Способ проведения изоляционных работ в скважине и пакерное оборудование

Способ проведения изоляционных работ в скважине и пакерное оборудование

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для проведения изоляционных и других работ при капитальном ремонте скважин.

Наиболее близким по способу проведения изоляционных работ в скважине, принятый за прототип, является способ изоляции зоны осложнения в скважине (патент RU 2257462 С1 от 21.10.2004). Сущность изобретения: спускают заливочные трубы, оснащенные в нижней части устройством для изоляции кольцевого пространства скважины между обсадной колонной и заливочными трубами и кольцевым фрезером. Через заливочные трубы закачивают цементный раствор на углеводородной основе под давлением. Затем цементный раствор продавливают в зону осложнения. Продавку цементного раствора осуществляют со ступенчатым наращиванием давления до величины, превышающей пластовое давление и последующим ступенчатым сбросом давления. Операции наращивания давления и последующего его сброса повторяют, но с разным темпом наращивания и сбрасывания давления в каждой из операций. Образовавшийся цементный мост в стволе скважины и пакер разбуривают с использованием помещенных в скважине заливочных труб и кольцевого фрезера.

Недостатком известного способа является то, что не обеспечивается возможность выполнять обработку под давлением вышележащего интервала тампонажным или другим материалом, например кислотой, или проводить опрессовку эксплуатационной колонны на герметичность без выдержки времени на отвердевание ранее закаченного материала. При необходимости проведения вышеперечисленных технологических операций требуется время 48-72 часа на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).

Задачей данного изобретения является расширение технологических возможностей при проведении изоляционных работ на скважине. При одном спуске обеспечивается возможность выполнять технологические операции в над- и подпакерном интервалах скважины, не дожидаясь затвердевания тампонажного или другого материала за счет применения дополнительного перекрывающего клапана тарельчатого типа, установленного над пакером разбуриваемым.

Известен пакер разбуриваемый (ПР) для проведения изоляционных работ, принятый за аналог, содержащий корпус, уплотнительные манжеты, якорный узел, отсекающий клапан и механизм запакеровки, выполненный в виде полого штока с поршнем и седлом для отсекающего клапана. Корпус выполнен с посадочным местом для взаимодействия со съемным клапаном, установленным на дне штока срезными винтами (патент RU 2128278 С1 от 27.03.1999).

Аналогом предлагаемого изобретения также является пакер разбуриваемый для герметичного разобщения ствола эксплуатационной колонны ООО «Югсон-Сервис» (патент RU 2296853 С2 от 14.02.2005). Пакер содержит ствол с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, установленные на стволе уплотнительный элемент, верхний и нижний конуса, верхние и нижние захваты, которые связаны с конусами, разрезную гайку, установленную в верхнем конусе, который имеет резьбовую нарезку на внутренней поверхности, и имеющую резьбовую нарезку ствола на внутренней поверхности и резьбовую нарезку конуса на внешней поверхности. Пакер дополнительно снабжен упором, расположенным в нижней части ствола и представляющим собой пробку или пробку с корпусом.

Наиболее близким, принятым за прототип, является пакерное оборудование (патент RU 2344270 С2 от 26.10.2006), включающее разбуриваемый пакер с установленными на трубчатом стволе уплотнительными элементами, противоположно направленными шлипсовыми узлами, фиксатором и обратным клапаном и посадочный инструмент с цилиндром, опирающимся на верхние шлипсы пакера, и трубчатым штоком с поршнями, прикрепленным к обратному клапану пакера. Между цилиндром и трубчатым штоком посадочного инструмента размещается дополнительный поршень со свободой осевого перемещения по ним, опирающийся на конус верхнего шлипсового узла, а фиксатор размещается в этом конусе. Также обратный клапан пакера фиксируется в открытом положении срезным элементом, ниже обратного клапана устанавливается дополнительный клапан, запорный элемент которого размещается выше седла и выполняется в виде шара из упругого материала, например полиуретана.

Аналоги и прототип имеют общие недостатки и в связи с этим ограниченность использования в скважинах из-за отсутствия возможности проверки на герметичность надпакерного интервала скважины, они не позволяют проводить обработку двух интервалов над и под пакером при различных давлениях одним или разного рода материалом и технологические операции в надпакерном интервале без ожидания затвердевания тампонажного или другого материала, закаченного в подпакерный интервал.

