способ изоляции пластов в скважине и устройство для закачки изоляционного материала

Формула изобретения

1. Способ изоляции пластов в скважине, включающий выполнение заливочных отверстий в эксплуатационной колонне, спуск в нее заливочной колонны с нижним и верхним пакерующими устройствами, разобщение межколонного пространства в зоне продуктивных пластов, закачку в заливочную колонну изоляционного материала и продавку его под давлением в приствольную зону скважины, отличающийся тем, что межколонное пространство в интервале установки нижнего пакерующего устройства разобщают на весь период времени до его разбуривания после предварительного извлечения из скважины заливочной колонны с верхним пакерующим устройством и выдержки времени на затвердевание изоляционного материала, который продавливают под давлением в приствольную зону скважины и в эксплуатационную колонну под нижнее пакерующее устройство.

2. Устройство для закачки изоляционного материала, включающее корпус, уплотнительный элемент, нижний и верхний конусы и шлипсы в форме обойм, отсекающий клапан, фиксатор и механизм запакеровки в виде составного корпуса с расположенным на нем толкателем, отличающееся тем, что фиксатор размещен в механизме запакеровки, составной корпус которого закреплен в корпусе кулачками, взаимодействующими с заглушкой, которая установлена на срезных винтах во внутренней полости составного корпуса механизма запакеровки и перекрывает заливочные отверстия отсекающего клапана, причем на нижней части корпуса закреплен упор, взаимодействующий с нижним шлипсом, а к нижней части составного корпуса механизма запакеровки закреплена на срезных винтах втулка с дном, имеющая выступ, и фиксатор для ограничения ее осевого перемещения и перекрытия проходного канала корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам и устройствам для изоляции обводненных продуктивных пластов, а также водоносных пластов в нефтяных и газовых скважинах.

Известен способ изоляции пластов в скважинах, заключающийся в селективной закачке изоляционного материала в приствольную зону скважины через предварительно выполненные заливочные отверстия в эксплуатационной колонне, включающий спуск в скважину заливочной колонны с пакером, имеющим два уплотнительных узла и клапан между ними, в интервал заливочных отверстий, запакеровку межтрубного пространства и закачку изоляционного материала через клапан пакера в приствольную зону скважины (1).

Недостаток известного способа заключается в том, что изоляционный материал будет проникать в межтрубное пространство через перфорационные отверстия продуктивного пласта, что может привести к тяжелым осложнениям - прихвату заливочной колонны с пакером. Кроме того, при выполнении работ по данному способу необходимо сразу после закачки изоляционного материала в приствольную зону скважины провести распакеровку межтрубного пространства и поднять заливочную колонну с пакером на ~100 метров выше зоны закачки изоляционного материала во избежаниe их прихвата. При этом часть изоляционного материала вытечет из приствольной зоны скважины, что отрицательно повлияет на качество изоляционных работ.

Наиболее близким по технической сущности является способ изоляции пластов в скважинах, включающий выполнение заливочных отверстий в эксплуатационной колонне, спуск заливочной колонны с верхним и нижним пакерующим устройствами, разобщение межколонного пространства в зоне продуктивных пластов и закачку под давлением изоляционного материала (2).

Данный способ имеет тоже недостатки, а именно возможность прихвата заливочной колонны в интервале установки пакерующего устройства и снижение качества изоляционных работ из-за необходимости подъема заливочной колонны с пакерующим устройством сразу же после закачки изоляционного материала в приствольную зону скважины.

Известно устройство для закачки изоляционного материала при осуществлении способа изоляции пластов в скважинах, содержащее корпус, уплотнительный элемент, якорные узлы, отсекающий клапан и механизм запакеровки в виде цилиндра и полого штока, связанного с заслонкой отсекающего клапана (3).

Данное устройство ненадежно в работе, так как при закачке изоляционного материала (цементного раствора, смолы и т.п.) заслонка и седло отсекающего клапана находятся в потоке жидкости и подвергаются абразивному износу. В результате этого нарушается герметичность отсекающего клапана. Кроме того, в конструкцию якорных узлов устройства входят фиксаторы в виде упругих разрезных колец, изготовленных из пружинной термообработанной стали, которая плохо разбуривается.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее корпус, уплотнительный элемент, якорные узлы, отсекающий клапан и механизм запакеровки, выполненный в виде полого штока с поршнем и седлом для приемного клапана и цилиндра с кольцевым выступом, причем шток ниже седла выполнен с радиальными каналами, сообщающими после запакеровки устройства подпакерную зону с внутритрубным пространством под клапаном (4).

