УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРУЕМОЙ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ ПО ПЛАСТАМ

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при закачке воды в нагнетательные скважины преимущественно для ограничения закачки воды в нижний пласт.
Известно устройство для регулирования закачки жидкости по пластам (патент на полезную модель РФ №42858, МПК7 Е21В 43/20, опубл. в бюл. №35 от 20.12.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус, дорн и эластичную манжету, соединенную с пакером нижнюю трубу и дросселирующий узел, при этом устройство снабжено посадочным инструментом в виде патрубка и упорным патрубком, соединенным снизу с дорном и заканчивающимся сверху муфтой с резьбой, патрубки между собой связанные срезными элементами, дросселирующий узел установлен в муфте упорного патрубка и выполнен в виде заглушенной сверху насадки, в нижней части которой жестко установлен штуцер, а ниже заглушки по периметру насадки выполнены каналы, соединяющие ее внутреннее пространство с зоной скважины, причем каналы направлены вверх к оси устройства, нижняя труба является опорной трубой и снабжена фильтром.
Недостатком устройства является его низкая надежность в работе. Объясняется это тем, что при остановке закачки жидкости, вызванной аварийной ситуацией или другими причинами, происходит обратный отток жидкости из нижнего пласта, а поскольку дросселирующий узел не снабжен обратным клапаном, то происходит попадание жидкости из нижнего пласта, как в верхний пласт, так и во внутреннее пространство скважины выше пакера, а это может вызвать сдвиг пакера с установленного места, а при возобновлении закачки он уже не обеспечит надежной герметизации.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для регулирования закачки жидкости по пластам (патент на полезную модель РФ №56949, МПК7 Е21В 43/20, опубл. в бюл. №27 от 27.09.2006 г.), 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, при этом, упорный патрубок снабжен фиксатором положения пакера, выполненным в виде полой вставки, установленной выше пакера и оснащенной подпружиненными внутрь
шлипсами, выполненными в виде поршней с возможностью радиального перемещения наружу при избыточном давлении внутри упорного патрубка, при этом насадка дросселирующего узла, навернутая на верхний конец упорного патрубка снабжена центральным каналом, который перекрыт снизу обратным клапаном, выполненным в виде шарика, установленного на подпружиненном вверх от упорного патрубка штуцере, при этом патрубок посадочного инструмента соединен посредством срезных элементов с насадкой дросселирующего узла.
Недостатками данного устройства являются:
во-первых, усилие фиксации шлипсов на внутренних стенках скважины зависит от избыточного давления внутри фиксатора положения, при этом при небольшой величине избыточного давления в фиксаторе положения, которое равно давлению закачки в нижний пласт происходит вибрация (колебания вверх-вниз) пакера в виду не достаточной фиксации шлипсов фиксатора положения на внутренних стенках скважины, что ведет к скорой разгерметизации пакера;
во-вторых, при необходимости извлечения устройства из скважины могут возникнуть трудности, поскольку устройство в процессе эксплуатации заваливается шламом, который не возможно промыть в интервале посадки пакера;
в-третьих, эластичная манжета пакера выполнена трубчатой формы и может повредиться о внутренние стенки скважины в процессе спуска устройства в заданный интервал скважины.
Задачей полезной модели является исключение повреждения манжеты пакера в процессе спуска и сохранение герметичности устройства в эксплуатации, а также возможность промывки устройства перед извлечением его из скважины.
Указанная задача решается предлагаемым устройством для регулируемой закачки жидкости по пластам, содержащее посадочный инструмент в виде патрубка, спускаемого на колонне труб, пакер, состоящий из корпуса, дорна, и размещенной на корпусе эластичной манжеты, дросселирующий узел, включающий насадку со штуцером, при этом насадка снабжена центральным каналом, перекрытым снизу обратным клапаном, выполненным в виде шарика, подпружиненного вверх от штуцера, фиксатор положения пакера, перфорированных хвостовик, срезные элементы.
