на отдельные субканалы 10а, 11б, 11в и 10а, 10б (разрез А-А на фиг. 1 и фиг. 2). Количество субканалов, их вариация и сочетание могут быть различными. Использованием указанных субканалов решается задача изменения перепада потока жидкости применением в этих субканалах, например, штуцеров различного диаметра или устройств по типу 16, при этом не требуется подъем оборудования для изменения характеристик регулятора притока. Переключая КОРТом потоки пластового флюида из различных залежей последовательно по субканалам, в которые установлены разного диаметра штуцера, можно без подъема оборудования регулировать дебит пластов.
Дополнительно в гидравлических каналах 10 и 11, в колонне 5 могут быть установлены манометры, и/или термометры, и/или другие измерительные приборы с возможностью передачи сигнала на поверхность, или указанные приборы могут быть автономные.
Дополнительно весь комплекс устройства ОРЭ с системой пакеров может быть размещен в скважине автономно или на хвостовике насоса, что технически возможно выполнить, в зависимости от требуемых условий.
Предлагаемая установка по второму варианту (фиг. 2) состоит из суммарного гидравлического канала 4 (по сути на чертеже это объем колонны обсадных труб 5, в котором размещена насосная установка 6). Эксплуатационными объектами в данном случае являются первая залежь 1 и вторая залежь 2, посредством отверстий 7 соединенные с внутренней частью обсадной трубы 5.
Залежь 1 может быть гидравлически соединена с суммарным каналом 4 и изолирована при помощи средства изоляции. Средство изоляции для данного случая состоит из одного пакера 3, размещенного между двумя залежами. Для целей описания настоящего изобретения нижняя залежь 1 условно обозначена на чертежах как «Залежь I», a верхняя 2 - как «Залежь II». В представленном варианте установки верхняя залежь соединена непосредственно с колонной 5. Гидравлический суммарный канал 4 гидравлически соединен с нижней залежью через канал 10.
Кроме того, установка по второму варианту может быть снабжена регулятором 16 перепада давления потока жидкости, например по типу регулятора, описанного в патенте РФ №115408, предназначенным для обеспечения необходимого забойного давления залежи с большим требуемым забойным давлением. Для обеспечения необходимого забойного давления залежи с меньшим требуемым забойным давлением (в нашем случае это залежь II) требуемое значение забойного давления может быть обеспечено путем задания параметров отбора смеси из скважины насосом 6. При этом наличие регулятора 16 перепада давления (настраиваемого усилием пружины перед спуском в скважину) в канале 10, гидравлически соединенного с залежью I, позволяет обеспечить рабочее забойное давление при работе насоса 6 выше, чем по залежи II, условно приведенного к одному уровню.
Дополнительно, при необходимости, для установки ОРЭ по второму варианту гидравлический канал 10 КРОТ может иметь варианты разветвления на отдельные субканалы 10а, 10б, 10в. Количество каналов, их вариация и сочетание могут быть различными. Разделением основного канала 10 на субканалы решается задача изменения, регулирования притока жидкости с нижней залежи применением в субканалах, например, штуцеров различного диаметра или устройств по типу 16, при этом не требуется подъем оборудования для изменения характеристик регулятора притока, т.к. переключая КОРТом потоки пластового флюида из различных залежей последовательно по субканалам с заранее известными штуцерами разного диаметра, можно без подъема оборудования регулировать дебит нижнего пласта.
Дополнительно в гидравлические субканалы 10а, 10б, 10в можно устанавливать обратные клапаны 17 различной конструкции, например, по типу «седло-шар», для исключения перетоков между залежами при эксплуатации скважины и/или ее остановке.
Дополнительно в гидравлическом канале 10, в колонне 5 могут быть установлены манометры, и/или термометры, и/или другие измерительные приборы с возможностью передачи сигнала на поверхность, или указанные приборы могут быть автономные.
Дополнительно весь комплекс установки ОРЭ по второму варианту с однопакерной системой может быть размещен в скважине автономно или на хвостовике насоса.
