УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине при их обработке и эксплуатации.
Известно устройство для обработки пластов в скважине (см. а.с. SU №2234589 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №23 от 20.08.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол и золотник, снабженные радиальными каналами, при этом корпус пакера выполнен проходным в осевом направлении, а золотник разобщителя расположен внутри его ствола, соединен с ним срезными элементами, заглушен снизу и имеет по наружной поверхности выше заглушенного участка меньший диаметр, образующий со стволом полость, сообщающуюся через радиальные каналы с внутренним пространством разобщителя, снабжен конусной расточкой, в которой установлено стопорное кольцо, взаимодействующее с кольцевой проточкой, расположенной в нижней части ствола, и посадочным седлом для шара, сбрасываемого во внутрь устройства перед обработкой второго пласта.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для обработки пластов в скважине (см. патент на полезную модель RU №36852 МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ №9 от 27.03.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол, снабженный радиальными каналами, и золотник, при этом корпус пакера выполнен проходным и снизу снабжен перепускным клапаном, пропускающим сверху вниз, причем в нижней части корпуса выполнены радиальные каналы, сообщающие внутреннее пространство пакера с подпакерным пространством, при этом золотник расположен внутри корпуса пакера и ствола разобщителя и соединен со стволом срезными элементами, причем место расположения золотника определяют по следующей зависимости:
b а+8÷10 мм,
где а - расстояние от нижнего торца золотника до нижнего уплотнения корпуса пакера, мм;
b - расстояние от верхнего торца золотника до верхнего уплотнения ствола разобщителя, мм,
золотник выполнен с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта.
Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки:
- во-первых, ограниченные функциональные возможности, поскольку невозможно исключить обратное попадание жидкости в нижний пласт;
- во-вторых, невозможно извлечь золотник из ствола пакера, что необходимо в случае работы с двумя пластами, например, при свабировании (очистки пластов от продуктов реакции после поочередной обработки пластов).
- в третьих, сложный технологический процесс применения, связанный со сбрасыванием шара с устья скважины и созданием дополнительно избыточного давления в колонне труб для переключения устройства на верхний пласт, что требует привлечения насосного агрегата и дополнительной технологической жидкости для заполнения колонны труб. Кроме того, у прототипа необходимо строгое соблюдение зависимости и конструктивных размеров, нарушение которых может привести устройство в нерабочее состояние.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства и упрощение технологии его применения.
Поставленная задача решается устройством для обработки и эксплуатации пластов в скважине, колонну труб, разобщитель, включающий ствол с клапаном внизу и герметично вставленным в его проходной канал золотником, оснащенным посадочным седлом под шар, пакер, установленный в верхней части ствола, срезной элемент.
Новым является то, что ствол в нижней части оснащен дополнительным пакером, а между пакером и дополнительным пакером на стволе выполнена кольцевая выборка, ограниченная сверху и снизу соответственно верхним и нижним конусами, между которыми с возможностью продольного и вращательного движения установлен стакан, оснащенный пальцем, а на стакане сверху и снизу установлены верхние и нижние шлипсы, оснащенные соответствующими верхними и нижними подпружиненными от стакана центраторами и выполненными с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним конусами, причем на наружной поверхности ствола для взаимодействия с пальцем выполнены два коротких и между ними один длинный продольные пазы, последовательно соединенные между собой фигурными пазами, один из которых соединяет низ первого из коротких продольных пазов, являющегося транспортным, с серединой длинного продольного паза, являющегося рабочим, а другой - низ длинного продольного паза с серединой другого короткого продольного паза, расположенного в районе середины длинного продольного паза и являющегося съемным узлом, при этом пакер и дополнительный пакер выполнены в виде установленных жестко на стволе разнонаправленных самоуплотняющихся манжет, при этом ствол сверху соединен срезным элементом с колонной труб, а снизу оснащен внутренней цилиндрической выборкой со штифтом, внутри которой расположена
подпружиненная вверх втулка с чередующимися короткими и длинными осевыми проточками под штифт, соединенными так, что при возвратно-поступательном перемещении втулки относительно ствола штифт располагался последовательно в каждом, причем золотник выше посадочного седла оснащен ловильной головкой с радиальными каналами, а снизу заглушен и оснащен пружинным кольцом и срывным упором, выполненными с возможностью взаимодействия с цилиндрической выборкой ствола, а также расположенным ниже жестким упором, выполненным с возможностью взаимодействия со втулкой сверху, при этом клапан изготовлен в виде радиальных отверстий золотника, расположенных ниже жесткого упора и выполненных с возможностью герметичного перекрытия стволом ниже внутренней цилиндрической выборки.
