МУФТА ДЛЯ МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА
MULTI-STAGE HYDRAULIC FRACTURING COUPLING

Изобретение относится к нефтегазовому оборудованию, в частности к оборудованию для заканчивания скважин. Изобретение можно использовать для проведения гидроразрыва пласта и других операций по обработке скважин, а также для селективной добычи нефти и газа.
Гидроразрыв пласта это способ интенсификации добычи нефтяных и газовых скважин и повышения приемистости нагнетательных скважин. Гидроразрыв проводится для создания в целевом пласте высокопроводящей трещины под действием жидкости, закачиваемой под давлением. Технология гидроразрыва пласта позволяет запускать в эксплуатацию бездействующие скважины, в которых добыча традиционными методами невозможна или является нерентабельной. Размер муфты совпадает с размером обсадной колонны, к которой она присоединяется. Способ заканчивания скважин с помощью муфт ГРП включает в себя спуск муфт в составе хвостовика в открытый или зацементированный ствол и дальнейшее проведение высокоточного и эффективного гидроразрыва пласта. Для управления муфтами используется ключ. Метод предполагает возможность добавления новых интервалов перфорации на любой желаемой глубине.
Известна муфта гидроразрыва пласта с растворимым седлом RU181716 U1, опуб. 26.07.2018. Активация муфты происходит при посадке шара в процессе проведения гидроразрыва пласта во время прокачивания жидкости для гидроразрыва. После проведения операции по гидроразрыву пласта все детали седла муфты растворяются в скважинной среде.
Известна разрывная муфта и положительная индикация открытия муфты для гидроразрыва RU 2611083 C2, опуб. 21.02.2017 (прототип). Муфта для гидроразрыва пласта, состоящая из корпуса с отверстиями для обеспечения связи с пластом, выполненного из двух элементов соединенных между собой, указанные отверстия позволяют переход потока из внутреннего пространства во внешнее, внутренней втулки с отверстиями, стопорного кольца для фиксации внутренней втулки в открытом или закрытом положении, уплотнители для герметизации, защищенные от прямого контакта с потоком. Недостатком известного устройства является ненадежность и сложность конструкции.
Техническим результатом изобретения является возможность повышения надежности изделия в процессе многоразового открытия или закрытия муфты, что позволяет многократный переход из режима гидроразрыва пласта в режим цельного хвостовика. Также изобретение обеспечивает простоту в производстве и сборке изделия. Под «открытием» муфты подразумевается такое положение муфты, при котором предоставляется свободный доступ для потока жидкости в пласт для создания трещин в породе, под «закрытием» муфты подразумевается прекращение доступа для потока жидкости в пласт и полная изоляция внутреннего пространства от внешнего.
Муфта для гидроразрыва пласта, состоящая из корпуса, выполненного из соединенных между собой верхнего и нижнего патрубков, внутренней втулки с отверстиями, стопорного кольца для фиксации внутренней втулки в открытом или закрытом положении, уплотнителей для герметизации, защищенных от прямого контакта с потоком, при этом нижний патрубок выполнен с отверстиями, совпадающими с отверстиями во внутренней втулке, позволяющими переход потока из внутреннего пространства во внешнее, причем в нижнем патрубке установлен центрирующий штифт, а на внутренней втулке вырезан профиль, в котором установлен центрирующий штифт для защиты от вращения внутренней втулки и обеспечения полного совпадения отверстий в нижнем патрубке и во внутренней втулке относительно друг друга, при этом стопорное кольцо установлено внутри верхнего патрубка, а на внутренней втулке вырезаны профили в которые входит стопорное кольцо.
В верхний и нижний патрубки корпуса, соединены с помощью резьбового соединения, а для защиты от раскручивания используют установочный винт.
Отверстия нижнего патрубка и внутренней втулки выполнены с возможностью минимизации вероятности попадания внутрь шлама и потери величины потока.
Минимизация вероятности попадания внутрь шлама и потери величины потока обеспечивается наличием одинаковых отверстий в нижнем патрубке и внутренней втулке и выполнением их плоско-овальной формы (как следует из фиг. 1, 6, 8). Выполнение отверстий нижнего патрубка и внутренней втулки плоско-овальной формой уменьшает потери величины потока, а сам факт наличия в нижнем патрубке и втулке одинаковых отверстий минимизирует попадание шлама.
Стопорное кольцо выполнено для многоразового открытия или закрытия муфты.
Стопорное кольцо выполнено с возможностью настройки под требуемое усилие открытия или закрытия.