А также недостатком известных разбуриваемых пакеров является плохая разбуриваемость из-за вращения деталей при их разрушении вращающимся разрушающим инструментом.

Целью данного изобретения является обеспечение возможности закачки тампонажного или другого материала в два интервала, расположенные в под- и надпакерном пространстве при разных давлениях, улучшение разбуриваемости пакера, а также повышение надёжности соединения-разъединения посадочного инструмента с пакером разбуриваемым (ПР).

Поставленная задача решается тем, что:

- пакер разбуриваемый (ПР) имеет два разделителя, верхний выполнен в виде тарельчатого клапана, включающего корпус, крепящийся к стволу, и подпружиненную тарелку, размещенную в полости гидроцилиндра, а нижний разделитель выполнен в виде пробки, установленной на конце штока инструмента установочного гидравлического, перекрывающей проходное сечение пакера;

- механизм фиксации пакеровки содержит собачки, выполненные в виде разрезанной на секторы втулки, на внутренней поверхности которых имеются зубья для взаимодействия с резьбовой нарезкой наружной поверхности ствола ПР, причем по внешней образующей собачки обжаты эластичной обоймой, например, резиновой;

- между верхним конусом и герметизирующим элементом ПР установлена опорная втулка с двухсторонними пилообразными выступами и впадинами, например шлицами, входящими в ответные пазы верхнего конуса и герметизирующего элемента, нижний торец которого также имеет пилообразные выступы, входящие в ответные пазы нижнего конуса, что исключает вращение элементов пакера при его разбуривании;

- в нижней части штока инструмента установочного гидравлического (ИУГ) установлена втулка с посадочным седлом под бросовый шар, зафиксированная при помощи срезных элементов, причем в месте установки втулки шток имеет радиальные отверстия с расположенными в них шариками, образующими замок между ИУГ и ПР;

- все элементы ПР выполнены из легко разбуриваемых материалов, за исключением бросового шара, срезной втулки и шариков замка, выполненных стальными;

- стальные элементы удерживаются и извлекаются из скважины в корзине, находящейся к нижней части штока ИУГ.

Предлагаемым способом проведения изоляционных работ в скважине и пакерным оборудованием решаются задачи повышения эффективности технологии ремонтно-изоляционных работ за счёт устранения повторных спуско-подъемных операций (СПО) и проведения, при необходимости, операций после цементирования, без ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ), что ведет к уменьшению времени проведения комплекса ремонтных работ, повышению качества изоляционных работ, снижению временных и материальных затрат на разбуривание пакерного оборудования.

Для получения такого технического результата предлагается способ проведения изоляционных работ в скважине, заключающийся в спуске колонны труб с ПР на посадочном инструменте. В процессе спуска трубы самозаполняются скважинной жидкостью через радиальные каналы в корзине инструмента установочного гидравлического (ИУГ). После достижения ПР заданной глубины, в колонну труб бросают шар. Производятся посадка и герметизация ПР. Затем осуществляется закачка требуемого объема материала в подпакерное пространство. По окончании работ производят подъем колонны труб с ИУГ. При подъеме ИУГ пробка, установленная на конце штока ИУГ, закрывает проходной канал ПР снизу. После полного извлечения штока из ПР, закрывается тарельчатый клапан, установленный в верхней части ПР, обеспечивая возможность проведения технологических операций в надпакерной зоне. Затем, при необходимости, производится обработка под давлением вышележащего интервала материалом или проводится опрессовка эксплуатационной колонны на герметичность без выдержки времени на ОЗЦ, причем не зависимо от направления и величины перепада давления в над- и подпакерной зонах.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 изображено устройство пакерного оборудования в исходном транспортном положении.

На фиг.2 представлено пакерное оборудование в рабочем положении (запакерованном) в процессе закачки материала под давлением в нижний интервал.

На фиг.3 изображено пакерное оборудование в процессе закачки материала в верхний интервал без воздействия на нижний интервал.

Пакерное оборудование для проведения изоляционных работ в скважине состоит из пакера разбуриваемого (ПР) и инструмента установочного гидравлического (ИУГ).