Установки по обоим вариантам дополнительно снабжены клапаном-отсекателем 18, который содержит корпус 19, установленный в нем полый подпружиненный пружиной 20 элемент 21, в качестве которого в преимущественном исполнении может быть применен полый плунжер. Причем внешняя поверхность элемента 21 по существу герметично прилегает к внутренней поверхности корпуса 19. Указанный элемент 21 выполнен с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения и с одновременной возможностью вращательного перемещения вокруг вертикальной оси под действием гидравлического управляющего сигнала. При этом под гидравлическим управляющим сигналом понимается созданное с поверхности (принесенное извне), например закачкой воды, нефти, создание давления азотным компрессором или др. определенное значение давления столба жидкости в стволе скважины 5, в суммарном гидравлическом канале 4. Элемент 21 снабжен в верхней части «седлом» 22 и запорным органом 23, например, шаром, а также радиальными отверстиями 24 в стенке, которые могут быть выполнены на одном или на разных уровнях, под разными углами к друг другу. Запорный орган, клапан-отсекатель могут быть исполнены в различных технических решениях, например, в виде конуса с подпружинивающим элементом, в виде лепесткового клапана и др.
Кроме того, элемент 21 снабжен направляющими 25 в нижней части, ответными направляющим 26 в корпусе 19, и обеспечивающими возможность при возвратно-поступательном перемещении элемента 21 при воздействии перепада давления управляющим гидравлическим сигналом его поворот вокруг вертикальной оси с обеспечением при этом открытия/перекрытия радиальных отверстий 24. В преимущественном исполнении направляющие 25 в нижней части полого элемента 19 и ответные направляющие 26 в корпусе 19 выполнены в виде клинообразных скошенных пазов и ответных им клинообразных скошенных выступов соответственно (фиг. 3). В корпусе 19 также выполнены гидравлические каналы 10 и 11, каждый из которых одним концом гидравлически связан с соответствующим эксплуатационным объектом, т.е. с залежью I и с залежью II соответственно. Оба канала 10 и 11 вторым концом связаны гидравлически с полостью элемента 21 посредством указанного радиального отверстия (отверстий) 24 в стенке указанного элемента 21, находящегося в положении «открыто». При этом полость элемента 21 со стороны запорного органа 23 соединена с суммарным гидравлическим каналом 4.
При некотором определенном положении элемента 21 относительно корпуса 19 отверстия 24 элемента 21 будут совпадать в своем положении с гидравлическим каналом 10 или 11 в корпусе 19. Возможно различное сочетание и количество отверстий, располагаться они могут на различном уровне и при разных углах. На фиг. 4 представлен вариант с тремя положениями управления притока жидкости из каналов 10 и 11: П1 - приток из обеих залежей, П2 - положение корпуса 21, обеспечивающего приток через отверстия 24 жидкости гидравлического канала 10 залежи 1 в суммарный канал 4; П3 - приток только из залежи 2 через гидравлический канал 11 в суммарный канал 4. Механические параметры составных частей клапана-отсекателя 18 и регулятора 16 перепада давления потока могут определяться, исходя из требуемых значений управляющих сигналов и требуемых значений забойного давления.
Установка ОРЭ по обоим вариантам устанавливается в обсадную трубу 5. При этом скважина должна быть снабжена средством 27 закачки в межтрубное пространство технической жидкости, например воды. Под межтрубным пространством в настоящей заявке понимается пространство, ограниченное снаружи обсадной трубой 5, а изнутри лифтовыми трубами и каналами установки. В качестве средства 27 закачки в межтрубное пространство технической жидкости может быть использовано любое из известных технических средств, пригодных для этой цели, например, насосная установка.
Все раскрытое оборудование компонуется в единое устройство по первому или второму варианту, исходя из расстояний между залежами, толщины пласта каждой залежи, требуемых забойных давлений для каждой залежи.