Новым является то, что эластичная манжета пакера выполнена в виде бочкообразных уплотнений, а корпус пакера телескопически вставлен в дорн, к которому снизу жестко присоединен перфорированный хвостовик, при этом дросселирующий узел установлен на нижнем конце корпуса пакера, причем на корпусе пакера выполнены верхняя и нижняя кольцевые выборки, между которыми корпус пакера оснащен конусной
поверхностью, сужающейся сверху вниз, при этом фиксатор положения бочкообразных уплотнений выполнен в виде расположенных на корпусе пакера разрезного конуса, сужающегося снизу вверх, размещенного над нижней кольцевой выборкой и плашек подпружиненных вниз, и размещенных на корпусе пакера выше верхней кольцевой выборки, а также упора, установленного на корпусе пакера ниже нижней кольцевой выборки над бочкообразными уплотнениями пакера, причем упор в транспортном положении зафиксирован относительно корпуса пакера срезным элементом, при этом упор снаружи охватывает разрезной конус и жестко соединен с ним винтами, причем разрезной конус и плашки имеют возможность взаимодействия между собой при осевом перемещении корпуса пакера вниз с радиальным перемещением плашек наружу в рабочем положении, при этом корпус и упор снабжены промывочными отверстиями, сообщающими внутреннее пространство устройства с его наружным пространством.
На фигуре изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину.
Устройство для регулируемой закачки жидкости по пластам состоит (см. фиг1.) из посадочного инструмента, выполненного из патрубка 1, который сверху соединен с колонной труб 2, пакера 3, состоящего из корпуса 4, дорна 5, и размещенной на корпусе 4 эластичной манжеты, выполненной в виде бочкообразных уплотнений 6. Также устройство содержит дросселирующий узел 7, включающий насадку 8 со штуцером 9, при этом насадка 8 снабжена центральным каналом 10, перекрытым снизу обратным клапаном 11, выполненным в виде шарика, подпружиненного посредством пружины 12 вверх от штуцера 9 и фиксатор положения 13 пакера 3. Корпус 4 пакера 3 телескопически вставлен в дорн 5, к которому снизу жестко присоединен перфорированный хвостовик 14. Патрубок 1 соединен с корпусом 4 пакера 3 срезными элементами 15.
Дросселирующий узел 7 установлен на нижнем конце корпуса 4 пакера 3. На корпусе 4 пакера 3 выполнены верхняя 16 и нижняя 17 кольцевые выборки между которыми корпус 4 пакера 3 оснащен конусной поверхностью 18, сужающейся сверху вниз, при этом фиксатор положения 13 бочкообразных уплотнений 6, выполнен в виде расположенных на корпусе 4 пакера 3 разрезного конуса 19, сужающегося снизу вверх, размещенного над нижней кольцевой выборкой 17 и плашек 20 подпружиненных вниз, и размещенных на корпусе 4 пакера 3 выше верхней кольцевой выборки, а также упора 21, установленного на корпусе 4 пакера 3 ниже нижней кольцевой выборки 17 над бочкообразными уплотнениями 6 пакера 3.
Упор 21 в транспортном положении зафиксирован относительно корпуса 4 пакера 3 срезным элементом 22. Упор снаружи охватывает разрезной конус 19 и жестко соединен с
ним винтами 23, причем разрезной конус 19 и плашки 20 имеют возможность взаимодействия между собой при осевом перемещении корпуса 4 пакера 3 вниз с радиальным перемещением плашек 20 наружу в рабочем положении.
Корпус 4 пакера 3 и упор 21 снабжены промывочными отверстиями 24 и 25 соответственно, сообщающими внутреннее пространство 26 устройства с его наружным пространством 27.
28 - высокопроницаемый пласт, 29 - низкопроницаемый пласт.
Устройство для регулируемой закачки жидкости по пластам работает следующим образом.
Устройство на колонне труб 2 (см. фиг.1) спускают в скважину 30 с таким расчетом, чтобы пакер 3 находился выше высокопроницаемого пласта 28, а нижний конец перфорированного хвостовика 14 достиг забоя 31.
Далее колонну труб 2 частично разгружают, срезные элементы 22 разрушаются и дорн 5 пакера 3 под воздействием нагрузки (веса колонны труб 2) опускается вниз относительно корпуса 4 до упора кольцевого уступа 32 корпуса 4 в верхний торец перфорированного патрубка 14, при этом дорн 5 сжимает бочкообразную манжету 6 к внутренним стенкам скважины 30.
