УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ И СОХРАНЕНИЯ КОЛЛЕКТОРСКИХ СВОЙСТВ ПЛАСТА

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине при их обработке и эксплуатации.
Известно устройство для обработки пластов в скважине (см. а.с. SU №2234589 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №23 от 20.08.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол и золотник, снабженные радиальными каналами, при этом корпус пакера выполнен проходным в осевом направлении, а золотник разобщителя расположен внутри его ствола, соединен с ним срезными элементами, заглушен снизу и имеет по наружной поверхности выше заглушенного участка меньший диаметр, образующий со стволом полость, сообщающуюся через радиальные каналы с внутренним пространством разобщителя, снабжен конусной расточкой, в которой установлено стопорное кольцо, взаимодействующее с кольцевой проточкой, расположенной в нижней части ствола, и посадочным седлом для шара, сбрасываемого во внутрь устройства перед обработкой второго пласта.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для обработки пластов в скважине (см. патент на полезную модель RU №36852 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №9 от 27.03.2004 г.), 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, при этом золотник расположен внутри корпуса пакера и ствола разобщителя и соединен со стволом срезными элементами, причем место расположения золотника определяют по следующей зависимости:
b а+8÷10 мм,
где а - расстояние от нижнего торца золотника до нижнего уплотнения корпуса пакера, мм;
b - расстояние от верхнего торца золотника до верхнего уплотнения ствола разобщителя, мм;
золотник выполнен с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта.
Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки:
- во-первых, ограниченные функциональные возможности, поскольку невозможно отсечь обратное попадание жидкости в нижний пласт;
- во-вторых, невозможно извлечь золотник из ствола разобщителя, что необходимо в случае работы с двумя пластами, например, при свабировании (очистки пластов от продуктов реакции после поочередной обработки пластов);
- в-третьих, сложный технологический процесс применения, связанный со сбрасыванием шара с устья скважины и созданием дополнительно избыточного давления в колонне труб для переключения устройства на верхний пласт, а это требует привлечения насосного агрегата и дополнительной технологической жидкости для заполнения колонны труб. Кроме того, у прототипа необходимо строгое соблюдение зависимости и конструктивных размеров, нарушение которых может привести устройство в нерабочее состояние.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства и упрощение технологии его применения.
Поставленная задача решается устройством для обработки и сохранения коллекторских свойств пласта, содержащим, пакер, включающий корпус с установленной на нем эластичной манжетой, разобщитель, включающий ствол с расположенным в нем золотником, оснащенным посадочным седлом под шар, колонну труб, срезной элемент.
Новым является то, что корпус пакера в нижней части оснащен дополнительной эластичной манжетой, а между эластичной и дополнительной эластичной манжетами на корпусе пакера выполнена кольцевая выборка, ограниченная сверху и снизу соответственно верхним и нижним конусами, между которыми с возможностью продольного и вращательного движения установлен стакан, оснащенный пальцем, а на стакане сверху и снизу установлены верхние и нижние шлипсы, оснащенные соответствующими верхними и нижними подпружиненными от стакана центраторами и выполненными с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним конусами, причем на наружной поверхности корпуса для взаимодействия с пальцем выполнены два коротких и между ними один длинный продольные пазы, последовательно соединенные между собой фигурными пазами, один из которых соединяет низ первого из коротких продольных пазов, являющегося транспортным, с серединой длинного продольного паза, являющегося рабочим, а другой - низ длинного продольного паза с серединой другого короткого продольного паза, расположенного в районе середины длинного продольного паза и являющегося съемным узлом, при этом эластичная и дополнительная эластичная манжеты выполнены в виде установленных жестко на корпусе разнонаправленных самоуплотняющихся манжет,
причем в верхней части ствола выполнена внутренняя цилиндрическая выборка, в которую герметично с возможностью извлечения установлен золотник, при этом золотник выше посадочного седла оснащен ловильной головкой с радиальными каналами, а снизу на наружной поверхности золотника выполнена кольцевая проточка, в которую установлено стопорное кольцо, фиксирующее неподвижно золотник относительно ствола, причем сверху ствол соединен срезным элементом с колонной труб.