Однако известное устройство также, как и вышеуказанное в источнике (3) устройство, имеeт существенные недостатки:

- устройство после закрытия отсекающего клапана предназначено для работы при перепаде давления только снизу вверх, так как клапан изготовлен в виде "хлопушки", функции которой выполняет подпружиненная заслонка;

- отсекающие клапаны данного вида не обладают достаточной надежностью по обеспечению герметичности проходного канала устройства после окончания продавки таких изоляционных материалов как цементные растворы, имеющие твердые фракции в своем составе;

- якорные узлы выполнены с фиксаторами в виде упругих разрезных колец, изготовленных из пружинной термообработанной стали, которая плохо разбуривается.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности изоляционных работ в зоне обводненных продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин.

Необходимый технический результат в части способа достигается тем, что в эксплуатационной колонне выполняют заливочные отверстия, спускают в эксплуатационную колонну заливочную колонну с нижним и верхним пакерующими устройствами, разобщают межколонное пространство в зоне продуктивных пластов, закачивают в заливочную колонну изоляционный материал и продавливают его под давлением в приствольную зону скважины, согласно изобретению межколонное пространство в интервале установки нижнего пакерующего устройства разобщают на весь период времени, до его разбуривания после предварительного извлечения из скважины заливочной колонны с верхним пакерующим устройством и выдержки времени на затвердевание изоляционного материала, который продавливают под давлением в приствольную зону скважины и в эксплуатационную колонну под нижнее пакерующее устройство.

Необходимый технический результат в части устройства для закачки изоляционного материала достигается тем, что устройство включает корпус, уплотнительный элемент, нижний и верхний конусы и шлипсы в форме обойм, отсекающий клапан, фиксатор и механизм запакеровки в виде составного корпуса с расположенным на нем толкателем, согласно изобретению фиксатор размещен в механизме эапакеровки, составной корпус которого закреплен в корпусе кулачками, взаимодействующими с заглушкой, которая установлена на срезных винтах во внутренней полости составного корпуса механизма запакеровки и перекрывает заливочные отверстия отсекающего клапана, причем на нижней части корпуса закреплен упор, взаимодействующий с нижним шлипсом, а к нижней части составного корпуса механизма запакеровки закреплена на срезных винтах втулка с дном, имеющая выступ и фиксатор для ограничения ее осевого перемещения и перекрытия проходного канала корпуса.

Техническая сущность изобретения реализуется следующим образом в скважине с обводненным продуктивным пластом из нижележащего водоносного пласта по заколонному пространству.

В эксплуатационной колонне выполняют заливочные отверстия в интервале ниже или выше водоносного пласта для закачки изоляционного материала в заколонное пространство скважины. Спускают в эксплуатационную колонну заливочную колонну с нижним и верхним пакерующими устройствами, размещенными на заливочной колонне таким образом, чтобы нижнее пакерующее устройство с механизмом запакеровки и с отсекающим клапаном было установлено между обводненным продуктивным пластом и заливочными отверстиями, а верхнее пакерующее устройство - над обводненным продуктивным, при этом расстояние между пакерующими устройствами должно быть минимально допустимым по геолого-техническим условиям скважины. Осуществляют последовательно разобщение межколонного пространства в интервале установки верхнего пакерующего устройства, а затем в интервале установки нижнего пакерующего устройства с механизмом запакеровки и с отсекающим клапаном путем создания избыточного давления во внутренних полостях пакерующих устройств через заливочную колонну. При этом межколонное пространство в интервале установки нижнего пакерующего устройства разобщают на весь период времени, пока это пакерующее устройство, которое изготавливается из легко разбуриваемых материалов (чугуна, алюминия), не будет разбурено. Далее избыточное давление в заливочной колонне увеличивают до расчетной величины, при которой открываются заливочные отверстия отсекающего клапана в нижнем пакерующем устройстве, после чего закачивают в заливочную колонну изоляционный материал и продавливают его под давлением в приствольную зону скважины и в эксплуатационную колонну под нижним пакерующим устройством.

После окончания продавки расчетного объема изоляционного материала в скважину заливочную колонну вместе с механизмом запакеровки отсоединяют от нижнего пакерующего устройства осевым натяжением и извлекают из скважины с верхним пакерующим устройством. При этом отсекающий клапан закрывают сразу же после отсоединения заливочной колонны с механизмом запакеров от нижнего пакерующего устройства. Остатки изоляционного материала в заливочной колонне вымывают по методу обратной циркуляции сразу после отсоединения заливочной колонны с механизмом запакеровки от нижнего пакерующего устройства.

