Манжетный разобщитель пластов
COLLAR FORMATIONS SEPARATOR

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине, преимущественно для цементирования обсадных колонн в условиях низких градиентов гидроразрыва пластов и наличия в скважине зон, склонных к поглощениям, а также для предупреждения нефтегазопроявлений и межпластовых перетоков.
Известно устройство для разобщения пластов в скважине (а.с. №1027368, МПК Е21В 33/14, опубл. 07.07.1983, бюл. №25), включающее корпус с осевым каналом и кожух, образующие между собой кольцевую полость, выполненные с радиальными отверстиями золотник и втулку, установленные в кольцевой полости, и пакер с размещенным в кольцевой полости нажимным поршнем, камера над которым сообщена с осевым каналом корпуса, причем золотник выполнен со сквозными осевыми каналами и установлен под втулкой в кольцевой полости между радиальными отверстиями корпуса и кожуха.
Известно также устройство для разобщения пластов в скважине (а.с. №1758207, МПК Е21В 33/12, опубл. 30.08.1992, бюл. №32), включающее ствол с осевым каналом и радиальными отверстиями, кожух, размещенный концентрично стволу и образующий с ним кольцевую полость, установленные на стволе упор, уплотнительную манжету и разжимной конус с конической торцовой поверхностью в нижней части, расположенной в кольцевой полости между стволом и кожухом. Кроме того, устройство снабжено разрезной обечайкой и дополнительной уплотнительной манжетой, расположенной в кольцевой полости под разжимным конусом, выполненной из материала, жесткость которого больше жесткости материала основной уплотнительной манжеты и сопряженной с последней по конической поверхности с углом конуса меньшим, чем угол торцовой поверхности разжимного конуса, причем разрезная обечайка выполнена из того же материала, что и разжимной конус.
Общими недостатками этих устройств являются:
- сложность конструкции;
- зависимость от избыточного давления в обсадной колонне, которое в случае его превышения в процессе продавки может спровоцировать перекрытие данными устройствами затрубного пространства, что приведет к повышению давления на стенки скважины, вследствие чего могут произойти гидроразрыв нижерасположенных пластов и потеря цементного раствора, ведущая к его недоподъему до устья скважины.
Известно устройство для манжетного цементирования (патент RU №51393, МПК 7 Е21В 33/13, 33/12, опубл. 10.02.2006, бюл. №4), содержащее уплотнительную манжету, размещенную в конусообразном упоре с жестко выполненными лепестками, и запорные элементы с целью турбулизации потока лепестки упора выполнены наклонно относительно центральной оси упора, а уплотнительная манжета установлена в упоре свободно с возможностью осевого перемещения вверх в процессе цементирования, причем упор с лепестками выполнен литым, также устройство снабжено ограничительным кольцом от осевого перемещения уплотнительной манжеты вверх.
Недостатками данного устройства являются:
- слабая фиксация манжеты в упоре за счет свободного ее расположения;
- малая площадь прилегания уплотнительной манжеты к породе.
Также известно устройство для разобщения пластов в скважине (патент RU №2164288, МПК 7 Е21В 33/13, 33/12, опубл. 20.03.2001, бюл. №8), включающее уплотнительную манжету, размещенную в конусообразном упоре с жесткими лепестками и хвостовиком, снабженным перегородками, на которых размещены скребки для стирания глинистой корки со стенок скважины и получения турбулентного движения тампонажного раствора.
Это устройство наиболее близко по технической сущности к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.
Недостатком известного устройства является неплотное прилегание к стенкам необсаженной скважины, что может вызвать смешение бурового и цементного растворов вследствие утечки раствора и снизить прочность цементной крепи и качество его цементирования, снижая в целом надежность разобщения пластов.
Технической задачей настоящего изобретения является создание надежного и герметичного устройства для разобщения пластов в скважине при цементировании обсадных колонн в условиях низких градиентов гидроразрыва пластов и наличия в скважине зон, склонных к поглощениям бурового и тампонажного растворов.
Техническая задача решается путем использования манжетного разобщителя пластов, включающего спускаемый в скважину на обсадной колонне и закрепляемый на ней стопорными элементами корпус с установленной в нем уплотнительной манжетой с верхним концом, выполненным в виде воронки.
Новым является то, что корпус выполнен в виде центратора обсадной колонны, верхняя цилиндрическая часть которого выполнена удлиненной с внутренней кольцевой проточкой, в которой установлена и закреплена стопорными элементами хвостовая часть манжеты, выполненная в виде цилиндра, при этом промежуток между верхней и нижней частями манжеты выполнен гофрированным в продольном направлении с условным наружным диаметром меньшим, чем диаметр ствола скважины, а в рабочем положении его диаметр больше или равен диаметру ствола скважины.
