устройство для разобщения открытого ствола скважины на отдельные участки

Формула изобретения

1. Устройство для разобщения открытого ствола скважины на отдельные участки, включающее соединенные продольно-гофрированные трубы с герметизирующими элементами, размещенными на участках с меньшей описанной окружностью, верхний и нижний цилиндрические участки, верхний из которых снабжен уплотненным поршнем с фиксатором, отличающееся тем, что нижний цилиндрический участок снабжен снизу нерасширяемой втулкой, во внутреннюю полость которой герметично вставлен с возможностью перемещения ниппель, снабженный клапаном и соединенный сверху тягой с поршнем, а герметизирующие элементы профильных труб выполнены замкнутыми по периметру трубы, а их концевые участки, соединяемые сваркой, выполнены в виде продольно-гофрированных калиброванных раструбов с описанным диаметром, большим или равным описанному диаметру герметизирующих элементов, при этом толщина герметизирующих элементов и расстояние между ними выполнены с возможностью их распределения без взаимного перекрытия при расширении развальцевателем после выправления внутренним давлением.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхний и нижний цилиндрические участки снабжены цилиндрическими патрубками, установленными между цилиндрическими участками и продольно-гофрированными трубами и снабженными в средней части герметизирующими элементами из водонефтенабухающей резины, при этом цилиндрические патрубки снабжены цилиндрическими раструбами по концам с диаметром, большим или равным наружному диаметру герметизирующего элемента до его набухания.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к разработке и эксплуатации нефтяных пластов с зонами различной проницаемости, в том числе в горизонтальных, многозабойных скважинах и боковых стволах с применением технологии одновременно-раздельной эксплуатации.

Известен пакер (патент RU № 2143053, МПК Е21В 33/12, опубл. 20.12.1999), устанавливаемый на колонне обсадных труб в скважине, включающий корпус с центральным и впускным каналами, уплотнительный элемент и размещенную на корпусе оболочку, образующую с его наружной стенкой гидравлическую камеру, сообщенную впускным каналом, перекрытым обратным клапаном, с центральным каналом корпуса, при этом оболочка выполнена продольно-гофрированной, а уплотнительный элемент размещен снаружи ее средней части, причем концевые участки оболочки, примыкающие к уплотнительному элементу, выполнены с диаметрами описанных вокруг них окружностей, большими по сравнению со средней ее частью на величину, обеспечивающую предотвращение трения этого элемента о стенки при спуске пакера в скважину, а периметр их после выправления гофр оболочки изнутри давлением равен периметру скважины в месте установки пакера.

Недостатками устройства являются:

- устройство не обеспечивает достаточную надежность перекрытия заколонного пространства скважины из-за того, что оно полностью перекрывается только за счет уплотнительного элемента, в котором необходимо постоянно поддерживать внутреннее давление, как следствие, не обеспечивает требуемую герметичность при значительном перепаде давления, особенно при долговременной работе пакера или его установки в проницаемом участке ствола скважины;

- значительное уменьшение проходного сечения и, кроме того, значительное удорожание устройства, так как пакер содержит сложное клапанное устройство;

- устройство является неизвлекаемым, и отказ любого из технических узлов, входящих в состав пакера, приводит к возникновению аварийной ситуации в скважине.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разобщения пластов в скважине профильным перекрывателем (патент RU № 2083798, МПК Е21В 33/12, опубл. 10.07.1997 г.), включающий устройство для разобщения пластов в скважине, содержащее соединенные резьбой профильные трубы, оснащенные цилиндрическими концевыми участками, которые снаружи осажены в средней своей части, снабжены замкнутыми ободьями и заполнены во впадинах герметизирующим составом.

