устройство для обработки пластов в скважине

Формула изобретения

Устройство для обработки пластов в скважине, содержащее пакер, включающий проходной корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с радиальными каналами и внутренней цилиндрической выборкой, золотник с двумя рядами радиальных каналов, разделенных поперечной глухой перегородкой и вставленный в ствол, установленную внутри золотника втулку с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта, при этом верхний ряд радиальных каналов золотника находится напротив радиальных каналов ствола, а ствол, золотник и втулка соединены между собой дифференциальными срезными элементами, причем перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов золотника сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство насосно-компрессорных труб с внутренним пространством корпуса пакера, отличающееся тем, что устройство выше разобщителя на расстоянии от пакера, превышающем толщину верхнего пласта, снабжено дополнительным пакером, состоящим из цилиндра сверху и дополнительной эластичной манжеты, установленной на соединенном с разобщителем посредством муфты полом основании, с которым вверху жестко соединен поршень, и жестко связанного с колонной насосно-компрессорных труб цилиндра, в который телескопически установлен поршень с возможностью осевого перемещения вверх, образующего с поршнем полость, гидравлически соединенную с внутренним пространством насосно-компрессорных труб, причем цилиндр выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной эластичной манжетой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине при раздельной закачке в них различных реагентов.

Известно «Устройство для обработки пластов в скважине» (см. а.с.SU № 2234589, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ № 23 от 20.08.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол и золотник, снабженные радиальными каналами, при этом корпус пакера выполнен проходным в осевом направлении, а золотник разобщителя расположен внутри его ствола, соединен с ним срезными элементами, заглушен снизу и имеет по наружной поверхности выше заглушенного участка меньший диаметр, образующий со стволом полость, сообщающуюся через радиальные каналы с внутренним пространством разобщителя, снабжен конусной расточкой, в которой установлено стопорное кольцо, взаимодействующее с кольцевой проточкой, расположенной в нижней части ствола, и посадочным седлом для шара, сбрасываемого во внутрь устройства перед обработкой второго пласта.

Наиболее близким по техническому решению является «Устройство для обработки пластов в скважине» (см. патент на полезную модель № 37140, МПК 7 Е 21 В 33/12, опубл. БИ № 10 от 10.04.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол и золотник, снабженные радиальными каналами, при этом корпус пакера выполнен в осевом направлении проходным, а золотник установлен внутри ствола, при этом сверху внутри золотника установлена втулка, оснащенная посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта, причем ствол золотника и втулка соединены между собой дифференциальным срезными элементами, при этом в стволе выполнена внутренняя цилиндрическая выборка, против которой расположен золотник, разделенный глухой поперечной перегородкой, при этом в теле золотника выполнены два ряда радиальных каналов, один из которых выполнен над вышеупомянутой глухой перегородкой, а другой под ней, причем перед обработкой первого пласта верхний ряд радиальных каналов находится напротив радиальных каналов ствола, а перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство насосно-компрессорных труб с внутренним пространством пакера.

Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки, связанные с тем. что при обработке верхнего пласта давление закачки, при котором может принимать верхний пласт, может быть гораздо выше допустимого на обсадную колонну, особенно в старых скважинах, срок эксплуатации которых превышает 20 лет, в таком случае это может привести к нарушению обсадной колонны выше верхнего пласта, а это капитальный ремонт скважины, выражающийся в дополнительных неоправданных вложениях материальных и финансовых средств; кроме того, обязательно на устье скважины наличие устьевого сальника или планшайбы, поскольку верхняя часть обсадной колонны подвержена давлению закачки верхнего пласта, поэтому устье должно быть надежно загерметизировано.

Задачей изобретения является разработка такого устройства, которое позволяет за один спуск оборудования в скважину без риска повреждения обсадной колонны обработать два пласта при необходимых давлениях закачки в каждый из пластов вне зависимости от допустимого давления на обсадную колонну и срока эксплуатации скважины.

Указанная задача решается предлагаемым устройством для обработки пластов в скважине, содержащим пакер, включающий проходной корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с радиальными каналами и внутренней цилиндрической выборкой, золотник с двумя рядами радиальных каналов, разделенных поперечной глухой перегородкой и вставленный в ствол, установленную внутри золотника втулку с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта, при этом верхний ряд радиальных каналов золотника находится напротив радиальных каналов ствола, а ствол, золотник и втулка соединены между собой дифференциальным срезными элементами, причем перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов золотника сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство насосно-компрессорных труб с внутренним пространством корпуса пакера.

