устройство для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины (варианты)

Формула изобретения

1. Устройство для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины, смонтированное на колонне насосно-компрессорных труб, содержащее два пакера, причем нижний пакер расположен между пластами, а верхний пакер - над верхним пластом скважины, и сменные штуцера с калиброванными проходными сечениями для закачки запланированных объемов жидкости в скважину, отличающееся тем, что устройство содержит подвеску, оснащенную упомянутыми выше пакерами, на стенке подвески со стороны полости выполнены два кольцевых выступа, между последними в стенке выполнены окна, сообщающие полость насосно-компрессорных труб с верхним пластом, а в кольцевых выступах герметично установлен стакан с упором в торцевой выступ, выполненный с продольными каналами, образующие между собой межтрубные пространства, при этом штуцера с калиброванными проходными сечениями установлены в стенке стакана по обе стороны от нижнего кольцевого выступа подвески, сообщающие полость стакана, с одной стороны, с верхним пластом скважины через верхний штуцер, межтрубное пространство между кольцевыми выступами и окна, а с другой, - с нижним пластом через нижний штуцер, межтрубное пространство ниже кольцевых выступов и продольные каналы торцевого выступа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стакан со стороны днища выполнен с усеченным конусом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри стакана ниже уровня верхнего и выше уровня нижнего штуцеров может быть помещен расходомер, связанный геофизическим кабелем с наземным блоком регистрации, устанавливаемый через колонну насосно-компрессорных труб с помощью, например, скважинного лубрикатора.

4. Устройство для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины, смонтированное на колонне насосно-компрессорных труб, содержащее пакер, разобщающий пласты, седло запорного элемента, сообщающее полость насосно-компрессорных труб с нижним пластом, и окна, сообщающие полость насосно-компрессорных труб с верхним пластом скважины, отличающееся тем, что устройство содержит дополнительный пакер, расположенный над верхним пластом скважины, и подвеску, оснащенную указанными пакерами, при этом окна выполнены в стенке, а седло запорного элемента - в днище подвески, в полости подвески размещены запорный элемент с реверсивным электроприводом, закрепленным с помощью, например, якоря, выполненного с проходными отверстиями и связанного геофизическим кабелем с наземным блоком регистрации, и оконная кольцевая задвижка, жестко соединенная с запорным элементом с возможностью одновременно открывания или закрывания окна подвески и седла запорного элемента, между которыми расположен расходомер.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что внутренний диаметр подвески меньше внутреннего диаметра насосно-компрессорных труб с возможностью спуска кольцевой задвижки с запорным элементом и расходомером на геофизическом кабеле в полость подвески через колонну насосно-компрессорных труб до упора якоря в ступенчатый переход диаметров, выполненный на стенке подвески.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела, в частности к оборудованию для эксплуатации нефтедобывающих скважин, и может быть использовано для одновременно-раздельной и поочередной закачки жидкости в два пласта одной скважины.

Известна установка для одновременно раздельной закачки и добычи из многопластовой залежи через одну скважину, включающая нагнетательную колонну труб с одним пакером, спущенную на нижний пласт, и добывающую колонну труб, оснащенную станком-качалкой и глубинным насосом, спущенную на верхний пласт параллельно рядом с нагнетательной колонной труб (Патент RU № 63436 U1 на полезную модель. Установка для одновременно-раздельной закачки и добычи из многопластовой залежи через одну скважину. - МПК: Е21В 43/14. - 27.05.2007).

Известна установка для одновременно-раздельной закачки воды в два пласта через одну скважину, включающая двуствольную устьевую арматуру, пакера, установленные выше верхнего пласта и между верхним и нижним пластами, и жестко соединенные с основной колонной лифтовых труб, сообщенной с нижним пластом, и дополнительную колонну лифтовых труб, размещенную в скважине параллельно основной, связанную с ней двухканальным якорем подвижным соединением, самоуплотняющимся снизу вверх и работающим от упора в него под весом колонн лифтовых труб (Патент RU № 2349739 С1 на изобретение. Установка для одновременно-раздельной закачки воды в два пласта. - МПК: Е21В 43/14. - 20.03.2009).