Одновременно с этим упор 21, жестко связанный посредством винтов 23 с разрезным конусом 19 перемещаются вверх относительно корпуса 4 пакера 3. В результате разрезной конус 19 наезжает своей внутренней поверхностью на конусную поверхность 18, сужающуюся сверху вниз, при этом разрезной конус 19 расширяется наружу и воздействует изнутри на внутреннюю поверхность плашек 20, которые перемещаются наружу и прижимаются к внутренним стенкам скважины 30, занимая рабочее положение. Таким образом, фиксатор положения 13 пакера 3 фиксирует бочкообразные уплотнения 6 пакера 3 в сжатом состоянии прижатыми к внутренним стенкам скважины 30.
Далее разгрузку колонны труб 2 продолжают, в результате чего разрушаются срезные элементы 15 и посадочный инструмент, выполненный в виде патрубка 1, опускается вниз до упора в верхний торец 33 корпуса 4 пакера 3. Далее колонну труб 2 вместе с патрубком 1 посадочного инструмента извлекают на поверхность.
Скважина готова к закачке воды и устройство запускают в эксплуатацию. Закачку воды осуществляют через обсадную колонну скважины 30 (см. фиг 1.) или через колонну труб (на фиг. не показано), спущенную до низкопроницаемого пласта 29. В процессе закачки, поток жидкости под давлением по центральному каналу 10 насадки 8 дросселирующего узла 7 воздействует на обратный клапан 11, выполненный в виде на
шарика, подпружиненного посредством пружины 12 вверх от штуцера 9. В результате воздействия давления жидкости обратный клапан 11, выполненный в виде на шарика опускается вниз, сжимая пружину 12. Поток закачиваемой жидкости сквозь проходной канал штуцера 9 устремляется во внутреннему пространству дорна 5 сквозь перфорированный хвостовик 14 в высокопроницаемый пласт 28. Диаметр проходного канала штуцера 9 (см. фиг1.) устанавливают таким, чтобы закачка воды в оба пласта 28 и 29 проходила в оптимальном режиме согласно их коллекторским характеристикам и состоянию выработки пластов. В случае прекращения закачки воды (авария, отключение электроэнергии и т.д.) обратный клапан 11, выполненный в виде шарика за счет возвратной силы пружины 12 возвращается в исходное положение, перекрывая снизу центральный канал 10 насадки 8 дросселирующего узла 7, предотвращая отток жидкости из высокопроницаемого пласта 28 в пространство 27 скважины 30 выше пакера 3, а также исключает попадание жидкости из высокопроницаемого 28 пласта в низкопроницаемый 29 пласт. В дальнейшем устройство вновь запускают в эксплуатацию (см. описание выше) и продолжают работу.
При необходимости извлечения устройства из скважины промывку устройства выше пакера. Для этого в скважину 30 спускают промывочные трубы (на фиг. не показано), которые нижним концом вводят внутрь корпуса 4 пакера 3. После чего с устья (на фиг.1 не показано) скважины в промывочные трубы закачивают промывочную жидкость, которая через промывочные отверстия 24 и 25, соответственно, корпуса 4 пакера 3 и упора 21 перетекает из внутреннего пространства 26 в пространство 27 выше пакера 3, промывая устройство выше пакера 3, при этом промывочная жидкость поднимается на устье скважины 30. По окончании промывки промывочные трубы извлекают на поверхность. После чего в скважину 30 на колонне труб спускают любой известный ловильный инструмент (на фиг. не показано), например наружную труболовку и производят захват устройства под верхнюю часть корпуса 4 пакера 3 после чего извлекают устройство из скважины 30.
Предлагаемое устройство для регулирования закачки жидкости по пластам гарантировано исключает повреждение манжеты пакера, выполненной в виде бочкообразных уплотнений в процессе спуска устройства в скважину, а благодаря механическому фиксатору положения уплотнительного элемента пакера исключается вибрация (колебания вверх-вниз) пакера, связанная с давлением закачки, в связи с чем сохраняется герметичности устройства в эксплуатации. Кроме того, наличие промывочных отверстий в устройстве позволяет произвести его промывку перед извлечением из скважины.