Новым является то, что устройство выше разобщителя на расстоянии от пакера, превышающем толщину верхнего пласта, снабжено дополнительным пакером, состоящим из цилиндра сверху и эластичной манжеты, установленной на соединенном с разобщителем посредством муфты полом основании, с которым вверху жестко соединен поршень, и жестко связанного с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) цилиндра, в который телескопически установлен поршень с возможностью осевого перемещения вверх, образующего с поршнем полость, гидравлически соединенную с внутренним пространством насосно-компрессорных труб, причем цилиндр выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной эластичной манжетой.

На фиг.1 изображена нижняя часть предлагаемого устройства, устанавливаемая между верхним и нижним пластами в продольном разрезе.

На фиг.2 изображена верхняя часть предлагаемого устройства, устанавливаемая над верхним пластом в продольном разрезе.

На фиг.3 - развертка формы и направления фигурного паза корпуса пакера.

Устройство состоит из пакера 1, разобщителя 2 и дополнительного пакера 3.

Пакер содержит проходной корпус 4 с замкнутым фигурным пазом 5 на наружной поверхности (см.фиг.3) в виде одного продольного короткого участка и одного продольного длинного участка. На проходном корпусе 4 (см.фиг.1) с возможностью осевого перемещения установлена обойма 6, связанная снизу кольцом 7, соединенным с направляющим штифтом 8, размещенным в фигурном пазе. В верхней части обоймы 6 установлены подпружиненные шлипсы 9 со стопорным элементом 10. На проходном корпусе 4 находится нижняя опора 11, эластичная манжета 12 и верхняя опора 13, жестко соединенная с проходным корпусом 4.

С верхней опорой 13 пакера 1 соединен ствол 14 разобщителя 2, имеющий ряд радиальных каналов 15. Внутри ствола 14 установлен золотник 16. Сверху, внутри золотника 16, установлена втулка 17, оснащенная посадочным седлом 18 для шара 19, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой нижнего пласта. Ствол 14, золотник 16 и втулка 17 соединены между собой дифференциальными срезными элементами 20. В стволе 14 выполнена внутренняя цилиндрическая выборка 21, напротив которой расположен золотник 16, разделенный глухой поперечной перегородкой 22. В теле золотника 16 выполнены верхний 23 и нижний 24 ряды радиальных каналов. Верхний ряд радиальных каналов 23 выполнен над вышеупомянутой глухой перегородкой 22, а нижний ряд радиальных каналов 24 золотника 16 под ней.

Перед обработкой верхнего пласта верхний ряд радиальных каналов 23 находится напротив радиальных каналов 15 ствола 14, а перед обработкой нижнего пласта верхние 23 и нижние 24 ряды радиальных каналов сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки 21 ствола 14, гидравлически соединяя внутреннее пространство 25 колонны насосно-компрессорных труб 26 с внутренним пространством 27 пакера 1. Сопрягаемые поверхности золотника 16 снабжены уплотнительными кольцами 28.

Устройство выше разобщителя 2 на расстоянии 5-7 метров выше верхнего пласта (на фиг.1, 2, 3 не показано) снабжено дополнительным пакером 3 (см.фиг.2).

Дополнительный пакер 3 состоит из цилиндра 29 и дополнительной эластичной манжеты 30, установленной на полом основании 31, с которым жестко соединен поршень 32.

Поршень 32 телескопически установлен с возможностью осевого перемещения вверх в цилиндр 29, образующий с поршнем полость 33, гидравлически соединенную с внутренним пространством 25 колонны НКТ 26.

Цилиндр 29 выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной эластичной манжетой 30.

Дополнительный пакер 3 своим полым основанием 31 соединен с разобщителем 2 посредством муфты 34.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в собранном виде на колонне НКТ 26 (фиг.2) спускают в скважину на необходимую глубину и устанавливают таким образом, чтобы нижняя часть устройства (фиг.1) находилась между верхним и нижним пластом (на фиг.1, 2, 3 не показано), которые необходимо обработать, а верхняя часть устройства (см.фиг.1) выше верхнего пласта на 5-7 метров. Затем устройство приподнимают примерно на 1 метр вверх и опускают. В результате этого штифт 8 из короткого продольного участка замкнутого фигурного паза 5 перемещается в длинный продольный участок (перед спуском устройства в скважину штифт 8 устанавливается в продольном коротком участке замкнутого фигурного паза 5 так, как показано на фиг.3).