На фиг.1 изображено предлагаемой устройство в продольном разрезе.
На фиг.2 изображена развертка пазов - а.
На фиг.3 изображена развертка проточек - b.
Устройство для обработки и эксплуатации пластов в скважине содержит разобщитель 1 (см. фиг.1), включающий ствол 2 с клапаном 3 внизу.
В проходной канал ствола 2 герметично вставлен золотник 4, оснащенный посадочным седлом 5 под шар 6, устанавливаемый в посадочное седло 5 в процессе сборки.
В верхней части ствола 1 установлен пакер 7. Ствол 2 в нижней части оснащен дополнительным пакером 8. Между пакером 7 и дополнительным пакером 8 на стволе 2 выполнена кольцевая выборка 9, ограниченная сверху и снизу соответственно верхним 10 и нижним 11 конусами, между которыми с возможностью продольного и вращательного движения установлен стакан 12. Стакан 12 оснащен, жестко установленным в него пальцем 13. На стакане 12 сверху и снизу установлены верхние 14 и нижние 15 шлипсы, оснащенные соответствующими верхними 16 и нижними 17 центраторами, подпружиненными от стакана 12. Верхние 14 и нижние 15 шлипсы выполнены с возможностью взаимодействия соответственно с верхним 10 и нижним 11 конусами.
На наружной поверхности ствола 2 для взаимодействия с пальцем 13 (см. фиг.2) выполнены два коротких 18, 19 и между ними один длинный 20 продольные пазы, последовательно соединенные между собой фигурными пазами 21 и 22. Фигурный паз 21 соединяет низ короткого продольного паза 18, являющегося транспортным, с серединой длинного продольного паза 20, являющегося рабочим, а фигурный паз 22 - низ длинного продольного паза 20 с серединой короткого продольного паза 19, расположенного в районе середины длинного продольного паза 20 и являющегося съемным узлом 23.
Пакер 7 и дополнительный пакер 8 (см. фиг.1) выполнены в виде установленных жестко на стволе разнонаправленных самоуплотняющихся манжет.
Ствол 2 сверху соединен срезным элементом 24 с колонной труб 25, а снизу оснащен внутренней цилиндрической выборкой 26 со штифтом 27. Внутри внутренней цилиндрической выборки 26 расположена подпружиненная вверх посредством пружины 28 втулка 29 (см. фиг.3) с чередующимися короткими 30 и длинными 31 осевыми проточками под штифт 27, соединенными так, что при возвратно-поступательном перемещении втулки 29 относительно ствола штифт 27 располагался последовательно в каждом.
Золотник 4 выше посадочного седла 6 оснащен ловильной головкой 32 с радиальными каналами 33, а снизу заглушен и оснащен пружинным кольцом 34 и срывным упором 35, выполненными с возможностью взаимодействия с внутренней цилиндрической выборкой 26 ствола 2, а также расположенным ниже жестким упором 36, выполненным на наружной поверхности золотника 4. Жесткий упор 36 золотника 4 выполнен с возможностью взаимодействия сверху со втулкой 29.
Клапан 3 изготовлен в виде радиальных отверстий 37 золотника 4, расположенных ниже жесткого упора 36 и выполненных с возможностью герметичного перекрытия седлом 2 ниже внутренней цилиндрической выборки 26.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 38, 39.
Устройство работает следующим образом.
На устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано) палец 13 стакана 12 размещают в коротком продольном пазе 18 (см. фиг.2) - транспортное положение, а штифт 27 устанавливают в короткую осевую проточку 30 (см. фиг.3), при этом клапан 3 открыт (см. фиг.1), то есть радиальные отверстия 37 золотника 4 находятся ниже нижнего торца ствола 2.
Устройство на колонне труб 25 спускают в скважину, при этом находящаяся в скважине жидкость перепускается снизу вверх, поступая снизу во внутрь золотника 4 через открытый клапан 3 сквозь радиальные отверстия 37, приподнимая шар 6 с посадочного седла 5 и далее сквозь радиальные каналы 33 ловильной головки 32 в колонну труб 25, а центрируется устройство относительно оси скважины (на фиг.1 и 2 не показано) посредством верхних 16 и нижних 17 подпружиненных от стакана 12 центраторов. Спуск устройства прекращают, когда оно окажется в интервале между двумя пластами.
