Надпакерный разделитель

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к устройствам для разделения, исследования и обработки пластов в скважине.
Известно «Устройство для регулирования закачки жидкости по пластам» (патент на ПМ RU №52098, МПК Е21В 43/20, опубл. 10.03.2006 Бюл. №7), содержащее посадочный инструмент в виде патрубка, спускаемого на колонне труб, пакер, включающий дорн и эластичную манжету, дросселирующий узел, включающий насадку со штуцером, упорный патрубок и корпус пакера, жестко соединенные с дорном соответственно сверху и снизу, а также опорный патрубок, связанный срезными элементами с корпусом пакера, причем упорный патрубок сверху снабжен пустотелой головкой с продольными пазами на боковых стенках, соединяющими пространства скважины над и под пакером во время отсутствия закачки жидкости, в которой насадка со штуцером установлена с возможностью продольного перемещения, причем насадка в нижней части снабжена конусной поверхностью с уплотнительной манжетой, взаимодействующей с адекватной конусной поверхностью упорного патрубка, расположенной ниже продольных пазов, при этом колонна труб на нижнем конце снабжена клапаном, соединенным в транспортном положении посредством срезных винтов в рабочем положении при разгрузке посадочного инструмента вследствие воздействия пустотелой головки упорного патрубка с клапаном, при этом опорный патрубок внутри оснащен кольцевым выступом, ограничивающим осевое перемещения корпуса пакера, а сверху на наружной поверхности опорный патрубок снабжен конусом, сужающимся сверху вниз, а снизу замкнутым фигурным пазом с продольными коротким и длинным участками, причем на опорном патрубкеустановлена обойма с пружинными центраторами и направляющим штифтом, размещенным в замкнутом фигурном пазе, при этом на обойме по ее окружности установлены шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, и имеющие возможность взаимодействия с конусом опорного патрубка при нахождении штифта в длинном участке замкнутого фигурного паза.
Это устройство содержит разделитель в виде дросселирующего узла, выполненного в виде насадки со штуцером и уплотнительной манжетой, причем нижняя часть насадки имеет конусную поверхность, адекватную конусной поверхности пустотелой головки.
Недостатками этого разделителя являются:
- невозможность прохождения геофизического оборудования для спуска в подпакерное пространство, так как дросселирующий узел находится сверху, находящийся сверху пакера не проходной;
- невозможность отсечения нижнего пласта из-за конструктивных особенностей дросселирующего узла;
- конструктивная сложность дросселирующего узла.
Известен также «Пакер разбуриваемый для циклической закачки растворов в пласт» (патент RU №2435019, МПК Е21В 33/12, опубл. 27.11.2011 Бюл. №33), включающий гидроцилиндр с нижним упором, поршнем с переводником вверху, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия и телескопически вставленный непосредственно в деформируемую гильзу и с фиксацией в транспортном положении срезным винтом в нижний упор, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с расширяющим углом вверху, соединенный в нижней части при помощи насадки через срезное кольцо с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками, разделенными проточкой с фаской внизу, отсекающийклапан и заглушку с кольцевой выборкой для фиксации в насадке стопорным кольцом, причем отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, при этом верхний шток над поршнем оснащен наружной кольцевой проточкой, а переводник цилиндра в верхней части оснащен внутренней выборкой с пружинным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой верхнего штока и фиксации поршня в крайнем верхнем положении, причем на стопорном кольце насадки выполнена верхняя фаска, а кольцевая выборка заглушки снабжена сверху фаской под верхнюю фаску стопорного кольца насадки.
Разделитель установлен снизу и выполнен в виде отсекающего клапана и заглушки с кольцевой выборкой для фиксации в насадке пакера стопорным кольцом, причем отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, причем на стопорном кольце насадки выполнена верхняя фаска, а кольцевая выборка заглушки снабжена сверху фаской под верхнюю фаску стопорного кольца насадки.
