способ изоляции зоны осложнения в скважине и пакер

Формула изобретения

1. Способ изоляции зоны осложнения в скважине, включающий спуск заливочных труб, оснащенных в нижней части устройством для изоляции кольцевого пространства скважины между обсадной колонной и заливочными трубами и кольцевым фрезером, закачку через заливочные трубы цементного раствора на углеводородной основе и его продавку в зону осложнения, которую осуществляют со ступенчатым наращиванием давления до величины, превышающей пластовое давление и последующим ступенчатым сбросом давления, при этом операции наращивания давления и последующего его сброса повторяют, но с разным темпом наращивания и сбрасывания давления в каждой из операций, после чего образовавшийся цементный мост в стволе скважины и пакер разбуривают с использованием помещенных в скважине заливочных труб и кольцевого фрезера.

2. Пакер, включающий стыковочный узел для соединения с колонной труб, патрубок, соединенный со стыковочным узлом разъемным соединением и выполненный с переточным отверстием, по меньшей мере одним, в нижней его части и посадочным седлом под переточным отверстием под бросовый элемент, нижние разрезные плашки, помещенные на патрубке и зафиксированные на нем стаканом, перекрывающим переточное отверстие снаружи патрубка и образующим с нижними плашками и патрубком полость, гидравлически связанную через переточное отверстие с полостью патрубка, верхние плашки, размещенные на патрубке, верхние и нижние клинья, взаимодействующие с соответствующими плашками, и уплотнительный элемент, размещенный на патрубке между клиньями с возможностью его деформации при взаимодействии стыковочного узла с верхними плашками, имеющими возможность их продольного разъема от усилия, превышающего усилие деформации уплотнительного элемента в его рабочем положении, и фиксации устройства в скважине, при этом стыковочный узел имеет на контакте с верхними плашками кольцевую фрезу.

3. Пакер по п.2, отличающийся тем, что уплотнительный элемент по его торцам имеет втулки для перераспределения деформаций в теле уплотнительного элемента и увеличения герметичности изоляции.

4. Пакер по п.2, отличающийся тем, что втулки на торцах уплотнительного элемента выполнены с вогнутыми поверхностями второго порядка.

5. Пакер по п.2, отличающийся тем, что он в нижней части имеет обратный клапан.

6. Пакер п.2, отличающийся тем, что разъемное соединение, соединяющее патрубок со стыковочным узлом, выполнено в виде срезных элементов.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, в частности к области цементирования скважин, например, вторичного (исправительного, ремонтного) под давлением. Изобретение может быть использовано также и при установке разобщающих мостов в скважине в необходимых интервалах, а также при любых других изоляционных операциях в скважине. Устройство учитывает специфику технологии, свойственную цементировочным работам.

Известен способ изоляции зоны осложнения в скважине, включающий спуск заливочных труб, оснащенных в нижней части устройством для изоляции кольцевого пространства скважины между обсадной колонной и заливочными трубами, закачку через заливочные трубы цементного раствора и его продавку в зону осложнения (см., например, Крылов В.И. и др. Осложнения при бурении скважин, М., Недра, 1965, стр.171-172).

Недостатком известного способа является его низкая эффективность, обусловленная недостаточной степенью охвата изолируемой зоны, например, зоны водопритока и высокой степенью кольматации продуктивной части изолируемой зоны.

Известен пакер, включающий стыковочный узел для соединения с колонной труб, патрубок, соединенный со стыковочным узлом разъемным соединением и выполненный в нижней его части с посадочным седлом под бросовый элемент, плашки и клинья, размещенные на патрубке и взаимодействующие друг с другом, и уплотнительный элемент, размещенный на патрубке с возможностью его деформации от осевого усилия через стыковочный узел (см., например, Крылов В.И. и др., Осложнения при бурении скважин, М., Недра, 1965, стр.186-187).

Недостатком известного устройства является ограниченность его применения в скважинах в связи, например, с недостаточной надежностью работы в скважинах, особенно наклонных скважинах, значительные трудозатраты при восстановлении сечения скважины после осуществления изоляционных операций. Кроме того, известное устройство не обеспечивает необходимых перепадов давления в скважине в процессе изоляционных работ и после их осуществления при достаточно сложной конструкции.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа за счет увеличения охвата изолируемой зоны по толщине и глубине от ствола скважины с сохранением фильтрационных свойств продуктивной части изолируемой зоны, снижение затрат времени и средств на последующее введение скважины в эксплуатацию, а также повышение надежности работы устройства и упрощение его конструкции.