Конструкция изобретения представлено на чертежах, где:
Фиг. 1 - элементы муфты;
Фиг. 2 - муфта в сборе в продольном разрезе;
Фиг. 3 - внутренняя втулка в закрытом положении;
Фиг. 4 - внутренняя втулка в открытом положении;
Фиг. 5 - стопорное кольцо в увеличенном масштабе;
Фиг. 6 -внутренняя втулка с профилями для зацепления с ключом;
Фиг. 7 - к пояснению принципа работы центрирующего штифта;
Фиг. 8 - к пояснению о противошламовых отверстиях муфты;
Фиг. 9 - к поясненияю о механизме защиты уплотнений;
Фиг. 10 - схема муфты в скважине;
Фиг. 11 - схема ключа, расположенного внутри муфты;
Фиг. 12 - активация ключа, зацепление ключа с внутренней втулкой;
Фиг. 13 - открытие муфты, обеспечение связи трубного пространства с пластом;
Фиг. 14 - возникновение трещин в скважине.
На Фиг. 1-2 показана конструкция муфты. На Фиг. 3-9 показаны конструктивные особенности, на рис. Фиг. 10-14 - принцип работы муфты.
Муфта включает в себя корпус, который состоит из двух элементов: верхний патрубок 3 и нижний патрубок 2. Отверстия 18 в нижнем патрубке 2, которые совпадают с отверстиями 17 во внутренней втулке 1. Центрирующий штифт 8 установлен в нижнем патрубке 2, профиль 11 находится на внутренней втулке 1. В верхнем патрубке 3 установлено стопорное кольцо 4, которое фиксирует внутреннюю втулку 1 в открытом или закрытом положении. Также на внутренней втулке 1 вырезаны профили 14, 15, в которые входит стопорное кольцо буртиком (выступом, на фиг. не отмечен), расположенным на внутренней стороне стопорного кольца. Для гермитизации системы в верхнем патрубке 3 и нижнем патрубке 2 установлены уплотнения 7, защиту которых обеспечивает внутренняя втулка 1. Верхний патрубок соединен с нижним патрубком с помощью резьбового соединения, а для защиты от раскручивания предусмотрены установочные винты 5. Для защиты от преждевременного открытия муфты установлены срезные винты 6, которые совпадают с профилем 16 на внутренней втулке 1. С помощью срезных винтов 6 регулируется усилие первого открытия муфты.
На фиг. 3 представлена муфта в зактрытом положении. В данном положении поток 21 свободно проходит через муфту, отверстия 14 во внутренней втулке 1 не совпадают с отверстиями 18 в нижнем патрубке 2. Стопорное кольцо 4 буртиком входит в профиль 14, что обеспечивает защиту от преждевременного открытия. В данном положении уплотнения 7 не находятся в прямом контакте с потоком 21.
На фиг. 4 представлена муфта в открытом положении. В данном положении открывается доступ для потока 21 во внешнее пространство муфты. Отверстия 18 в нижнем патрубке 2 полностью совпадают с отверстиями 17 во внутренней втулке 1. Центрирующий штифт 8 обеспечивает защиту от вращения внутренней втулки при перемещении в открытое положение, и отверстия 17 и 18 находятся на одной линии. Стопорное кольцо 4 входит в профиль 15, что обеспечивает защиту от преждевременного открытия. Уплотнения 7 не находятся в прямом контакте с потоком 21.
Принцип работы изделия (см. фиг. 10-14).
Муфта спускается в скважину в составе хвостовика. Муфта соединяется с обсадными трубами на участке между двумя пакерами. При спуске муфта находится в закрытом положении. Поток скважинной жидкости свободно проходит по внутреннему пространству без доступа к внешнему пространству (фиг. 10).
Для проведения гидроразрыва пласта сначала активируются пакеры, которые обеспечивают изоляцию интервалов. Затем в скважину на гибких насосно-компрессорных трубах (ГНКТ) спускается ключ. После достижения необходимой глубины ключ активируется путем закачки жидкости в ГНКТ (фиг. 11). Далее ключ поднимается вверх. Когда ключ попадает в профиль 13 на внутренней втулке 1, на поверхности фиксируется изменение усилия (фиг. 12). Затем при повышении тягового усилия срезные винты 5 срезаются, и происходит перемещение внутренней втулки 1 в открытое положение. Отверстия 18 на нижнем патрубке 2 совпадают с отверстиями 17 во внутренней втулке 1, что обеспечивает связь трубного пространства со внешним. Затем ключ поднимается на поверхность или на следующий интервал для открытия следующей муфты (фиг. 13). Дальнейшая закачка жидкости приводит к созданию трещин в породе, повышение давления закачки приводит к расширению трещин (фиг. 14). После операции приемистость скважины повышается.