устройство для одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины

Формула изобретения

Устройство для одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины, содержащее корпус с отверстиями, выполненными напротив каждого продуктивного пласта, установленные в корпусе напротив каждого из его отверстий с возможностью осевого перемещения клапанные втулки с пружинными кольцевыми фиксаторами и захватываемыми элементами, механизм управления для спуска в скважину с дневной поверхности и перемещения клапанных втулок для открытия или закрытия отверстий корпуса, пакеры, отличающееся тем, что снаружи корпуса напротив каждого из его отверстий установлены регулируемые клапаны, причем каждый регулируемый клапан состоит из полого стакана, внутри которого размещена втулка с седлом, и подпружиненного сверху вниз шарика, размещенного на седле втулки, при этом регулируемые клапаны позволяют эксплуатировать соответствующие им продуктивные пласты при превышении заданных значений давления путем настройки усилия сжатия пружины шарика для каждого регулируемого клапана в отдельности, при этом захватываемые элементы клапанных втулок выполнены в виде их нижних торцов, а внутренний диаметр каждой из клапанных втулок уменьшается сверху вниз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации многопластовых скважин как для раздельной выработки пластов, так и для одновременной.

Известен способ одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины и приемный клапан для периодического перекрывания потока из пластов (патент РФ на изобретение №2161698, МПК 7 Е21В 43/14; Е21В 34/06, опубл. в бюл. №1 от 10.01.2001 г.), состоящий из корпуса, являющегося частью эксплуатационной колонны, золотника с приемными отверстиями и пружины, установленной под торцом золотника, при этом на торцах золотника выполнены упоры, один из которых в устойчивом положении клапана входит в пазовый венец в корпусе с двумя последовательно чередующимися по глубине видами пазов, что и определяет состояние смещения золотниковых отверстий по отношению к отверстиям в корпусе, а упор другого торца золотника при переключении клапана входит в пазовый венец с криволинейными пазами в корпусе с другой стороны, обеспечивающий при движении золотника в осевом направлении его разворот.

Недостатками данного устройства является то, что открывание-закрывание приемных клапанов происходит при подаче импульса давления гидронасосом, нагнетающим в эксплуатационную колонну рабочую жидкость, причем каждый приемный клапан имеет индивидуальный элемент, определяющий порог его срабатывания, и имеет определенную последовательность, нарушение которой, например, при резком скачке импульса давления может привести к сбою в работе приемных клапанов, то есть будет не определено, в каком из устойчивых положений "открыто" или "закрыто" находится каждый приемный клапан.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для одновременной эксплуатации нескольких продуктивных пластов одной скважины (авторское свидетельство SU №907225, МПК 7 Е21В 43/14; опубл. в бюл. №7 от 23.02.1982 г.), выполненное в виде расположенных в корпусной детали регулирующих клапанных втулок, снабженных проходными каналами и захватными элементами и управляемых с дневной поверхности при помощи механизма управления, снабженного ответным захватным элементом, при этом захватные элементы клапанных втулок расположены выше проходных каналов, а механизм управления выполнен в виде двух радиально подпружиненных и кинематически связанных между собой полувтулок, на которых расположен захватный элемент механизма управления.

Недостатками данной конструкции являются:

- во-первых, для перемещения каждой клапанной втулки, то есть закрытия-открытия клапана, установленного напротив продуктивного пласта, необходима отдельная спуско-подъемная операция механизма управления в скважину;

- во-вторых, после остановки эксплуатации скважины добываемая скважинная жидкость, находящаяся в скважине, произвольно возвращается обратно через отверстия корпуса в продуктивные пласты, клапанные втулки которых открыты, при этом происходит кольматация призабойной зоны продуктивных пластов, что снижает общий дебит скважины;

- в-третьих, процесс отбора скважинной жидкости не регулируется по продуктивным пластам в зависимости от значения давления в них.

Технической задачей изобретения является возможность избирательного перемещения клапанных втулок за один спуск механизма управления в скважину, а также исключение обратного поступления скважинной жидкости в пласт в период остановки скважины и регулируемый отбор скважинной жидкости по продуктивным пластам в зависимости от давления в них.

