устройство для разобщения межтрубного пространства скважины

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗОБЩЕНИЯ МЕЖТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА СКВАЖИНЫ, включающее полый корпус с резьбой для соединения с колонной труб, радиальными каналами и упором в нижней части, установленные в корпусе под радиальными каналами седло под сбросовый запорный элемент, концентрично установленный относительно корпуса кожух, образующий с корпусом кольцевую камеру, в которой установлен поршень, разделяющий кольцевую камеру на подпоршневую камеру, сообщенную радиальными каналами с полостью корпуса, и надпоршневую камеру, установленные в надпоршневой камере уплотняющие манжеты, отличающееся тем, что оно снабжено размещенным в надпоршневой камере между уплотняющими манжетами нетвердеющим наполнителем с тампонирующими свойствами, расположенным по высоте корпуса с уменьшением крупности сверху вниз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для герметизации межтрубного пространства скважины при проведении работ под высоким давлением, превышающим допустимое на эксплуатационную колонну.

Известен способ разобщения межтрубного пространства скважины [1] с использованием устройства, включающего устанавливаемые на колонне насосно-компрессорные трубы (НКТ) и выполненного в виде патрубка с упором ограничительной перегородкой, под которой намывают пробку из гранулированного материала. Патрубок ниже перегородки выполнен меньшего диаметра, чем над перегородкой, с целью облегчения извлекаемости НКТ с указанным устройством. Далее под пробку намывают уплотнитель из вязкопластичного вещества.

Использование известного устройства для осуществления способа не обеспечивает надежное разобщение межтрубного пространства, поскольку большая часть вязкопластичной жидкости уходит в пласт, загрязняя и снижая тем самым его приемистость.

Одновременно произойдет и закупоривание фильтрационных отверстий обсадной колонны, что требует дополнительных затрат труда и времени, связанных с аварийно-восстановительными работами. При этом выполнение патрубка ниже перегородки меньшего диаметра чрезмерно сужает сечение центрального канала и делает невозможным проведение исследовательских работ приборами на забое под НКТ.

Известно также устройство для разобщения межтрубного пространства скважины "Пакер" [2] Оно включает полый корпус с резьбой для соединения с колонной труб, радиальным каналом и упором в нижней части, установленное в корпусе под радиальными каналами седло под сбросовый запорный элемент, концентрично установленный относительно корпуса кожух, образующий с корпусом кольцевую камеру, в которой установлен поршень, разделяющий кольцевую камеру на подпоршневую камеру, сообщенную радиальными каналами с полостью корпуса, и надпоршневую камеру, установленные в надпоршневой камере уплотняющие манжеты. Указанное техническое решение по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято за прототип.

Его недостатком является низкая надежность и долговечность. Для обеспечения надежной работы в течение продолжительного времени требуется осуществление трудоемких дорогостоящих операций калибровка места установки уплотнителя с последующим шлифованием, что требует дополнительных спуско-подъемных операций. Кроме того, подверженность уплотнительного элемента, выполненного из резины, к релаксации снижает надежность и сокращает долговечность разобщителя.

Целью изобретения является повышение надежности и долговечности.

Цель достигается устройством, включающим полый корпус с резьбой для соединения с колонной труб, радиальными каналами и упором в нижней части, установленное в корпусе под радиальными каналами седло под сбросовый запорный элемент, концентрично установленный относительно корпуса кожух, образующий с корпусом кольцевую камеру, в которой установлен поршень, разделяющий кольцевую камеру на подпоршневую камеру, сообщенную радиальными каналами с полостью корпуса, и надпоршневую камеру, установленные в надпоршневой камере уплотняющие манжеты.

Новым является то, что оно снабжено размещенным в надпоршневой камере между уплотняющими манжетами нетвердеющим наполнителем с тампонирующими свойствами, расположенным по высоте корпуса с уменьшением крупности сверху вниз.

Указанные отличительные признаки устройства, по нашему мнению, соответствуют критерию "существенные отличия изобретения", поскольку они не являются идентичными и эквивалентными в сравнении со сходными признаками известных устройств и на дату подачи заявки из патентной и научно-технической литературы авторам не известны устройства того же назначения и с такими же отличительным признаками, создающими новый положительный эффект, выражающийся в повышении надежности и долговечности разобщителя межтрубного пространства скважины.

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении, продольный разрез частично; на фиг. 2 то же, в рабочем положении, когда в продуктивный пласт нагнетают вытесняющую нефть жидкость под высоким давлением.

Устройство для разобщения межтрубного пространства скважины включает полый корпус 1 (см. фиг. 1) с резьбой 2 для соединения с колонной труб через переводник 3, радиальными каналами 4 и упором 5 в нижней части, установленным с возможностью левого перемещения. В корпусе в его нижней части под радиальными каналами 4 установлено седло 6 с кольцевой проточкой 7 под сбросовый запорный элемент 8, выполненный в виде шара. Концентрично относительно корпуса установлен кожух 9, образующий с корпусом кольцевую камеру, в которой установлен поршень 10, разделяющий кольцевую камеру на подпоршневвую камеру 11, сообщенную радиальными каналами 4 с полостью корпуса, и надпоршневую камеру 12, в которой свободно установлены уплотняющие манжеты 13 и 14, верхняя и нижняя соответственно, верхняя из которых самоуплотняющаяся, надпоршневая камера 12, заключенная между уплотняющими манжетами 13 и 14, снабжена нетвердеющим наполнителем 15 с тампонирующими свойствами, расположенным по высоте корпуса 1 с уменьшением крупности сверху вниз.

