устройство для обработки и сохранения коллекторских свойств пласта

Формула изобретения

Устройство для обработки и сохранения коллекторских свойств пласта, содержащее колонну труб, разобщитель, включающий ствол с клапаном внизу и герметично вставленным в его проходной канал золотником, оснащенным посадочным седлом под шар, пакер, установленный в верхней части ствола, срезной элемент, отличающееся тем, что пакер выполнен в виде двух установленных жестко на стволе разнонаправленных самоуплотняющихся манжет, а колонна труб соединена срезным элементом со стволом, ниже которого дополнительно оснащена кожухом, перекрывающим сверху пакер, при этом ниже пакера на стволе выполнена кольцевая выборка, ограниченная сверху и снизу соответственно верхним и нижним конусами, между которыми с возможностью продольного и вращательного движения установлен стакан, оснащенный пальцем, а на стакане сверху и снизу установлены верхние и нижние шлипсы, оснащенные соответствующими верхними и нижними подпружиненными от стакана центраторами и выполненными с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним конусами, причем на наружной поверхности втулки для взаимодействия с пальцем выполнены два коротких и между ними один длинный продольные пазы, последовательно соединенные между собой фигурными пазами, один из которых соединяет низ первого из коротких продольных пазов, являющегося транспортным, с серединой длинного продольного паза, являющегося рабочим, а другой - низ длинного продольного паза с серединой другого короткого продольного паза, расположенного в районе середины длинного продольного паза и являющегося съемным узлом, при этом ствол изнутри снизу оснащен цилиндрической выборкой со штифтом, внутри которой расположена подпружиненная вверх втулка с чередующимися короткими и длинными осевыми проточками под штифт, соединенными так, что при возвратно-поступательном перемещении втулки относительно ствола штифт располагался последовательно в каждом, причем золотник выше седла оснащен ловильной головкой с радиальными каналами, а снизу заглушен и оснащен пружинным кольцом и срывным упором, выполненными с возможностью взаимодействия с цилиндрической выборкой ствола, а также расположенным ниже жестким упором, выполненным с возможностью взаимодействия со втулкой сверху, при этом клапан изготовлен в виде радиальных отверстий золотника, расположенных ниже жесткого упора и выполненных с возможностью герметичного перекрытия в транспортном положении стволом ниже цилиндрической выборки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине при их обработке и эксплуатации.

Известно устройство для обработки пластов в скважине (см. а.с. SU № 2234589 МПК 7 Е21В 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 технической сущности является устройство для обработки пластов в скважине (см. патент на полезную модель RU № 36852 МПК 7 Е21В 33/12, опубл. БИ № 9 от 27.03.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол, снабженный радиальными каналами, и золотник, при этом корпус пакера выполнен проходным и снизу снабжен перепускным клапаном, пропускающим сверху вниз, причем в нижней части корпуса выполнены радиальные каналы, сообщающие внутреннее пространство пакера с подпакерным пространством, при этом золотник расположен внутри корпуса пакера и ствола разобщителя и соединен со стволом срезными элементами, причем место расположения золотника определяют по следующей зависимости:

b a+8÷10 мм,

где а - расстояние от нижнего торца золотника до нижнего уплотнения корпуса пакера, мм;

b - расстояние от верхнего торца золотника до верхнего уплотнения ствола разобщителя, мм.

Золотник выполнен с посадочным седлом для шара сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта.

Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки:

- во-первых, ограниченные функциональные возможности, поскольку невозможно отсечь обратное попадание жидкости в нижний пласт;

- во-вторых, невозможно извлечь золотник из ствола пакера, что необходимо в случае работы с двумя пластами, например, при свабировании (очистки пластов от продуктов реакции после поочередной обработки пластов);

- в третьих, сложный технологический процесс применения, связанный со сбрасыванием шара с устья скважины и созданием дополнительно избыточного давления в колонне труб для переключения устройства на верхний пласт, а это требует привлечения насосного агрегата и дополнительной технологической жидкости для заполнения колонны труб. Кроме того, у прототипа необходимо строгое соблюдение вышеуказанной зависимости и конструктивных размеров, нарушение которых может привести устройство в нерабочее состояние.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и упрощение технологии его применения.

Поставленная задача решается устройством для обработки и сохранения коллекторских свойств пласта, содержащим колонну труб, разобщитель, включающий ствол с клапаном внизу и герметично вставленным в его проходной канал золотником, оснащенный посадочным седлом под шар, пакер, установленный в верхней части ствола, срезной элемент.

