устройство для разобщения пластов в скважине

Формула изобретения

Устройство для разобщения пластов в скважине, включающее по меньшей мере два пакерных узла, соединенных между собой трубой с отверстиями в стенке, каждый из которых содержит корпус и уплотнительный элемент с верхней и нижней опорами, размещенные на стволе, телескопически установленном на полом штоке с отверстиями в стенке, и образующем с корпусом гидравлическую камеру, в которой размещен поршень, взаимодействующий с нижней опорой уплотнительного элемента, причем ствол имеет отверстия в стенке для сообщения через них и отверстия в стенке штока гидравлической камеры с полостью штока, отличающееся тем, что шток выполнен в виде отдельных разобщенных между собой патрубков по количеству пакерных узлов, из которых верхний конец патрубка верхнего пакерного узла приспособлен для соединения с колонной труб, на которых устройство спускают в скважину, а верхние концы патрубков других пакерных узлов соединены с трубами, соединяющими пакерные узлы между собой, при этом на нижних концах всех патрубков выполнены выступы для ограничения осевых перемещений их внутри стволов, а в отверстиях в стенках соединительных труб установлены клапаны.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, в частности к разобщению продуктивного пласта с целью селективного воздействия на него в процессе освоения и эксплуатации, преимущественно в горизонтальных скважинах.

Известно устройство для разобщения пластов в скважине (пакер), содержащее два уплотнительных узла, включающих уплотнительные элементы и верхние и нижние опоры, смонтированные на полых стволах с отверстиями в их стенках, соединенных между собой с возможностью осевых перемещений относительно друг друга, полость которых через указанные отверстия сообщена с гидравлической камерой, образованной этими стволами и трубой, соединяющей шлипсовые узлы между собой. Внутри камеры размещен кольцевой поршень, взаимодействующий при установке устройства с нижним шлипсовым узлом и деталями нижнего уплотнительного узла, а соединяющая шлипсовые узлы труба взаимодействует с верхним шлипсовым узлом и деталями верхнего уплотнительного узла [1]

Недостатком известного устройства является ненадежная герметизация кольцевого зазора скважины, т.к.как для сжатия уплотнительных элементов требуется создание опоры на стенки скважины, которые часто не обладают необходимой прочностью.

Кроме того, для снятия устройства (распакеровки) необходимо вращать колонну труб, что недопустимо в горизонтальных скважинах, т.к. произойдет скручивание колонны труб в вертикальной части ствола скважины.

Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому является устройство для разобщения пластов в скважине, включающее два пакерных узла, соединенных между собой трубой с отверстиями в стенке, каждый из которых содержит корпус и уплотнительный элемент с верхней и нижней опорами, размещенные на стволе, телескопически установленном на полом штоке с отверстиями в стенке и образующем с корпусом гидравлическую камеру, в которой размещен поршень, связанный с нижней опорой уплотнительного элемента; причем ствол имеет отвеpстия в стенке для сообщения через них и отверстия в стенке штока гидравлической камеры с полостью штока, а шток приспособлен к взаимодействию с деталями испытателя пластов [2]

Недостатком этого устройства является невозможность многократных установок и съемов без подъема его из скважины в случаях необходимости воздействия на несколько пластов или отдельных участков продуктивного пласта селективно, поскольку его работа зависит от испытателя пластов, который требует перезарядки.

Другим недостатком известного устройства является сложность его конструкции из-за наличия множества камер и полостей, гидравлических реле, пружин, фонаря и необходимости выполнения многочисленных технологических разъемов при изготовлении деталей корпусов и опор с целью размещения в их расточках выступающих частей стволов и штока.

Еще одним недостатком является то, что вследствие одновременной запакеровки обоих пакерных узлов невозможно определить, какой из них установлен ненадежно и не обеспечивает герметичность разобщения пласта в случае обнаружения ее.

Кроме того, вследствие постоянного сообщения центрального канала устройства с затрубным пространством через отверстия 22 в соединительной трубе и 28 в штоке осуществление запакеровки уплотнительных элементов будет затруднено.

Целью изобретения является обеспечение возможности многократного использования устройства за одну спуско-подъемную операцию, в том числе в горизонтальных скважинах.

Другой целью изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение его работоспособности.

