УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ МОСТОВ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для установки разделительных мостов в обсаженных скважинах.
Установка разделительных мостов и пробок в обсаженных скважинах требуется при опробовании пластов для выяснения рентабельности их эксплуатации, изоляции зон перфорации, ликвидации, утечек в обсадной колонне, консервации скважин и др.
Установка разделительных мостов и пробок, а также создание искусственных забоев в скважинах являются одной из трудоемких и ответственных работ. Надежное разобщение пластов при опробовании и эксплуатации скважин всегда было важнейшей задачей. От успешного проведения этой операции во многом зависит качество разведочных буровых работ, достижение поставленной перед скважиной цели.
Все известные способы изоляции зон перфорации и разделения опробуемых горизонтов, нашедшие применение в практике ведения буровых работ, можно разделить на следующие группы:
- Изоляция производится путем закачивания цементного раствора через заливочные трубы в интервал обсаженной колонны. После его затвердения получается цементный мост. Закаченный раствор ничем не ограничен ни сверху ни снизу и в процессе твердения подвержен размыву и растеканию.
- Изоляция производится заливкой цементного раствора на предварительно созданное уплотнение. В качестве уплотнения применяются деревянные, резиновые или металлические пробки, пеньковые пакеры, эластичные тампоны и манжеты, транспортируемые в сжатом виде в специальном патрубке на нижнем конце заливочных труб и т.д. В этом случае цементный раствор имеет опору, но ничем не ограничен сверху.
- Способы разобщения горизонтов без применения цемента. При этом взамен цементного моста в обсаженном стволе скважины устанавливаются различные конструкции пакерующие устройства. Они закрепляются в точно заданном интервале скважины, при этом прочность и герметичность перекрытия скважины зависят от качества самого уплотнения.
В настоящее время все шире начинают применяться способы перекрытия ствола обсаженной скважины прочно закрепляемым уплотнением без заливки твердеющим составом. Разобщающие устройства этого типа имеют прочно закрепляемое и герметичное уплотнение, не требуют дополнительной заливки твердеющим составом и создаются за один спуск инструмента. Устройства закрепляются в скважине и перекрывают ее в очень короткие сроки. Время на
ожидание затвердения цемента (ОЗЦ) исключается.
В устройствах с пакерными уплотнениями сжимаемого, расклиниваемого или раздуваемого типа в большинстве случаев используются уплотнительные элементы цилиндрической формы, иногда с внутренней конусной поверхностью.
Рассматривая конструкции пакерных разобщающих устройств, закрепляющихся в скважине только за счет сил трения между эластичным материалом и стенками обсадных труб, видно, что в конусном пакере эластичный элемент выполняет роль подушки (патент РФ №2137902), в цилиндрическом - трансформирует усилие сжатия и в раздувающемся - передает на стенки скважины давление заполняющей среды (патент РФ №2128279).
Все указанные устройства представляют собой сложные металлические конструкции, трудоемкие в изготовлении и установке их в скважине.
За последнее время рядом авторов рассматривалась возможность перекрытия ствола скважины твердым телом с использованием упругости обсадных труб. Подобное уплотнение можно создать путем необратимой деформации твердого тела в месте перекрытия скважины.
Устройства подобного типа могут спускаться в скважину на кабеле или на трубах. В первом случае деформация металлического уплотнения происходит под действием энергии взрыва, во втором - за счет гидравлической энергии.
Вариантами конструкции первого типа являются взрывные пакеры предложенные в шестидесятых годах фирмой Бероид.
Аналогичная конструкция у взрывного пакера ВП, созданного в Раменском объединении ВНИИгеофизики, выбранного нами в качестве протопита (Левин Е.А. Взрывной пакер типа ВП. - НТС, «Бурение», М., ВНИИоэнг, 1971, вып.11, С.20-22).