Недостатками данного разделителя являются:
- невозможность прохождения геофизического оборудования для спуска в подпакерное пространство ниже перфорации ниппеля из-за наличия глухой заглушки;
- неконтролируемая закачка реагентов под пакер, только за счет контроля расхода жидкости, что может привести к разбавлению реагентов продавочной жидкостью из-за выхода из строя контрольных приборов или из-за ошибки работника, осуществляющего закачку.
- фиксация заглушки при отсечении нижнего пласта не надежная (для возможности выдавливания), что может привести к его несанкционированному открытию при скачке деления выше пакера.
Наиболее близким по технической сущности является «Устройство для обработки пластов в скважине» (патент на ПМ RU №35821, МПК Е21В 33/12, опубл. 10.02.2004 Бюл. №4), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол, снабженный радиальными каналами, и золотник, при этом корпус пакера выполнен проходным и снизу снабжен перепускным клапаном, пропускающим сверху вниз, причем в нижней части корпуса выполнены радиальные каналы, сообщающие внутреннее пространство пакера с подпакерным пространством, причем золотник разобщителя расположен внутри его ствола и соединен с ним срезными элементами, снабжен посадочным седлом для шара, сбрасываемого вовнутрь устройства перед обработкой второго пласта, верхняя часть ствола разобщителя снаружи снабжена упором, кроме которого на его наружной поверхности установлены соединенные между собой срезными элементами и образующие гидрокамеру втулка и наконечник, причем наконечник снизу уперт в упор, а сверху поджат муфтой.
Разделителя играет разобщитель.
Недостатками этого разделителя являются:
- невозможность прохождения геофизического оборудования для спуска в подпакерное пространство ниже радиальных каналов ствола из-за наличия нижнего клапана;
- неконтролируемая закачка реагентов под пакер, только за счет контроля расхода жидкости, что может привести к разбавлению реагентов продавочнойжидкостью из-за выхода из строя контрольных приборов или из-за ошибки работника, осуществляющего закачку;
- невозможно добывать из верхнего пласта, так как бросовый шар в золотнике пропускает сверху вниз.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание конструкции надпакерного разделителя, позволяющей осуществлять геофизические исследования как над пакером так и под ним после установки его в скважине, точный контроль закачиваемых реагентов в нижний пласт за счет использования разделительной пробки и расширение функциональных возможностей за счет возможности раздельной добычи из верхнего и нижнего пластов.
Техническая задача решается надпакерным разделителем, включающим ствол, снабженный радиальными каналами и соединенный сверху с колонной труб, а снизу - с пакером, который оснащен центральным проходным каналом, сообщенным с подпакерным пространством, и золотник, который расположен внутри ствола с перекрытием радиальных каналов, соединен с ним срезными элементами и снабжен посадочным седлом для бросового с устья элемента, причем золотник выполнен с возможностью ограниченного перемещения вниз вместе с бросовым элементом после разрушения срезных элементов с перекрытием сообщения с подпакерным пространством и открытием радиальных каналов ствола.
Новым является то, что ствол соединен герметичным разъемным соединением с пакером, золотник снабжен внутри кольцевой проточкой, а снаружи - пружинным фиксатором, ствол ниже золотника оснащен проточкой под пружинный фиксатор для исключения перемещения золотника, а бросовый элемент выполнен в виде разделительной пробки оснащенной снаружи пружинным кольцом для взаимодействия с кольцевой проточкой и фиксацией внутри золотника, внутренний диаметр которого изготовлен больше диаметра геофизического оборудования спускаемого в скважину, при этом разделительная пробка выполнена сборной из верхней и нижней частей, соединенныхс возможностью разъединения и извлечения с пружинным кольцом из золотника после подъема его на поверхность.
На чертеже изображена схема надпакерного разделителя.
