Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСВОЕНИЯ ПЛАСТА СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при освоении скважины в процессе ее эксплуатации с целью повышения продуктивности скважины.

Известно устройство для освоения пласта скважины свабированием (патент RU №2432457, МПК E21B 43/25, опубл. 27.10.2011 г. в бюл. №30), включающее сваб, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с ограничителем хода сваба и фильтром для сообщения с пластом, пакер, установленный выше пласта, отличающееся тем, что колонна НКТ выше пакера, но ниже ограничителя хода сваба оснащена рядом сквозных отверстий, в начальном положении герметично перекрытых полой втулкой, зафиксированной срезным элементом относительно колонны НКТ и снабженной подпружиненным вниз клапаном, при этом полая втулка имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз под действием создаваемого избыточного давления в колонне НКТ до упора во внутреннюю кольцевую выборку колонны НКТ, с последующей фиксацией пружинным разрезным стопорным кольцом за верхний торец полой втулки и сообщения внутреннего пространства колонны НКТ с надпакерной зоной, при этом сваб оснащен предохранительным клапаном, подпружиненным вверх и с возможностью открытия при усилии 80-90% от критически допустимого усилия.

Недостатки данного устройства:

- во-первых, низкое качество работы устройства, связанное с тем, что освоение пласта скважины осуществляется свабированием по колонне НКТ с пакером, что вызывает глубокую депрессию на осваиваемый пласт, при этом может разрушительно воздействовать на крепь скважины из-за резкого снижения давления на забое, а это может вызвать заколонные перетоки и потерю герметичности эксплуатационной колонны скважины;

- во-вторых, низкая надежность герметизации пакера в скважине, связанная с негерметичной посадкой пакера в запарафиненных скважинах, вследствие скольжения пакера по внутренней запарафиненной стенке скважины, наличие овальности эксплуатационной колонны скважины, а также при недостаточном весе колонны, особенно при освоении пластов на небольших глубинах (700-800 м);

- в-третьих, ограниченные функциональные возможности пакера, связанные с невозможностью спуска колонны НКТ с пакером для освоения пласта в скважину с суженной эксплуатационной колонной ввиду ограничения по наружному диаметру пакера, а также невозможностью освоения пласта в открытом столе скважины;

- в-четвертых, высокая металлоемкость конструкции устройства, связанная с необходимостью опоры фильтра на забой скважины;

- в-пятых, высокая вероятность обрыва каната, тянущего сваб, при отказе в работе предохранительного клапана и, как следствие, возникновение осложнений в скважине.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для освоения пласта скважины свабированием (патент RU №2432456, МПК E21B 43/25, опубл. 27.10.2011 г. в бюл. №30), включающее сваб, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с ограничителем хода сваба и заглушенным фильтром для сообщения с пластом, пакер, установленный выше пласта, при этом колонна НКТ оснащена снизу наконечником, а фильтр - сверху насадкой с внутренней цилиндрической полостью, причем наконечник вставлен в насадку, от которой подпружинен вверх с возможностью продольного ограниченного перемещения, при этом наконечник оснащен верхним и нижним рядами отверстий, изнутри разобщенных перегородкой и выполненных с возможностью сообщения при перемещении наконечника вниз относительно насадки фильтра через внутреннюю цилиндрическую полость насадки, причем выше наконечника и пакера, но ниже ограничителя хода сваба в колонне НКТ установлен сбивной клапан для сообщения колонны НКТ с надпакерной зоной после сброса сбивающего элемента, при этом сваб оснащен предохранительным клапаном, подпружиненным вверх и с возможностью открытия при усилии 80-90% от критически допустимого усилия.

Недостатки данного устройства:

- во-первых, низкое качество работы устройства, связанное с тем, что освоение пласта скважины осуществляется свабированием по колонне НКТ с пакером, что вызывает глубокую депрессию на осваиваемый пласт, при этом может разрушительно воздействовать на крепь скважины из-за резкого снижения давления на забое, а это может вызвать заколонные перетоки и потерю герметичности эксплуатационной колонны скважины;

- во-вторых, низкая надежность герметизации устройства в скважине, связанная с негерметичной посадкой пакера в запарафиненных скважинах, вследствие скольжения пакера по внутренней запарафиненной стенке скважины, наличие овальности эксплуатационной колонны скважины, а также при недостаточном весе колонны, особенно при освоении пластов на небольших глубинах (700-800 м);

- в-третьих, ограниченные функциональные возможности пакера, связанные с невозможностью спуска колонны НКТ с пакером для освоения пласта в скважину с суженной эксплуатационной колонной ввиду ограничения по наружному диаметру пакера, а также невозможностью освоения пласта в открытом столе скважины;

- в-четвертых, высокая вероятность обрыва каната, тянущего сваб, при отказе в работе предохранительного клапана.