Новым является то, что пакер выполнен в виде двух установленных жестко на стволе разнонаправленных самоуплотняющихся манжет, а колонна труб соединена срезным элементом со стволом, ниже которого дополнительно оснащена кожухом, перекрывающим сверху пакер, при этом ниже пакера на стволе выполнена кольцевая выборка, ограниченная сверху и снизу соответственно верхним и нижним конусами, между которыми с возможностью продольного и вращательного движения установлен стакан, оснащенный пальцем, а на стакане сверху и снизу установлены верхние и нижние шлипсы, оснащенные соответствующими верхними и нижними подпружиненными от стакана центраторами и выполненными с возможностью взаимодействия соответственно с верхним и нижним конусами, причем на наружной поверхности втулки для взаимодействия с пальцем выполнены два коротких и между ними один длинный продольные пазы, последовательно соединенные между собой фигурными пазами, один из которых соединяет низ первого из коротких продольных пазов, являющегося транспортным, с серединой длинного продольного паза, являющегося рабочим, а другой - низ длинного продольного паза с серединой другого короткого продольного паза, расположенного в районе середины длинного продольного паза и являющегося съемным узлом, при этом ствол изнутри снизу оснащен цилиндрической выборкой со штифтом, внутри которой расположена подпружиненная вверх втулка с чередующимися короткими и длинными осевыми проточками под штифт, соединенными так, что при возвратно-поступательном перемещении втулки относительно ствола штифт располагался последовательно в каждом, причем золотник выше посадочного седла оснащен ловильной головкой с радиальными каналами, а снизу заглушен и оснащен пружинным кольцом и срывным упором, выполненными с возможностью взаимодействия с цилиндрической выборкой ствола, а также расположенным ниже жестким упором, выполненным с возможностью взаимодействия со втулкой сверху, при этом клапан изготовлен в виде радиальных отверстий золотника, расположенных ниже жесткого упора и выполненных с возможностью герметичного перекрытия в транспортном положении стволом ниже цилиндрической выборки.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

На фиг.2 изображена развертка пазов - а.

На фиг.3 изображена развертка проточек - в.

Устройство для обработки и сохранения коллекторских свойств пласта содержит разобщитель 1 (см. фиг.1), включающий ствол 2 с клапаном 3 внизу.

В проходной канал ствола 2 герметично вставлен золотник 4, оснащенный посадочным седлом 5 под шар 6, устанавливаемый в посадочное седло 5 в процессе сборки.

В верхней части ствола 1 установлен пакер 7, выполненный в виде установленных жестко на стволе 2 разнонаправленных верхней и нижней самоуплотняющихся манжет. На стволе 2 ниже пакера выполнена кольцевая выборка 8, ограниченная сверху и снизу соответственно верхним 9 и нижним 10 конусами, между которыми с возможностью продольного и вращательного движения установлен стакан 11. Стакан 11 оснащен жестко установленным в него пальцем 12. На стакане 11 сверху и снизу установлены верхние 13 и нижние 14 шлипсы, оснащенные соответствующими верхними 15 и нижними 16 центраторами, подпружиненными от стакана 11. Верхние 13 и нижние 14 шлипсы выполнены с возможностью взаимодействия соответственно с верхним 9 и нижним 10 конусами.

На наружной поверхности ствола 2 для взаимодействия с пальцем 12 (см. фиг.2) выполнены два коротких 17, 18 и между ними один длинный 19 продольные пазы, последовательно соединенные между собой фигурными пазами 20 и 21. Фигурный паз 20 соединяет низ короткого продольного паза 17, являющегося транспортным, с серединой длинного продольного паза 19, являющегося рабочим, а фигурный паз 21 - низ длинного продольного паза 19 с серединой короткого продольного паза 18, расположенного в районе середины длинного продольного паза 19 и являющегося съемным узлом 22.

Ствол 2 изнутри снизу оснащен цилиндрической выборкой 23 со штифтом 24, внутри которой расположена подпружиненная вверх посредством пружины 25 втулка 26 с чередующимися короткими 27 и длинными 28 осевыми проточками под штифт 24, соединенными так, чтобы при возвратно-поступательном перемещении втулки 26 относительно ствола 2 штифт 24 располагался последовательно, то в короткой 27, то в длинной 28 осевых проточках.

Золотник 4 выше посадочного седла 5 оснащен ловильной головкой 29 с радиальными каналами 30, а снизу заглушен и оснащен пружинным кольцом 31 и срывным упором 32, выполненными с возможностью взаимодействия с цилиндрической выборкой 23 ствола 2, а также расположенным ниже жестким упором 33, выполненным с возможностью взаимодействия сверху со втулкой 26. Ствол 2 сверху соединен срезным элементом 34 с колонной труб 35. Колонна труб 35 дополнительно оснащена кожухом 36, перекрывающим сверху пакер 7.