Взрывные пакеры фирмы "Бероид" и Раменского отделения ВНИИгеофизики обладают рядом недостатков, а именно:
- работа с пороховыми зарядами, устанавливаемыми в пакере чрезвычайно опасна, так как малейшая ошибка в выборе дозы заряда пороха может привести к тяжелой аварии;
- невозможность применения пакера в скважинах с температурой выше 383 К, так как устойчивая работа дымного пороха обеспечивается при температуре окружающей среды не более 383-393 К;
- как показала практика применения взрывных пакеров, изоляция металла по металлу, под сильной гидравлической нагрузкой, не всегда оказывается надежной.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства и повышение надежности его установки в скважине.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для установки разделительных мостов в скважине включающем полый корпус, согласно изобретению, корпус его выполнен из полимера, предварительно до спуска в скважину радиационно обработанного гамма лучами дозой 10-13 Мрад с
последующим его деформированием, а внутри корпуса размещен нагреватель.
Это достигается путем использования нового подхода к решению поставленной задачи. Во-первых, для изготовления устройства использован не металл, а полимер - полиэтилен, а во-вторых, работа устройства основана на использовании физического свойства радиационно обработанного полимера, так называемого эффекта "памяти".
60
Этот эффект заключается в способности облученного и деформированного полимера возвращаться к первоначальной форме при воздействия повышенной температуры. Механизм такого явления состоит в том, что при действии ионизирующего излучения, например, гамма-лучей от источника Со, в полимере образуется трехмерная сетчатая структура, устойчивость которой обеспечивается образованием химических связей на макромолекулярном уровне. Положение полимерных цепей закрепляется при возникновении кристалличности в структуре полимера.
Если образец полимера нагреть выше определенной температуры, при которой полимер переходит в пластичное состояние, а кристалличность исчезает, то образцу можно придать любую форму, отличную от первоначальной. При охлаждении эта форма стабилизируется и сохраняется неопределенно долгое время. Однако при повторном повышении температуры образец полимера самопроизвольно вновь возвратится к первоначальной форме.
На фиг. представлено предлагаемое устройство для установки разделительных мостов. Устройство состоит из полого корпуса 1 выполненного из полимера, например, полиэтилена и нагревателя 2. Корпус 1 с установленным в нем нагревателе 2 спускают в скважину на геофизическом кабеле 3.
Работает устройство следующим образом.
Изготовленный из полимера полый корпус предварительно облучают в специальной камере гамма лучами дозой 10-13 Мрад., нагревают до температуры t=120°С и деформируют путем растяжения до требуемого диаметра. В подготовленный таким образом корпус 1, вставляют нагреватель 2 и эту сборку на кабеле 3 спускают в скважину 4, обсаженную обсадной колонной 5. От источника 6 с поверхности к нагревателю 2 подают напряжение. После прогрева устройства до 120°C полимерный стакан 1 расширяется до прежнего диаметра и плотно прилегает к стенке обсадной трубы, а нагреватель 2 вместе с геофизическим кабелем 3 свободно удаляют из скважины.
Работоспособность предлагаемого устройства была проверена на модели эксплуатационной колонны. Результаты испытаний приведены в следующем примере.
Испытывалось устройство, изготовленное из полиэтилена, выполненное в форме стакана длиной 400 мм, наружным диаметром 136 мм, толщиной стенки 7 мм. Изготовленное из полиэтилена устройство предварительно облучали в специальной
60
камере гамма лучами от источника Со дозой 10-13 Мрад. После облучения устройство нагревали до температуры t=120°C и деформировали путем растяжения до диаметра 110 мм, при этом длина возрастала до 560 мм. В подготовленный таким образом образец вставляли нагреватель, подвешенный на геофизическом кабеле, и эту сборку опускали в трубу с внутренним диаметром 132 мм, представляющую собой модель эксплуатационной колонны. Схема установки представлена на рисунке. После прогрева устройства до 100-120°C полимерный стакан расширялся и плотно прилегал к стенкам трубы, а нагреватель свободно удалялся из стакана. Прочность посадки устройства оценивали, измеряя напряжения сдвига стакана внутри трубы. При температуре 60°C оно составляло 85 кгС, а при снижении температуры превышало 100 кгС. Удаление устройства из трубы проводили путем его разрушения.
Таким образом, конструкция устройства для установки разделительных мостов действие которого основано на эффекте "памяти" облученного полимера проста, а его установка в скважину не требует специальных устройств, т.к. оно опускается в скважину, будучи закрепленное на нагревателе и геофизическом кабеле. Последние после установки устройства удаляются из скважины.