устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины

Формула изобретения

Устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины, содержащее пакер, включающий корпус с фиксирующим элементом, верхней муфтой и эластичную манжету, и регулирующий узел, состоящий из полого корпуса, фиксируемый в муфте, с седлом и расположенными выше радиальными каналами, запорного элемента и пружины сжатия, отличающееся тем, что фиксирующий элемент выполнен в виде плашек, раздвигаемых при установке, полость полого корпуса оснащена сменным жиклером, полый корпус выше радиальных каналов снабжен кольцевым сужением с верхней и нижней фасками, причем угол верхней фаски к оси полого корпуса меньше нижней, седло вставлено в полый корпус с возможностью герметичного продольного перемещения вниз и поджато пружиной сжатия вверх, а запорный элемент оснащен штоком с выборкой на поверхности, в которую вставлено пружинное кольцо, выполненное с возможностью взаимодействия с кольцевым сужением полого корпуса, при этом жесткость пружины, углы фасок и жесткость пружинного кольца подобраны так, что при достижении уровнем жидкости максимально допустимого под действием перепада давлений запорный элемент со штоком и седло выполнены с возможностью сжатия пружины, а пружинное кольцо - перемещения ниже кольцевого сужения полого корпуса, после чего при достижении уровнем жидкости минимально допустимого седло и запорный элемент со штоком выполнены с возможностью под действием пружины перемещения вверх, а пружинное кольцо - перемещения выше кольцевого сужения полого корпуса в исходное положение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к добыче нефти и предназначено для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины.

Известно устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины (патент RU № 2211311, МПК⁸ Е21В 43/14, опубл. в бюл. № 24 от 27.08.2003 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, и регулирующий узел.

Недостатками устройства являются:

- во-первых, приемные отверстия клапанов находятся выше продуктивного пласта, что приведет к образованию водяного конуса;

- во-вторых, регулирующие клапаны расположены внутри секций устройства, что может привести к их зашламлению и выходу из строя;

- в-третьих, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины (патент на полезную модель RU № 44742, МПК⁸ Е21В 43/12; 43/14, опубл. в бюл. № 9 от 27.03.2005 г.), содержащее пакер, включающий корпус, эластичную манжету и регулирующий узел, отличающееся тем, что оно снабжено посадочным инструментом в виде патрубка и упорным патрубком, связанными между собой срезными элементами, а пакер снабжен дорном, соединенным сверху с упорным патрубком, а снизу - с корпусом пакера, последний, в свою очередь, соединен с опорной муфтой с возможностью продольного перемещения, опирающейся на нижнюю трубу, снабженную фильтром, причем регулирующий узел жестко установлен в муфте упорного патрубка внутри посадочного инструмента и выполнен в виде дифференциального клапана, запорный орган которого подпружинен сверху вниз, а его корпус снабжен радиальными каналами, сообщающими внутреннее пространство устройства со скважиной.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность и металлоемкость конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей (опорная муфта, фильтр, нижняя труба), при этом устройство имеет большую протяженность, поскольку опирается на забой скважины;

- во-вторых, устройство не позволяет при необходимости полностью отключать нижний пласт, а лишь регулирует объемы отбора продукции из нижнего пласта.

Задачами изобретения являются упрощение конструкции и снижение металлоемкости устройства с возможностью регулировки отбора продукции из нижнего пласта вплоть до полного отключения.

Поставленная задача решается устройством для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины, содержащим пакер, включающий корпус с фиксирующим элементом, верхней муфтой и эластичную манжету, и регулирующий узел, состоящий из полого корпуса, фиксируемого в муфте, с седлом и расположенными выше радиальными каналами, запорного элемента и пружины сжатия.

Новым является то, что фиксирующий элемент выполнен в виде плашек, раздвигаемых при установке, полость полого корпуса оснащена сменным жиклером, полый корпус выше радиальных каналов снабжен кольцевым сужением с верхней и нижней фасками, причем угол верхней фаски к оси полого корпуса меньше нижней, седло вставлено в полый корпус с возможностью герметичного продольного перемещения вниз и поджато пружиной сжатия вверх, а запорный элемент оснащен штоком с выборкой на поверхности, в которую вставлено пружинное кольцо, выполненное с возможностью взаимодействия с кольцевым сужением полого корпуса, при этом жесткость пружины, углы фасок и жесткость пружинного кольца подобраны так, что при достижении уровнем жидкости максимально допустимого под действием перепада давлений запорный элемент со штоком и седло выполнены с возможностью сжатия пружины, а пружинное кольцо - перемещения ниже кольцевого сужения полого корпуса, после чего при достижении уровнем жидкости минимально допустимого седло и запорный элемент со штоком выполнены с возможностью под действием пружины перемещения вверх, а пружинное кольцо - перемещения выше кольцевого сужения полого корпуса в исходное положение.

На чертеже схематично изображено устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины.

Устройство для регулирования отбора жидкости в процессе эксплуатации скважины содержит пакер 1, который состоит из корпуса 2 с фиксирующим элементом 3, верхней муфтой 4 и эластичной манжетой 5, а также регулирующий узел 6, состоящий из полого корпуса 7, фиксируемого в муфте 4, с седлом 8 и расположенными выше радиальными каналами 9, запорного элемента 10 и пружины сжатия 11.

Фиксирующий элемент 3 показан условно и выполнен в виде плашек, раздвигаемых при установке (например, так как описано в патенте № 2259466, МПК⁸ Е21В 33/12, опубл. в бюл. № 24 от 27.08.2005 г.). Полость полого корпуса 7 оснащена сменным жиклером 12. Полый корпус 7 выше радиальных каналов 9 снабжен кольцевым сужением 13 с верхней 14 и нижней 15 фасками.

