Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОЙ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ В ДВА ПЛАСТА

Предлагаемое изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при раздельной закачке жидкости в два пласта в одной скважине.

Известен циркуляционный клапан (патент RU №2439290, МПК E21B 34/06, опубл. в бюл. №1 от 10.01.2012 г.), содержащий верхний и нижний переходники, корпус с радиальным гидравлическим каналом и установленный в стакане нижнего переходника полый поршень, имеющий спиральную пружину, канавки под уплотнительные элементы, радиальный гидравлический канал и фиксатор перемещения поршня, при этом корпус собран из двух частей, соединенных между собой, с верхним и нижним переходниками резьбой и крепежными винтами, поршень выполнен с уступом, кольцевым выступом с уплотнительным кольцом, упором и посадочной поверхностью для его спиральной пружины, снабженной поджимной гайкой, которая по резьбе перемещается по внутренней поверхности одной части корпуса, при этом указанная часть корпуса снабжена ответным упором для взаимодействия с упором поршня через спиральную пружину и образует с внешней поверхностью поршня гидравлическую камеру, сообщающуюся с затрубным пространством посредством дополнительного радиального гидравлического канала, а для перекрытия уплотнительных элементов в канавках при циркуляции потока рабочей среды через радиальный гидравлический канал другой части корпуса на поршне с зазором установлена предохранительная втулка с дополнительной спиральной пружиной, размещенной в наружной проточке верхнего переходника, указанная втулка выполнена в виде двух сопрягаемых частей, одна из которых жестко соединена крепежным винтом с поршнем и образует с внешней поверхностью поршня и внутренней поверхностью другой части корпуса гидравлическую камеру, сообщающуюся с внутритрубным пространством посредством осевого гидравлического канала в виде зазора между поршнем и стенками обеих частей предохранительной втулки, другая часть предохранительной втулки снабжена стопорным винтом и образует с наружной проточкой верхнего переходника и стенкой другой части корпуса гидравлическую камеру, сообщающуюся с внутритрубным пространством радиальным гидравлическим каналом, выполненным в наружной проточке верхнего переходника, при этом стопорный винт помещен в пазу наружной проточки верхнего переходника, фиксатор перемещения поршня изготовлен в виде распорного кольца и кольцевого выступа, выполненного в стенке поршня, а верхний и нижний переходники выполнены с канавками под уплотнительные элементы и с монтажными отверстиями под крепежные винты.

Недостатки данного устройства:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во-вторых, сложность конструкции устройства снижает надежность работы;

- в-третьих, технологически сложные в изготовлении детали (поршень, предохранительная втулка, переводники и т.д.) устройства и, как следствие, высокая себестоимость изготовления;

- в-четвертых, высокие гидравлические сопротивления, возникаемые в устройстве, что снижает эффективность работы.

Также известно устройство для управления циркуляцией в скважине (патент RU №2453680, МПК E21B 34/06, опубл. в бюл. №17 от 20.06.2012 г.), состоящее из разъемного корпуса с кольцевой проточкой, неподвижной втулкой, жестко связанной с переводником, и подпружиненной подвижной втулкой, размещенной в кольцевой проточке, узел фиксации шара, в виде верхнего и нижнего посадочных седел, выполнен в виде верхней и нижней цанг, связанных друг с другом в средней части, верхняя цанга снабжена кольцевым выступом, разъемный корпус снабжен циркуляционными отверстиями, причем подвижная опора установлена в кольцевой проточке с возможностью перекрытия циркуляционных отверстий и взаимодействия с кольцевым выступом верхней цанги.

Недостатки данного устройства:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во-вторых, высока вероятность несрабатывания верхней и/или нижней цанг, что снижает надежность работы;

- в-третьих, технологически сложные в изготовлении детали (разъемный корпус, подвижная и неподвижная втулки, нижняя и верхняя цанги и т.д.) устройства и, как следствие, высокая себестоимость изготовления;

