Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНЕ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине при раздельной закачке в них различных реагентов.

Известно устройство для обработки пластов в скважине (патент RU №2282017, МПК Е21В 33/12, опубл. в бюл. №23 от 20.08.2006 г.), содержащее пакер, включающий проходной корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с радиальными каналами и внутренней цилиндрической выборкой, золотник с двумя рядами радиальных каналов, разделенных поперечной глухой перегородкой и вставленный в ствол, установленную внутри золотника втулку с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта, при этом верхний ряд радиальных каналов золотника находится напротив радиальных каналов ствола, а ствол, золотник и втулка соединены между собой дифференциальными срезными элементами, причем перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов золотника сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство насосно-компрессорных труб (НКТ) с внутренним пространством корпуса пакера, при этом устройство выше разобщителя на расстоянии от пакера, превышающем толщину верхнего пласта, снабжено дополнительным пакером, состоящим из цилиндра сверху и дополнительной эластичной манжеты, установленной на соединенном с разобщителем посредством муфты полом основании, с которым вверху жестко соединен поршень, и жестко связанного с колонной насосно-компрессорных труб цилиндра, в который телескопически установлен поршень с возможностью осевого перемещения вверх, образующего с поршнем полость, гидравлически соединенную с внутренним пространством насосно-компрессорных труб, причем цилиндр выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной эластичной манжетой.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей;

- во-вторых, сложность и дороговизна изготовления как самого устройства, так и проточек на наружной поверхности проходного корпуса пакера;

- в-третьих, ограниченное кольцевое пространство разобщителя между стволом и золотником, в связи с чем через данное кольцевое пространство невозможно закачать высоковязкий химический состав.

Также известно устройство для обработки пластов в скважине (патент RU №2282710, МПК Е21В 33/12, опубл. в бюл. №24 от 27.08.2006 г.), содержащее пакер, включающий проходной корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с радиальными каналами и внутренней цилиндрической выборкой, вставленный в ствол золотник с двумя рядами радиальных каналов, разделенных поперечной глухой перегородкой, установленную внутри золотника втулку с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта, при этом верхний ряд радиальных каналов золотника находится напротив радиальных каналов ствола, а ствол, золотник и втулка соединены между собой дифференциальными срезными элементами, причем перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов золотника сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство насосно-компрессорных труб с внутренним пространством корпуса пакера, при этом устройство выше разобщителя на расстоянии от пакера, превышающем толщину верхнего пласта, снабжено дополнительным пакером, состоящим из верхнего упора с цилиндрическим сужением, нижнего упора и дополнительной эластичной манжеты, установленной на цилиндрическом сужении верхнего упора, который телескопически установлен с возможностью осевого перемещения вниз в нижний упор, относительно которого зафиксирован срезным элементом, при этом нижний упор выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной эластичной манжетой, верхний упор снабжен гидравлическими якорями, поджатыми внутрь и взаимодействующими с обсадной колонной под давлением, создаваемым во внутреннем пространстве насосно-компрессорных труб.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей;

- во-вторых, сложность и дороговизна изготовления как самого устройства, так и проточек на наружной поверхности проходного корпуса пакера;

- в-третьих, ограниченное кольцевое пространство разобщителя между стволом и золотником, в связи с чем через данное кольцевое пространство невозможно закачать высоковязкий химический состав.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для обработки пластов в скважине (патент RU №2234589, МПК Е21В 33/12, опубл. в бюл. №23 от 20.08.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус, обойму со шлипсами и штифтом, причем штифт установлен в фигурный паз и имеет возможность перемещения по траектории фигурного паза 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 вовнутрь устройства перед обработкой второго пласта.

Недостатками конструкции данного устройства, которые выявлены на основе опыта его практического применения на протяжении 8 лет, являются:

- во-первых, оно не позволяет производить обработку пластов с применением вязких химических составов, таких как гель, водонабухающий полимер (ВНП) и т.д., это происходит вследствие такого недостатка конструкции, как небольшое кольцевое пространство разобщителя между стволом и золотником, поэтому данное кольцевое пространство забивается высоковязким химическим составом и далее не продавливается, в связи с чем устройство в дальнейшем не выполняет свои функции, что сужает технологические возможности работы устройства;

- во-вторых, снаружи на корпусе пакера по всему периметру выполнено большое количество проточек, что приводит к увеличению затрат на изготовление данного устройства, а также большое количество колец, а именно: опорное, промежуточное и нижнее кольца, жестко соединенные со стволом разобщителя, все это в целом значительно увеличивает стоимость самого устройства;

- в-третьих, на нижнем конце ствола разобщителя выполнены две резьбы: первая - снаружи, в которую ввернута верхняя опора пакера, а вторая резьба выполнена изнутри ствола и в нее ввернуто нижнее кольцо, поэтому нижняя часть ствола является местом концентрации напряжения растяжения-сжатия и, как показал практический опыт, резьба между верхней опорой пакера и стволом разобщителя вытягивается (не заворачивается калибр) после максимум пяти спуско-подъемных операций устройства, после чего требуется замена ствола разобщителя, поэтому значительно снижает долговечность работы устройства;

- в-четвертых, низкая надежность работы устройства, связанная с тем, что в процессе спуска устройства в скважину и в процессе обработки нижнего пласта возможно отложение грязи, осадков в кольцевом пространстве между золотником и стволом разобщителя, вследствие чего при последующем перемещении золотника относительно ствола стопорное кольцо может не зафиксироваться в кольцевой проточке ствола разобщителя, так как оно выполнено слишком низко. В результате невозможно герметично отсечь нижний пласт и работать с верхним пластом.