С устья скважины приподнимают колонну труб 25 на длину, большую длины короткого продольного паза 18 (см. фиг.2), а затем поворачивают по часовой стрелке колонну труб 25 на величину, большую длины развертки фигурного паза 21, соединяющего низ короткого продольного паза 18 с серединой длинного продольного паза 20, при этом все детали устройства, поскольку колонна труб 29 (см. фиг.1), зафиксирована относительно ствола 2 устройства посредством срезных элементов 24, совершают осевое и вращательное
перемещение за исключением деталей 12, 13, 14, 15, 16 и 17, остающихся на месте благодаря контакту верхних 14 и нижних 15 шлипсов, оснащенных соответственно верхними 16 и нижними 17 подпружиненными от стакана 12 центраторами с внутренними стенками (на фиг.1 и 2 не показано) скважины.
В результате проделанных операции палец 13 стакана 12, находившийся в транспортном положении в коротком продольном пазу 18 попадает в середину длинного продольного паза 20 (см. фиг.2), принимая рабочее положение, в котором стакан 12 получает возможность осевого перемещения относительно ствола 2 устройства по длинному продольному пазу 20. Верхние 14 и нижние 15 шлипсы (см. фиг.1), расположенные на стакане 12, и подпружиненные от последнего верхними 16 и нижними 17 центраторами получают возможность взаимодействия соответственно с верхним конусом 10 и нижним конусом 11. Продолжают тянуть колонну труб 25 вверх, при этом все детали устройства, поднимаются вверх, кроме деталей 12, 13, 14, 15, 16 и 17, остающихся на месте благодаря контакту верхних 14 и нижних 15 шлипсов, оснащенных соответственно верхними 16 и нижними 17 подпружиненными от стакана 12 центраторами с внутренними стенками скважины.
В результате палец 13 оказывается в нижней части длинного продольного паза 20 (см. фиг.2). В определенный момент, нижние шлипсы 15 (см. фиг.1) своей внутренней конусной поверхностью наезжают на нижний конус 11, в следствии чего нижнее шлипсы 15 раздвигаются и приходят в соприкосновение с внутренними стенками скважины, центрируются посредством нижних центраторов 17, подпружиненных от стакана 12 и фиксируют устройство в скважине, при этом возможна имплозионная обработка нижнего пласта.
Продолжают поднимать колонну труб 25 и при достижении расчетной нагрузки разрушения срезных элементов 24 (примерно 50-60 кН, фиксируемого на устье скважины по индикатору веса) последние разрушаются, вследствии чего колонна труб 25 освобождается от ствола 2 устройства и извлекается на поверхность, при этом нижние шлипсы 15 посредством нижнего конуса 11 дожимаются к внутренним стенкам скважины.
Устройство остается в заданном интервале и готово для обработки верхнего пласта (например, для закачки в него различных реагентов) (на фиг.1,2,3 не показано), при этом при работе с верхним пластом проникновение жидкости сверху вниз в нижний пласт исключается шаром 6, расположенным в посадочном седле 5 золотника 4, а пакер 7 и дополнительный пакер 8, выполненные в виде самоуплотняющихся манжет и прижаты к внутренним стенкам скважины. Также в этом положении, поскольку клапане 3 открыт (радиальные отверстия 37 находятся ниже нижнего торца ствола 2) можно проводить одновременную
эксплуатации верхнего и нижнего пластов, а также имплозионную обработку нижнего пласта, через радиальные каналы 33 золотника 4.