Технической задачей изобретения является повышение качества работы устройства за счет исключения разрушительно воздействовать на крепь скважины, повышение надежности герметизации и расширения функциональных возможностей за счет усовершенствования конструкции пакера и исключение обрыва каната, тянущего сваб.

Поставленная техническая задача решается устройством для освоения пласта скважины, включающим колонну насосно-компрессорных труб с пакером, установленным выше пласта, и фильтр, заглушенный снизу для сообщения с пластом, фильтр оснащен сверху насадкой с внутренней цилиндрической полостью, наконечник с рядом отверстий, причем наконечник вставлен сверху в насадку, от которой подпружинен пружиной вверх.

Новым является то, что снизу наконечник оснащен седлом, на котором размещен шар, а пакер выполнен в виде надувного резинового элемента с гидравлической камерой, соединенной осевым каналом, выполненным в насадке с ее внутренней цилиндрической полостью, причем в исходном положении ряд отверстий наконечника расположен напротив внутренней цилиндрической полости насадки и сообщается с внутренним пространством колонны насосно-компрессорных труб, при этом сверху на наконечник телескопически установлен полый корпус, жестко соединенный сверху с колонной насосно-компрессорных труб, полый корпус зафиксирован относительно наконечника в исходном положении срезным элементом, а в рабочем положении наконечник имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз относительно полого корпуса и насадки, сжатия пружины, фиксации полого наконечника относительно насадки, герметичного отсечения ряда отверстий наконечника внутренней поверхностью насадки, при этом колонна насосно-компрессорных труб выше полого корпуса оснащена штанговым глубинным насосом.

На фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство для освоения пласта в исходном положении.

На фиг.2 схематично изображено предлагаемое устройство для освоения пласта в рабочем положении.

Устройство для освоения пласта 1 включает спущенную в скважину 2 колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 3 с пакером 4, установленным выше пласта 1 на 5-10 м, и фильтр 5, заглушенный снизу для сообщения с пластом 2.

Фильтр 5 оснащен сверху насадкой 6 с внутренней цилиндрической полостью 7. Также устройство снабжено наконечником 8 с рядом отверстий 9.

Наконечник 8 вставлен сверху в насадку 6, от которой подпружинен пружиной 10 вверх.

Снизу наконечник 8 оснащен седлом 11, на котором размещен шар 12.

Пакер 4 выполнен в виде надувного резинового элемента 13 с гидравлической камерой 14, соединенной осевым каналом 15, выполненным в насадке 6 с ее внутренней цилиндрической полостью 7.

В исходном положении ряд отверстий 9 наконечника 8 расположен напротив внутренней цилиндрической полости 7 насадки 6 и сообщается с внутренним пространством 16 колонны НКТ 3.

Сверху на наконечник 8 телескопически установлен полый корпус 16, жестко соединенный сверху с колонной НКТ 3. Полый корпус 16 зафиксирован относительно наконечника 8 в исходном положении срезным элементом 17.

В рабочем положении наконечник 8 имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз на длину - a=b, например равную 0,4 м, относительно полого корпуса 16 и насадки 6 соответственно, сжатия пружины 10, фиксации наконечника 8 относительно насадки 6 и герметичного отсечения ряда отверстия 9 наконечника 8 внутренней поверхностью 18 насадки 6.

Для фиксации наконечника 8 относительно насадки 6 полый корпус 16 оснащен кольцевой выборкой 19, в которой размещено разрезное пружинное стопорное кольцо 20, а наконечник 8 снабжен наружной кольцевой выборкой 21.

Несанкционированные перетоки жидкости в процессе работы устройства исключаются уплотнительными кольцами 22.

Устройство работает следующим образом.

Перед освоением пласта 1 скважины 2, например после проведения кислотной обработки призабойной зоны пласта 1, подбирают типоразмер спускаемого для освоения штангового глубинного насоса, например, марки 25-150 RHAM с диаметром плунжера равным 38 мм.

Далее устройство монтируют в скважине 2 (см. фиг.1), при этом в процессе спуска колонны НКТ 3 в ее состав выше устройства устанавливают цилиндр 20 вставного штангового глубинного насоса, при этом пакер 4 в скважине 1 размещают на 5-10 м выше кровли пласта 1.

На устье скважины 2 обвязывают верхний конец колонны насосно-компрессорных труб 3 с нагнетательной линией насосного агрегата, например цементировочного агрегата ЦА-320 (не показано).

Производят закачку технологической жидкости, например пресной воды, плотностью 1000 кг/м³ в колонну НКТ 3 (см. фиг.1).