Задачами изобретения являются повышение долговечности и надежности работы устройства, расширение технологических возможностей работы устройства, а также снижение стоимости его изготовления.

Поставленная задача решается устройством для обработки пластов в скважине, содержащим пакер, включающий проходной в осевом направлении корпус с фигурным пазом на наружной поверхности, обойму со штифтом и шлипсами, причем штифт установлен в фигурный паз и имеет возможность перемещения по траектории фигурного паза, и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с верхней и нижней резьбой, и золотник, расположенный внутри ствола и соединенный с ним срезными элементами, золотник снабжен конусной расточкой, в которой установлено стопорное кольцо, взаимодействующее с кольцевой проточкой, расположенной в нижней части ствола, и посадочным седлом для шара, сбрасываемого вовнутрь устройства перед обработкой второго пласта, и нижнее кольцо, навернутое на нижнюю резьбу ствола.

Новым является то, что фигурный паз на наружной поверхности проходного корпуса пакера выполнен в виде поперечной и продольной проточек, расположенных перпендикулярно друг к другу и соединенных между собой в нижней части продольной проточки, причем снизу золотник снабжен осевым центральным отверстием, а нижнее кольцо выполнено в виде крышки, навернутой на нижнюю резьбу ствола разобщителя, причем снизу крышка снабжена наружной резьбой для соединения с корпусом проходного пакера, а по центру крышка снабжена жесткозакрепленным на ней стержнем, направленным в сторону золотника, а также осевыми отверстиями по окружности, причем пропускная способность этих отверстий больше пропускной способности центрального отверстия золотника, а стержень имеет возможность герметичного взаимодействия с осевым центральным отверстием золотника, после посадки шара на седло золотника и осевого перемещения золотника относительно ствола разобщителя, а кольцевая проточка ствола, взаимодействующая со стопорным кольцом, выполнена в виде кольцевых насечек, направленных противоположно стопорному кольцу.

На фиг.1 изображена нижняя часть предлагаемого устройства в продольном разрезе.

На фиг.2 - развертка формы и направления фигурного паза корпуса пакера.

На фиг.3 - изображена верхняя часть предлагаемого устройства в продольном разрезе.

На фиг.4 - изображен золотник в зафиксированном относительно ствола нижнем положении.

Устройство состоит из пакера и разобщителя.

Пакер содержит проходной корпус 1 (фиг.1) с фигурным пазом 2 на наружной поверхности (фиг.1). Фигурный паз 2 (фиг.2) на наружной поверхности проходного корпуса 1 пакера выполнен в виде продольной 3 и поперечной 3' проточек, расположенных перпендикулярно друг к другу и соединенных между собой в нижней части продольной проточки 3, поэтому в сравнении с прототипом уменьшается количество проточек фигурного паза и, как следствие, снижается стоимость изготовления устройства.

На корпусе 1 (фиг.1) с возможностью осевого перемещения установлена обойма 4, связанная снизу с кольцом 5, соединенным с направляющим штифтом 6, размещенным в поперечной проточке 3' фигурного паза 2. В верхней части обоймы 4 установлены подпружиненные шлипсы 7 со стопорным элементом 7'. На корпусе 1 находится нижняя опора 8, эластичная манжета 9 и верхняя опора 10, жестко соединенная с корпусом 1 пакера. Длина поперечной проточки 3' фигурного паза 2 соответствует длине развертки проходного корпуса 1 под углом 180°. Длина продольной проточки 3 соответствует высоте перемещений колонны НКТ 26 во время проведения спуско-подъемных операций плюс 0,5 метра.

С верхней опорой 10 пакера соединен ствол 11 (фиг.3) разобщителя, снабженный радиальными каналами 12. Внутри ствола 11 напротив радиальных каналов 12 установлен золотник 13, соединенный со стволом срезными элементами 14 и имеющий на наружной поверхности конусную расточку 15, в которой находится стопорное кольцо 16. В верхней части золотника расположено посадочное седло 17.

Снизу золотник снабжен осевым центральным отверстием 18. Нижнее кольцо выполнено в виде крышки 19, навернутой на нижнюю резьбу 20 ствола 11 разобщителя.

Снизу крышка 19 снабжена наружной резьбой 21 (фиг.1) для соединения с проходным корпусом 1 пакера.

Увеличивается долговечность предлагаемого устройства, так как резьбы разнесены по высоте нижнего кольца, выполненного в виде крышки 19. По центру крышка 19 (фиг.3) снабжена жесткозакрепленным на ней стержнем 22, направленным в сторону золотника 13, а также осевыми отверстиями 23 по окружности.