- в-четвертых, высокие гидравлические сопротивления, возникаемые в устройстве, что снижает эффективность работы.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для раздельной закачки жидкости в два пласта (патент RU №2494230, МПК E21B 34/06, опубл. в бюл. №27 от 27.09.2013 г.), включающее корпус со сквозными и радиальными отверстиями, упор в нижней части и направляющие конусные поверхности в верхней части, размещенный в корпусе ниппель с верхним и нижним уплотнительными узлами, с радиальными отверстиями, упором в нижней части и проточкой на наружной поверхности, цилиндрическое седло, размещенное в ниппеле с возможностью перекрытия радиальных отверстий ниппеля, пружину под цилиндрическим седлом, сбрасываемый в устройство при его работе запорный элемент (шар), при этом радиальные отверстия корпуса и ниппеля выполнены соосными и с наклоном вниз на величину выступающей части шара, размещенного в цилиндрическом седле, с расположением низа радиальных отверстий ниппеля на уровне верхней части шара, а объем камеры, образованной проточкой на наружной поверхности ниппеля и внутренней поверхностью корпуса, равен сумме объемов радиальных отверстий ниппеля и корпуса.

Недостатки данного устройства:

- во-первых, из-за наличия в конструкции устройства ниппеля, размещенного между цилиндрическим седлом и корпусом, резко сужается проходное сечение устройства, что не позволяет производить спуск геофизических приборов для исследования нижнего пласта;

- во-вторых, низкая надежность в работе, так как для повторного перехода на закачку жидкости в нижний пласт необходимо вымыть запорный элемент (шар) из устройства обратной промывкой скважины, при этом необходимо создать высокий расход жидкости, что не гарантирует извлечение шара из скважины. Кроме того, запорный элемент не фиксируется жестко в корпусе устройства, поэтому при закачке жидкости в верхний пласт возможно отложение шлама грязи на посадочном месте цилиндрического седла и, как следствие, негерметичная посадка шара и пропуски жидкости в нижний пласт, также запорный элемент (шар) не позволяет исключить перетоки снизу вверх;

- в-третьих, высокие финансовые затраты при повторном переходе закачки из верхнего пласта в нижний пласт, так как для проведения обратной промывки скважины нужно произвести распакеровку пакера для чего необходимо привлекать бригаду подземного или капитального ремонта скважин и насосный агрегат для осуществления обратной промывки;

- в-четвертых, высокая вероятность потери герметичности отработавшего в скважине пакера при его повторной посадке, которую необходимо произвести при повторном переходе закачки из верхнего пласта в нижний пласт после проведения обратной промывки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции устройства, позволяющего производить геофизические исследования нижнего пласта, повышение надежности работы устройства, а также снижение финансовых затрат при работе устройства и исключение повторных посадок пакера и проведение обратной промывки скважины при повторном переходе закачки с верхнего пласта в нижний пласт.

Поставленная техническая задача решается устройством для раздельной закачки жидкости в два пласта, включающим корпус со сквозными и радиальными отверстиями и упором в нижней части, цилиндрическое седло, пружину, сбрасываемый в устройство при его работе запорный элемент.

Новым является то, что цилиндрическое седло установлено напротив радиальных отверстий корпуса, а между цилиндрическим седлом и упором корпуса установлена пружина, упор корпуса оснащен внутренней кольцевой выборкой, запорный элемент выполнен в виде штока, оснащенного наружным цилиндрическим выступом, на котором жестко размещен центратор-уплотнитель, снизу шток оснащен наружной кольцевой проточкой, в котором установлено разрезное пружинное стопорное кольцо, при этом шток имеет возможность жесткой фиксации относительно корпуса при взаимодействии наружного цилиндрического выступа штока с верхним торцом цилиндрического седла, с последующим ограниченным осевым перемещением вниз, сжимая пружину, штока и цилиндрического седла до размещения разрезного пружинного кольца штока во внутренней кольцевой выборке упора корпуса, причем сверху шток оснащен головкой под захват штока ловильным инструментом, спускаемым в скважину на кабеле для расфиксации штока в корпусе и извлечения штока из устройства.

На фиг. 1 изображено устройство для раздельной закачки жидкости в два пласта при закачке жидкости в нижний пласт.

На фиг. 2 изображено устройство для раздельной закачки жидкости в два пласта при закачке жидкости в верхний пласт.

Устройство для раздельной закачки жидкости в два пласта включает корпус 1 (см. фиг. 1) со сквозными 2 и радиальными 3 отверстиями и упором 4 в нижней части. Также устройство содержит цилиндрическое седло 5, пружину 6, и сбрасываемый в устройство при его работе запорный элемент выполнен в виде штока 7 (см. фиг. 2).