Поставленная техническая задача решается устройством для одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины, содержащим корпус с отверстиями, выполненными напротив каждого продуктивного пласта, установленные в корпусе напротив каждого из его отверстий с возможностью осевого перемещения клапанные втулки с пружинными кольцевыми фиксаторами и захватными элементами, пакеры и механизм управления, спускаемый в скважину с дневной поверхности и перемещающий клапанные втулки для открытия или закрытия отверстий корпуса.

Новым является то, что снаружи к корпусу напротив каждого из его отверстий установлены регулируемые клапаны, причем каждый регулируемый клапан состоит из полого стакана, внутри которого размещена втулка с седлом, и подпружиненного сверху вниз шарика, размещенного на седле втулки, при этом регулирующие клапаны позволяют эксплуатировать соответствующие им продуктивные пласты при превышении заданных значений давления путем настройки усилия сжатия пружины шарика для каждого регулируемого клапана в отдельности, при этом захватные элементы клапанных втулок выполнены в виде их нижних торцов, а внутренний диаметр каждой из клапанных втулок уменьшается сверху вниз.

На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство для одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины.

На фигуре 2 изображен вид А регулируемого клапана в открытом положении - клапанная втулка находится в нижнем положении.

Устройство для одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины (в данном примере на фигуре 1 изображена скважина с тремя продуктивными пластами) содержит корпус 1 с отверстиями 2; 2 ; 2 , выполненными напротив каждого продуктивного пласта 3; 3 ; 3 . В корпусе 1 (см. фиг.1) напротив каждого из его отверстий 2; 2 ; 2 с возможностью осевого перемещения размещены клапанные втулки 4; 4 ; 4 с пружинными кольцевыми фиксаторами 5; 5 ; 5 и захватными элементами 6; 6 ; 6 , выполненными в виде их нижних торцов соответственно. Внутренний диаметр каждой из клапанных втулок 4; 4 ; 4 (см. фиг.1) уменьшается сверху вниз соответственно, то есть d₁>d₂>d ₃. Аналогичного диаметра выполнены ответные детали механизма управления (на фиг.1 и 2 не показано).

Каждый из продуктивных пластов в скважине 7 (см. фиг.1) герметично разделен друг от друга соответственно пакерами 8; 8 ; 8 . Снаружи к корпусу 1, напротив каждого из его отверстий 2; 2 ; 2 , установлены соответственно регулируемые клапаны 9; 9 ; 9 , позволяющие эксплуатировать соответствующие им продуктивные пласты 3; 3 ; 3 при определенных значениях давления в них.

Для открытия или закрытия регулируемых клапанов 9; 9 ; 9 , то есть перемещения им соответствующих клапанных втулок 4; 4 ; 4 , в корпус 1 скважины 7 с дневной поверхности спускается механизм управления (на фиг.1 и 2 не показано).

Каждый из регулируемых клапанов 9; 9 ; 9 (см. фиг.1), например регулируемый клапан 9 (см. фиг.2), состоит из полого стакана 10, внутри которого размещена втулка 11 с седлом 12, и подпружиненного посредством пружины 13 сверху вниз шарика 14, размещенного на седле 12 втулки 11, имеющей возможность регулировки усилия сжатия пружины 13 шарика 14.

Кроме того, клапанные втулки 4; 4 ; 4 своими пружинными кольцевыми фиксаторами 5; 5 ; 5 соответственно взаимодействуют в верхнем положении, то есть в положении закрыто, с соответствующими кольцевыми проточками 15; 15 ; 15 , выполненными напротив клапанных втулок 4; 4 ; 4 на внутренней поверхности корпуса 1.

Устройство для одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины работает следующим образом.

Перед монтажом устройства в скважине производят настройку регулируемых клапанов 9; 9 ; 9 , при этом каждый из регулируемых клапанов 9; 9 ; 9 настроен на определенное давление, при котором он начнет пропускать скважинную жидкость вовнутрь корпуса 1 из соответствующего ему продуктивного пласта 3; 3 ; 3 сквозь соответствующие отверстия 2; 2 ; 2 (см. фиг.1). Например, регулируемый клапан 9 начинает пропускать скважинную жидкость при значении давления в продуктивном пласте от 5,0 МПа; регулируемый клапан 9 - от 8,0 МПа; регулируемый клапан 9 - от 11, 0 МПа.