Недостатками этого устройства являются:

- при расширении перекрывателя давлением изнутри выпуклые части гофр касанием стенки скважины препятствуют радиальному распространению герметика вокруг перекрывателя, вследствие чего он выдавливается в продольных направлениях по впадинам гофр, оставляя разгерметизированные участки, в результате чего не обеспечиваются герметичность и надежность разобщения пластов;

- отсутствует герметизация в сопряжении вершины профильной трубы и стенки скважины, так как сопряжение вершины профильной трубы и стенки скважины остается без уплотнителя из-за того, что распространения битумной мастики в поперечном сечении не происходит ни при расширении профильной трубы с уплотнителями давлением, ни после развальцовывания и плотного прижатия к стенкам скважины профильной трубы с уплотнителями развальцевателем, так как уплотнители из битумной мастики нанесены во впадины профильной трубы, следовательно, создаются условия для гидропрорыва жидкости;

- уменьшенное проходное сечение, так как ободья препятствуют прижатию стенки трубы к стенке скважины, а уплотнители, нанесенные во впадины, препятствуют полному расширению трубы гидравлическим давлением и роликовым развальцевателем, кроме того, создают препятствие при развальцовывании;

- для герметизации внутриколонного пространства необходимо применять пакер, устанавливаемый внутри устройства, что приводит к удорожанию устройства в целом.

Технической задачей предлагаемого устройства является обеспечение герметичности перекрытия устройством заколонного пространства при значительных перепадах давления за счет дополнительного прижатия уплотнительных элементов развальцевателем, применения любой необходимой длины устройства, расположения уплотнительных элементов, обеспечивая возможность их радиально и продольно распределяться, и водонефтенабухающих резин, а также за счет применения втулки с ниппелем обеспечивается герметизация внутриколонного пространства и упрощаются установка и применение устройства в скважине.

Техническая задача решается устройством для разобщения открытого ствола скважины на отдельные участки, включающим соединенные продольно-гофрированные трубы с герметизирующими элементами, размещенными на участках с меньшей описанной окружностью, верхний и нижний цилиндрические участки, верхний из которых снабжен уплотненным поршнем с фиксатором.

Новым является то, что нижний цилиндрический участок снабжен снизу не расширяемой втулкой, во внутреннюю полость которой герметично вставлен с возможностью перемещения ниппель, снабженный клапаном и соединенный сверху тягой с поршнем, а герметизирующие элементы профильных труб выполнены замкнутыми по периметру трубы, а их концевые участки, соединяемые сваркой, выполнены в виде продольно-гофрированных калиброванных раструбов с описанным диаметром, большим или равным описанному диаметру герметизирующих элементов, при этом толщина герметизирующих элементов и расстояние между ними выполнены с возможностью их распределения без взаимного перекрытия при расширении развальцевателем после выправления внутренним давлением.

Новым является также то, что верхний и нижний цилиндрические участки снабжены цилиндрическими патрубками, установленными между цилиндрическими участками и продольно-гофрированными трубами и снабженными в средней части герметизирующими элементами из водонефтенабухающей резины, при этом цилиндрические патрубки снабжены цилиндрическими раструбами по концам с диаметром, большим или равным наружному диаметру герметизирующего элемента до его набухания.

На фиг.1 показано устройство с осевым разрезом; на фиг.2 - сечение А-А; на фиг.3 - сечение Б-Б; на фиг.4 - устройство в стволе многозабойной горизонтальной скважины.

Устройство для разобщения открытого ствола скважины на отдельные участки (далее устройство) включает соединенные продольно-гофрированные трубы 1 (см. фиг.1) с герметизирующими элементами 2, размещенными на участках с меньшей описанной окружностью 3. Верхний цилиндрический участок 4 снабжен поршнем 5 с уплотнением 6 и фиксатором 7, выполненным в виде проточки 8 на поршне 5, взаимодействующей с сужением 9. Нижний цилиндрический участок 10 снабжен снизу не расширяемой втулкой 11, во внутреннюю полость которой вставлен с возможностью перемещения ниппель 12, уплотненный манжетами 13. Ниппель 12 снабжен клапаном 14 и соединен сверху тягой 15 с поршнем 5.

Герметизирующие элементы 2 выполнены замкнутыми по периметру трубы 1 (см. фиг.2). Концевые участки 16 (см. фиг.1) продольно-гофрированных труб 1, соединяемые сваркой 17, выполнены в виде продольно-гофрированных калиброванных раструбов 18 с описанным диаметром, большим или равным описанному диаметру герметизирующих элементов 2. Толщина герметизирующих элементов 2 и расстояние между ними выполнены с возможностью их распределения без взаимного перекрытия при расширении развальцевателем (не показан) после выправления внутренним давлением.

