устройство для создания депрессии на пласт

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ДЕПРЕССИИ НА ПЛАСТ, включающее установленную в насосно-компрессорных трубах диафрагму и пакер, отличающееся тем, что пакер выполнен в виде ствола с верхним подвижным и нижним неподвижным армирующим упорами и с установленными между ними уплотнительным элементом и пружиной, причем верхний упор имеет сквозное отверстие и канавку на поверхности, прилегающей к верхнему торцу уплотнительного элемента, который выполнен с отверстиями, соединяющими внутреннюю полость уплотнительного элемента со скважинным пространством, а нижний упор выполнен в виде муфты с резьбовым соединением под насосно-компрессорные трубы, при этом наружные диаметры верхнего и нижнего упоров выбирают из соотношения

S_к < S_нк.т,

где S_к - площадь поперечного сечения кольца, образованного внутренним диаметром обсадных труб и наружным диаметром упора, см²;

S_нк.т - площадь поперечного сечения внутреннего диаметра насоснокомпрессорных труб, спускаемых в скважину, см².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике освоения нефтегазовых скважин, а именно к устройствам для создания депрессии на пласт, и может быть использовано в горной промышленности.

Известно устройство для создания мгновенной депрессии на пласт, содержащее установленную в колонне насосно-компрессорных труб с радиальными каналами диафрагму, пакер и размещенную между пакером и диафрагмой циркуляционную втулку со сквозными радиальными прорезями [1].

Недостатком известного устройства является то, что при спуске устройства на заданную глубину возможно смещение отверстий, находящихся на НКТ, и радиальных прорезей втулки из-за отсутствия фиксации их взаимного положения, вследствие чего надежность работы устройства падает. Недостатком устройства является также то, что при наличии в растворе шлама и абразивных частиц качественная пакеровка устройства невозможна.

Известен пакер, содержащий ствол с верхним и нижним упорами, установленный между ними на стволе упругий уплотнительный элемент, верхний торец которого установлен с возможностью осевого перемещения и выхода из контакта с верхним упором в рабочем положении пакета, причем упругий элемент выполнен с верхним и нижним нормирующими кольцами, между ними размещена пружина, а нижний упор связан со стволом резьбовым соединением [2].

Недостатком известного пакера является невозможность его использования при проведении работ по созданию депрессии на пласт вследствие необходимости приведения его в действие с устья скважины, что невозможно из-за перекрытия внутренней полости НКТ тарированной диафрагмой.

Известно устройство для создания депрессии на пласт, включающее установленную в НКТ диафрагму, пакер, циркуляционный клапан и омагниченный боек под бросовый узел [3].

Недостатком известного устройства является то, что используемый в устройстве пакер с уплотнительными элементами, сдирает со стенок внутренней поверхности обсадных труб глинистую корку, осевший шлам (при спуске устройства на заданную глубину), вследствие чего циркуляционный клапан, расположенный в пакере, забивается шламом, а при подъеме устройства после вызова притока последнее может быть заклинено в обсадной колонне.

Целью изобретения является повышение надежности перекрытия затрубного пространства после разрыва диафрагмы за счет ускоренного срабатывания пакера.

Достигается это тем, что согласно устройству для создания депрессии на пласт, включающему установленную в насосно-компрессорных трубах диафрагму и пакер, последний выполнен в виде ствола с верхним подвижным и нижним неподвижным армирующим упорами и с установленным между ними уплотнительным элементом и пружиной. Верхний упор снабжен сквозными отверстиями и канавкой, нанесенной на поверхность, прилегающую к верхнему торцу уплотнительного элемента, имеющего отверстия. Отверстия уплотнительного элемента соединяют внутреннюю полость уплотнителя с наружным объемом скважины. Нижний упор выполнен в виде муфты с резьбовым соединением под насосно-компрессорные трубы. Наружный диаметр верхнего и нижнего упора подбираются из условия

S_к < S_н.к.т., где S_к - площадь поперечного сечения кольца, образованного внутренним диаметром обсадных труб и наружным диаметром упора, см²;

S_н.к.т. - площадь поперечного сечения внутреннего диаметра насосно-компрессорных труб, спускаемых в скважину, м².

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается конструктивным исполнением пакера, способного обеспечить спуск и надежную пакеровку устройства на заданной глубине скважины. В связи с тем, что площадь, образованная внутренней поверхностью обсадной колонны и наружным диаметром упоров, меньше площади проходного сечения насосно- компрессорных труб, после разрушения диафрагмы происходит резкое уменьшение давления в подпакерной зоне, что влечет за собой мгновенное перекрытие заколонного пространства пакером. Конструктивное исполнение верхнего и нижнего упоров при наличии проточки и отверстий на верхнем упоре, а также отверстий на верхнем торце уплотнительного элемента позволяют создать сообщение внутренней полости уплотнительного элемента с наружным объемом скважины, что в свою очередь обеспечивает создание давления в пакере при его пакеровке и повышает надежность перекрытия затрубного пространства без применения дополнительных устройств после разрыва диафрагмы. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнивая заявляемое решение с другими аналогичными техническими решениями, можно сделать вывод, что заявляемая совокупность существенных отличительных признаков, позволяющая достичь цели изобретения, является новой, следовательно, решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении; на фиг. 2 - устройство после разрыва диафрагмы внутри насосно-компрессорных труб.