Необходимый технический результат достигается тем, что способ изоляции зоны осложнения в скважине включает спуск заливочных труб, оснащенных в нижней части устройством для изоляции кольцевого пространства скважины между обсадной колонной и заливочными трубами - пакером с кольцевым фрезером, закачку через заливочные трубы нефтецементного раствора под давлением и его продавку в зону осложнения, которую осуществляют со ступенчатым наращиванием давления до величины, превышающей пластовое давление и последующим ступенчатым сбросом давления, при этом операции наращивания давления и последующего его сброса повторяют, но с разным темпом наращивания и сбрасывания давления в каждой из операций, после чего образовавшийся цементный мост в стволе скважины и устройство для изоляции кольцевого пространства разбуривают с использованием помещенных в скважине заливочных труб и кольцевого фрезера.

Необходимый технический результат достигается также и тем, что пакер включает стыковочный узел для соединения с колонной труб, патрубок, соединенный со стыковочным узлом разъемным соединением и выполненный с переточным отверстием, по меньшей мере одним, в нижней его части и посадочным седлом под переточным отверстием под бросовый элемент, нижние разрезные плашки, помещенные на патрубке и зафиксированные на нем стаканом, перекрывающим переточное отверстие снаружи патрубка и образующим с нижними плашками и патрубком полость, гидравлически связанную через переточное отверстие с полостью патрубка, верхние плашки, размещенные на патрубке, верхние и нижние клинья, взаимодействующие с соответствующими плашками, и уплотнительный элемент, размещенный на патрубке между клиньями с возможностью его деформации при взаимодействии стыковочного узла с верхними плашками, имеющими возможность их продольного разъема от усилия, превышающего усилие деформации уплотнительного элемента в его рабочем положении, и фиксации устройства в скважине, при этом стыковочный узел имеет на контакте с верхними плашками кольцевой фрезер.

Кроме того: уплотнительный элемент по его торцам имеет втулки для перераспределения деформаций в теле уплотнительного элемента и увеличения герметичности изоляции; втулки на торцах уплотнительного элемента выполнены с вогнутыми поверхностями второго порядка; устройство в нижней части имеет обратный клапан; разъемное соединение, соединяющее патрубок со стыковочным узлом, выполнено в виде срезных элементов.

На чертеже показан общий вид устройства.

Устройство для изоляции скважины включает стыковочный узел 1 для соединения с колонной труб (условно не показаны). Со стыковочным узлом 1 соединен патрубок (корпус) 2 устройства. Патрубок 2 выполнен с переточным отверстием 3, по меньшей мере одним. Переточное отверстие 3 выполнено в нижней части патрубка 2. Под переточным отверстием 3 имеется посадочное седло 4 под бросовый элемент, запускаемый с устья скважины в необходимое время, обусловленное, например, технологией цементирования. Бросовый элемент на чертеже условно не показан. На патрубке 2 помещены нижние разрезные плашки 5. Эти плашки зафиксированы на патрубке стаканом 6. Этот стакан перекрывает переточное отверстие 3 снаружи патрубка 2 и образует с нижними разрезными плашками 5 и патрубком 2 полость 7, гидравлически связанную через переточное отверстие 3 с полостью 8 патрубка 2. На патрубке размещены также и верхние плашки 9. Кроме того, на патрубке размещены верхние 10 и нижние клинья 11, взаимодействующие с соответствующими плашками 5, 9. Между верхними и нижними клиньями 10, 11 размещен уплотнительный элемент 12 с возможностью его деформации при взаимодействии стыковочного узла 1 с верхними плашками 9, соответствующими клиньями 10 и уплотнительным элементом 12. При этом верхние плашки 9 имеют возможность их продольного разъема от усилия, превышающего усилие деформации уплотнительного элемента 12 в его рабочем положении, и фиксации устройства в скважине. Стыковочный узел 1 имеет на контакте с верхними плашками 9 кольцевой фрезер 13.

Кроме того: уплотнительный элемент 12 выполнен на его концах с перераспределителями деформации 14. Эти перераспределители выполнены с возможностью исключения затекания уплотнительного элемента 12 на корпус устройства (патрубок) и обеспечения заданного усилия сцепления уплотнительного элемента с уплотняемой поверхностью (внутренней стенкой колонны). Для этого перераспределители деформации 14 размещены на торцах уплотнительного элемента 12 и имеют заключающие его вогнутые поверхности второго порядка, перекрывающие наружную поверхность уплотнительного элемента с каждой из его сторон по 5-20% от общей длины уплотнительного элемента. Такие диапазоны упомянутого соотношения установлены опытным путем и зависят от габаритов уплотнительного элемента и физических свойства материала уплотнительного элемента 12.