На фигуре 1 изображен разобщитель предлагаемого устройства в продольном разрезе.
На фигуре 2 изображен пакер предлагаемого устройства в продольном разрезе.
На фигуре 3 изображена развертка пазов, выполненных на корпусе пакера.
Устройство для обработки и сохранения коллекторских свойств пласта содержит пакер, включающий корпус 1 (см. фиг.2) с установленной на нем эластичной манжетой 2 и разобщитель, включающий ствол 3 (см. фиг.1 и 2). В стволе 3 расположен золотник 4, оснащенный посадочным седлом 5 под шар 6, устанавливаемый в посадочное седло 5 в процессе сборки. В корпус 1 пакера сверху навернут ствол 3 разобщителя.
В нижней части корпуса 1 пакера (см. фиг.1) установлена дополнительная эластичная манжета 7. Между эластичной 2 и дополнительной эластичной 7 манжетами на корпусе 1 пакера выполнена кольцевая выборка 8, ограниченная сверху и снизу соответственно верхним 9 и нижним 10 конусами, между которыми с возможностью продольного и вращательного движения установлен стакан 11. Стакан 11 оснащен, жестко установленным в него пальцем 12. На стакане 11 сверху и снизу установлены верхние 13 и нижние 14 шлипсы, оснащенные соответствующими верхними 15 и нижними 16 центраторами, подпружиненными от стакана 11. Верхние 13 и нижние 14 шлипсы выполнены с возможностью взаимодействия соответственно с верхним 9 и нижним 10 конусами.
На наружной поверхности корпуса 1 пакера для взаимодействия с пальцем 12 (см. фиг.3) выполнены два коротких 17, 18 и между ними один длинный 19 продольные пазы, последовательно соединенные между собой фигурными пазами 20 и 21. Фигурный паз 20 соединяет низ короткого продольного паза 17, являющегося транспортным, с серединой длинного продольного паза 19, являющегося рабочим, а фигурный паз 21 - низ длинного продольного паза 19 с серединой короткого продольного паза 18, расположенного в районе середины длинного продольного паза 19 и являющегося съемным узлом 22.
Эластичная 2 и дополнительная эластичная 7 манжеты пакера (см. фиг.2) выполнены в виде установленных жестко на стволе разнонаправленных самоуплотняющихся манжет. Корпус 1 пакера снизу оснащен внутренней резьбой 23, что при необходимости позволяет закрепить к устройству хвостовик (на фиг.1, 2 и 3 не показано).
В верхней части ствола 3 выполнена внутренняя цилиндрическая выборка 24, в которую герметично с возможностью извлечения установлен золотник 4.
Золотник 4 выше посадочного седла 5 оснащен ловильной головкой 25 с радиальными каналами 26.
Снизу на наружной поверхности золотника 4 выполнена кольцевая проточка 27, в которую установлено стопорное кольцо 28 (например, выполненное пружинным разрезным), фиксирующее неподвижно золотник 4 относительно ствола 3 о нижний торец внутренней цилиндрической выборки 24.
Сверху ствол 3 разобщителя соединен срезным элементом 29 с колонной труб 30.
Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях исключаются уплотнительными элементами 31.
Устройство работает следующим образом.
На устье скважины (на фиг.1, 2, 3 не показано) палец 12 стакана 11 размещают в коротком продольном пазе 17 (см. фиг.2 и 3) - транспортное положение, затем устройство в сборе (см. фиг.1 и 2) на колонне труб 30 спускают в скважину.
В процессе спуска устройства, находящаяся в скважине жидкость перепускается снизу вверх через корпус 1 пакера и ствол 3 разобщителя, поступая снизу во внутрь золотника 4, приподнимая шар 6 с посадочного седла 5 через радиальные каналы 26 ловильной головки 25 и далее в колонну труб 30, при этом в процессе спуска устройство центрируется относительно оси скважины посредством верхних 15 и нижних 16 подпружиненных от стакана 11 центраторов. Спуск устройства в скважину прекращают, когда оно окажется в интервале между двумя пластами.
