устройство для разобщения пластов в скважине

Формула изобретения

Устройство для разобщения пластов в скважине, включающее уплотнительную манжету, размещенную в конусообразном упоре с лепестками и хвостовиком, отличающееся тем, что лепестки упора выполнены жесткими с возможностью центрирования обсадной колонны, а хвостовик снабжен перегородками, на которых размещены скребки для стирания глинистой корки со стенок скважины и получения турбулентного движения тампонажного раствора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для разобщения пластов в скважине, преимущественно при цементировании обсадных колонн в условиях низких градиентов гидроразрыва пластов и наличия в скважинах зон, склонных к поглощениям, а также для предупреждения нефтегазопроявлений и межпластовых перетоков.

Известно устройство для разобщения пластов в скважине, содержащее корпус с осевым каналом и кожух, образующие между собой кольцевую полость, золотник и втулку, установленные в кольцевой полости, и пакер с размещенным в кольцевой полости нажимным поршнем (см. описание к а.с. N 1027368 под названием "Устройство для ступенчатого цементирования скважин", опубл. в БИ N 25, 1983 г.).

Известно также устройство для разобщения пластов в скважине (см. а.с. N 1758207 "Устройство для разобщения пластов в скважине", опубл. в БИ N 32, 1992 г. ), содержащее ствол с осевым каналом и радиальными отверстиями, кожух, размещенный концентрично стволу и образующий с ним кольцевую полость, установленные на ствол упор, уплотнительную манжету и разжимной конус с конической торцевой поверхностью в нижней части, расположенной в кольцевой полости между стволом и кожухом. Кроме того, устройство содержит разрезную обечайку и дополнительную уплотнительную манжету.

Это устройство по технической сущности и достигаемому результату более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Общим недостатком известных устройств является сложность конструкции, а также то, что, поскольку они работают от избыточного давления в обсадной колонне, в случае повышения давления в процессе продавки данные устройства перекроют затрубное пространство, что приводит еще к большему повышению давления продавки и соответственно повышению давления на стенки скважины.

В результате может произойти гидроразрыв нижерасположенных пластов и потеря цементного раствора, а это в свою очередь ведет к недоподъему цементного раствора. Произвести заливку уже невозможно. Потребуются сложные работы по исправлению первичного цементирования.

Целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Поставленная цель достигается описываемым устройством, содержащим уплотнительную манжету, размещенную в конусообразном упоре с лепестками и хвостовиком.

Новым является то, что лепестки упора выполнены жесткими с возможностью центрирования обсадной колонны, при этом его хвостовик выполнен удлиненным и снабжен перегородками, на которых размещены скребки.

По нашему мнению, отличительные признаки, приведенные выше, удовлетворяют критерию "существенные отличия" изобретения, поскольку на дату оформления заявки из патентной и научно-технической литературы авторам не известны устройства того же назначения и с такими отличительными признаками, которые не являются идентичными и эквивалентными в сравнении со сходными признаками известных устройств, при этом они позволяют получить положительный эффект, выражающийся в повышении качества цементирования в кавернозных участках ствола скважины, а также разобщения пластов. Кроме того, обеспечивается при этом центрирование обсадной колонны в этих участках. Таким образом, у заявляемого объекта расширены функциональные возможности с полезными свойствами, что очень важно при цементировании кавернозных участков ствола скважин.

Представленные рисунки поясняют сущность изобретения, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства для разобщения пластов, спущенного в скважину в собранном виде на обсадной колонне перед цементированием, частичный разрез; на фиг. 2 - то же, что и на фиг. 1 - после окончания процесса цементирования.

Устройство для разобщения пластов содержит уплотнительную манжету 1 (см. фиг. 1) самоуплотняющегося типа, размещенную в конусообразном упоре 2 с лепестками 3, выполненными в расширенной части конуса, а нижняя часть его оканчивается удлиненным хвостовиком 4. С целью возможности центрирования обсадной колонны 5, на котором жестко закрепляют упор, максимальный наружный диаметр конусной части последнего, где расположены лепестки 3, выполнена на 2-3 мм меньше номинального диаметра скважины и при этом лепестки выполнены жесткими. Между лепестками имеются зазоры 6 для прохода бурового и цементного раствора. Хвостовая часть упора 2 снабжена перегородками 7 (ребрами), на которых жестко размещены металлические скребки 8, играющие одновременно роль турбулизатора.

Устройство работает следующим образом. По согласованию с геологической и технологической службами бурового предприятия уточняют место установки устройства. Перед спуском в скважину его одевают в собранном виде (см. фиг. 1) на обсадную трубу 5 и закрепляют стопорными шпильками или другими известными средствами (шпильки не изображены).

В процессе цементирования закачиваемый тампонажный раствор, попадая из трубного пространства через башмак колонны 5 в затрубное и достигая скребков 8, которые выступают за пределы максимального наружного диаметра упора, проходя между ними и перегородками 7, получает турбулентное движение, что приводит к обеспечению более полного замещения бурового раствора тампонажным, уменьшая вероятность включения в цементное кольцо бурового раствора, повышая тем самым надежность разобщения пластов. При этом в обеспечении качества крепления скважины немаловажную роль играют скребки, размещенные на перегородках 7, которые при спуске обсадной колонны в скважину частично сдирают глинистую корку со стенок скважины, разрыхляя ее, создают благоприятные условия для последующего отмыва ее буферной жидкостью, закачиваемой в скважину перед закачкой цементного раствора. Далее тампонажный раствор, проходя через зазоры лепестков и кольцевой зазор, образованный между уплотнительной манжетой и стенкой скважины, поднимается вверх, заполняя затрубное пространство над устройством. После закачки тампонажного раствора расчетного объема насос останавливают, столб тампонажного раствора за колонной оказывает гидростатическое давление на уплотнительную манжету, последняя, самоуплотняясь от действия этого давления, перекрывает ствол скважины, тем самым обеспечивая разобщение нижележащих пластов от верхних. Это способствует снижению давления столба цементного раствора на нижележащие пласты, предохраняя от гидроразрыва. В зависимости от состояния ствола скважины таких устройств на обсадной колонне может быть установлено несколько.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.

Использование устройства, как показали предварительные промысловые испытания, обеспечивает качественное цементирование в кавернозных участках ствола скважины, надежно разобщая при этом нижележащие пласты от верхних. Устройство обладает высокой эффективностью за счет расширения его функциональных возможностей (он же разобщитель пластов выполняет роль центратора и как очиститель стенок скважины от глинистой корки), что позволяет в конечном итоге сократить материальные затраты, повышать эксплуатационную надежность скважины.

Применение устройства на буровых предприятиях при строительстве скважин даст ощутимые экономические выгоды.