Технологическая жидкость по колонне НКТ 3 под давлением через внутренние пространства полого корпуса 16 и наконечника 8 сквозь ряд отверстий 9 наконечника 8 и внутреннюю цилиндрическую полость 7 через осевой канал 15 поступает в гидравлическую камеру 14 надувного резинового элемента 13 пакера 4, при этом шар 12 герметично сидит на седле 11 наконечника 8, что исключает переток жидкости ниже наконечника 8.

Давление в гидравлической камере 14 повышается, и резиновый элемент 13 пакера 4 начинает раздуваться и расширяться радиально. Таким образом, начинается герметизация пакера 4 на внутренних стенках скважины 2. Продолжают закачивать технологическую жидкость, при этом надувной резиновый элемент 13 пакера 4 герметично прижимается к внутренним стенкам скважины 1 (см. фиг.2).

Конструкция пакера 4, выполненная в виде надувного резинового элемента 13 с герметизируемой гидравлической камерой 14, обеспечивает герметичную посадку пакера в запарафиненных скважинах при наличии овальности эксплуатационной колонны скважины, а также при недостаточном весе колонны, особенно при освоении пластов на небольших глубинах (700-800 м).

Расширяются функциональные возможности пакера в связи с тем, что наружный диаметр надувного резинового элемента в исходном положении меньше диаметра стандартных механических и гидравлических пакеров, что позволяет осуществлять спуск колонны насосно-компрессорных труб с пакером в скважину с суженной эксплуатационной колонной, например, вследствие смятия породами.

При достижении в колонне НКТ 3 давления, например, 6,0 МПа происходит разрушение срезного элемента 17 и наконечник 8 ограниченно на длину - a, равную 0,4 м (см. фиг.2), перемещается вниз относительно полого корпуса 16 и насадки 6 на длину - b, равную 0,4 м, сжимает пружину 10 и в определенный момент, как только разрезное пружинное стопорное кольцо 20, находящееся во внутренней кольцевой выборке 19 полого корпуса 16, окажется напротив наружной кольцевой выборки 21 наконечника 8, попадает в нее. В результате происходит фиксация наконечника 8 относительно насадки 6, при этом ряд отверстий 9 наконечника 8 герметично отсекается (перекрывается) внутренней поверхностью 18 насадки 6 и устройство занимает рабочее положение.

В колонну насосно-компрессорных труб 3 спускают штанговый глубинный насос 24 на колонне штанг 25. Далее начинают освоение пласта скважины 2. Запускают в работу штанговый глубинный насос 24 и производят отбор жидкости на устье, например, в желобную емкость (не показано) по колонне НКТ 3 (см. фиг.2) из подпакерной зоны 26 через фильтр 5 до получения стабильного притока продукции пласта 1. В процессе освоения в гидравлической камере 14 надувного резинового элемента 13 пакера 4 сохраняется давление 6,0 МПа, поэтому пакер 4 остается в запакерованном состоянии. Объем жидкости, отбираемой из пласта 2, определяется типоразмером штангового глубинного насоса 24, длиной хода плунжера и скоростью возвратно-поступательных перемещений плунжера штангового глубинного насоса 24.

В предлагаемой конструкции устройства отсутствует канат, тянущий сваб, что исключает возможность его обрыва в скважине 2 и возникновение осложнений в скважине.

После получения стабильного притока продукции из пласта 1 скважины 2 останавливают штанговый глубинный насос 24 и извлекают его из колонны насосно-компрессорных труб 3.

Предлагаемое устройство позволяет производить освоение пласта скважины с помощью штангового глубинного насоса, что обеспечивает плавное создание депрессии на пласт, чем при освоении свабом в прототипе, а значит, исключается разрушительное воздействие на крепь скважины, что позволяет повысить качество работ (освоение пласта). Далее с устья скважины производят натяжение колонны НКТ 3 вверх, например, на 6×10⁴ H, при этом разрезное пружинное стопорное кольцо 20 находящегося во внутренней кольцевой выборке 19 полого корпуса 16 выходит из наружной кольцевой выборки 21 наконечника 8. После чего наконечник 8 под действием возвратной силы пружины 10 возвращается в исходное положение (см. фиг.1), радиальное отверстие 9 наконечника 8 открывается и давление в гидравлической камере 14 надувного резинового элемента 13 пакера 4 стравливается.

В результате надувной резиновый элемент 13 пакера 4 радиально сжимается внутрь и отходит от внутренних стенок скважины 1. Далее извлекают колонну насосно-компресорных труб 3 с устройством из скважины 2.

Предлагаемое устройство позволяет повысить качество работы устройства за счет исключения разрушительно воздействовать на крепь скважины путем освоения пласта скважины штанговым глубинным насосом, а также повысить надежность герметизации и расширить функциональные возможности за счет усовершенствования конструкции пакера путем выполнения его виде резинового надувного элемента.