Устройство для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта одной скважины

Область техники и назначение
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к устройствам для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта одной скважины.
Уровень техники
Известна полезная модель «Установка для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта одной скважины» (патент №212199, RU, Е21В 43/14, опубликовано 11.07.2022 г). Установка включает электромеханический делитель потока, соединенный сверху с колонной насосно-компрессорных труб, а снизу с двумя коаксиально установленными с зазором друг к другу внешней и внутренней трубами, верхний пакер, расположенный над верхним пластом, нижний пакер, расположенный между пластами, перепускной узел, электроклапан, установленный между перепускным узлом и нижним пакером, дополнительный кабель, проложенный от электроклапана до электромеханического делителя потоков. Перепускной узел соединен сверху с нижними концами коаксиально установленных труб, а снизу с дополнительной колонной НКТ, содержит эксцентричный канал для гидравлического сообщения зазора между внешней и внутренней трубой с верхним пластом, и осевой канал, сообщенный с входным каналом электроклапана. Выходной канал электроклапана соединен с дополнительной колонной НКТ и снабжен запорно-регулирующим элементом. Электромеханический делитель потока размещен над верхним пакером, перепускной узел и дополнительная колонна НКТ - между пакерами. Электромеханический делитель потока, снабжен одним входным каналом, гидравлически связанным с колонной насосно-компрессорных труб, и гидравлически связанными с ним двумя выходными каналами, один из которых не снабжен запорно-регулирующим элементом и соединен с внутренней трубой, а второй снабжен запорно-регулирующим элементом и соединен с зазором между коаксиально установленными трубами.
Недостатком данной установки является размещение дополнительного кабеля, проложенного от электроклапана до электромеханического делителя потоков в зазоре между коаксиально установленными трубами, по которому ведется закачка рабочего агента в верхний пласт. Размещение кабеля в потоке жидкости под давлением повышает вероятность его выхода из строя, что приведет к потери связи с электроклапаном.
Известна полезная модель «Установка для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта одной скважины» (патент №173106, RU, Е21В 43/14, Е21В 43/18, Е21В 43/12 опубликовано 11.08.2017) содержащая электромеханический делитель потока, соединенный сверху с колонной насосно-компрессорных труб, а снизу с двумя коаксиально установленными с зазором друг к другу внешней и внутренней трубами, верхний пакер, расположенный над верхним пластом, нижний пакер, расположенный между пластами а так же перепускной узел, соединенный сверху с нижними концами коаксиально установленных труб, и содержащий соответствующие каналы для гидравлического сообщения с верхним и нижним пластами. При этом электромеханический делитель потока размещен над верхним пакером, перепускной узел и дополнительная колонна НКТ - между пакерами. Электромеханический делитель потока снабжен одним входным каналом, соединенным при встраивании с колонной НКТ, и гидравлически связанными с ним двумя выходными каналами, один из которых соединен с внутренней трубой, а второй - с зазором между коаксиально установленными трубами, при этом указанные выходные каналы снабжены запорно-регулирующими элементами с функцией регулирования степени открытия канала по сигналу станции управления.
Недостатком устройства по патенту №173106 является жесткое соединение перепускного узла, с нижним концом внутренней трубы. При таком соединении при посадке верхнего пакера (путем разгрузки веса колонны НКТ на нижний посаженный пакер) может не обеспечиваться требуемая деформация герметизирующего элемента верхнего пакера (резины), зажатого между перемещающимся стволом верхнего пакера, жестко связанного с внешней трубой и неподвижным корпусом верхнего пакера жестко связанного с перепускным узлом и посаженным нижним пакером. Ход внешней трубы на деформацию резины верхнего пакера будет ограничен жестким соединением внешней трубы, электромеханического делителя, внутренней трубы и перепскного узла. Таким образом в устройстве по патенту №173106 при посадке верхнего пакера может не обеспечиваться требуемая деформация герметизирующего элемента, что приведет к его негерметичности.
Устройство по патенту RU 173106 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принято за прототип.
Сущность полезной модели
Технической задачей является повышение надежности эксплуатации устройства.
Поставленная задача решается заявляемым устройством для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта одной скважины, включающим электромеханический делитель потока, соединенный сверху с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ), а снизу - с двумя коаксиально установленными с зазором друг к другу внешней и внутренней трубами, верхний пакер, расположенный над верхним пластом, нижний пакер, расположенный между пластами, переводники, устанавливаемые над верхним и нижним пакерами, дополнительную колонну НКТ, при этом электромеханический делитель потока размещен над верхним пакером, дополнительная колонна НКТ - между пакерами, электромеханический делитель потока снабжен одним входным каналом, гидравлически связанным с колонной насосно-компрессорных труб, и гидравлически связанными с ним двумя выходными каналами с запорно-регулирующим элементами, один из которых соединен с внутренней трубой, а второй - с зазором между коаксиально установленными трубами, электромеханический делитель потока снабжен кабелем для связи с устьевой станцией управления.
Технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два пласта одной скважины для разобщения потоков закачиваемой жидкости применяют муфту с боковыми каналами и посадочным уплотнительным узлом, которая устанавливается между верхним и нижним пакером. Указанная муфта соединяется сверху с внешней трубой, а снизу через уплотнительный узел с дополнительной НКТ. Для герметизации канала, по которому жидкость из электромеханического делителя поступает в нижний пласт, внутренняя трубу снизу снабжается полым штоком. Указанный полый шток при монтаже герметично устанавливается в уплотнительном узле муфты с образование подвижного соединения по типу «плунжер-цилиндр». Подвижное соединение внутренней трубы и муфты при посадке верхнего пакера (путем разгрузки веса колонны НКТ на нижний посаженный пакер) позволяет обеспечить перемещение как ствола верхнего пакера, жестко связанного с внешней трубой, так и внутренней трубы относительно неподвижного корпуса верхнего пакера жестко связанного с муфтой и посаженным нижним пакером. Таким образом надежно обеспечивается требуемая деформация герметизирующего элемента, зажатого между стволом и корпусом верхнего пакера, и, как следствие, его герметичность.
На фигуре представлен чертеж предлагаемого устройства.
Предлагаемое устройство содержит электромеханический делитель потока 1, соединенный сверху с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 2, а снизу с установленными с зазором друг к другу внешней 3 и внутренней 4 трубами, верхний пакер 5, нижний пакер 6, дополнительную колонну НКТ 7, муфту 8, верхний 9 и нижний 10 переводники. Нижний пакер 6 расположен между верхним 11 и нижним 12 пластами, а верхний пакер 5 - над верхним пластом 11. Верхний пакер 5 обеспечивает защиту эксплуатационной колонны 13 от высокого давления закачиваемой жидкости, а нижний пакер 6 разобщает верхний 11 и нижний 12 пласты. Электромеханический делитель 1 размещают над верхним пакером 5, а дополнительную колонну НКТ 7 и муфту 8 - между пакерами 5 и 6. Муфта 8 содержит боковые каналы 14 и посадочный уплотнительный узел 15. Муфта 8 соединена сверху с внешней трубой 3, а снизу через уплотнительный узел 15 с дополнительной колонной НКТ 7. Внутренняя труба 4 снизу содержит полый шток 16, устанавливаемый подвижно в уплотнительном узле 15 муфты с образованием кольцевого канала 17, гидравлически связывающего зазор между трубами 3 и 4 с верхним пластом 11 через боковые каналы муфты 14. Внутренний канал полого штока 16, обеспечивает гидравлическое сообщение внутренней трубы 4 с нижним пластом 12 через дополнительную колонну НКТ 7. Электромеханический делитель 1 снабжен кабелем 18 для связи с устьевой станцией управления и передача на станцию параметров закачки. Электромеханический делитель 1 снабжен одним входным каналом гидравлически связанным с колонной НКТ 2 и двумя выходными каналами с запорно-регулирующими элементами. Один из выходных каналов соединен с внутренней трубой 4, а второй - с зазором между коаксиально установленными трубами 3 и 4. При работе устройства по команде в виде электрического сигнала, подаваемого со станции управления по кабелю 18, запорно-регулирующими элементами осуществляется регулировка степени открытия данных каналов от 0 до 100%. Таким образом реализуется индивидуальный режим закачки для верхнего 11 и нижнего 12 пластов. Верхний 9 и нижний 10 переводники обеспечивают возможность отстыковки узлов устройства от верхнего 5 и нижнего 6 пакеров в случае их прихвата в процессе подъема оборудования.
Монтаж устройства осуществляется следующим образом.
В эксплуатационную колонну 13 скважины на колонне НКТ 2 спускаются последовательно соединенные нижний осевой пакер 6, нижний переводник 10, дополнительная колонна НКТ 7, муфта 8, верхний опорный пакер 5, верхний переводник 9, внешняя труба 3 и электромеханический делитель потоков 1. Внутри внешней трубы 3 установлена внутренняя 4, которая сверху жестко соединена с электромеханическим делителем потоков 1 а снизу через подвижное соединение полого штока 16 и уплотнительного узла 15 с муфтой 8. При достижении требуемого интервала установки первоначально осевыми манипуляциями колонны НКТ 2 осуществляется посадка нижнего пакера 6. Жестко связанные с нижним пакером 6 дополнительная колонна НКТ 7, муфта 8 и корпус верхнего пакера 19 остаются неподвижными. После этого осуществляется посадка верхнего пакера 5. Для этого осуществляется разгрузка веса колонны НКТ 2 на жестко связанные с ней электромеханический делитель потоков 1 и ствол верхнего пакера 20. Под действием указанного усилия ствол верхнего пакера 20 начинает перемещаться и сжимать зажатый между ним и корпусом верхнего пакера 19 герметизирующий элемент 21. Сжатие герметизирующего элемента 21 становится возможным за счет того, что подвижным соединением полого штока 16 и уплотнительного узла 15 обеспечивается перемещение электромеханического делителя потоков 1 и внутренней трубы 4 относительно корпуса верхнего пакера 19, муфты 8, дополнительной колонны НКТ 7 и нижнего пакера 6. Таким образом осуществляется как герметичное разобщение верхнего 11 и нижнего 12 пластов, так и эксплуатационной колонны 13 и верхнего пласта 11. Устройство работает следующим образом.