Известна установка для одновременно-раздельной закачки воды в два пласта через одну скважину, включающая двуствольную устьевую арматуру, пакер, установленный между верхним и нижним пластами, основную колонну лифтовых труб, сообщенную с нижним пластом, и дополнительную колонну труб, размещенную в скважине параллельно основной, соединенную с ней двухканальным якорем (Патент RU № 79616 U1 на полезную модель. Установка для одновременно-раздельной закачки воды в два пласта. - МПК: Е21В 43/20. - 10.01.2009).

Известна установка для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта скважины, включающее двухканальную устьевую арматуру, пакер, установленный между верхним и нижним пластами, основную колонну труб, сообщенную с нижним пластом, дополнительную колонну труб, размещенную в скважине параллельно основной, и двухканальный якорь между двумя колоннами, в котором канал для основной колонны, выполненный в виде муфты с внутренними резьбами, а канал для дополнительной колонны - гладким для отсутствия фиксации в якоре дополнительной колонны труб, якорь имеет скошенную верхнюю часть и выполнен из легкоразбуриваемого материала (Патент RU № 84458 U1 на полезную модель. Установка для одновременно-раздельной закачки воды в два пласта. - МПК: Е21В 43/00. - 10.07.2009).

Известна установка для одновременно-раздельной добычи и закачки через одну скважину, содержащая привод, насос, колонну насосных штанг, две колонны насосно-компрессорных труб различной длины, параллельный двухканальный якорь, устьевую арматуру и пакер для разобщения пластов. В качестве привода для вращения колонны насосных штанг использован наземный привод винтового штангового насоса, а в качестве насоса использован винтовой штанговый насос (Патент RU № 84461 U1 на полезную модель. Установка для одновременно-раздельной добычи и закачки через одну скважину. - МПК: Е21В 43/14. -10.07.2009).

Известно оборудование для одновременно-раздельной закачки воды в два пласта через одну скважину, включающее устьевую арматуру с лубрикатором, в который через сальник введен толкатель и находится запорный элемент, колонну труб с пакером, установленным между верхним и нижним пластами. Над пакером в колонну труб встроен фильтр и ниже его седло под запорный элемент, изготовленный из материала плотностью меньше плотности закачиваемой в пласты воды, например дерева или полиэтилена, нагнетательный водовод снабжен расходомером с манометром и запорной задвижкой (Патент RU № 59141 U1 на полезную модель. Оборудование для одновременно-раздельной закачки воды в два пласта через одну скважину. - МПК: Е21В 43/16. - 10.12.2006).

Известна установка для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два продуктивных пласта, содержащая смонтированные в эксплуатационной колонне скважины на колонне насосно-компрессорных труб скважинные камеры, два пакера и установленные со стороны нижнего конца на колонне насосно-компрессорных труб заглушку или посадочный ниппель с извлекаемым клапаном. Нижний пакер выполнен гидромеханического действия и расположен между нижним и верхним продуктивными пластами. Верхний пакер выполнен механического действия с опорной установкой или гидромеханического действия и оборудован гидравлическим якорем и расположен над верхним продуктивным пластом. Оба пакера имеют отверстие для прохода геофизического кабеля, выполненного в полиамидной оболочке. Скважинные камеры установлены первая под нижним пакером, вторая между нижним и верхним пакерами и третья с циркуляционным клапаном над верхним пакером. Первая и вторая скважинные камеры выполнены со сменными калиброванными штуцерами для закачки запланированных объемов рабочего агента в скважину, а третья скважинная камера выполнена с опрессовочным ниппелем. На колонне труб дополнительно установлены трубные и затрубные датчики давления и температуры, расположенные над нижней и средней скважинными камерами, соединенные последовательно между собой и с наземным блоком регистрации геофизическим кабелем, закрепленным к колонне труб протекторами (Патент RU № 102368 U1 на полезную модель. Установка для одновременно-раздельной закачки рабочего агента в два продуктивных пласта. - МПК: Е21В 43/14. - 03.11.2010). Данное техническое решение принято за прототип.