При дальнейшем перемещении вниз детали 6-9 (фиг.1) остаются на месте, так как пружины 35 прижимают гладкую часть шлипсов 9 к стенкам обсадной колонны (на фиг.1, 2, 3 не показано); а детали 4, 11, 12, 13...двигаются вниз до тех пор, пока конусная часть нижнего упора 11 не упрется в шлипсы 9. Под действием веса колонны НКТ 26 шлипсы 9 разойдутся в радиальном направлении до соприкосновения их зубчатой части с обсадной колонной, а эластичная манжета 12 под действием нагрузки сожмется, надежно перекрывая заколонное пространство скважины между верхним и нижним пластами.

Далее колонну НКТ 26 продолжают разгружать, в результате чего цилиндр 29 (см.фиг.2), жестко связанный с колонной НКТ 26, опускается вниз и воздействует на дополнительную эластичную манжету 30, установленную на полом основании 31.

Дополнительная эластичная манжета 30 сжимается и надежно прижимается к стенкам обсадной колонны скважины (на фиг.1, 2, 3), отсекая тем самым верхнюю часть обсадной колонны и предохраняя ее от воздействия высоких давлений, которые могут возникнуть при обработке верхнего пласта. После этого верхняя часть колонны НКТ 26 крепится на опорном фланце устьевой арматуры (на фиг.1, 2, 3 не показано).

Устройство готово к работе.

Приступают к обработке верхнего пласта. Для этого реагент через внутреннее пространство 25 колонны НКТ 26, через верхний ряд радиальных каналов 23 золотника 16 и радиальные каналы 15 ствола 14 разобщителя 2 закачивают в верхний пласт под давлением, с которым он принимает, поскольку обсадная колонна, находящаяся выше устройства, отсечена с помощью дополнительного пакера 3. При этом в процессе закачки реагент, попадая в полость 34, гидравлически соединенную с колонной НКТ 26, воздействует на поршень 32, который дожимает дополнительную эластичную манжету 30 к стенкам обсадной колонны. После обработки верхнего пласта устройство оставляют на реакцию. По прошествии определенного времени проводят свабирование путем снижения уровня жидкости в скважине.

Затем приступают к обработке нижнего пласта. Для этого во внутрь колонны НКТ 26 бросают шар 19 (см. фиг.1), который садится на посадочное седло 18 втулки 17 и перекрывает внутреннее пространство 27 пакера 1. В колонне НКТ 26 повышают давление, в результате чего дифференциальные срезные элементы 20 разрушаются в месте соединения золотника 16 и ствола 14 разобщителя 2. Давление в колонне НКТ 26 продолжают повышать, при этом золотник 16 переместится вниз до тех пор, пока своими зубчатыми насечками 36, выполненными на его нижней наружной поверхности, не зафиксируется стопорным кольцом 37, находящимся во внутренней кольцевой выборке 38 ствола 14 (см.фиг.2). При этом верхний ряд радиальных каналов 23 и нижний ряд радиальных каналов 24 золотника 16 посредством внутренней цилиндрической выборки 21 ствола 14 гидравлически сообщатся.

После этого по внутреннему пространству 25 колонны НКТ 26 через верхний ряд радиальных каналов 23 золотника 16, внутреннюю цилиндрическую выборку 21 ствола 14 и нижний ряд радиальных каналов 24 золотника 16 производят закачку реагента в нижний пласт под давлением, с которым он принимает, и оставляют скважину на реакцию.

После определенного времени, так же как и в верхнем пласте, производят свабирование путем снижения уровня.

После обработки нижнего пласта колонну НКТ 26 поднимают примерно на 2 метра. При этом цилиндр 29 (см.фиг.2) дополнительного пакера 3 подниматся вверх до соприкосновения с поршнем 32, жестко связанным с полым основанием 31, и таким образом перестает оказывать сжимающее воздействие на дополнительную эластичную манжету 30, которая в свою очередь отходит от стенок обсадной колонны.

Далее, уже проходной корпус 4 пакера 1 поднимается вверх, нижний упор 11 выходит из зацепления со шлипсами 9, нагрузка на эластичную манжету 12 снимается и она принимает первоначальное положение.

Устройство вновь опускают, штифт 8 перемещается из длинного участка фигурного паза 5 (см.фиг.3) в короткий, после чего оборудование получает транспортное положение и может быть переведено в другой верхний интервал скважин или поднято на поверхность.

Благодаря тому, что устройство позволяет за один спуск в скважину без риска повреждения обсадной колонны обработать два пласта при необходимых давлениях закачки в каждый из пластов вне зависимости от допустимого давления на обсадную колонну и срока эксплуатации скважины исключаются дополнительные работы по отсечению обсадной колонны выше верхнего пласта, что безусловно позволит сэкономить материальные и финансовые средства.