Еще одной целью изобретения является повышение надежности разобщения пластов в скважине за счет раздельной запакеровки каждого пакерного узла и проверки их на герметичность разобщения.

Указанные цели достигаются тем, что в описываемом устройстве, включающем, по меньшей мере, два пакерных узла, соединенных между собой трубой с отверстием в стенке, каждый из которых содержит корпус и уплотнительный элемент с верхней и нижней опорами, размещенные на стволе, телескопически установленном на полом штоке с отверстиями в стенке и образующем с корпусом гидравлическую камеру, в которой размещен поршень, связанный с нижней опорой уплотнительного элемента, причем ствол имеет отверстия в стенке для сообщения через них и отверстия в стенке штока гидравлической камеры с полостью штока, согласно изобретению, шток выполнен в виде отдельных разобщенных между собой патрубков по количеству пакерных узлов, из которых верхний конец патрубка верхнего пакерного узла приспособлен для соединения с колонной труб, на которых устройство спускают в скважину, а верхние концы патрубков других пакерных узлов соединены с трубами, соединяющими пакерные узлы между собой; на нижних же концах всех патрубков выполнены выступы для ограничения осевых перемещений их внутри стволов, а в отверстиях в стенках соединительных труб установлены клапаны.

В результате анализа известных технических решений признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа, не выявлены. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критериям изобретения: "Наличие новизны и изобретательского уровня". Промышленная применяемость его не вызывает сомнений.

На фиг.1 показан фрагмент общего вида устройства с частичным продольным разрезом (верхняя часть);

На фиг.2 показано продолжение устройства, изображенного на фиг.1 (нижняя часть).

В зависимости от количества разделяемых пластов или участков одного пласта (например в горизонтальной скважине) устройство содержит несколько пакерных узлов. В описываемом примере (фиг.1 и 2) это узлы 1 и 2, соединенные между собой трубой 3 с отверстием 4 в ее стенке, в котором смонтированы седло 5 и клапан 6, взаимодействующий с пружиной 7, работающей на сжатие, размещенной между неподвижной 8 и подвижной 9 опорами, последняя из которых жестко соединена с клапаном 6.

С противоположной от седла 5 стороны отверстие 4 герметично закрыто пробкой 10.

Каждый пакерный узел имеет корпус 11, 12 и уплотнительный элемент 13 и 14 с верхней 15, 16 неподвижной и нижней 17, 18 подвижной опорами, размещенные на стволе 19, 20, телескопически установленном на полом штоке в виде патрубков 21, 22 с отверстиями 23 и 24 в стенке. При этом стволы 19 и 20 образуют со своими корпусами 11 и 12 гидравлические камеры 25 и 26, в которых размещены поршни 27 и 28, взаимодействующие с нижними опорами 17 и 18 соответственно. В стенках стволов 19 и 20 выполнены отверстия 29 и 30 для сообщения гидравлических камер 25 и 26 через отверстия 23 и 24 в патрубках 21 и 22 с их полостями. Верхние концы патрубков 21 и 22 с помощью упругих разрезных колец 31 и 32 соединены с верхними опорами 15 и 16 уплотнительных элементов 13 и 14 соответственно. Кроме того, верхний конец патрубка 21 верхнего пакерного узла 1 имеет резьбу 33 для соединения с колонной труб 34, на которых устройство спускают в скважину, а верхний конец патрубка 22 нижнего пакерного узла 2 соединен с трубой 3, соединяющей пакерные узлы 1 и 2 между собой. На нижних же концах патрубков 21 и 22 выполнены выступы 35 и 36 для ограничения осевых перемещений их внутри стволов 19 и 20 соответственно. Кроме того, нижний конец патрубка 22 нижнего пакерного узла 2 заглушен заглушкой 37.

Работает устройство следующим образом.

С помощью резьбы 33 на патрубке 21 устройство присоединяют к колонне труб 34 и спускают в скважину в интервал разобщения пласта. При этом пакерные узлы 1 и 2 располагают так, чтобы испытываемый или обрабатываемый пласт (а в горизонтальной скважине участки пласта) находился между ними. В статическом положении устройства клапан 6, находясь под воздействием пружины 7, открыт и скважинная жидкость свободно через отверстие 4 в стенке трубы 3 заполняет полость колонны труб 34.