Пакер разбуриваемый (фиг.1) состоит из ствола 1 с насечками 2 на его наружной поверхности, герметизирующего элемента 3, нижних и верхних разрывных плашек 4, 5 и конусов 6, 7. В нижней части ствола закреплена опора 8, на которую опираются нижние разрывные плашки 4, в пазы которых вставлены противоположно направленные зубья 9. Нижние и верхние плашки от самопроизвольного срабатывания крепятся срезными элементами 10, 11 к нижнему и верхнему конусу соответственно. Верхний торец нижнего конуса 6 выполнен с пилообразными выступами и впадинами 12, например шлицами, взаимодействующими с ответными пазами герметизирующего элемента 3. Между герметизирующим элементом 3 и верхним конусом 7 установлена опорная втулка 13 с двухсторонними пилообразными выступами и впадинами. Нижний торец втулки 13 входит в зацепление с герметизирующим элементом 3, а верхний торец - с пазами на верхнем конусе 7. Механизм фиксации пакеровки представляет собой зубчатый механизм прерывистого движения, позволяющий элементам пакера, а именно нижнему конусу 6, герметизирующему элементу 3, втулке 13, верхнему конусу 7 двигаться относительно ствола пакера 1 в одном направлении и не позволяет двигаться в другом. Механизм фиксации пакеровки содержит собачки 14, опирающиеся на втулку 13 и установленные внутри верхнего конуса 7. Собачки 14 выполнены в виде разрезанной на секторы втулки. На внутренней поверхности собачек 14 имеются зубья, входящие в зацепление с резьбовой нарезкой 2 на стволе ПР. Насечки имеют форму несимметричных зубьев, имеющих упор с одной стороны. Движение ствола пакера 1 относительно штока ИУГ ограничивается собачками 14, которые прижимаются к стволу эластичной обоймой 15.

В верхней части ствола пакера 1 установлен тарельчатый клапан 16. Тарелка 16 подпружинена для закрытия клапана и перекрытия проходного сечения ПР.

Инструмент установочный гидравлический состоит из гидроцилиндра 17 и штока 18. Шток 18 в верхней части имеет отверстия 19 для сообщения трубного пространства с полостью А, образованной между гидроцилиндром 17 и штоком 18. В нижней части шток 18 выполнен в виде корзины 20 с радиальными переточными отверстиями 21. К торцу корзины 20 прикреплена при помощи срезных элементов 22 пробка 23.

Соединение ПР и ИУГ разъемное, осуществляемое при помощи замка в виде шариков 24, установленных в радиальные отверстия на штоке 18. Отверстия выполнены сквозными в нижней части штока 18 над корзиной 20. Шарики 24 упираются в нижний торец ствола 1 и опору 8, а от выпадения удерживаются срезной втулкой с посадочным седлом 25 под бросовый шар 26. Втулка 25 зафиксирована в штоке 18 при помощи срезных элементов 27. Все элементы ПР выполнены из легкоразбуриваемых материалов, например дюралюминия, исключение составляют бросовый шар 26, срезная втулка 25 и шарики замка 24, выполненные стальными. Данные элементы ПР 26-24 не разбуриваются, а извлекаются из скважины в корзине 20, находящейся в нижней части штока ИУГ.

Пакер разбуриваемый работает следующим образом.

Спускают колонну труб с ПР в транспортном положении (фиг.1). В процессе спуска трубы самозаполняются скважинной жидкостью через радиальные переточные отверстия 21 в корзине 20. После достижения ПР заданной глубины в колонну труб бросают шар 26. При создании трубного давления шар 26 закрывает седло 25, жидкость попадает через отверстия 19 в полость А, образованную между гидроцилиндром 17 и штоком 18 и перемещает гидроцилиндр 17 вниз, затем через верхние разрывные плашки 5, верхний конус 7 и герметизирующий элемент 3 движение передается на нижний конус 6. Причём зубья собачек 14 под действием движения конуса 7 перемещаются по резьбовой нарезке 2 ствола пакера 1, как только зуб достигает крайнего положения по насечке, происходит перещёлкивание на более нижнюю насечку. Обойма 15, выполненная эластичной, например резиновой, обеспечивает плотное прижатие собачек 14 к стволу пакера 1. При определенном расчетном давлении происходят срез нижних срезных элементов 10 и срабатывание нижних разрывных плашек 4. Герметизирующий элемент 3, деформируясь, перекрывает кольцевое межтрубное пространство, затем происходят срез верхних срезных элементов 11 и срабатывание верхних разрывных плашек 5. При дальнейшем повышении давления разрушаются срезные элементы 27, удерживающие седло 25 в штоке 18. Седло 25, шар 26 и шарики 24 падают в корзину 20 на конце штока 18, открывая канал для закачки материала в пласт через радиальные переточные отверстия 21. Производятся запланированные технологические операции в подпакерном пространстве (фиг.2). По окончании работ при подъеме колонны труб с ИУГ пробка 23 закрывает канал ПР снизу (фиг.3). После извлечения ИУГ из ПР закрывается тарельчатый клапан 16, тем самым обеспечивая удержание перепада давления на пакер сверху. Затем, при необходимости обработки надпакерного интервала, производятся подъём ИУГ на трубах до заданной глубины и проведение работ по закачке материала в вышележащий интервал (фиг.3). Также, при необходимости, имеется возможность спрессовать эксплуатационную колонну на герметичность без выдержки времени на отвердевание ранее закаченного материала.