С устья скважины приподнимают колонну труб 30 на длину, большую длины короткого продольного паза 17 (см. фиг.3), а затем поворачивают по часовой стрелке колонну труб 30 на величину большую длины развертки фигурного паза 20, соединяющего низ короткого продольного паза 17 с серединой длинного продольного паза 19. В следствии этого все детали устройства, поскольку колонна труб 30 (см. фиг.1), жестко зафиксирована относительно устройства посредством срезных элементов 33, совершают осевое и вращательное перемещение за исключением деталей 11, 12, 13, 14, 15 и 16, остающихся на месте благодаря контакту верхних 13 и нижних 14 шлипсов, оснащенных соответственно верхними 15 и нижними 16 подпружиненными от стакана 11 центраторами с внутренними стенками (на фиг.1, 2, 3 не показано) скважины. В результате проделанных операции палец 12 стакана 11, находившийся в транспортном положении в коротком продольном пазу 17 попадает в середину длинного продольного паза 19 (см. фиг.3), принимая рабочее положение, в котором стакан 11 получает возможность осевого перемещения относительно
корпуса 1 по длинному продольному пазу 19. Верхние 13 и нижние 14 шлипсы (см. фиг.1), расположенные на стакане 11, и подпружиненные от последнего верхними 15 и нижними 16 центраторами получают возможность взаимодействия соответственно с верхним конусом 9 и нижним конусом 10. Продолжают тянуть колонну труб 30 вверх, при этом все детали устройства, поднимаются вверх, кроме деталей 11, 12, 13, 14, 15 и 16, остающихся на месте благодаря контакту верхних 13 и нижних 14 шлипсов, оснащенных соответственно верхними 15 и нижними 16 подпружиненными от стакана 11 центраторами с внутренними стенками скважины. В результате палец 12 оказывается в нижней части длинного продольного паза 19 (см. фиг.3). В определенный момент, нижние шлипсы 14 (см. фиг.2) своей внутренней конусной поверхностью наезжают на нижний конус 10, в следствии чего нижнее шлипсы 14 раздвигаются и приходят в соприкосновение с внутренними стенками скважины, центрируются посредством нижних центраторов 16, подпружиненных от стакана 11 и фиксируют устройство в скважине, при этом возможна имплозионная обработка нижнего пласта. Продолжают поднимать колонну труб 30 (см. фиг.1) и при достижении расчетной нагрузки разрушения срезных элементов 29 (примерно 60-70 кН, фиксируемого на устье скважины по индикатору веса) последние разрушаются, вследствие чего колонна труб 30 освобождается от ствола 3 и извлекается на поверхность, при этом нижние шлипсы 14 (см. фиг.2) посредством нижнего конуса 10 дожимаются к внутренним стенкам скважины. Устройство остается в заданном интервале и готово для обработки верхнего пласта (например, для закачки в него различных реагентов) (на фиг.1, 2 и 3 не показано), при этом при работе с верхним пластом проникновение жидкости сверху вниз в нижний пласт исключается шаром 6, расположенным в посадочном седле 5 золотника 4, а эластичная 2 и дополнительная эластичная 7 манжеты пакера, выполненные в виде разнонаправленных самоуплотняющихся манжет прижаты к внутренним стенкам скважины.
Если давление на устройство сверху (при закачке реагента в верхний пласт) превышает давление снизу, то разница давление воспринимается, выполненной самоуплотняющейся эластичной манжетой 2 пакера (см. фиг.2), прижатой к внутренним стенкам скважины. Вследствие чего, все детали устройства, кроме деталей 11, 12, 13, 14, 15 и 16, остающихся на месте, благодаря контакту нижних шлипсов 14 с внутренними стенками скважины, перемещаются вниз по длинному продольному пазу 19 (см. фиг.3). В результате палец 12 оказывается в верхней части длинного продольного паза 19. В определенный момент, верхние шлипсы 13 (см. фиг.2) своей внутренней конусной поверхностью наезжают соответственно на верхний конус 9 и раздвигаются. В итоге верхние шлипсы 13 приходят в соприкосновение со стенками скважины, центрируются посредством верхних центраторов 15, подпружиненных от стакана 11 и фиксируют устройство в скважине, при этом эластичная
манжета 2 пакера, воспринимающая давление сверху дополнительно дожимается к стенкам скважины и держит давление сверху вниз.
