Устройство для обработки и сохранения коллекторских свойств пласта

Устройство для обработки и сохранения коллекторских свойств пласта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение 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 Е21В 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 Е21В 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 отсечь 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 (очистке 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, а это требует привлечения насосного агрегата и дополнительной технологической жидкости для заполнения колонны труб. Кроме того, у прототипа необходимо строгое соблюдение вышеуказанной зависимости и конструктивных размеров, нарушение которых может привести устройство в нерабочее состояние.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и упрощение технологии его применения.

Поставленная задача решается устройством для обработки и сохранения коллекторских свойств пласта, содержащим 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 соответственно верхними и нижними подпружиненными от стакана центраторами и выполненные 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, а ствол снизу оснащен внутренней цилиндрической выборкой, причем золотник выше посадочного седла оснащен ловильной головкой с радиальными каналами, а снизу - пружинным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с внутренней цилиндрической выборкой ствола, при этом клапан изготовлен в виде подпружиненной поворотной пластины, выполненной с возможностью взаимодействия с нижним концом золотника и перекрытия проходного канала ствола при извлечении золотника из ствола, который сверху соединен срезным элементом с колонной труб.

На фиг.1 изображено предлагаемой устройство в продольном разрезе.

На фиг.2 изображена развертка пазов.

Устройство для обработки и сохранения коллекторских свойств пласта 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 соответственно 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 снизу оснащен внутренней цилиндрической выборкой 24.

Золотник 4 выше посадочного седла 5 оснащен ловильной головкой 25 с радиальными каналами 26. Снизу золотник 4 оснащен пружинным кольцом 27, выполненным с возможностью взаимодействия с внутренней цилиндрической выборкой 24 ствола 2.

Клапан 3 изготовлен в виде подпружиненной поворотной пластины, выполненной с возможностью взаимодействия с нижним концом золотника 4 и перекрытия проходного канала ствола 2 при извлечении золотника 4 из ствола 2. Ствол 2 сверху соединен срезным элементом 28 с колонной труб 29. Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 30.

Устройство работает следующим образом.

На устье скважины (не показано) палец 13 стакана 12 размещают в коротком продольном пазу 18 (см. фиг.2) - транспортное положение, затем устройство (см. фиг.1) на колонне труб 29 спускают в скважину.

В процессе спуска устройства находящаяся в скважине жидкость перепускается снизу вверх, поступая снизу во внутрь золотника 4, приподнимая шар 6 с посадочного седла 5 через радиальные каналы 26 ловильной головки 25 и далее в колонну труб 29, а центрируется устройство относительно оси скважины (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 29 на длину, большую длины короткого продольного паза 18 (см. фиг.2), а затем поворачивают по часовой стрелке колонну труб 29 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 28, 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 (не показано) скважины. В результате проделанных операций 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 29 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, вследствие чего нижние 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 29, и при достижении расчетной нагрузки разрушения срезных элементов 28 (примерно 50-60 кН, фиксируемого на устье скважины по индикатору веса) последние разрушаются, вследствие чего колонна труб 29 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) (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, прижаты к внутренним стенкам скважины. Устройство также может использоваться для одновременной эксплуатации верхнего и нижнего пластов.

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. Вследствие чего все детали устройства, 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.

По окончании работ с верхним пластом и при необходимости проведения обработки (депрессионной очистки) нижнего пласта (не показано) в скважину на канате или колонне труб спускают ловильный инструмент (не показано) с наружным захватом и производят захват золотника 4 за ловильную головку 25. Производят натяжку ловильного инструмента вверх, при этом золотник 4 и находящееся на его наружной поверхности пружинное кольцо 27 по внутренней цилиндрической проточке 24 ствола 2 перемещаются вверх. Пружинное кольцо 27, достигнув верхнего конца внутренней цилиндрической проточки 24, сжимается и в сжатом состоянии скользит по внутренней поверхности ствола 2, при этом клапан 3, изготовленный в виде подпружиненной поворотной пластины, поворачивается и вступает во взаимодействие с нижним концом золотника 4, герметично перекрывая проходной канал ствола 2. Ловильный инструмент продолжают тянуть вверх, и в определенный момент золотник 4 освобождается от ствола 2 устройства и извлекается на поверхность. Нижний пласт остается герметично отсеченным от верхнего, вследствие чего можно работать с верхним пластом (эксплуатировать, свабировать), кроме того, возможна одновременная закачка реагентов в оба пласта. При необходимости возможна установка золотника в исходное положение.

При необходимости извлечения устройства в скважину на колонне труб спускают ловильный инструмент (например, труболовку с наружным захватом, 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 вследствие 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.

Устройство для обработки и сохранения коллекторских свойств пласта, содержащее 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, отличающееся тем, 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 соответственно верхними и нижними подпружиненными от стакана центраторами и выполненные 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, а ствол снизу оснащен внутренней цилиндрической выборкой, причем золотник выше посадочного седла оснащен ловильной головкой с радиальными каналами, а снизу - пружинным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с внутренней цилиндрической выборкой ствола, при этом клапан изготовлен в виде подпружиненной поворотной пластины, выполненной с возможностью взаимодействия с нижним концом золотника и перекрытия проходного канала ствола при извлечении золотника из ствола, который сверху соединен срезным элементом с колонной труб.