Надпакерный разделитель включает в себя ствол 1, снабженный радиальными каналами 2 и соединенный сверху с колонной труб 3, а снизу - герметичным разъемным соединением 4 с пакером 5 (показана только верхняя часть), который оснащен центральным проходным каналом 6, сообщенным с подпакерным пространством (не показано), и золотник 7, который расположен внутри ствола 1 с перекрытием радиальных каналов 2, соединен с ним срезными элементами 8 и снабжен посадочным седлом 9 для бросового с устья элемента 10. Золотник выполнен с возможностью ограниченного перемещения вниз относительно ствола 1 вместе с бросовым элементом 10 после разрушения срезных элементов 8 с перекрытием сообщения с подпакерным пространством и открытием радиальных каналов 2 ствола 1. Золотник 7 снабжен внутри кольцевой проточкой 11, а снаружи - пружинным фиксатором 12. Ствол 1 ниже золотника 7 оснащен проточкой 13 под пружинный фиксатор 12 для исключения перемещения золотника 7 относительно ствола 1 после взаимодействия. Бросовый элемент 10 выполнен в виде разделительной пробки оснащенной снаружи пружинным кольцом 14 для взаимодействия с кольцевой проточкой 11 и фиксацией внутри золотника 7, внутренний диаметр D которого изготовлен больше диаметра геофизического оборудования, спускаемого в скважину (не показаны). Разделительная пробка 10 выполнена сборной из верхней 15 и нижней 16 частей, соединенных с возможностью разъединения и извлечения с пружинным кольцом 14 из золотника 7 после подъема его на поверхность (не показана).
На конструкцию пакера 5 и способы его установки авторы не претендуют, так как таких пакеров известно много из открытых источников.
Герметичное соединение 4 ствола 1 с пакером 5 может быть неразъемным (резьба, сварка, запрессовка и т.п.) при однократном воздействии и разъемным (левая резьба, пружинный зажим, автоотцеп и т.п.) на вид соединения4 и разъединения авторы не претендуют, так как таких соединений известно много из открытых источников. В принципе работы будет описано для наглядности только соединение 4 при помощи левой резьбы.
Соединение верхней 15 и нижней 16 частей разделительной пробки 10 может осуществляться при помощи резьбы 17, пружинных фиксаторов, прессовой посадки и т.п. (не показано). В принципе работы будет описано для наглядности только соединение 17 частей 15 и 16 при помощи резьбы.
Уплотнительные кольца, исключающие несанкционированные перетоки жидкости показаны, показаны, но не пронумерованы, так как не влияют на работоспособность разделителя.
Конструктивные элементы не влияющие работоспособность надпакерного разделителя не показаны или показаны условно.
Надпакерный разделитель работает следующим образом.
В ствол 1 устанавливают золотник 7 и фиксируют срезными элементами 8. Собирают пакер 5 и при помощи соединения 4 стыкуют со стволом 1. К резьбе 18 ствола 1 присоединяют колонну труб 3, на которых конструкцию в сборе спускают в скважину в интервал установки (не показан) пакера 5 - между пластами (не показаны). Пакер 5 герметизирует межтрубное пространство (не показано) скважины. Из подпакерного пространства скважины по колонне труб 3 через центральный проходным канал 6 пакера 5 добывают продукцию (при спуске насоса - не показан) или закачивают жидкость, в том числе и с реагентами. Для исследования свойств пласта (или пластов), расположенного под пакером 5, по колонне труб 3 в подпакерное пространство спускают необходимое геофизическое оборудование (датчики расхода, давления, температуры и т.п.), так как внутренний диаметр D золотника 7 изготавливают больше диаметра геофизического оборудования, спускаемого в скважину. При необходимости переключения на верхний пласт (не показан) в колонну труб 3 бросают разделительную пробку 10. А если необходимо закачать в нижний пласт перед переключением реагенты в колонну труб 3 закачивают необходимый объем реагентов (на вил реагентов и способы закачкиавторы не претендуют), которых устанавливают разделительную пробку 10. Под действием устьевого давления, создаваемого насосным агрегатом (не показан) разделительная пробка 10 с реагентами или без них спускается по колонне труб 3 и садится в седло 9, герметизируя его внутреннее пространство, что фиксируется повышением давления закачки на устьевом индикаторе давления (не показан). При этом пружинное кольцо 14 пробки 10 взаимодействует для фиксации с кольцевой проточкой 11 золотника 7. При такой закачке реагентов не допускается перемешивание их с продавочной жидкостью, и необходимое количество реагентов закачивается в нижний пласт. На устье повышают давление насосным агрегатом, в результате срезные элементы 8 разрушаются, и золотник 7 с пробкой 10 перемещается по стволу 1 вниз до взаимодействия с верхнем торцом пакера 5 и пружинного фиксатора 12 с проточкой 13 ствола 1. Радиальные каналы 2 ствола 1 при этом открываются, позволяя производить добычу и обработку верхнего пласта через надпакерное пространство (не показано). Открытие радиальных каналов 2 фиксируют снижением давления закачки на устьевом индикаторе давления.
