устройство для очистки и освоения скважин

Формула изобретения

1. Устройство для очистки и освоения скважины, включающее корпус, связанный с опорным патрубком с проходными отверстиями, и установленный внутри корпуса полый шток с радиальными каналами, подпружиненный обратный клапан, перекрывающий центральный канал, пакер и уплотнения, отличающееся тем, что полый шток снабжен в верхней части кольцевым внутренним выступом, расположенным между рядами радиальных каналов и цилиндрическими гнездами в нижней части с установленными в них шариками-фиксаторами, входящими с наружной стороны в сферическую кольцевую выборку корпуса и взаимодействующими с внутренней стороны с глухой фиксирующей втулкой, соединенной со штоком срезными элементами; снабжен также сеткой, находящейся ниже цилиндрических гнезд; радиальные каналы штока перекрыты в исходном положении подвижной подпружиненной втулкой с цилиндрической выборкой на внутренней поверхности; в корпусе ниже сферической кольцевой выборки выполнены кольцевой внутренний выступ и радиальные каналы, в исходном положении перекрытые подпружиненной втулкой: радиальные каналы, расположенные в нижней части корпуса, в исходном положении перекрыты опорным патрубком, соединенным с корпусом срезными элементами; корпус в нижней части снабжен срезающей воронкой для взаимодействия с полыми заглушками, установленными на обсадной колонне.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность нижней части глухой фиксирующей втулки выполнена конусной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для очистки призабойной зоны пласта и забоя скважины от шлама, песка, парафина, смол и других трудноизвлекаемых промывкой отложений, а также при вторичном вскрытии продуктивных пластов в режиме депрессии.

Известно устройство для очистки скважины методом имплозии, состоящее из имплозионной камеры, которая через электронный блок и геофизический наголовник крепится к каротажному кабелю. В верхней части имплозионной камеры подвешена грузоштанга, а в нижней части расположен ступенчатый шток, соединенный с центрирующей втулкой с возможностью перекрытия кулачков в транспортном положении и взаимодействия с грузоштангой для освобождения стакана от зацепления с переводником (1).

Недостатками устройства являются:

- низкая эффективность работы устройства, обусловленная тем, что при открытии имплозионной камеры, последняя будет заполняться, в основном, скважинной жидкостью, а не шламом и пластовой жидкостью;

- высокая дороговизна устройства, объясняющаяся применением электронной аппаратуры и каротажного кабеля;

- ограниченность объема имплозионной камеры;

- ограниченность функциональных возможностей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для очистки скважины, включающее корпус, связанный с опорным патрубком с проходными отверстиями, и установленный внутри корпуса полый шток с радиальными каналами, подпружиненный обратный клапан, перекрывающий центральный канал, пакер и уплотнения (2).

Существенными недостатками устройства являются:

- недостаточная жесткость конструкции;

- возможность выхода из строя нижнего уплотнения корпуса из-за срезания его при прохождении через него перфорированных отверстий штока;

- низкая эффективность очистки скважины, обусловленная тем, что сообщение подпакерного пространства с внутренним пространством насосно-компрессорных труб (НКТ) произойдет раньше, чем будет достигнута окончательная запакеровка скважины, в результате чего НКТ будут заполнены скважинной жидкостью, а не загрязнениями пласта и пластовой жидкостью;

- во время спуска, в случае прихвата или непрохождения оборудования, возможны несанкционированные запакеровка и имплозионное воздействие на пласты;

- трудности в выполнении условия, когда сила упругой деформации пружины сжатия была бы больше силы упругой деформации уплотнительного элемента пакера;

- ограниченность функциональных возможностей.

Задачей изобретения является создание устройства, обладающего большей жесткостью, более высокой работоспособностью и надежностью в работе, повышенной эффективностью очистки скважины, расширенными функциональными возможностями и обеспечивающего значительную экономию материальных средств.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, включающим корпус, связанный с опорным патрубком с проходными отверстиями, и установленный внутри корпуса полый шток с радиальными каналами, подпружиненный обратный клапан, перекрывающий центральный канал, пакер и уплотнения.