Количество отверстий 23 выбирают с условием, чтобы пропускная способность (Q₁) отверстий 23 была больше пропускной способности (Q₂) центрального отверстия 18 золотника 13 (Q₁>Q₂), что позволяет производить закачку вязких химических реагентов, например, водонабухающего полимера (ВНП). Пропускная способность (Q₁) центрального отверстия 18 золотника 13 определяется размерами его поперечного сечения, которое определяется опытным путем исходя из предполагаемой вязкости закачиваемого химического реагента.

В сравнении с прототипом за счет исключения кольцевого пространства между золотником и стволом разобщителя из конструкции устройства увеличивается пропускная способность устройства и оно позволяет за один спуск оборудования произвести как обработку, так и их очистку двух пластов высоковязкими составами.

Стержень 22 имеет возможность герметичного взаимодействия с осевым центральным отверстием 18 золотника 13, после посадки шара 24 на посадочное седло 17 золотника 13 и осевого перемещения золотника 13 вниз относительно ствола 11 разобщителя. В нижней части ствола 11 кольцевая проточка, взаимодействующая со стопорным кольцом 16, выполнена в виде кольцевых насечек 25 противоположного направления стопорному кольцу 16 (см. фиг.4), что обеспечивает надежную фиксацию золотника относительно ствола разобщителя.

С целью исключения несанкционированных перетоков жидкости сопрягаемые поверхности золотника 13 (см. фиг.3) снабжены уплотнительными элементами (на фиг.1-4 не показано).

Устройство работает следующим образом.

Устройство в собранном виде на колонне НКТ 26 (фиг.3) спускают в скважину на необходимую глубину и устанавливают между пластами, которые необходимо обработать. Затем устройство сначала поворачивают по направлению часовой стрелки на угол 180°, а затем опускают на 1,0 м.

В результате этого штифт 6 (фиг.2) из поперечной проточки 3' фигурного паза 2 перемещается в продольную проточку 3 (перед спуском устройства в скважину штифт 6 устанавливают в крайней левой нижней части поперечной проточки 3' фигурного паза 2 (как показано на фиг.2). Колонну НКТ 26 (фиг.3) опускают вниз, при этом детали 4, 5, 6, 7, 7 остаются на месте, т.к. пружины 27 прижимают гладкую часть шлипсов 7 к стенкам обсадной колонны (не показана), а детали 1, 8, 9, 10 и детали разобщителя двигаются вниз до тех пор, пока конусная часть нижней опоры 8 не упрется в шлипсы 7. Под действием веса НКТ шлипсы 7 расходятся в радиальном направлении до соприкосновения их зубчатой части с обсадной колонной, а эластичная манжета 9 под действием нагрузки сжимается, надежно перекрывая заколонное пространство скважины.

После этого приступают к обработке нижнего пласта. Для этого реагент по НКТ 26 через центральное отверстие 18 (фиг.3) золотника 13, осевые отверстия 23 крышки 19 и внутреннее пространство 28 (фиг.1) проходного корпус 1 пакера закачивают в нижний пласт и оставляют на реакцию. После выдержки проводят свабирование путем снижения уровня, при этом срезные элементы 14 (фиг.3) неподвижно фиксируют золотник 13 относительно ствола 11 разобщителя.

Затем приступают к обработке верхнего пласта. Для этого вовнутрь НКТ 26 (фиг.3) бросают шар 24, который садится на седло 17 и перекрывает центральное отверстие 18 золотника 13. В колонне НКТ повышают давление, в результате чего под давлением, например 6 МПа, срезные элементы 14 разрушаются, золотник 13 перемещается вниз относительно ствола 11 разобщителя. Стопорное кольцо 16 (см. фиг.4) входит в кольцевые насечки 25 ствола 11 и по ним перемещается вниз до взаимодействия нижнего торца (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) золотника 13 (см. фиг.3) с крышкой 19 и фиксируется в нижнем положении (см. фиг.4), при этом открываются радиальные каналы 12. После этого по колонне НКТ 26 (см. фиг.3) через радиальные каналы 12 ствола 11 разобщителя производят закачку реагента в верхний пласт и оставляют на реакцию. После выдержки также, как и в нижнем пласте, производят свабирование путем снижения уровня, при этом перемещение золотника 13 относительно ствола 11 разобщителя исключается благодаря фиксации стопорного кольца 16 в кольцевых насечках 25 ствола 11 разобщителя.

После обработки второго пласта колонну НКТ 26 поднимают вверх на 1,0 м и поворачивают против часовой стрелки на угол 180°, при этом корпус 1 пакера также поднимается вверх, нижняя опора 8 выходит из зацепления со шлипсами 7, нагрузка на эластичную манжету 9 снимается, и она принимает первоначальное положение, а устройство получает транспортное положение и может быть переведено в другой интервал скважины или поднято на поверхность.

Предлагаемое устройство повышает долговечность и надежность работы устройства, имеет расширенные технологические возможности работы, при этом снижается стоимость изготовления устройства.