Известно оборудование для одновременно-раздельной закачки воды в два пласта через одну скважину, включающее колонну труб с пакером, установленным между пластами, и перекрестную муфту, гидравлически связывающую внутреннюю полость труб с надпакерным затрубьем скважины. В гидравлический канал перекрестной муфты встроен обратный клапан, исключающий перетек воды из затрубья скважины в полость труб. Гидравлический канал перекрестной муфты снабжен седлом для его перекрытия, спускаемым с устья скважины запорным элементом, выполненным из материала плотностью меньше плотности закачиваемой в скважину воды (Патент RU № 59140 U1 на полезную модель. Оборудование для одновременно-раздельной закачки воды в два пласта через одну скважину. - МПК: Е21В 43/16. - 10.12.2006). Данное техническое решение принято за прототип.

Недостатком известных устройств является то, что они не позволяют одновременно раздельную и поочередную закачку запланированных объемов жидкости в пласты через одну скважину, поскольку устьевым расходомером замеряется только суммарная приемистость всех пластов скважины.

Основной задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является упрощение конструкции устройства с возможностью оперативного замера закачки запланированных объемов жидкости в пласты скважины с разной приемистостью.

Техническим результатом от использования предлагаемой группы изобретений является возможность оперативной закачки запланированных объемов жидкости в пласты скважины с разной приемистостью.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины, смонтированное на колонне насосно-компрессорных труб, содержащее два пакера, причем нижний пакер расположен между пластами, а верхний пакер - над верхним пластом скважины, и сменные штуцера с калиброванными проходными сечениями для закачки запланированных объемов жидкости в скважину, согласно предложенному техническому решению, устройство содержит подвеску, оснащенную упомянутыми выше пакерами, на стенке подвески со стороны полости выполнены два кольцевых выступа, между последними в стенке выполнены окна, сообщающие полость насосно-компрессорных труб с верхним пластом, а в кольцевых выступах герметично установлен стакан с упором в торцевой выступ, выполненный с продольными каналами, образующие между собой межтрубные пространства, при этом штуцера с калиброванными проходными сечениями установлены в стенке стакана по обе стороны от нижнего кольцевого выступа подвески, сообщающие полость стакана, с одной стороны, с верхним пластом скважины через верхний штуцер, межтрубное пространство между кольцевыми выступами и окна, а с другой, - с нижним пластом через нижний штуцер, межтрубное пространство ниже кольцевых выступов и продольные каналы торцевого выступа;

стакан со стороны днища выполнен с усеченным конусом;

внутри стакана ниже уровня верхнего и выше уровня нижнего штуцеров может быть помещен расходомер, связанный геофизическим кабелем с наземным блоком регистрации, устанавливаемый через колонну насосно-компрессорных труб с помощью, например, скважинного лубрикатора.

Указанный технический результат достигается тем, что, в устройстве для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины, смонтированное на колонне насосно-компрессорных труб, содержащее пакер, разобщающий пласты, седло запорного элемента, сообщающее полость насосно-компрессорных труб с нижним пластом, и окна, сообщающие полость насосно-компрессорных труб с верхним пластом скважины, согласно предложенному техническому решению,

устройство содержит дополнительный пакер, расположенный над верхним пластом скважины, и подвеску, оснащенную указанными пакерами, при этом окна выполнены в стенке, а седло запорного элемента - в днище подвески, в полости подвески размещены запорный элемент с реверсивным электроприводом, закрепленным с помощью, например, якоря, выполненного с проходными отверстиями и связанного геофизическим кабелем с наземным блоком регистрации, и оконная кольцевая задвижка, жестко соединенная с запорным элементом с возможностью одновременно открывания или закрывания окна подвески и седла запорного элемента, между которыми расположен расходомер;

внутренний диаметр подвески меньше внутреннего диаметра насосно-компрессорных труб с возможностью спуска кольцевой задвижки с запорным элементом и расходомером на геофизическом кабеле в полость подвески через колонну насосно-компрессорных труб до упора якоря в ступенчатый переход диаметров, выполненный на стенке подвески.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных вариантов устройства для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявляемых технических решений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленные варианты технического решения могут быть реализованы на любом предприятии машиностроения из общеизвестных материалов и принятой технологии. Следовательно, каждый вариант заявляемого технического решения соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку варианты устройства для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины решают одну и ту же задачу - закачку жидкости в два пласта одной скважины.