После монтажа устройства в скважине производится закачка рабочего агента, например, воды, с устья по колонне НКТ 2. Поток закачиваемого рабочего агента, пройдя по колонне труб 2, попадает на вход электромеханического делителя потока 1. По команде со станции управления, подаваемой по кабелю 18, производится открытие запорно-регулирующих элементов выходных каналов делителя потока 1, гидравлически связывающих колонну труб 2 с верхним 11 и нижним 12 пластами. Таким образом, в делителе 1 происходит разделение закачиваемого по колонне труб потока рабочего агента на два потока. Один из потоков, пройдя делитель 1, попадает в кольцевой зазор между внешней 3 и внутренней 4 трубами, установленными коаксиально, канал 17, образованный муфтой 8 и внутренней трубой 3, боковые каналы муфты 14 закачивается в верхний пласт 11. Второй поток, пройдя электромеханический делитель 1, попадает в полость внутренней трубы 4, проходит через внутренний канал полого штока 11, дополнительную колонну НКТ 7 внутренний канал нижнего пакера 6, и закачивается в нижний пласт 12.
Контроль величины давления закачки или приемистости по каждому из пластов производится устройствами для замера параметров закачки, установленных в выходных каналах электромеханического делителя потока 1. Информация, фиксируемая устройствами для замера параметров закачки, передается по кабелю 18 на устьевую станцию управления делителя 1. На основании информации, полученной с устройств замера параметров закачки производят регулировку степени открытия выходных каналов делителя 1, путем подачи через кабель 18 сигнала на запорно-регулирующие элементы выходных каналов, добиваясь тем самым необходимой величины давления или расхода потоков рабочего агента, закачиваемого в каждый из пластов 11 и 12.
В случае если давление закачки для нижнего пласта 12 больше чем для верхнего 11, то для проведения замера приемистости по пластам по команде со станции управления, передаваемой по кабелю 18, производят перекрытие канала делителя 1, связывающего верхний пласт 11 и колонну НКТ 2. При этом поток жидкости из колонны труб 2 в верхний пласт 11 не будет поступать, а целиком будет идти в нижний пласт 12. Устьевым расходомером или устройством для замера параметров закачки, установленном в выходном канале электромеханического делителя потока 1, связанного с нижним пластом 12, определяют приемистость нижнего пласта 12. После этого, открытием соответствующего канала в делителе 1, с колонной НКТ 2 сообщают верхний пласт 11. Поток рабочего агента из колонны НКТ 2 попадает в оба пласта. Изменением степени открытия выходного канала делителя 1, связывающего верхний пласт 11 и колонну НКТ 2, добиваются необходимой величины давления закачки для верхнего пласта 11. Информация о достижении необходимой величины давления закачки для верхнего пласта 11 фиксируется соответствующим устройством для замера параметров закачки, входящим в состав делителя потока 1, и передается по кабелю 18 на устьевую станцию управления. После этого по устьевому расходомеру определяют суммарную приемистость обоих пластов. Приемистость верхнего пласта 11 вычисляют вычитанием приемистости нижнего пласта 12 из суммарной приемистости обоих пластов, либо определяют по показаниям устройства для замера параметров закачки, установленного в выходном канале электромеханического делителя потока 1, связанного с верхним пластом 11.
В случае, если давление закачки для верхнего пласта 11 больше чем для нижнего 12, то для проведения замера приемистости по пластам по команде со станции управления, передаваемой по кабелю 18, производят перекрытие канала делителя 1, связывающего нижний пласт 12 и колонну НКТ 2. При этом поток жидкости из колонны труб 2 в нижний пласт 12 не будет поступать, а целиком будет идти в верхний пласт 11. Устьевым расходомером или устройством для замера параметров закачки, установленном в выходном канале электромеханического делителя потока 1, связанного с верхним пластом 11, определяют приемистость верхнего пласта 11. После этого, открытием соответствующего канала в делителе 1, с колонной НКТ 2 сообщают нижний пласт 12. Поток рабочего агента из колонны НКТ 2 попадает в оба пласта. Изменением степени открытия выходного канала делителя 1, связывающего нижний пласт 12 и колонну НКТ 2, добиваются необходимой величины давления закачки для нижнего пласта 12. Информация о достижении необходимой величины давления закачки для нижнего пласта 12 фиксируется соответствующим устройством для замера параметров закачки, входящим в состав делителя потока 1, и передается по кабелю 18 на устьевую станцию управления. После этого по устьевому расходомеру определяют суммарную приемистость обоих пластов. Приемистость нижнего пласта 12 вычисляют вычитанием приемистости верхнего пласта 11 из суммарной приемистости обоих пластов, либо определяют по показаниям устройства для замера параметров закачки, установленного в выходном канале электромеханического делителя потока 1, связанного с нижним пластом 12.
Таким образом в предлагаемом устройстве повышена надежность его эксплуатации поскольку конструктивно обеспечен перевод в рабочее состояние герметизирующего элемента верхнего пакера в процессе монтажа.