Если давление на устройство сверху (при закачке реагента в верхний пласт) превышает давление снизу, то разница давлений воспринимается пакером 7, также выполненным в виде самоуплотняющейся манжеты прижатой к внутренним стенкам скважины. Вследствии чего, все детали устройство, кроме деталей 12, 13, 14, 15, 16 и 17, остающихся на месте, благодаря контакту нижних шлипсов 15 с внутренними стенками скважины, перемещаются вниз по длинному продольному пазу 20. В результате палец 13 оказывается в верхней части длинного продольного паза 20. В определенный момент, верхние шлипсы 14 своей внутренней конусной поверхностью наезжают соответственно на верхний конус 10 и раздвигаются. В итоге верхние шлипсы 14 приходят в соприкосновение со стенками скважины, центрируются посредством верхних центраторов 16, подпружиненных от стакана 12 и фиксируют устройство в скважине, при этом пакер 7, воспринимающий давление сверху плотно прижимается к стенкам скважины и держит давление сверху вниз. Для отсечения нижнего пласта (например, для эксплуатации только верхнего пласта) необходимо закрыть клапан 3. С этой целью в скважину на канате спускают груз (на фиг.1, 2, 3 не показано), вес которого достаточен для сжатия пружины 28 (например, 2-3 насосно-компрессорные трубы) и упирают его сверху на ловильную головку 32 золотника 4, после чего производят разгрузку груза, который опускается вниз, вместе золотником 4 и втулкой 29, на которую передается нагрузка посредством жесткого упора 36, при этом втулка 29 совершает возвратно-поступательное перемещение по внутренней цилиндрической выборке 26 ствола 2. В результате штифт 27 из короткой осевой проточки 30 (см. фиг.3) попадает в длинную осевую проточку 31 и клапан 3 закрывается (радиальные отверстия 37 золотника 4 герметично посредством уплотнительного кольца 38 перекрываются стволом 2 ниже внутренней цилиндрической выборки 26. По окончании разгрузки груз извлекают из скважины на поверхность. Теперь нижний пласт отсечен от верхнего пласта и теперь возможна эксплуатация только верхнего пласта.
В последствии при необходимости открытия клапана 3, вышеописанную операцию со спуском груза необходимо повторить, при этом штифт 27 из длинной осевой проточки 31 (см. фиг.3) переместится в короткую осевую проточку 30 и клапан 3 (см. фиг.1) откроется (радиальные отверстия 37 золотника 4 окажутся ниже нижнего торца ствола 2.
По окончании работ с верхним пластом и при необходимости закачки реагента одновременно в оба пласта (на фиг.1 и 2 не показано), в скважину на канате или колонне труб спускают ловильный инструмент (на фиг.1 и 2 не показано) с наружным захватом и производят
захват золотника 4 за ловильную головку 32. Производят натяжку ловильного инструмента вверх, при этом золотник 4 перемещается вверх, а находящееся на его наружной поверхности пружинное кольцо 34 упирается сверху изнутри во втулку 29, и при дальнейшем перемещении золотника 4 воздействует на разрушаемый упор 35, срезая последний. При этом разрушаемый упор 35 опускается вниз, освобождая место для сжатия пружинного кольца 34, которое сжимаясь вместе с разрушаемым упором 35, минуют втулку 29, и в сжатом состоянии скользит по внутренней поверхности ствола 2 до тех пор, пока золотник 4 не выйдет из ствола 2. Затем золотник 4 полностью извлекают из скважины. Теперь возможна одновременная закачка реагентов в оба пласта. При необходимости возможна установка золотника 4 в исходное положение.
При необходимости извлечения устройства в скважину на колонне труб спускают ловильный инструмент (например, труболовку с наружным захватом, на фиг. не показана) с помощью которого захватывают устройство за верхнюю часть по наружной поверхности ствола 2. После этого поднимают колонну труб с ловильным инструментом и устройством вверх на длину, большую длины длинного продольного паза 20 (см. фиг.2) и поворачивают колонну труб по часовой стрелке на величину большую длины развертки фигурного паза 22. Затем опускают колонну труб с ловильным инструментом и устройством вниз на длину, большую длины короткого продольного паза 19.
В результате проделанных операций палец 13 из длиной продольной проточки 20 попадает в середину короткого продольного паза 19, расположенного в районе середины длинного продольного паза 20 и являющегося съемным узлом 23, при этом все детали устройства за исключением деталей 12, 13, 14, 15, 16 и 17 (см. фиг.1), остающихся на месте, вследствии фиксации верхних шлипсов 14 на внутренних стенках скважины, совершают осевое и вращательное перемещение.
При последующем подъеме устройства палец 13 попадает в съемный узел 23 (см. фиг.2), в котором исключается возможность контакта верхних 14 и нижних 15 шлипсов соответственно с верхним конусом 10 и нижним конусом 11. Далее устройство извлекают из скважины.
Предлагаемое устройство имеет расширенные функциональные возможности, позволяя как обрабатывать, так и очищать пласты, а также эксплуатировать их, как одновременно так и раздельно, при этом упрощенный технологический процесс применения устройства дает возможность избежать лишних спуско-подъемных операций, а значит сэкономить финансовые затраты.