На фиг.1 показана схема устройства для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины (вариант 1); на фиг.2 - то же, вариант 1, с расходомером; на фиг.3 - то же (вариант 2), в положении одновременно-раздельной закачки жидкости в верхний и нижний пласты скважины; на фиг.4 - то же, вариант 2, в положении закачки жидкости в нижний пласт скважины; на фиг.5 - то же, вариант 2, в положении закачки жидкости в верхний пласт скважины

Устройство для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины по первому варианту, смонтированное на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 1, содержит подвеску 2, оснащенную двумя пакерами 3 и 4, причем нижний пакер 4 расположен между пластами I и II скважины, а верхний пакер 3 - над верхним пластом I. В полости подвески 2 выполнены два кольцевых выступа 5 и 6, в последних герметично установлен стакан 7 с упором в торцевой выступ 8, выполненный с продольными каналами в подвеске 2. (Фиг.1). В стенке стакана 7 по обе стороны от нижнего кольцевого выступа 6 установлены штуцера 10 и 11 с калиброванными проходными сечениями для закачки запланированных объемов жидкости в пласты I и II скважины, сообщающими полость стакана 7, с одной стороны, с верхним пластом I скважины через верхний штуцер 10, межтрубное пространство 12, образованное между кольцевыми выступами 5 и 6, и окно 13, выполненное в стенке подвески 2, и с другой, - с нижним пластом II через нижний штуцер 11, межтрубное пространство 14, образованное ниже кольцевых выступов 5 и 6 и продольные каналы 9 торцевого выступа 8. Стакан 7 со стороны днища выполнен с усеченным конусом. Внутри стакана 7 ниже уровня верхнего и выше уровня нижнего штуцеров 10 и 11, соответственно, может быть размещен расходомер 15, связанный геофизическим кабелем 16 с наземным блоком регистрации (условно не показан), устанавливаемый через колонну НКТ 1 с помощью, например, скважинного лубрикатора (условно не показан) (Фиг.2).

Устройство для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины по второму варианту, смонтированное на колонне НКТ 1, содержит подвеску 2, оснащенную двумя пакерами 3 и 4, причем нижний пакер 4 расположен между пластами I и II, а верхний пакер 3 - над верхним пластом I скважины. В стенке подвески 2 выполнены окна 13, сообщающие полость НКТ 1 с верхним пластом I скважины. В днище подвески 2 выполнено седло 17, сообщающее полость НКТ 1 с нижним пластом II скважины. В полости подвески 2 размещены запорный элемент 18 с реверсивным электроприводом 19, последний закреплен в полости подвески 2 с помощью, например, якоря 20, в котором выполнены проходные отверстия 21, и оконная кольцевая задвижка 22, жестко соединенная с запорным элементом 18 с возможностью одновременного открывания или закрывания окон 13 подвески 2 и седла 17 запорного элемента 18, между которыми расположен расходомер 15 (Фиг.3, 4 и 5). Реверсивный электропривод 19 запорного элемента 18 и расходомер 15 связаны геофизическим кабелем 16 с наземным блоком регистрации (условно не показан). Внутренний диаметр d₁ в подвеске 2 меньше внутреннего диаметра d₂ в НКТ 1, т.е. d₁ <d₂, обеспечивающий спуск оконной кольцевой задвижки 22 с запорным элементом 18 и расходомером 15 в полость подвески 2 через колонну НКТ 1 на геофизическом кабеле 16 из устья скважины до упора якоря 20 в ступенчатый переход диаметров d₁ и d₂, выполненный на стенке подвески 2 под якорем 20.

Устройство для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины по первому варианту работает следующим образом.