Клапан 3 изготовлен в виде радиальных отверстий 37 золотника 4, расположенных ниже жесткого упора 33 и выполненных с возможностью герметичного перекрытия в транспортном положении седлом 2 ниже цилиндрической выборки 23.

Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 38, 39.

Устройство работает следующим образом.

На устье скважины (на фиг.1-3 не показано) палец 12 стакана 11 размещают в коротком продольном пазе 17 (см. фиг.2) - транспортное положение, а штифт 24 устанавливают в короткую осевую проточку 27 (см. фиг.3), нижний пласт отсечен (на фиг.1-3 не показано) - клапан 3 закрыт (см. фиг.1), то есть радиальные отверстия 37 золотника 4 герметично перекрыты стволом 2 ниже цилиндрической выборки 23.

Устройство на колонне труб 35 спускают в скважину, при этом находящаяся в скважине жидкость перепускается снизу вверх между устройством и внутренними стенками скважины (на фиг.1-3 не показано), при этом устройство центрируется относительно оси скважины посредством верхних 15 и нижних 16 центраторов, подпружиненных от стакана 11. Спуск устройства прекращают, когда оно окажется в интервале между двумя пластами.

После этого с устья скважины приподнимают колонну труб 35 на длину, большую длины короткого продольного паза 17 (см. фиг.2), а затем поворачивают по часовой стрелке колонну труб 35 на величину, большую длины развертки фигурного паза 20, соединяющего низ короткого продольного паза 17 с серединой длинного продольного паза 19, при этом все детали устройства, поскольку колонна труб 35 (см. фиг.1) зафиксирована относительно ствола 2 устройства посредством срезных элементов 34, совершают осевое и вращательное перемещения за исключением деталей 11-16, остающихся на месте благодаря контакту верхних 13 и нижних 14 шлипсов, оснащенных соответственно верхними 15 и нижними 16 центраторами, подпружиненными от стакана 11 с внутренними стенками скважины.

В результате проделанных операций палец 12 стакана 11, находившийся в транспортном положении в коротком продольном пазу 17, попадает в середину длинного продольного паза 19 (см. фиг.2), принимая рабочее положение, в котором стакан 11 получает возможность осевого перемещения относительно ствола 2 устройства по длинному продольному пазу 19. Верхние 13 и нижние 14 шлипсы (см. фиг.1), расположенные на стакане 11 и подпружиненные от последнего верхними 15 и нижними 16 центраторами, получают возможность взаимодействия соответственно с верхним конусом 9 и нижним конусом 10. Продолжают тянуть колонну труб 35 вверх, при этом все детали устройства поднимаются вверх, кроме деталей 11-16, остающихся на месте благодаря контакту верхних 13 и нижних 14 шлипсов с внутренними стенками скважины.

В результате палец 12 оказывается в нижней части длинного продольного паза 19 (см. фиг.2). В определенный момент нижние шлипсы 14 (см. фиг.1) своей внутренней конусной поверхностью наезжают на нижний конус 10, вследствие чего нижние шлипсы 14 раздвигаются и приходят в соприкосновение с внутренними стенками скважины, центрируются посредством нижних центраторов 16, подпружиненных от стакана 11, и фиксируют устройство в скважине, при этом возможна имплозионная обработка нижнего пласта, если клапан 3 открыт.

Продолжают поднимать колонну труб 35 и при достижении расчетной нагрузки разрушения срезных элементов 34 (примерно 50-60 кН, фиксируемого на устье скважины по индикатору веса), последние разрушаются, вследствии чего колонна труб 35, жестко соединенная с кожухом 36, освобождается от ствола 2 устройства и извлекается на поверхность, при этом пакер 7, выполненный в виде двух установленных жестко на стволе 2 разнонаправленных самоуплотняющихся манжет, раскрывается и прижимается к внутренним стенкам скважины, а нижние шлипсы 14 посредством нижнего конуса 10 дожимаются к внутренним стенкам скважины.

Устройство остается в заданном интервале и готово к эксплуатации или обработке верхнего пласта. Если давление на устройство сверху (при закачке реагента в верхний пласт) превышает давление снизу, то разница давлений воспринимается верхней самоуплотняющейся манжетой пакера 7, поскольку клапан 3 закрыт. В следствие чего все детали устройства, кроме деталей 11-16, остающихся на месте, благодаря контакту нижних шлипсов 14 с внутренними стенками скважины перемещаются вниз по длинному продольному пазу 19. В результате палец 12 оказывается в верхней части длинного продольного паза 19. В определенный момент верхние шлипсы 13 своей внутренней конусной поверхностью наезжают соответственно на верхний конус 9 и раздвигаются. В итоге верхние шлипсы 13 приходят в соприкосновение со стенками скважины, центрируются посредством верхних центраторов 15, подпружиненных от стакана 11, и фиксируют устройство в скважине, при этом верхняя самоуплотняющаяся манжета пакера 7, воспринимающая давление сверху, плотно прижимается к стенкам скважины и держит давление сверху вниз.