Устройство для создания депрессии на пласт включает установленную в колонне насосно-компрессорных труб 1 диафрагму 2. На насосно-компрессорных трубах 1 установлен пакер, состоящий из верхнего 3 и нижнего 4 упоров. Нижний упор 4 устанавливается неподвижно при помощи резьбы 5 на насосно-компрессорных трубах 1. Между упорами 3 и 4 размещен уплотнительный элемент 6 с внутренней полостью 7, внутри которой размещена пружина 8, установленная соосно с насосно-компрессорными трубами 1. Внутренняя полость 7 образована наружной поверхностью насосно-компрессорных труб 1 и внутренней поверхностью уплотнительного элемента 6, закрепленного нижним своим концом к армирующему нижнему упору 4, а верхняя часть может свободно перемещаться по насосно-компрессорным трубам 1. В верхней плоскости уплотнительного элемента имеются сквозные отверстия 9. Верхний упор 3 снабжен канавкой 10, располагающейся на поверхности, прилегающей к уплотнительному элементу 6, и отверстиями 11, проходящими через канавки 10. Устройство располагается в обсадной колонне 12, выше перфорационных отверстий 13.

Устройство работает следующим образом. После соответствующей промывки забоя в скважину, обсаженную обсадной колонной 12, спускают колонну насосно-компрессорных труб 1 с диафрагмой 2 и пакер. При спуске устройства в скважину пакер занимает транспортное положение (см. фиг. 1), при котором под действием пружины 8 и собственной упругой силы уплотнительного элемента 6 последний не препятствует свободному прохождению устройства до заданной глубины. После доведения башмака колонны до требуемой глубины наземное устьевое оборудование закрывают и в затрубном пространстве, образованном наружной поверхностью насосно-компрессорных труб 1 и внутренней поверхностью обсадных труб 12, создают избыточное давление до разрыва диафрагмы 2. При разрыве диафрагмы 2 затрубная жидкость с высокой скоростью стремится в пустую колонну насосно-компрессорных труб 1. При этом площадь кольцевого пространства, образованная внутренней поверхностью обсадных труб 12 и наружным диаметром верхнего 3 и нижнего 4 упоров, меньше, чем площадь сечения по внутреннему диаметру спущенных в скважину насосно-компрессорных труб 1:

S_к < S_нкт, где S_к - площадь поперечного сечения кольца образованного внутренним диаметром обсадных труб и наружным диаметром упора, см²;

S^нкт - площадь поперечного внутреннего диаметра насосно-компрессорных труб, см².

Ввиду того, что площадь кольцевого пространства меньше, чем площадь внутреннего сечения насосно-компрессорных труб, жидкость, находящаяся в подпакерной зоне, устремляется во внутрь колонны насосно-компрессорных труб, уменьшая подпакерное давление, а жидкость, находящаяся в затрубном пространстве (над пакером), не может быстро восполнить ее в подпакерной зоне, чем и создается глубокая мгновенная депрессия на продуктивный пласт, равная по величине горному давлению.

Под действием гидростатического давления жидкости, находящейся в затрубном пространстве, происходит перекрытие затрубного пространства уплотнительным элементом 6. После прорыва диафрагмы 2 и создания разницы давлений между надпакерной и подпакерной зонами гидростатическое давление в заколонном пространстве начинает действовать на верхний упор 3 и через сквозные отверстия 11 и кольцевую канавку 10, а также через сквозные отверстия 9 уплотнительного элемента 6 на внутреннюю полость 7 пакера, при этом пружина 8 сжимается, а стенки уплотнительного элемента 6 прижимаются к стенкам внутренней поверхности обсадной колонны 12 и полностью перекрывают внутриколонную полость от затрубного пространства. Верхний упор 3 при этом двигается по телу насосно-компрессорных труб вниз. На пласт создается глубокая депрессия, длительность действия которой полностью определяется количеством притока пластового флюида в скважину. Вследствие этого между пластом и скважиной создается высокая разница давлений (пластового и гидростатического), что способствует стремительному притоку пластового флюида в скважину. После выравнивания давлений между подпакерной и надпакерной зонами под действием пружины 8 уплотнительный элемент принимает первоначальное (транспортное) положение (фиг. 1), после чего устройство можно извлекать из скважины.

Экономическая эффективность предлагаемого устройства слагается из повышения надежности устройства, сокращения времени освоения скважины за счет ускоренной пакеровки без дополнительных действий на устье скважины.