Для дополнительной герметизации верхний цилиндрический 4 и нижний цилиндрический участки 10 могут быть снабжены цилиндрическими патрубками 19, установленными между цилиндрическим участком 4 и поршнем 5 с фиксатором 7, цилиндрическим участком 10 и не расширяемой втулкой 11 и снабженными в средней части 20 герметизирующими элементами 21 из водонефтенабухающей резины. При этом цилиндрические патрубки 19 снабжены цилиндрическими раструбами 22 по концам с диаметром, большим или равным наружному диаметру герметизирующего элемента 21 до его набухания.

Пример применения устройства.

Эксплуатационную колонну 23 (см. фиг.4) спускают в скважину 24 и цементируют с входом в кровлю продуктивного пласта 25, например, с высокой проницаемостью, после чего бурят горизонтальный ствол. Далее производят вскрытие и бурение нижележащего продуктивного пласта 26, например, с низкой проницаемостью. Вскрытие и бурение продуктивных пластов 25 и 26 производят по существующим технологиям. Проводят геофизические исследования и выделяют место установки 27 с плотными непроницаемыми породами для установки предлагаемого устройства. Установку устройства осуществляют следующим образом. На колонне труб (не показаны) устройство в сборе спускают в место установки 27 с плотными непроницаемыми породами, после чего расширяют продольно-гофрированные трубы 1 (см. фиг.1) гидравлическим давлением. Благодаря тому, что концевые участки 16 продольно-гофрированных труб 1, соединяемые сваркой 17, выполнены в виде продольно-гофрированных калиброванных раструбов 18 с описанным диаметром, большим или равным описанному диаметру герметизирующих элементов 2, при спуске устройства герметизирующие элементы 2 не повреждаются о стенки скважины. Повышением давления и натяжением колонны труб производят отсоединение колонны труб с поршнем 5 от верхнего цилиндрического участка 4. При этом ниппель 12 с манжетами 13, соединенный тягами 15 с поршнем 5, извлекают из скважины 24. Далее, на колонне труб спускают развальцеватель до торца устройства. Вращением развальцевателя забойным двигателем или ротором (не показаны) производят расширение цилиндрических участков 4, 10, цилиндрических патрубков 19 и прижатие герметизирующих элементов 2 и 21, плотно прикатывая их к стенкам скважины 24, тем самым герметично разделяют продуктивные пласты 25 и 26. Благодаря тому, что толщина герметизирующих элементов 2 и расстояние между ними выполнены с возможностью их распределения без взаимного перекрытия при расширении развальцевателем, при установке устройства в стволе скважины немного большим номинального обеспечивается необходимое прижатие герметизирующих элементов 2, а при установке устройства в номинальном диаметре скважины или немного меньше номинального исключается чрезмерное накопление герметизирующего материала. После чего осуществляют спуск оборудования, включающего насосно-компрессорные трубы 28, насосы 29 и прочее необходимое оборудование для эксплуатации, при этом ниппель 12, уплотненный манжетами 13, размещается в не расширяемой втулке 11, разобщая внутриколонное пространство ствола скважины 24.

Благодаря тому, что верхний 4 (см. фиг.1) и нижний 10 цилиндрические участки снабжены цилиндрическими патрубками 19 с цилиндрическими раструбами 22 по концам с диаметром, большим или равным наружному диаметру герметизирующего элемента 21 до его набухания, повышается надежность разобщения между стенками скважины 24 (см. фиг.4) и устройством.

Устройство обеспечивает герметичность перекрытия заколонного пространства при значительных перепадах давления за счет дополнительного прижатия уплотнительных элементов развальцевателем, применения любой необходимой длины уплотнительных элементов, обеспечивая возможность их радиально и продольно распределяться, и водонефтенабухающих резин, а также за счет применения втулки с ниппелем обеспечивается герметизация внутриколонного пространства и упрощаются установка и применение устройства в скважине.