МЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ПЛАСТА

Область техники и назначение
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для защиты продуктивного пласта от вредного воздействия жидкости глушения.
Уровень техники
Известно изобретение «Способ отсечения пласта для проведения подземного ремонта без глушения скважины» (патент №2592903, RU, Е21В 29/00, Е21В 34/06, Е21В 34/16 опубликовано 27.07.2016 г.). Способ включает применение проходной пакерной установки с якорным механизмом. Установка включает аварийное разъединительное устройство, клапанный узел с седлом под шарик и механизм предотвращения выброса шарика в надпакерное пространство. В составе установки имеются блоки телеметрии и сброса шариков, непосредственно закрепленные к нижней части электропогружного насоса. По команде с устья для отсечения пласта сбрасывают шарик и избыточным давлением устанавливают его в седло клапанного узла. Для организации сообщения насоса с продуктивным пластом осуществляют повторное создание избыточного давления в надпакерном пространстве и продавливание шарика на забой скважины.
Недостатком данного изобретения является сложность реализации технологии в части расчета давления, необходимого для продавливания шариков с целью открытия и закрытия клапанного узла. Кроме того, в указанном изобретении эксплуатация компоновки возможна только с установкой электроцентробежного насоса, поскольку управление блоком сброса шариков осуществляется по силовому кабелю ЭЦН.
Известно изобретение «Способ закрытия клапана-отсекателя при извлечении электроцентробежного насоса из фонтанной скважины и устройство для его осуществления» (патент №2204695, RU, Е21В 34/06, опубликовано 20.05.2003). Устройство по патенту №2204695 включает соединенный с нижней частью электроцентробежного насоса толкатель, подвижный шток с проходным сечением, обеспечивающим прохождение откачиваемой жидкости, и фиксатор подвижного штока. Устройство снабжено перепускным клапаном и дополнительно содержит поршни, расположенные на подвижном штоке, фиксатор верхнего положения подвижного штока и бросовый запорный элемент, образующие силовой цилиндр. Подвижный шток соединен с электроцентробежным насосом. В верхнем зафиксированном положении подвижный шток взаимодействует с запорным узлом перепускного клапана, открывая его отверстия, сообщающие внутреннюю полость насосно-компрессорных труб с полостью скважины. С помощью силового цилиндра перемещают вверх электроцентробежный насос из положения, обеспечивающего сообщение продуктивного пласта с полостью скважины, в положение, при котором отключается продуктивный пласт от полости скважины.
Недостатками данного устройства является отсутствие возможности спуска в подпакерное пространство приборов для обеспечения возможности проведения исследования по контролю за разработкой эксплуатируемого объекта, а так же технических средств для проведения обработки продуктивного пласта.
Известен «Клапан-отсекатель» (патент №2094593, RU, Е21В 34/06, F16K 1/20 опубликовано 27.10.1997), содержащий корпус с проходным каналом, в котором размещен запорный орган в виде подпружиненной заслонки с осью вращения. Закрытый пружиной клапан-отсекатель открывают толкателем, установленным на нижнем конце ниппеля, спускаемого на колонне НКТ.
Недостатком устройства является отсутствие возможности его эксплуатации на скважинах, где используется ЭЦН, поскольку забор жидкости ЭЦН ведется из затрубного пространства, а конструкция устройства предполагает подъем жидкости из подпакерного пространства по внутреннему каналу герметично соединенных толкателя, насоса и НКТ. Кроме того, в момент открытия клапана на него действует статическое давление жидкости глушения, вызывающее перепад давлений на запорном элементе. При определенных условиях усилие на исполнительном механизме клапана-отсекателя, необходимое для преодоления сил трения и открытия запорного элемента, может достигать значительных величин, что в совокупности с особенностями конструкции механизма может привести к преждевременному выходу его из строя.
Устройство по патенту RU 2094593 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принято за прототип.
Сущность полезной модели
Настоящая полезная модель направлена на сохранение продуктивности пласта после осуществления ремонтных работ на скважине, проводимых с применением тяжелой жидкости глушения, при помощи механического устройства защиты, которое герметично монтируется в скважине и имеет два рабочих положения, в одном из которых продуктивный пласт отсечен от зоны размещения насосного оборудования, а в другом они сообщены.
Технической задачей заявленной полезной модели является обеспечение возможности проведения исследований и обработки продуктивного пласта с сохранением его продуктивности без извлечения устройства, повышение надежности работы устройства, расширение области его применения.
Поставленная задача решается заявляемым механическим устройством защиты пласта, которое содержит корпус и запорный элемент и соединено нижним концом с пакером, а верхним с разъединительным устройством и полым толкателем.
Технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве, открытие которого осуществляется механически, т.е. «нажатием» колонной НКТ через насос и толкатель на конструктивные элементы устройства, открывающие его запорный элемент, в корпусе устройства организуют дополнительный канал, который открывается и сообщает пространства над и под устройством при взаимодействии с толкателем, что позволяет выравнивать давления на запорном элементе устройства еще до его открытия, тем самым минимизируя усилие на приводном механизме устройства и повышая надежность его работы. При этом между насосом и толкателем размещают перфорированный патрубок и обратный клапан. Перфорированный патрубок обеспечивает поступление жидкости из продуктивного пласта в затрубное пространство, откуда возможно организовать ее отбор любой насосной установкой (ЭЦН, ЭВН, ШГН, ШВН). Обратный клапан предотвращает попадание жидкости глушения в продуктивный пласт при глушении скважины для смены насосного оборудования. Полый толкатель обеспечивает сообщение надпакерного и подпакерного пространств в процессе отбора жидкости, а так же подпакерного пространства и внутренней полости НКТ при проведении исследований и обработки продуктивного пласта. Наличие пакера и устройства защиты пласта позволяет герметично разобщать продуктивный пласт с зоной размещения насосного оборудования. Разъединительное устройство позволяет производить монтаж устройства защиты для его автономной работы по разобщению пространств над и под пакером. Дополнительно при необходимости система может содержать шламоуловитель, который устанавливается на толкателе и предотвращает присыпание пакера механическими примесями, а так же технологический клапан, который устанавливается в верхней части толкателя в процессе проведения исследований и обработки продуктивного пласта и предотвращает попадание жидкости глушения в подпакерное пространство.
Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг. 1-6).
Устройство защиты пласта 1 включает запорный элемент 2 и канал 3 в корпусе. Устройство защиты пласта 1 нижним концом соединено с пакером 4, а верхним концом с разъединительным устройством 5. Указанная совокупность устройств спускается на технологической колонне НКТ 6 (фиг. 1-2) и предназначена для надежного разобщения продуктивного пласта 7 и пространства над пакером 4.
Для сообщения пространств над и под пакером 4 и организации подъема жидкости с продуктивного пласта на лифтовой колонне НКТ 8 (фиг. 3-4) в интервал установки устройства защиты пласта 1 спускают полый толкатель 9, обратный клапан 10, перфорированный патрубок 11, шламоуловитель 12, насос 13.
Для организации исследований либо обработки продуктивного пласта 7 на технологической колонне НКТ 14 (фиг. 5-6) в интервал установки устройства защиты пласта 1 спускают полый толкатель 9 и технологический клапан 15.
Механическое устройство защиты пласта 1 позволяет избежать попадания жидкости глушения в продуктивный пласт 7 в процессе проведения ремонтных работ, в результате которого может произойти ухудшение коллекторских свойств пласта и снижение его дебита.
Механическое устройство защиты пласта работает следующим образом.
Первоначально на технологической колонне НКТ 6 производится спуск и установка в скважине на заданной глубине над продуктивным пластом 7 компоновки в составе: пакер 4, устройство защиты 1 и разъединительное устройство 5 (фиг. 1). При помощи разъединительного устройства 5 технологическая колонна 6 отсоединяется от компоновки и производится ее подъем (фиг. 2). Запорный элемент 2 и канал 3 в корпусе устройства защиты 1 закрыты, пространства над и под пакером 4 надежно разобщены. В качестве устройства защиты 1 может быть использован клапан с механическим устройством открытия, например с шаровым механизмом или с захлопками.
В процессе монтажа насосного оборудования (фиг. 3) на колонне НКТ 8 производится спуск следующей компоновки: насос 13, перфорированный патрубок 11, обратный клапан 10, полый толкатель 9. При этом пространство над пакером 4 и полость внутри НКТ 8 заполнены до устья жидкостью глушения для предотвращения нефтегазопроявления. В процессе спуска обратный клапан 10 закрыт. При заходе и уплотнении полого толкателя 9 во внутренней полости устройства защиты 1 производится взаимодействие полого толкателя 9 с элементами устройства защиты 1, которые открывают канал 3 в корпусе устройства защиты 1. В результате происходит сообщение полостей над и под устройством защиты 1 и выравнивание давления на запорном элементе 2. При дальнейшем спуске толкателя 9 он взаимодействует с элементами устройства защиты 1, которые открывают запорный элемент 2, после чего толкатель 9 фиксируется в устройстве защиты 1 (фиг. 4). Поскольку давление на запорном элементе 2 выровнено для его открытия, не требуется большого усилия, что повышает надежность срабатывания устройства защиты 1. В результате через внутренний канал полого толкателя 9, обратный клапан 10 и перфорированный патрубок 11 сообщаются пространства над и под пакером 4. После запуска насоса 13 он производит отбор жидкости из пространства над пакером 4, уровень жидкости глушения падает, давление под пакером 4 становится выше давления столба жидкости глушения, открывается обратный клапан 10. Жидкость продуктивного пласта 7 через внутренние каналы пакера 4, устройства защиты 1, полого толкателя 9, обратный клапан 10 и перфорированный патрубок 11 поступает в затрубное пространство над пакером 4, откуда производится ее отбор насосом 13. В качестве насоса 13 может быть применена любая установка (ЭЦН, ЭВН, ШГН, ШВН), поскольку отбор жидкости ведется из затрубного пространства. При необходимости компоновка комплектуется шламоуловителем 12, который устанавливается на толкателе 9. Шламоуловитель 12 предназначен для улавливания тех механических примесей, которые выходят из перфорированного патрубка 11 вместе с жидкостью продуктивного пласта 7, выделяются из общего потока жидкости и оседают на пакер 4. Кроме того, шламоуловитель 12 является дополнительной степенью защиты от попадания инородных предметов (например, клямс) во внутренний канал устройства защиты 1, что может повлиять на его работоспособность.