Возможны два варианта размещения в скважине предлагаемых установок, согласно заявленному изобретению: первый - на технической колонне труб (как изображено на фиг. 1), после извлечения которых насос 6 спускается в скважину; второй - установка может быть закреплена на хвостовике насоса 6 и опускаться в скважину совместно с ним (на чертеже не показано).
Работа предлагаемых установок ОРЭ и клапана-отсекателя осуществляется следующим образом.
Определение индивидуального дебита жидкости, обводненности продукции, удельного веса попутно добываемой воды для каждой залежи, проведение гидродинамических исследований осуществляется путем временного отключения притока одной из залежи, в данном случае становится возможным проведение указанных мероприятий для второй залежи.
Допустим, изначально клапан-отсекатель 18 находится в положении П1 - открыт приток одновременно через отверстия 24 двум залежам через гидравлические каналы 10 и 11. Для того чтобы перекрыть приток жидкости из залежи II необходимо перевести клапан-отсекатель 18 в состояние «закрыт» для гидравлического канала 11. Для этого необходимо обеспечить давление со стороны запорного органа 23 выше, чем давление со стороны седла 22 путем закачки технической жидкости в межтрубное пространство. Это может быть реализовано следующей последовательностью операций:
1) останавливается работа насоса 6;
2) перекрывается выкидная линия насоса 6;
3) закачивается в межтрубное пространство техническая жидкость.
Объем закачки определяется, исходя из расчета создания столба жидкости в межтрубном пространстве, необходимого для создания давления, обеспечивающего силу воздействия на элемент 21, превышающую суммарную силу воздействия на этот элемент забойного давления залежи I и пружины 20 клапана-отсекателя 18. Элемент 21 клапана-отсекателя 18 при этой операции производит возвратно-поступательное перемещение и одновременно поворот вокруг вертикальной оси и меняет свое состояние для гидравлического канала 11 на «закрыто», путем отвода выхода этого канала 11 от радиального отверстия 24 (фиг. 4, позиция П2).
4) открывается выкидная линия насоса 6;
5) насос 6 пускается в работу, при этом приток осуществляется только из залежи I.
6) учитывая закрытое положение клапана-отсекателя 18 для притока из залежи II, соответственно необходимо выполнить уменьшение параметров работы насоса, соответствующих притоку из залежи I.
Последующее перекрытие притока из залежи I осуществляется путем перевода клапана-отсекателя 18 в состояние «закрыт» для гидравлического канала 10. Для этого необходимо повторить аналогичный набор операций, обозначенных выше, что позволит перейти клапану-отсекателю 18 в положение отверстий 24, соединенных с гидравлическим каналом 10 (фиг. 4, позиция П3). Последующее повторение операций переведет клапан-отсекатель 18 в положение отверстий 24, соединенных с гидравлическими каналами 10 и 11 (фиг. 4, позиция П1), что обеспечит приток из двух залежей одновременно в ствол 5 для откачки насосом 6 на поверхность.
Дополнительно для случая использования варианта разделения гидравлических каналов (или одного из указанных каналов) на субканалы для возможности регулирования различного перепада давления на требуемую залежь, переключение между субканалами посредством клапана-отсекателя 18 выполняется по аналогичному вышеприведенному алгоритму.
Установка ОРЭ по второму варианту в предпочтительном исполнении имеет разделение гидравлического канала 10 на субканалы 10а, 10б, 10в (разрез А-А фиг. 2) и работает аналогичным образом.
Для борьбы с асфальтеносмолопарафиновыми отложениями возможно применение стандартных методов. При применении технологии промывок, например горячей нефтью, необходимо учесть возможность включения клапана-отсекателя 18. При завершении операции промывки необходимо обеспечить открытие указанного клапана-отсекателя. Отводу газа ничто не препятствует.
Настоящее изобретение по всем вариантам было подробно описано со ссылкой на предпочтительный вариант его осуществления, однако очевидно, что оно может быть осуществлено в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объема правовой охраны, определяемого формулой изобретения.