Цилиндрическое седло 5 (см. фиг. 1) установлено напротив радиальных отверстий 3 корпуса 1. Цилиндрическое седло 5 имеет внутренний диаметр - d, например диаметр d=52 мм=0,052 м, что обеспечивает свободное прохождение геофизических приборов для исследования нижнего пласта (на фиг. 1 и 2 не показано) как перед закачкой жидкости в нижний пласт, так и после закачки. Например, для проведения геофизических исследований спускают геофизический прибор АГАТ 42, имеющий наружный диаметр 42 мм, который свободно проходит через цилиндрическое седло 5 диаметром d=52 мм=0,052 м.

Между цилиндрическим седлом 5 и упором 4 корпуса 1 установлена пружина 6, а упор 4 корпуса 1 оснащен внутренней кольцевой выборкой 8.

Шток 7 (см. фиг. 2) оснащен наружным цилиндрическим выступом 9 диаметром - D₁, например D₁=64 мм=0,064 мм, на котором жестко, например, с помощью винтов (на фиг. 1 и 2 не показано), радиально ввернутых в наружный цилиндрический выступ 9 штока 7, размещен центратор-уплотнитель 10.

Центратор-уплотнитель 10 имеет наружный диаметр D₂, равный внутреннему диаметру корпуса 1, например D₂=75 мм=0,75 м, при этом должно соблюдаться условие:

d<D₁<D₂,

где d - внутренний диаметр цилиндрического седла 5, м;

D₁ - наружный диаметр цилиндрического выступа 9 штока 7, м;

D₂ - наружный диаметр центратора-уплотнителя 10, м.

Центратор-уплотнитель 10 выполнен из армированной резины по ГОСТ 8752-79.

Снизу шток 7 оснащен наружной кольцевой проточкой 11, в которой установлено разрезное пружинное стопорное кольцо 12.

Шток 7 имеет возможность жесткой фиксации относительно корпуса 1 при взаимодействии наружного цилиндрического выступа 9 штока 7 с верхним торцом 13 цилиндрического седла 5 с последующим ограниченным осевым перемещением вниз, сжимая пружину 6, штока 7 и цилиндрического седла 5 до размещения разрезного пружинного стопорного кольца 12 штока 7 во внутренней кольцевой выборке 8 упора 4 корпуса 1.

Сверху шток 7 оснащен головкой 14 под захват штока 7 ловильным инструментом (на фиг. 1 и 2 не показано), спускаемым в устройство на кабеле для расфиксации штока 7 (см. фиг. 2) в корпусе 1 и извлечения штока 7 из устройства, при этом под головкой 14 шток 7 имеет наружный диаметр D₃, например D₃=40 мм.

Сопрягаемые поверхности деталей оснащены уплотнительными кольцами 15.

Устройство работает следующим образом.

Предлагаемое устройство, как показано на фигуре ,1 на колонне насосно-компрессорных труб, оснащенной пакером (на фиг. 1 и 2 не показан), спускают в скважину (на фиг. 1 и 2 не показана), при этом предлагаемое устройство устанавливают в составе колонны насосно-компрессорных труб выше пакера. Производят посадку пакера в скважине между верхним и нижним пластами (на фиг. 1 и 2 не показано), подлежащими закачке в них жидкости.

Далее, например, с помощью ДНС (дожимной насосной станции) производят закачку жидкости, например воды плотностью 1000 кг/м³, в нижний пласт, при этом устройство находится в положении, как показано на фиг. 1. Пружина 6 выпрямлена, а цилиндрическим седлом 5 перекрыты радиальные отверстия 3 корпуса 1. При закачке воды по колонне насосно-компрессорных труб вода протекает через сквозные отверстия 2 корпуса 1, цилиндрическое седло 5 и пружину 6 и далее вода закачивается в нижний пласт.

В случае отказа от закачки жидкости в нижний пласт скважины и необходимости закачки в верхний пласт в нижнем пласте можно произвести геофизические исследования, например спустить по колонне насосно-компрессорных труб в интервал нижнего пласта геофизический прибор АГАТ 42, имеющий наружный диаметр 42 мм, который свободно проходит через цилиндрическое седло 5 диаметром d=52 мм=0,052 м. По окончании геофизических исследований нижнего пласта извлекают геофизический прибор из колонны насосно-компрессорных труб скважины.