Затем закачкой жидкости в полостях патрубков 21 и 22 создают давление. В результате штуцирования потока жидкости в зазоре между седлом 5 и клапаном 6 возникает перепад между давлениями внутри трубы 3 и в затрубном пространстве, под действием которого клапан 6 закроет отверстие 4 в трубе 3, уперевшись в седло 5. При этом увлекаемая клапаном 6 подвижная опора 9 сожмет пружину 7. Одновременно с этим давление через отвеpстия 24 в патрубке 22 и 30 в стволе 20 нижнего пакерного узла 2 распространяется в гидравлическую камеру 26 и перемещает поршень 28 вверх, который, воздействуя на опору 18, сжимает уплотнительный элемент 14 до полного прижатия его стенок к стенке скважины.

Далее создают натяжение колонны труб 34, при котором разрезное упругое кольцо 32 разжимается и патрубок 22 выходит из зацепления с верхним упором 16 пакерного узла 2. При этом отверстия 2 в патрубке 22 и 30 в стволе 20 разобщаются, чем обеспечивается разобщение гидравлической камеры 26 от внутренней полости устройства.

Подъем колонны труб 34 приостанавливается, как только выступ 36 патрубка 22 нижнего пакерного узла 2 упрется в нижний торец ствола 20.

Затем дальнейшим натяжением колонны труб 34 проверяют надежность запакеровки пакерного узла 2 и в случае ненадежной установки его операцию повторяют.

В случае надежной установки пакерного узла 2 натяжение колонны труб 34 продолжают. При этом кольцо 31 разжимается, освобождая патрубок 21 верхнего пакерного узла 1 от зацепления с верхней опорой 15 уплотнительного элемента 13; движение патрубка 21 вверх прекратится после того, как его выступ 35 упрется в нижний торец ствола 19. При этом отверстия 23 в патрубке 21 и 29 - в стволе 19 совместятся, и давление жидкости, распространившись в гидравлическую камеру 25, переместит поршень 27 и нижнюю опору 17 вверх. Последняя сожмет уплотнительный элемент 13 верхнего пакерного узла 1 до плотного прижатия его стенок к стенке скважины.

Далее опусканием колонны труб 34 до зацепления патрубка 21 с верхней опорой 15 уплотнительного элемента 13 разобщают отверстия 23 в патрубке 21 и 29 в стволе 19, обеспечивая тем самым герметизацию гидравлической камеры 25. И, продолжая опускать колонну труб 34, проверяют надежность запакеровки пакерного узла 1. Этим заканчивают установку устройства.

После снятия давления жидкости клапан 6 под действием пружины 7 открывается, создавая условия для проведения работ по взаимодействию с пластом (освоение, обработка и т.д.).

Распакеровка пакерных узлов 1 и 2 осуществляется в обратном порядке. Натяжением колонны труб 34 до упора выступа 35 патрубка 21 в нижний торец ствола 19 освобождают патрубок 21 от зацепления с верхней опорой 15 уплотнительного элемента 13. При этом отверстия 23 в патрубке 21 и 29 в стволе 19 совместятся и гидравлическая камера 25 разгерметизируется, в результате чего поршень 27 и опора 17 уплотнительного элемента 13 переместятся вниз, освободив от напряжения сжатия последний.

Далее, подачей колонны труб 34 вниз до зацепления патрубка 22 нижнего пакерного узла 2 с верхней опорой 16 уплотнительного элемента 14 совмещают отверстия 24 в патрубке 22 и 30 в стволе 20 между собой, в результате чего гидравлическая камера 26 разгерметизируется и поршень 28 и нижняя опора 18 уплотнительного элемента 14 переместятся вниз, освободив последний от напряжения сжатия.

Конструкция устройства позволяет без подъема его из скважины производить освоение или обработку нескольких пластов или участков одного пласта, выбирая их селективно. Кроме того, присоединяя несколько пакерных узлов, аналогичных узлу 2, и переставляя клапанный узел куда надо, можно разобщить сразу несколько пластов или участков одного пласта, расположенных на различных интервалах друг от друга, что особенно важно в горизонтальных скважинах.