Новым является то, что условный диаметр воронки манжеты не превышает условный диаметр центратора по его центрирующим ребрам.
Новым является то, что в качестве материала манжеты выбран набухающий в жидкости эластомер, при этом в качестве набухающего эластомера выбран водонабухающий полимер или нефтенабухающий каучук.
Новым является то, что в качестве стопорных элементов выбраны клин или болт.
На фиг. 1 изображен корпус манжетного разобщителя пластов с манжетой в сборе с частичным продольным разрезом.
На фиг. 2 изображено сечение манжеты по А-А (фиг. 1).
На фиг. 3 представлен общий вид манжетного разобщителя в рабочем положении, спущенного в зону разобщения пластов, после окончания процесса цементирования с частичным продольным разрезом.
На фиг. 4 изображено сечение корпуса разобщителя с манжетой по Б-Б (фиг. 3).
Манжетный разобщитель пластов включает корпус 1 (фиг. 1), спускаемый на обсадной колонне труб 2 (фиг. 3) и закрепляемый к ней стопорными элементами 3 (фиг. 1). В корпусе 1 установлена уплотнительная манжета 4, изготовленная из набухающего в жидкости эластомера с верхним концом, выполненным в виде воронки 5, и хвостовой частью, выполненной в виде цилиндра 6. Корпус 1 выполнен в виде центратора с центрирующими ребрами 7, в верхней цилиндрической части 8 которого во внутренней ее стенке выполнена кольцевая проточка 9 для установки хвостовой части манжеты 4. Промежуток между верхней и нижней частями манжеты 4 выполнен гофрированным в продольном направлении с выступами 10 и впадинами 11 (фиг. 2).
Манжетный разобщитель пластов работает следующим образом.
По согласованию с геологической и технологической службами бурового предприятия уточняют место установки устройства. Перед спуском в скважину на трубе 2 (фиг. 3) обсадной колонны с помощью болтов 12 (фиг. 3) закрепляют корпус 1 (фиг. 1). Во внутреннюю кольцевую проточку 9 части центратора вводят цилиндр 6 хвостовой части манжеты 4 и плотно фиксируют к поверхности трубы 2 (фиг. 3) с помощью стопорных элементов 3 (фиг. 1). Выше и ниже разобщителя на расстоянии 0,5-1 м устанавливают центраторы-турбулизаторы потока, выполняющие защитную роль за счет центрирования трубы 2 (фиг. 3) на данном участке относительно необсаженных стенок ствола скважины, тем самым предохраняя манжету 4 разобщителя от возможного разрушения в процессе спуска в скважину.
В собранном виде устройство спускают в скважину на колонне труб 2 (фиг. 3) до места установки. В процессе спуска обсадной колонны восходящий поток промывочной жидкости прижимает воронку 5 (фиг. 1) и гофрированную часть манжеты 4 разобщителя к поверхности обсадной трубы 2 (фиг. 3).
Далее с помощью цементировочных агрегатов расчетный объем цементного раствора закачивают в заколонное пространство скважины. После заполнения заколонного пространства тампонажным раствором и остановки процесса цементирования под действием гидростатического давления столба цементного раствора гофрированная часть манжеты 4 (фиг. 1) с выступами 10 и впадинами 11 (фиг. 2) расширяется в радиальном направлении, плотно прижимаясь к стенкам скважины 13 (см. фиг. 3 и 4). Цементный раствор, проникая в образовавшееся пространство 14 между расправленной манжетой 4 (фиг. 1) и трубой 2 (фиг. 3), продавливает остатки бурового раствора через технологические отверстия (не показаны), расположенные в нижней части манжеты 4 (фиг. 1), под разобщитель. За счет разности плотностей двух жидкостей цементный раствор закупоривает технологические отверстия, в результате чего цементный раствор заполняет пространство 14 (фиг. 3). Манжета 4 (фиг. 1), полностью расправляясь, прижимается к стенкам ствола скважины. Таким образом, значительно снижается воздействие гидростатического столба цементного раствора на нижнюю часть цементного столба под разобщителем.
Преимущества предложения:
- конструкция манжетного разобщителя пластов позволяет повысить надежность разобщения пластов;
- герметизация разобщаемого интервала предотвращает прорыв вод по суффозионным каналам.