Далее для закачки воды в верхний пласт в устройство сбрасывают запорный элемент, выполненный в виде штока 7, который на устье скважины устанавливают в колонну насосно-компрессорных труб, после чего возобновляют закачку жидкости в колонну насосно-компрессорных труб, при этом шток 7 благодаря центратору-уплотнителю 10 под действием давления жидкости сверху перемещается вниз и входит сначала в корпус 1 устройства.

Затем под давлением жидкости разрезное пружинное стопорное кольцо 12 сжимается радиально в наружной кольцевой проточке 11 штока 7, а сам шток 7 благодаря наличию центратора-уплотнителя 10 перемещается соосно с корпусом 1 и входит в цилиндрическое седло 5.

В определенный момент в процессе перемещения штока 7 относительно неподвижного корпуса 1 происходит взаимодействие наружного цилиндрического выступа 9 штока 7 с верхним торцом 13 цилиндрического седла 5 и последующее ограниченное осевое перемещение вниз, сжимая пружину 6, штока 7 и цилиндрического седла 5 до размещения разрезного пружинного стопорного кольца 12 штока 7 во внутренней кольцевой выборке 8 упора 4 корпуса 1.

В результате, сквозное отверстие 2 снизу герметично отсекается штоком 7, который фиксируется относительно корпуса 1, а радиальные отверстия 3 корпуса 1 открываются и вода протекает через радиальные отверстия 3 корпуса 1 в верхний пласт выше пакера. Таким образом, производят закачку жидкости в верхний пласт.

При необходимости повторного перехода закачки из верхнего пласта в нижний пласт необходимо спустить в устройство по колонне насосно-компрессорных труб ловильный инструмент на кабеле (на фиг. 1 и 2 не показано). Используют ловильный инструмент, имеющий наружный захват, например труболовку наружную освобождающуюся, выпускаемую ООО «Биттехника», г. Пермь, Россия.

После чего осевым перемещением ловильного инструмента производят захват штока 7 под ловильную головку 14 диаметром D₃=40 мм. Производят натяжение каната вверх, например на 500 кг=5000 Н. В результате, разрезное пружинное стопорное кольца 12 радиально сжимается в наружной кольцевой проточке 11 штока 7 и выходит из внутренней кольцевой выборки 8 упора 4 корпуса 1. Таким образом, происходит расфиксация штока 7 относительно корпуса 1.

После чего производят подъем кабеля вверх и извлекают шток 7 из устройства, при этом за счет возвратной силы пружины 6 цилиндрическое седло 5 поднимается вверх и герметично перекрывает изнутри радиальные отверстия 3 корпуса 1. Устройство готово для повторной закачки жидкости в нижний пласт. При необходимости можно вновь произвести геофизическое исследование нижнего пласта.

Предлагаемое устройство надежно в работе, так как для повторного перехода на закачку жидкости в нижний пласт нет необходимости вымывать запорный элемент (шар) из устройства обратной промывкой скважины путем привлечения насосного агрегата и создания высокого расхода жидкости, как описано в прототипе, при этом достаточно спустить ловильный инструмент на кабеле, произвести захват штока за ловильную головку, расфиксировать шток относительно корпуса и извлечь шток из устройства, при необходимости можно вновь произвести геофизическое исследование нижнего пласта.

В предлагаемом устройстве запорный элемент, выполненный в виде штока, жестко фиксируется в корпусе устройства, поэтому при закачке жидкости в верхний пласт исключается отложение шлама грязи на посадочном месте цилиндрического седла и как следствие, гарантированно исключаются негерметичная посадка шара и пропуски жидкости в нижний пласт, кроме того, устройство позволяет исключить перетоки снизу вверх. Кроме того, в связи с исключением распакеровки пакера и его повторной посадки при необходимости повторного перехода закачки жидкости в нижний пласт в предлагаемом устройстве полностью исключается возможность потери герметичности.

Предлагаемое устройство позволяет снизить финансовые затраты при повторном переходе закачки из верхнего пласта в нижний пласт, так как для этого исключаются технологические операции по распакеровке пакера и обратной промывке скважины и, как следствие, исключается привлечение бригады подземного или капитального ремонта скважин и насосного агрегата для осуществления обратной промывки.