Новым является то, что полый шток снабжен в верхней части кольцевым внутренним выступом, расположенным между рядами радиальных каналов и цилиндрическими гнездами в нижней части с установленными в них шариками-фиксаторами, входящими с наружной стороны в сферическую кольцевую выборку корпуса и взаимодействующими с внутренней стороны с глухой фиксирующей втулкой, соединенной со штоком срезаемым элементом; снабжен также сеткой, находящейся ниже цилиндрических гнезд; радиальные каналы штока перекрыты в исходном положении подвижной подпружиненной втулкой с цилиндрической выборкой на внутренней поверхности; в корпусе, ниже сферической кольцевой выборки, выполнены кольцевой внутренний выступ и радиальные каналы, в исходном положении перекрытые подпружиненной втулкой; радиальные каналы, расположенные в нижней части корпуса, в исходном положении перекрыты опорным патрубком, соединенным с корпусом срезаемым элементом; корпус в нижней части снабжен срезающей воронкой для взаимодействия с полыми заглушками, установленными на обсадной колонне.

Новым является также то, что наружная поверхность нижней части глухой фиксирующей втулки выполнена конусной.

На чертеже изображен продольный разрез предлагаемого устройства.

Оно состоит из штока 1, в верхней части которого имеется кольцевой внутренний выступ 2, выше и ниже которого расположены верхний 3 и нижний 4 ряды радиальных каналов. В нижней части штока 1 выполнены цилиндрические гнезда 5, в которых установлены шарики-фиксаторы 6, входящие наружной поверхностью в сферическую кольцевую выборку 7 корпуса 8, а внутренней поверхностью контактирующие с глухой фиксирующей втулкой 9, соединенной со штоком срезными элементами 10. На нижнем торце штока жестко установлена сетка 11.

С наружной стороны штока в зоне радиальных каналов установлена втулка 12 с цилиндрической выборкой 13 изнутри. Одним концом втулка упирается в пружину 14, а она, в свою очередь, в кольцевой выступ 15, а другим - в расширяющий конус 16 пакера, который соединен со штоком 1 срезными элементами 17. Расширяющий конус 16 контактирует с эластичной манжетой 18 пакера, а она - с корпусом 8. Последний выполнен ступенчатым и снабжен ниже сферической выборки 7 внутренним кольцевым выступом 19 и радиальными каналами 20, перекрытыми втулкой 21, с проходными каналами 22, между которой и уступом 23 установлена пружина 24. На уступе 23 находится подпружиненный обратный клапан 25, перекрывающий центральный канал.

На нижнем конце корпуса выполнены радиальные каналы 26, перекрытые опорным патрубком 27 с проходными отверстиями 28, соединенным с корпусом срезными элементами 29. Корпус снабжен срезающей воронкой 30, установленной несколько выше опорного патрубка 27. Сопрягаемые поверхности устройства снабжены уплотнениями 31.

Длины корпуса 8 и опорного патрубка 27 берут из расчета, чтобы при установке устройства в скважине отверстия опорного патрубка 27 находились ниже, а пакер был выше продуктивного пласта.

Колонну обсадных труб спускают в скважину с таким расчетом, чтобы фильтр 32 с установленными в нем полыми заглушками 33, заполненными вязкопластичным веществом 34 (например, парафином, гудроном и т.д.), находился напротив продуктивного пласта. Цементирование производят по обычной технологии.

После схватывания цементного раствора вскрытие, очистку и освоение продуктивного пласта осуществляют следующим образом.

Устройство в собранном виде на НКТ спускают в скважину до упора на забой, при этом воронка 30 срезает головки полых заглушек 33, разрушаются срезные элементы 29, происходит сдвиг опорного патрубка 27 относительно корпуса и открытие радиальных каналов 26. Из-за разницы давлений внутри устройства и межтрубном пространстве фиксирующая втулка 9 сдвигается вверх до выступа 2, разрушая при этом срезные элементы 10 и освобождая шарики-фиксаторы 6.