После настройки всех регулируемых клапанов 9; 9 ; 9 устройство для одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины в сборе спускают и монтируют в скважине 7, как показано на фигуре 1.

Далее в скважину 7 на колонне труб 16 спускают насос 17 любой известной конструкции (например, электроцентробежный насос). После чего запускают скважину 7 в эксплуатацию, при этом происходит эксплуатация тех продуктивных пластов 3; 3 ; 3 , значение давления в которых равно или больше вышеупомянутых величин, то есть для регулируемого клапана 9 - 5,0 МПа; для регулируемого клапана 9 - 8,0 МПа; для регулируемого клапана 9 - 11,0 МПа.

Насос 17 перекачивает скважинную жидкость, поступающую в скважину 7 из продуктивных пластов 3; 3 ; 3 , сквозь соответствующие регулируемые клапаны 9; 9 ; 9 и отверстия 2; 2 ; 2 корпуса 1 на дневную поверхность.

Таким образом, происходит процесс эксплуатации многопластовой скважины 7.

В процессе дальнейшей эксплуатации обводняются, например, продуктивные пласты 3; 3 , что резко увеличивает обводненность добываемой скважинной жидкости. С целью снижения обводненности добываемой скважинной жидкости возникает необходимость их отключения.

Для этого останавливают скважину 7, извлекают из нее колонну труб 16 с насосом 17, при этом регулируемые клапаны 9; 9 ; 9 (см. фиг.1 и 2) исключают обратное поступление скважинной жидкости в соответствующие продуктивные пласты 3; 3 ; 3 , поскольку подпружиненные сверху вниз шарики 14 (см. фиг.2); 14 ; 14 (на фиг.1, 2 не показано) герметично садятся на соответствующие седла 12; 12 ; 12 (на фиг.1, 2 не показано) втулок 11; 11 ; 11 (на фиг.1, 2 не показано), при этом не происходит кольматация призабойной зоны продуктивных пластов 3; 3 ; 3 и не снижается планируемый общий дебит скважины по нефти.

Затем спускают в скважину 7 (см. фиг.1) на колонне труб или канате механизм управления (не показан), который входит в корпус 1 и своими ответными захватными элементами, выполненными, например, в виде пружинных разрезных колец (не показано), вступает во взаимодействие с захватными элементами 6 и 6 , выполненными в виде их нижних торцов соответственно клапанных втулок 4 и 4 . Далее с устья скважины 7 посредством колонны труб или каната приподнимают вверх механизм управления, при этом клапанные втулки 4 и 4 перемещаются вверх и закрывают отверстия 2 и 2 корпуса 1 и соответственно регулируемые клапаны 9 и 9 , при этом в процессе перемещения клапанных втулок 4 и 4 вверх их пружинные кольцевые фиксаторы 5 и 5 соответственно сначала сжимаются внутренней поверхностью корпуса 1, а затем разжимаются, попав в соответствующие кольцевые проточки 15 и 15 корпуса 1.

После этого извлекают механизм управления из корпуса 1 и скважины 7, а отверстия 2 и 2 корпуса 1 и соответственно регулируемые клапаны 9 и 9 остаются в закрытом положении. Далее вновь в скважину 7 на колонне труб 16 спускают тот же насос 17 или любой другой известной конструкции и продолжают эксплуатацию многопластовой скважины 7.

В дальнейшем при необходимости открытия или закрытия любых из клапанных втулок 4; 4 ; 4 вновь спускают в скважину 7 посредством колонны труб или каната механизм управления, на котором избирательно размещают ответные захватные элементы напротив соответствующих клапанных втулок 4; 4 ; 4 .

Предлагаемое устройство для одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины имеет простую конструкцию и возможность избирательного перемещения клапанных втулок за один спуск механизма управления в скважину.

Кроме того, наличие в конструкции устройства регулируемых клапанов исключает обратное поступление скважинной жидкости в пласт в период остановки скважины, что в свою очередь исключает кольматацию призабойной зоны пластов и не снижает планируемый общий дебит скважины по нефти, а также позволяет производить эксплуатацию продуктивных пластов с определенного значения давления в них.