Устройство, также может использоваться для одновременной эксплуатации верхнего и нижнего пластов. При периодической эксплуатации скважины, или же в случае остановки скважины по каким либо причинам, добываемая жидкость не возвращается обратно в нижний пласт, вследствие чего не снижается фазовая проницаемость пород, не кольматируются поры и трещины, в итоге сохраняются коллекторские свойства пласта.
При необходимости одновременной закачки реагентов в верхний и нижний пласты необходимо извлечь золотник 4 из скважины. С этой целью в скважину на канате или колонне труб спускают ловильный инструмент с наружным захватом и производят захват золотника 4 за ловильную головку 25. Производят натяжку ловильного инструмента вверх, при этом стопорное кольцо 28, вследствие взаимодействия с нижним торцом внутренней цилиндрической выборки 24 ствола 3 сжимается в кольцевой проточке 27 золотника 4 и в сжатом состоянии скользит вверх по внутренней поверхности внутренней цилиндрической выборки 24 ствола 3, при этом золотник 4, также перемещается вверх относительно ствола 3. Ловильный инструмент продолжают тянуть вверх, и в определенный момент золотник 4 освобождается от ствола 3 устройства, при этом стопорное кольцо 28, находящееся в кольцевой проточке 27 разжимается и золотник 4 извлекается на поверхность. Теперь возможна одновременная закачка реагентов в оба пласта. При необходимости возможна установка золотника в исходное положение.
При необходимости закачки реагентов только в нижний пласт после подъема (извлечения) золотника 4 на поверхность, в скважину спускают колонну труб (например, колонну насосно-компрессорных труб), оснащенную на конце патрубком (на фиг.1, 2, 3 не показано), который герметично устанавливают во внутреннюю цилиндрическую выборку 24 ствола 3. После чего по колонне труб производят закачку реагентов в нижний пласт, при этом верхний пласт оказывается герметично отсеченным от нижнего пласта. По окончании работ с нижним пластом колонну труб с патрубком на конце извлекают из скважины.
При необходимости извлечения устройства в скважину на колонне труб спускают ловильный инструмент (например, труболовку с наружным захватом, на фиг.1, 2 и 3 не показана) с помощью которого захватывают устройство за верхнюю часть наружную поверхность ствола 3. После этого поднимают колонну труб с ловильным инструментом и устройством вверх на длину, большую длины длинного продольного паза 19 (см. фиг.3) и поворачивают колонну труб по часовой стрелке на величину большую длины развертки фигурного
паза 21. Затем опускают колонну труб с ловильным инструментом и устройством вниз на длину, большую длины короткого продольного паза 18.
В результате проделанных операций палец 12 из длиной продольной проточки 19 попадает в середину короткого продольного паза 18, расположенного в районе середины длинного продольного паза 19 и являющегося съемным узлом 22, при этом все детали устройства за исключением деталей 11, 12, 13, 14, 15 и 16(см. фиг.2), остающихся на месте, в следствии фиксации верхних шлипсов 13 на внутренних стенках скважины, совершают осевое и вращательное перемещение. При последующем подъеме устройства палец 12 попадает в съемный узел 22 (см. фиг.3), в котором исключается возможность контакта верхних 13 и нижних 14 шлипсов соответственно с верхним конусом 9 и нижним конусом 10. Далее устройство извлекают из скважины.
Предлагаемое устройство имеет расширенные функциональные возможности, позволяя как обрабатывать, так и очищать пласты, а также эксплуатировать их, как одновременно так и раздельно, при этом упрощенный технологический процесс применения устройства дает возможность избежать лишних спуско-подъемных операций, а значит сэкономить финансовые затраты.