В качестве наполнителя можно использовать любые тампонирующие материалы, применяемые, например, при изоляции поглощающих пластов промывочной жидкости при бурении скважин независимо от их плотности древесные опилки, горох, губчатая резина (крошка), целлофан, слюда-чешуйка и т.д. а также волокнистые материалы, также как кардное волокно, улюк, асбест, вязкоупругие составы т. д. Фракционный состав тех и других наполнителей может колебаться в широких пределах, вплоть до порошкообразного состояния (например, глинопорошок).

Устройство работает следующим образом. Его спускают в обсаженную скважину эксплуатационной колонной 16 до кровли продуктивного пласта 17, так это изображено на фиг. 2, после чего во внутритрубном пространстве повышают давление нагнетанием жидкости насосом. Жидкость, попадая через радиальный канал 4 в подпоршневую камеру 11, частично направляется в затрубное пространство через штуцерующее отверстие 18 кожуха, одновременно оказывая давление на упор 5, на котором закреплен кожух 9, перемещает их вниз до упора о тела седла 6, при этом самоуплотняющая манжета 13, освобождаясь от кожуха 9, занимает рабочее положение (см. фиг. 2), разобщая таким образом межтрубное пространство. При этом наполнители, освобождаясь от кожуха, также оказываются в межтрубном пространстве между корпусом устройства и эксплуатационной колонной. Под действием давления жидкости нижняя уплотнительная манжета 14 с поршнем 10 по мере освобождения наполнителя из кожуха перемещается вверх, доуплотняя их. Момент посадки упора 5 на верхний торец седла 6 отмечается небольшим скачком снижения давления в системе нагнетания, что регистрируется манометром на устье (система нагнетания жидкости и манометр на чертеже не изображены) за счет поступления жидкости в межтрубное пространство через зазор между нижней уплотняющей манжетой 14 и верхним торцом кожуха 9.

Затем в системе нагнетания снова повышают давление, увеличивая производительность насоса, при расчетной величине которого седло 6 по ослабленному сечению кольцевой проточке 7 срезается и падает на забой, освобождая проходной канал корпуса от запорного элемента 8. В момент разрушения башмака также отмечается резкое снижение давления в системе нагнетания жидкости, что регистрируется вышеупомянутым манометром нагнетательной линии на устье. На этом приведение устройства в рабочее положение прекращается, скважина готова к вводу в эксплуатацию.

При повышенном давлении происходит еще большее уплотнение прессование наполнителя в межтрубном пространстве, тем самым повышая надежность разобщения, при этом за счет наличия нижней манжеты 14 предотвращается размыв наполнителя при продолжительной закачке жидкости в пласт.

Таким образом, манжета 8 с поршнем 10 выполняют следующие функции: для доуплотнения наполнителя в межтрубном пространстве под действием высокого давления жидкости; создают дополнительное уплотнение под наполнителем; защищают наполнитель от размыва при различных технологических операциях, например при продолжительной закачке жидкости в пласт для поддержания пластового давления.

При необходимости устройство извлекается на поверхность. Для этого в затрубном пространстве создают давление, нагретая жидкость, одновременно медленно натягивая НКТ вверх. Жидкость, отогнув края лепестка самоуплотняющей верхней манжеты 13, давление передает на разобщающую пробку из наполнителя 15, которая, перемещаясь вниз, заталкивает уплотнительную манжету 14 с поршнем 10 в полость между наружной стенкой корпуса и кожухом. Далее туда же попадает и часть наполнителя, при котором происходит циркуляция жидкости из затрубного пространства в трубное через радиальный канал 2, после чего давление сбрасывают и создают усилие натяжения вверх.

Технико-экономические преимущества изобретения заключаются в следующем. Конструкция разобщающего устройства позволяет повысить надежность разобщения и увеличить долговечность, поскольку опасность релаксации уплотняющей, манжеты и потерю ею герметичности компенсирует наличие уплотнителя из наполнителя, который образует практически непроницаемую пробку, не подвергаясь релаксации, с длительным сроком службы от года и более лет, тогда как известные устройства служат не более 6 мес при одинаковых условиях и при наличии высокого давления (до 35 МПа и более). Кроме того, предлагаемое устройство не требует строгого соблюдения внутреннего диаметра обсадной колонны, т.е. не боится дефекта заводского изготовления труб (неравномерности в диаметре труб), дополнительных спуско-подъемных операций на подготовку места установки разобщающего устройства фрезерованием, калибровкой, а затем и шлифованием, позволяет сохранить внутренний диаметр проходного канала устройства равным диаметру насосно-компрессорных труб, на которых спускают в скважину устройство, упрощаются его конструкция и изготовление.