Разбуривание нижнего пакерующего устройства с отсекающим клапаном и "цементным стаканом" в эксплуатационной колонне производят, если в этом есть необходимость, после времени затвердевания изоляционного материала.

На фиг.1 изображено пакерующее устройство в исходном положении;

на фиг. 2 - то же, после запакеровки (перекрытия межколонного пространства скважины);

на фиг.3 - то же, при продавке изоляционного материала в скважину после открытия заливочных отверстий;

на фиг.4 - то же, после отсоединения заливочной колонны с механизмом запакеровки от устройства и закрытия отсекающего клапана.

Пакерующее устройство (фиг.1-4) состоит из корпуса 1 с заливочными отверстиями А, уплотнительного элемента 2, нижнего 3 и верхнего 4 конусов, нижнего 5 и верхнего 6 шлипсов, механизма запакеровки, включающего составной корпус 7 с заливочными отверстиями Б и отверстиями В, элементы которого соединены между собой муфтой 8, и толкатель 9 со срезными винтами 10 и 11, фиксатора 12, размещенного на втулке 13 в механизме запакеровки, упора 14 с заливочными отверстиями Г, заглушки 15, установленной на срезных винтах 16 в составном корпусе 7, кулачков 17, втулки 18 с дном 19, имеющим кольцевой выступ, и фиксатором 20, соединенной с составным корпусом 7 срезными винтами 21.

Герметизация контактных поверхностей между деталями пакерующего устройства обеспечивается резиновыми уплотнительными кольцами, изображенными на фиг.1-4.

Пакерующее устройство соединяют с заливочной колонной 22 с помощью муфты 23 и спускают в эксплуатационную колонну 24 для закачки изоляционных материалов при осуществлении способа изоляции пластов в скважинах.

Устройство работает следующим образом.

После спуска в предназначенный интервал эксплуатационной колонны 24 между перфорационными и заливочными отверстиями (не показаны), в устройстве создают избыточное давление путем закачки жидкости по заливочной колонне 22. Жидкость через отверстия В создает на тягу 9 осевую нагрузку вниз, под действием которой тяга 9 последовательно срезает винты 10 и 11, при этом происходит запакеровка уплотнительного элемента 2 и заякоревание шлипсов 5 и 6 в эксплуатационной колонне 24. Фиксатор 12 с втулкой 13 перемещаются вниз по составному корпусу 7 и фиксируют осевое сжатие уплотнительного элемента 2 при его запакеровке до заякоревания шлипсов 5 и 6 в эксплуатационной колонне 24. С увеличением избыточного давления в заливочной колонне 22 срезаются винты 16, и заглушка 15 перемещается вниз до упора в дно 19 втулки 18, при этом жидкость по заливочным отверстиям А, Б и Г продавливают из заливочной колонны 22 в скважину. Для закрытия отсекающего клапана и отсоединения механизма запакеровки от пакерующего устройства заливочную колонну 22 поднимают вверх с осевым натяжением, при котором срезаются винты 21, при этом фиксатор 20 втулки 18 защелкивается в кольцевой канавке на корпусе 1, где располагались кулачки 17, а составной корпус 7, муфту 8, толкатель 9, фиксатор 12 и втулку 13 приподнимают над пакерующим устройством и извлекают из скважины.

Данное устройство можно успешно использовать для осуществления способа изоляции продуктивных пластов при заколонных водоперетоках из вышележащих водоносных пластов, а также для ограничения водопритока нагнетаемых вод из средней части продуктивного пласта и при наличии в скважинах других источников обводненности.

Наиболее эффективно данное устройство использовать при отключении нижележащих обводненных продуктивных пластов для перехода на вышележащие пласты.

Кроме того, данное устройство, изображенное в положении на фиг.4, можно использовать в качестве разбуриваемой мостовой пробки для разобщения пластов или для отключения нижележащих пластов в нефтяных и газовых скважинах.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство СССР 1490258, кл. Е 21 В 43/32, опубл. 30.06.1989.

2. Патент РФ 2053357, кл. Е 21 В 43/32, опубл. 27.01.1996.

3. Авторское свидетельство СССР 588345, кл. Е 21 В 33/12, опубл. 05.01.1978.

4. Авторское свидетельство СССР 691552, кл. Е 21 В 33/12, опубл. 05.10.1979.