По окончании процесса изоляционных работ производится подъем колонны труб вместе с ИУГ из скважины.

Практика промыслового применения показывает, что технико-экономический эффект предлагаемого изобретения заключается в обеспечении возможности закачки материала в два интервала, расположенные над и под пакером, независимо от направления и величины перепада давления, а также существенном улучшении разбуриваемости пакера, что ведёт к уменьшению времени проведения ремонтных работ, повышению качества и снижению затрат на изоляционные работы.

1. Способ проведения изоляционных работ в скважине, включающий спуск колонны труб с пакером разбуриваемым на посадочном инструменте и установку его в заданном интервале, закачку цементного раствора через трубы в подпакерное пространство, расстыковку и подъем инструмента посадочного, ожидание затвердевания цемента, разбуривание пакера и образовавшегося цементного моста в стволе скважины, отличающийся тем, что после обработки под давлением подпакерного пространства материалом, инструмент установочный гидравлический извлекается из пакера разбуриваемого и производится обработка под давлением вышележащего интервала или проводится опрессовка эксплуатационной колонны на герметичность без выдержки времени на отвердевание ранее закаченного материала, причем независимо от направления и величины перепада давления в над и подпакерной зонах.

2. Пакерное оборудование для проведения изоляционных работ, включающее пакер разбуриваемый, содержащий ствол с резьбовой нарезкой на наружной поверхности, герметизирующий элемент, верхние и нижние разрывные плашки, отсекающий клапан, механизм фиксации пакеровки и инструмент посадочный гидравлический с цилиндром, поршнем, штоком, стопорным узлом, обратным клапаном, отличающееся тем, что пакер разбуриваемый в верхней и нижней части имеет два разделителя, верхний выполнен в виде тарельчатого клапана, удерживающего перепад давления сверху при извлечении инструмента установочного гидравлического из пакера разбуриваемого, включающего корпус, крепящийся к стволу и подпружиненную тарелку, размещенную в полости гидроцилиндра, а нижний в виде пробки, установленной на конце штока инструмента установочного гидравлического, перекрывающей проходное сечение пакера разбуриваемого и удерживающая перепад давления снизу; механизм фиксации пакеровки содержит собачки, выполненные в виде разрезанной на секторы втулки, на внутренней поверхности которых имеются зубья для взаимодействия с резьбовой нарезкой наружной поверхности ствола пакера разбуриваемого, причем по внешней образующей собачки обжаты эластичной обоймой, между верхним конусом и герметизирующим элементом пакера разбуриваемого установлена опорная втулка с двухсторонними пилообразными выступами и впадинами, например шлицами, входящими в ответные пазы верхнего конуса и герметизирующего элемента, нижний торец которого также имеет пилообразные выступы, входящие в ответные пазы нижнего конуса, также в нижней части штока инструмента установочного гидравлического установлена втулка с посадочным седлом под бросовый шар, зафиксированная при помощи срезных элементов, причем в месте установки втулки шток имеет радиальные отверстия с расположенными в них шариками, образующими замок между инструментом установочным гидравлическим и пакером разбуриваемым.

3. Пакерное оборудование по п.2, отличающееся тем, что все элементы пакера разбуриваемого выполнены из легко разбуриваемых материалов, за исключением бросового шара, срезной втулки и шариков замка, выполненных стальными, причем стальные элементы удерживаются и извлекаются из скважины в корзине, находящейся в нижней части штока инструмента установочного гидравлического.