Кроме того: разъемное соединение стыковочного узла 1 с патрубком 2 выполнено в виде срезных элементов 15; патрубок 2 выполнен с герметизирующими кольцами 16; в нижней части устройство снабжено обратным клапаном 17, например, для исключения перетока изоляционного материала из скважины внутрь устройства после окончания цементирования.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед спуском в скважину заливочные трубы оснащают в нижней части устройством для изоляции кольцевого пространства скважины между обсадной колонной и заливочными трубами - пакером с кольцевым фрезером. Затем осуществляют закачку через заливочные трубы цементного раствора на углеводородной основе под давлением и его продавку в зону осложнения. В качестве углеводородной основы применяют, например, нефть или дизельное топливо, или керосин. Кроме того, в этот цементный раствор могут быть добавлены поверхностно-активные вещества (ПАВ), например креозол или асидол, или фенол, или нафтанат кальция. Добавка ПАВ улучшает смешивание цементного раствора в углеводородной жидкости и превращает их в однородную массу, способствуя сохранению подвижности в течение длительного времени и облегчая замещение углеводородной жидкости при контакте раствора с водой.

Продавку цементного раствора на углеводородной основе осуществляют со ступенчатым наращиванием давления до величины, превышающей пластовое давление и последующим ступенчатым сбросом давления. Операции наращивания давления и последующего его сброса повторяют, но с разным темпом наращивания и сбрасывания давления в каждой из операций.

При контакте с водой цементный раствор на углеводородной основе отфильтровывает углеводородную жидкость, быстро загустевает и твердеет. При этом в нефтенасыщенной зоне (без контакта с водой) цементный раствор на углеводородной основе сохраняет подвижность в течение длительного времени, что обеспечивает возможность его проникновения в трещины и поры различной конфигурации и протяженности. Этому в особой степени содействуют и операции со ступенчатым наращиванием давления до величины, превышающей пластовое давление, и последующим ступенчатым сбросом давления, причем с разным темпом наращивания и сбрасывания давления в каждой из операций. Именно такой режим создает глубоко нестационарный гидродинамический режим фильтрации, обеспечивающий наиболее полный охват изолируемой зоны осложнения по толщине и глубине от ствола скважины в радиальном направлении.

После этого образовавшийся цементный мост в стволе скважины и устройство для изоляции кольцевого пространства разбуривают с использованием помещенных в скважине заливочных труб и кольцевого фрезера.

При последующем вводе скважины в эксплуатацию цемент на углеводородной основе именно из продуктивной части пласта легко вымывается. В зоне с присутствием воды затвердевший цемент изолирует все водопроводящие каналы.

Устройство работает следующим образом.

При необходимости изоляции зоны осложнения в скважине в последнюю до этой зоны спускают устройство - пакер с обратным клапаном в нижней части (под пакером) и стыковочным узлом с кольцевым фрезером над пакером. После спуска устройства до необходимой глубины с устья скважины через заливочные трубы пускают бросовый элемент. После его посадки на седло 4 создают давление в заливочных трубах и связанной с ними полости 8 патрубка 2. Давление через переточное отверстие 3 передается в полость 7. Под действием давления в полости 7 стакан 6, фиксирующий нижние разрезные плашки 5, смещается вниз и освобождает упомянутые плашки 5. Сигналом такого состояния нижних плашек 5 является резкое падение давления. Затем осуществляют осевое перемещение заливочной колонны - стыковочного узла 1. Нижние клинья 11 раздвигают нижние разрезные плашки 5 и фиксируют устройство в скважине. Дальнейшим перемещением стыковочного узла 1 осуществляют деформацию уплотнительного элемента 12 через верхние плашки 9 и верхние клинья 10. Заданный режим деформации уплотнительного элемента 12 обеспечивают перераспределители деформации 14, исключающие затекание уплотнительного элемента на корпус устройства (его патрубок) 2. После деформации уплотнительного элемента 12 осуществляют дальнейшую разгрузку заливочной колонны через стыковочный узел 1. Под действием возросшей осевой нагрузки верхние плашки 9 разламываются, поскольку выполнены с возможностью их продольного разъема за счет, например, концентраторов напряжений (продольных бороздок) и надвигаются на верхние клинья 10, которые в это время находятся в крайнем нижнем положении. Верхние плашки 9 в таком их положении фиксируют верхние клинья 10 и, следовательно, уплотнительный элемент 12 в его рабочем положении и устройство в целом, создавая необходимое усилие страгивания этого устройства. После этого удаляют бросовый элемент с посадочного седла 4 известными приемами, например, разрушающим давлением или кислотой. После этого через заливочную колонну закачивают цементный раствор на углеводородной основе с совершением вышеописанных операций. Выполнение устройства обеспечивает возможность осуществления цементирования под давлением с возможностью вариаций давления без риска разгерметизации устройства. Обратный переток цементного раствора в заливочную колонну предотвращает обратный клапан 17.