По завершению работ с надпакерным пространством при однократном использовании пакер 5 снимают и конструкцию в сборе извлекают на поверхность. Ствол 1 отсоединяют по резьбе 18 от колонны труб 3 и по соединению 4 от пакера 5, золотник 7 выталкивают прессом или другим давящим инструментом из ствола 1 вниз. Отсоединяют друг от друга верхнюю 15 и нижнюю 16 части разделительной пробки 10 (например, по резьбе 17) с извлечением из золотника 7 с разных сторон, после чего пружинное кольцо 14 (если есть, с технологическим полым конусом 19) извлекают из золотника 7. Производят ревизию всех элементов надпакерного разделителя при необходимости заменяют на новые. Надпакерный разделитель готов к использованию в других скважинах..
При многократном использовании ствол 1 вращением отсоединяются по соединению 4 от пакера 5 и надпакерный разъединитель извлекают на поверхностьна колонне труб 3. Ствол 1 отсоединяют по резьбе 18 от колонны труб 3, золотник 7 выталкивают прессом или другим давящим инструментом из ствола 1 вниз. Отсоединяют друг от друга верхнюю 15 и нижнюю 16 части разделительной пробки 10, после чего пружинное кольцо 14 (если есть, с технологическим полым конусом 19) извлекают из золотника 7. Производят ревизию всех элементов надпакерного разделителя при необходимости заменяют на новые. В ствол 1 устанавливают золотник 7 и фиксируют срезными элементами 8. К соединению 4 золотника присоединяют пружинный ловитель (цанга, фиксирующее кольцо и т.д. - не показаны) с центрирующими и герметизирующими элементами (наружные или торцевые уплотнители - не показаны). На конструкцию ловителя и его центрирующих и герметизирующих элементов авторы не претендуют.
К резьбе 18 ствола 1 присоединяют колонну труб 3, на которых конструкцию в сборе спускают в скважину до герметичного взаимодействия ловителя с соединением 4 пакера 5. Дальнейшие работы с подпакерным и надпакерным пространством скважины описаны выше.
При необходимости обработки еще раз подпакерного пространства после установки разделительной пробки 10 в золотнике 7 ловитель отделяют вращением от соединяется 4 пакера 5, и извлекают конструкцию надпакерного разделителя с ловителем на поверхность. Работы по ревизии элементов разъединителя и подготовки к повторному спуску описаны выше.
При необходимости извлечения после неоднократных обработок надпакерного и подпакерного пространств скважины пакер 5 снимают и конструкцию в сборе с ловителем извлекают на поверхность. Ствол 1 отсоединяют по резьбе 18 от колонны труб 3 и по соединению 4 от ловителя, золотник 7 выталкивают прессом или другим давящим инструментом из ствола 1 вниз. Отсоединяют друг от друга верхнюю 15 и нижнюю 16 части разделительной пробки 10, после чего пружинное кольцо 14 (если есть, с технологическим полым конусом 19) извлекают из золотника 7. Производят ревизию всех элементов надпакерного разделителя при необходимости заменяютна новые. Надпакерный разделитель готов к использованию в других скважинах.
Предлагаемый надпакерный разделитель позволяет осуществлять геофизические исследования как над пакером так и под ним после установки его в скважине, точный контроль закачиваемых реагентов в нижний пласт за счет использования разделительной пробки и расширение функциональных возможностей за счет возможности раздельной добычи из верхнего и нижнего пластов.