В случае замены насоса 13 затрубное пространство над пакером 4 доливается до устья жидкостью глушения. Обратный клапан 10 при этом закрывается, предотвращая попадание жидкости глушения в продуктивный пласт 7. После этого натяжкой колонны НКТ 8 вытягивают полый толкатель 9 из внутренней полости устройства защиты 1, при этом последовательно закрываются запорный элемент 2 и канал 3 в корпусе устройства защиты 1 (фиг. 3), разобщаются пространства над и под пакером 4. На колонне НКТ 8 производится подъем компоновки в составе: насос 13, перфорированный патрубок 11, обратный клапан 10, шламоуловитель 12, полый толкатель 9. Оставшиеся в скважине пакер 4 и закрытое устройство защиты 1 надежно разобщают подпакерное и надпакерное пространства (фиг. 2), не позволяя жидкости глушения попасть в продуктивный пласт 7. Повторный монтаж насоса 13 проводится аналогично процессу первоначального монтажа насоса.
В случае необходимости проведения исследований или обработки продуктивного пласта 7 производится подъем насоса 13 по аналогии с операцией его подъема для замены. После этого в скважину, заполненную жидкостью глушения, осуществляется спуск технологической колонны НКТ 14 с полым толкателем 9, а так же, при необходимости, с технологическим клапаном 15 (фиг. 5), расположенным над толкателем 9. Технологический клапан 15 в процессе спуска закрыт и защищает от наполнения жидкостью глушения внутреннюю полость технологической колонны 14. При заходе и уплотнении полого толкателя 9 во внутренней полости устройства защиты 1 производится взаимодействие полого толкателя 9 с элементами устройства защиты 1, которые открывают канал 3 в корпусе устройства защиты 1. В результате происходит сообщение полостей над и под устройством защиты 1 и выравнивание давления на запорном элементе 2. При дальнейшем спуске толкателя 9 он взаимодействует с элементами устройства защиты 1, которые открывают запорный элемент 2, после чего толкатель 9 фиксируется в устройстве защиты 1. После этого усилие от веса технологической колонны 14 передается на технологический клапан 15, в результате чего происходит его открытие (фиг. 6). Ввиду того, что при спуске клапан 15 был закрыт, во внутренней полости технологической колонны 14 нет жидкости глушения, которая могла бы попасть в продуктивный пласт при открытии всех клапанов. Жидкость глушения из затрубного пространства, так же не поступает в продуктивный пласт 7, поскольку внутренние каналы пакера 4, устройства защиты 1, полого толкателя 9, технологического клапана 15 и технологической колонны НКТ 14 образуют герметичный канал от пространства под пакером 4 до устья. Совокупность указанных каналов образует полнопроходной канал, который позволяет производить спуск в подпакерное пространство приборов для проведения исследования по контролю за разработкой, а так же средств для проведения обработки продуктивного пласта 7. После завершения работ производится натяжение технологической колонны 14. Происходит закрытие технологического клапана 15, после чего усилие передается на полый толкатель 9, который выходит из внутренней полости устройства защиты 1, при этом последовательно закрываются запорный элемент 2 и канал 3 в корпусе устройства защиты 1 (фиг. 5), разобщаются пространства над и под пакером 4. На технологической колонне НКТ 14 производится подъем технологического клапана 15 и полого толкателя 9. Оставшиеся в скважине пакер 4 и закрытое устройство защиты 1 надежно разобщают подпакерное и надпакерное пространства. Повторный монтаж насоса 13 проводится аналогично процессу первоначального монтажа насоса.
Таким образом, механическое устройство защиты пласта позволяет сохранить продуктивность пласта после проведения ремонтных работ на скважине, а так же после его исследований и обработки, за счет обеспечения изоляции пласта от контакта с тяжелой жидкостью глушения.