Снизу к НКТ 1 монтируется подвеска 2, оснащенная двумя пакерами 3 и 4, и спускаются в скважину, при этом нижний пакер 4 располагают между пластами I и II скважины, а верхний пакер 3 - над верхним пластом I, соответственно. Через полость колонны НКТ 1 в подвеску 2 канатным инструментом стакан 7 усеченным конусом спускают через два кольцевых выступа 5 и 6, в последних стакан 7 герметично устанавливают с упором в торцевой выступ 8 (Фиг.1). При необходимости через колонну НКТ 1 посредством геофизического кабеля 16, связанного с наземным блоком регистрации, и с помощью скважинного лубрикатора внутри стакана 7 ниже уровня верхнего и выше уровня нижнего штуцеров 10 и 11 с калиброванными проходными сечениями, соответственно, располагают расходомер 15 (фиг.2). Подачей жидкости через НКТ 1 производят закачку в верхний и нижний пласты I и II скважины. При этом жидкость из НКТ 1 поступает под давлением в полость стакана 7, далее через калиброванное проходное сечение штуцера 10, межтрубное пространство 12 и окна 13 в верхний пласт I, и через калиброванное проходное сечение штуцера 11, межтрубное пространство 14 продольные каналы 9 в торцевом выступе 8 подвески 2 в нижний пласт II. Калиброванные проходные сечения штуцеров 10 и 11 обеспечивают закачку запланированных объемов жидкости в пласты I и II скважины. Расходомер 15 осуществляет контроль закачки объема жидкости в пласт II, который регистрируется наземным блоком регистрации, при этом объем закачки жидкости в пласт I определяется как разность объемов закачки через устье скважины Q_1,2 и Q₂, т.е. Q₁=Q _1,2-Q₂. Если после определения приемистости появляется необходимость в корректировке объемов закачки жидкости по пластам I и II, то канатным инструментом извлекают стакан 7 и производят смену штуцеров 10 и 11 с соответствующими калиброванными проходными сечениями.

Устройство для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины по второму варианту работает следующим образом.

Снизу к НКТ 1 монтируется подвеска 2, оснащенная двумя пакерами 3 и 4, и спускаются в скважину, при этом нижний пакер 4 располагают между пластами I и II скважины, а верхний пакер 3 - над верхним пластом I, соответственно. Через полость колонны НКТ 1, с диаметром d₂>d₁ , в подвеску 2 на геофизическом кабеле 16, связанном с наземным блоком регистрации, свободно спускаются запорный элемент 18 с реверсивным электроприводом 19, причем в положении открытых седла 17 и окон 13, закрепленным в якоре 20, и оконная кольцевая задвижка 22 с расходомером 15, которые устанавливаются с упором якоря 20 в ступенчатый переход диаметров d₁ и d₂ на стенке подвески 2. В результате чего запорный элемент 18 запирает седло 17 (Фиг.3). Подачей жидкости через НКТ 1 производят одновременно-раздельную закачку в верхний и нижний пласты I и II скважины. При этом жидкость из НКТ 1 поступает под давлением через проходные отверстия 21 якоря 20 через окна 13 в верхний пласт I и седло 17, омывая расходомер 15, в нижний 8 пласт II скважины. При этом расходомер 15 осуществляет контроль закачки объема жидкости в пласт II, который регистрируется наземным блоком регистрации, а объем закачки жидкости в пласт I определяется как разность объемов закачки через устье скважины Q_1,2 и Q₂, т.е. Q₁=Q_1,2-Q₂ . Если после определения приемистости появляется необходимость в корректировке объемов закачки жидкости по пластам I и II, то закрываются или окна 13 оконной кольцевой задвижкой 22 (Фиг.4), либо седло 17 запорным элементом 18 (Фиг.5) с помощью реверсивного электропривода 19 по команде с поверхности скважины.

Предложенные варианты устройства для одновременно-раздельной закачки жидкости в два пласта одной скважины позволят обеспечить оперативную одновременно-раздельную или поочередную закачку жидкости в пласты скважины с разной приемистостью.