Угол верхней фаски 14 к оси полого корпуса 7 меньше нижней. Седло 8 вставлено в полый корпус 7 с возможностью герметичного продольного перемещения вниз и поджато пружиной сжатия 11 вверх.

Запорный элемент 10 оснащен штоком 16 с выборкой 17 на наружной поверхности, в которую вставлено пружинное кольцо 18, выполненное с возможностью взаимодействия с кольцевым сужением 13 полого корпуса 7.

Жесткость пружины 11, углы фасок 14 и 15 и жесткость пружинного кольца 18 подобраны так, что запорный элемент 10 со штоком 16 и седло 8 выполнены с возможностью сжатия пружины 11 при достижении уровнем жидкости максимально допустимого под действием перепада давлений.

Пружинное кольцо 18 имеет возможность перемещения ниже кольцевого сужения 13 полого корпуса 7, после чего при достижении уровнем жидкости минимально допустимого седло 8 и запорный элемент 10 со штоком 16 выполнены с возможностью под действием пружины 11 перемещения вверх, а пружинное кольцо 18 - перемещения выше кольцевого сужения 13 полого корпуса 7 в исходное положение.

Производительность скважинного насоса в процессе отбора продукции из скважины соответствует следующим параметрам:

где Q_н - производительность насоса, м³/сут;

Q₁ - продуктивность верхнего пласта добывающей скважины, м³/сут;

Q₂ - продуктивность нижнего пласта добывающей скважины, м³/сут.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают в добывающей скважине (на чертеже не показано) совместно с пакером 1 после проведения геофизических исследований, по результатам которых оказывается, что обводненность нижнего пласта (на чертеже не показано) превышает экономически рентабельную величину отбора продукции из добывающей скважины.

Производят монтаж устройства в добывающей скважине так, как показано на чертеже.

Регулирующий узел 6 установлен над пакером 1, при этом запорный элемент 10 находится на седле 8. Производят отбор продукции из верхнего и нижнего пластов добывающей скважины, поскольку

где Q_н - производительность насоса, м³/сут;

Q₁ - продуктивность верхнего пласта добывающей скважины, м³/сут;

Q₂ - продуктивность нижнего пласта добывающей скважины, м³/сут.

При этом уровень жидкости в добывающей скважине повышается, в связи с чем давление, оказываемое сверху на шток 16 запорного элемента 10, повышается, поэтому шток 16 с запорным элементом 10 перемещаются вниз вместе с седлом 8, на котором сидит запорный элемент 10, относительно остающегося неподвижным полого корпуса 7 регулирующего узла 6, сжимая пружину 11. Перемещение деталей 8, 10, 12, 16, 18 продолжается до тех пор, пока пружинное кольцо 18, находящееся в выборке 17, минуя верхнюю фаску 14 кольцевого сужения 13, не окажется под нижней фаской 15.

В результате регулирующий узел 6 закрывается, отсекая нижний пласт добывающей скважины, при этом уровень жидкости в добывающей скважине превышает максимально допустимое значение, например H_макс=700 м (на чертеже не показано) и составляет H₁=800 м.

Отбор продукции из добывающей скважины продолжают только из одного верхнего пласта, поскольку

где Q_н - производительность насоса, м³/сут;

Q₁ - продуктивность верхнего пласта добывающей скважины, м³/сут.

При этом уровень жидкости в добывающей скважине снижается и соответственно снижается давление, оказываемое сверху на шток 16 запорного элемента 10. Когда уровень жидкости в добывающей скважине снижается ниже минимального допустимого значения, например H_мин=300 м и составляет H₂=200 м, тогда за счет возвратной силы пружины 11 пружинное кольцо 18, находящееся в выборке 17, выходит вверх из-под нижней фаски 15 кольцевого сужения 13 и детали 8, 10, 12, 16, 18 начинают перемещаться вверх относительно остающегося неподвижным корпуса 7 регулирующего узла 6, при этом пружина 11 выпрямляется. Перемещение деталей 8, 10, 12, 16, 18 продолжается до тех пор, пока пружинное кольцо 18, находящееся в выборке 17, окажется над верхней фаской 14 кольцевого сужения 13. В результате регулирующий узел 6 открывается, и нижний пласт добывающей скважины сообщается с поднасосным пространством добывающей скважины. Наличие проходного отверстия расчетного диаметра, например 25 мм, в седле 8 позволяет регулировать отбор продукции из нижнего пласта в открытом положении регулирующего узла 6.

Отбор продукции из добывающей скважины продолжают из верхнего и нижнего пластов, а поскольку

где Q_н - производительность насоса, м³/сут;

Q₁ - продуктивность верхнего пласта добывающей скважины, м³/сут;

Q₂ - продуктивность нижнего пласта добывающей скважины, м³/сут,

то уровень жидкости в добывающей скважине начинает повышаться. В дальнейшем цикл работы устройства повторяется, как описано выше.

При необходимости управление регулирующим узлом 6 можно осуществить путем продавки жидкости по затрубному пространству (на чертеже не показано).

Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию и низкую металлоемкость, а также позволяет произвести рациональную выработку нижнего пласта, снизив обводненность добываемой из нее продукции за счет применения регулирующего узла от давления, который срабатывает (открывается или закрывается) в определенных интервалах гидравлических давлений, создаваемых столбом продукции в скважине выше устройства, то есть регулирующий узел закрывается при превышении давления, создаваемого уровнем жидкости H ₁ в добывающей скважине, выше максимально допустимого давления, создаваемого уровнем H_макс, при этом отбор продукции из нижнего пласта полностью прекращается, а открывается при снижении давления, создаваемого уровнем жидкости H₁ ниже давления, создаваемого минимально допустимым уровнем H_мин, при этом отбор продукции осуществляется одновременно из верхнего и нижнего пластов.