При необходимости можно произвести обработку верхнего пласта (например, для закачки в него различных реагентов) (на фиг.1 и 2 не показано), при этом проникновение жидкости сверху вниз в нижний пласт исключается шаром 6, расположенным в посадочном седле 5 золотника 4, и пакером 7, выполненным в виде установленных жестко на стволе 2 нижней и верхней разнонаправленных самоуплотняющихся манжет.

При необходимости одновременной эксплуатации верхнего и нижнего пластов необходимо открыть клапан 3. Для этого в скважину на канате спускают груз (на фиг.1-3 не показано), вес которого достаточен для сжатия пружины 25 (например, 2-3 насосно-компрессорные трубы), и упирают его сверху на ловильную головку 28 золотника 4, после чего производят разгрузку груза, который опускается вниз вместе золотником 4 и втулкой 26, на которую передается нагрузка посредством жесткого упора 33, кроме того, втулка 26, находящаяся в цилиндрической выборке 23 ствола 2, совершает еще и вращательное движение. В результате штифт 24 из короткой осевой проточки 27 (см. фиг.3) попадает в длинную осевую проточку 28 и клапан 3 открывается (радиальные отверстия 37 золотника 4 находятся ниже ствола 2). По окончании разгрузки груз извлекают из скважины на поверхность. Теперь возможна одновременная эксплуатация верхнего и нижнего пластов. Также возможна имплозионная обработка нижнего пласта через радиальные каналы 30 золотника 4, поскольку клапан 3 (см. фиг.1) открыт.

При необходимости закрытия клапана 3 вышеописанную операцию со спуском груза необходимо повторить, при этом штифт 24 из длинной осевой проточки 28 (см. фиг.3) перемещается в короткую осевую проточку 27 и клапан 3 (см. фиг.1) закрывается (радиальные отверстия 37 золотника 4 герметично перекрыты стволом 2 ниже цилиндрической выборки 23).

При необходимости проведения одновременной закачки реагентов в оба пласта в скважину на канате или колонне труб спускают ловильный инструмент (на фиг.1 и 2 не показано) с наружным захватом и производят захват золотника 4 за ловильную головку 29. Производят натяжку ловильного инструмента вверх, при этом золотник 4 перемещается вверх, а находящееся на его наружной поверхности пружинное кольцо 32 упирается сверху изнутри во втулку 26, и при дальнейшем перемещении золотника 4 воздействует на разрушаемый упор 32, срезая последний. При этом разрушаемый упор 32 опускается вниз, освобождая место для сжатия пружинного кольца 31, которое, сжимаясь вместе с разрушаемым упором, минует втулку 26 и в сжатом состоянии скользит по внутренней поверхности ствола 2 до тех пор, пока золотник 4 выйдет из ствола 2. Затем золотник 4 полностью извлекают из скважины. Теперь возможна одновременная закачка реагентов в оба пласта. При необходимости возможна установка золотника 4 в исходное положение.

При необходимости извлечения устройства в скважину на колонне труб спускают ловильный инструмент (например, труболовку с наружным захватом, на фиг.1-3 не показано), с помощью которого захватывают устройство за верхнюю часть по наружной поверхности ствола 2. После этого поднимают колонну труб с ловильным инструментом и устройством вверх на длину, большую длины длинного продольного паза 19 (см. фиг.2), и поворачивают колонну труб по часовой стрелке на величину, большую длины развертки фигурного паза 21. Затем опускают колонну труб с ловильным инструментом и устройством вниз на длину, большую длины короткого продольного паза 18.

В результате проделанных операций палец 12 из длинной продольной проточки 19 попадает в середину короткого продольного паза 18, расположенного в районе середины длинного продольного паза 19 и являющегося съемным узлом 22, при этом все детали устройства, за исключением деталей 11-16 (см. фиг.1), остающихся на месте вследствие фиксации верхних шлипсов 13 на внутренних стенках скважины, совершают осевое и вращательное перемещения.

При последующем подъеме устройства палец 12 попадает в съемный узел 22 (см. фиг.2), в котором исключается возможность контакта верхних 13 и нижних 14 шлипсов соответственно с верхним конусом 9 и нижним конусом 10. Далее устройство извлекают из скважины.

Предлагаемое устройство имеет расширенные функциональные возможности, позволяя как обрабатывать, так и очищать пласты, а также эксплуатировать их как одновременно, так и раздельно, при этом упрощенный технологический процесс применения устройства дает возможность избежать лишних спускоподъемных операций, а значит, сэкономить финансовые затраты.