Под действием веса колонны НКТ шток 1 начинает двигаться вниз, увлекая за собой расширяющий конус 16, который раздвигает эластичную манжету 18 пакера и плотно прижимает ее к стенкам обсадной колонны. Срезные элементы 17 разрушаются. При движении штока 1 вниз радиальные каналы 3 входят в цилиндрическую выборку 13, после чего происходит сообщение межтрубного пространства под пакером с пространством внутри НКТ, которое находится под атмосферным давлением.

За счет значительной разницы давлений происходит мгновенная депрессия, цементный камень (его толщина 4-5 мм) напротив отверстий, где были установлены заглушки, разрушается, происходит резкий выброс жидкости и вместе с ней закупоривших поры пласта веществ. Продуктивный пласт вскрывается и очищается от загрязнений и шлама, которые через каналы 28, 26, 22, 4 и 3 попадают в НКТ. При этом достигается глубокая депрессия на продуктивный пласт и высокий уровень очистки призабойной зоны пласта, т.к. величину депрессии можно создавать практически любую и ограничением здесь могут быть лишь прочностные характеристики обсадной колонны, цементного кольца и скелета породы продуктивного пласта.

Депрессию на пласт можно регулировать путем долива расчетного объема жидкости в НКТ.

После проведения операции по очистке и освоению пласта одну часть устройства на НКТ поднимают на поверхность, а именно: шток 1, пружину 14, втулку 9, шары 6, сетку 11 и втулку 12. Последняя при этом возвращается в исходное положение, т.е. перекрывает верхний ряд радиальных каналов 3 и предотвращает переток в скважину жидкости и шлама из НКТ. Другая часть устройства, включающая пакер (16, 18), корпус 8 со срезающей воронкой 30, обратным клапаном 25, опорным патрубком 27 и подпружиненной втулкой 21, остаются в скважине. В процессе подъема НКТ, в скважину доливают жидкость.

После подъема оборудования, в скважину спускают глубинный насос и запускают ее в эксплуатацию.

В случае необходимости обработки продуктивного пласта через какое-то время после начала эксплуатации, глубинный насос поднимают, в скважину спускают НКТ с радиальными отверстиями на конце, надавливают на втулку 21, при этом открываются каналы 20 и через них в пласт закачивают жидкость и реагенты, необходимые для обработки пласта. После окончания работ НКТ поднимают, под действием пружины 24 втулка 21 перекрывает каналы 20, спускают глубинный насос, и скважина снова готова к эксплуатации.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства выражается в более высокой жесткости конструкции и более высокой надежности и работоспособности его узлов и деталей. Обеспечивается сохранность коллекторских свойств продуктивного пласта от отрицательного воздействия скважинной жидкости и загрязнений, находящихся в стволе скважины при подъеме устройства на поверхность, при спуске и подъеме насосов и т.д. Достигается надежная и высокоэффективная очистка продуктивного пласта от шлама и загрязнений, что позволяет в дальнейшем исключить их отрицательное воздействие на эксплуатацию продуктивного пласта.

Устройство обладает расширенными функциональными возможностями, т.к. позволяет в отличие от прототипа производить вскрытие, отключение и очистку пласта и призабойной зоны за один спуск оборудования. Кроме того, оно позволяет при необходимости осуществить обработку продуктивного пласта с целью повышения его нефтеотдачи, при этом само устройство из скважины не поднимается. Указанные факторы позволят сэкономить значительное количество времени и материальных средств.

Источники информации

1. Аналог. Патент РФ №2086753, МКИ 6 Е 21 В 37/00, 1997.

2. Прототип. Патент РФ №2068079, МКИ 6 Е 21 В 37/00, 1996.