способ циклической закачки растворов в пласт и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ циклической закачки растворов в пласт, включающий установку разбуриваемого пакера с проходным каналом над пластом, закачку растворов в пласт, герметичное перекрытие проходного канала заглушкой, отличающийся тем, что для периодической обработки пласта в скважину спускают на колонне труб ниппель с перфорированным хвостовиком, имеющим зафиксированную срезным элементом на нижнем конце дополнительную заглушку, аналогичную установленной, до выдавливания из проходного канала заглушки и герметичного взаимодействия ниппеля с проходным каналом, закачку необходимых растворов в пласт через колонну труб, ниппель и перфорированный хвостовик, после чего колонну труб приподнимают до герметичной установки заглушки вместо предыдущей в проходном канале и разрушения срезного элемента, колонну труб промывают благодаря циркуляции жидкости через перфорированный патрубок и извлекают с ниппелем и хвостовиком на поверхность.

2. Пакер разбуриваемый для реализации способа по п.1, включающий гидроцилиндр с нижним упором, поршнем с переводником вверху, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия и телескопически вставленный непосредственно в деформируемую гильзу и с фиксацией в транспортном положении срезным винтом в нижний упор, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с расширяющим углом вверху, соединенный в нижней части при помощи насадки через срезное кольцо с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками, разделенными проточкой с фаской внизу, отсекающий клапан и заглушку с кольцевой выборкой для фиксации в насадке стопорным кольцом, причем отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, при этом верхний шток над поршнем оснащен наружной кольцевой проточкой, а переводник цилиндра в верхней части оснащен внутренней выборкой с пружинным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой верхнего штока и фиксации поршня в крайнем верхнем положении, отличающийся тем, что на стопорном кольце насадки выполнена верхняя фаска, а кольцевая выборка заглушки снабжена сверху фаской под верхнюю фаску стопорного кольца насадки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадной колонны от высокого давления.

Известен «Пакер разбуриваемый» (патент RU № 2374427, МПК⁸ E21B 33/12, опубл. в бюл. № 33 от 27.11.2009), содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с нижним упором, поршнем, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с насадкой, соединенный в верхней части с установочной втулкой, телескопически установленной в упор, а в нижней части при помощи насадки через срезное кольцо с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками с увеличивающимися наружными диаметрами сверху вниз, отсекающий клапан и заглушку, фиксируемую в насадке стопорным кольцом, отличающийся тем, что установочная втулка и нижний упор в транспортном положении зафиксированы между собой срезным винтом, отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, цилиндрические наружные участки которого соединены плавным переходом.

При помощи данного пакера осуществляется способ закачки растворов в пласт, включающий установку разбуриваемого пакера с проходным каналом над обрабатываемым пластом, закачку растворов в пласт, герметичное перекрытие проходного канала заглушкой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Пакер разбуриваемый» (патент RU № 2379468, E21B 33/12, опубл. в бюл. № 2 от 20.01.2010), содержащий посадочный инструмент, включающий гидроцилиндр с нижним упором, поршнем с переводником вверху, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с расширяющим углом вверху, соединенный в нижней части при помощи насадки, через срезное кольцо с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками, отсекающий клапан и заглушку, фиксируемую в насадке стопорным кольцом, при этом наконечник телескопически вставлен непосредственно в деформируемую гильзу и в нижний упор, относительно которого наконечник в транспортном положении зафиксирован срезным винтом, а отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, цилиндрические наружные участки которого выполнены одинакового диаметра, разделенные как минимум одной кольцевой проточкой с фаской, обращенной в сторону уплотнительного узла, при этом расширяющий угол дорна составляет 20-25° относительно оси пакера, а внутренняя цилиндрическая поверхность деформируемой гильзы выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром вверху, причем верхний шток над поршнем оснащен наружной кольцевой проточкой, а переводник цилиндра в верхней части оснащен внутренней выборкой с пружинным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой верхнего штока и фиксации поршня в крайнем верхнем положении.

При помощи данного пакера осуществляется способ закачки растворов в пласт, включающий установку разбуриваемого пакера с проходным каналом над обрабатываемым пластом, закачку растворов в пласт, герметичное перекрытие проходного канала заглушкой.

Недостатками пакера как аналога, так и прототипа, а также способа закачки растворов в пласт с его помощью являются:

- во-первых, пакер разбуриваемый одноразового действия, что не позволяет производить повторные (периодические) закачки различных растворов необходимое количество раз в скважину через посаженный в скважине пакер;

- во-вторых, после закачки и продавки химических реагентов заглушку устанавливают в насадку пакера, при этом стопорное кольцо, размещенное на насадке пакера, фиксируется в кольцевой выборке заглушки, что не позволяет обратно выдавить заглушку и открыть проходной канал пакера.

Технической задачей изобретения является разработка способа и устройства, позволяющего использовать один пакер разбуриваемый для закачки растворов в пласт необходимое количество раз неотверждаемых растворов через любые промежутки времени.

Поставленная задача решается способом циклической закачки растворов в пласт, включающим установку разбуриваемого пакера с проходным каналом над пластом, закачку растворов в пласт, герметичное перекрытие проходного канала заглушкой.

Новым является то, что для циклической обработки пласта в скважину спускают на колонне труб ниппель с перфорированным хвостовиком, имеющим зафиксированную срезным элементом на нижнем конце дополнительную заглушку, аналогичную установленной, до выдавливания из проходного канала заглушки и герметичного взаимодействия ниппеля с проходным каналом, закачку необходимых растворов в пласт через колонну труб, ниппель и перфорированный хвостовик, после чего колонну труб приподнимают до герметичной установки заглушки вместо предыдущей в проходном канале и разрушения срезного элемента, колонну труб промывают благодаря циркуляции жидкости через перфорированный патрубок и извлекают колонну труб с ниппелем и хвостовиком на поверхность.

Данный способ реализуется пакером разбуриваемым, включающим гидроцилиндр с нижним упором, поршнем с переводником вверху, верхним и нижним штоками, последний из которых выполнен с радиальными каналами и жестко соединен через наконечник, имеющий технологические отверстия и телескопически вставленный непосредственно в деформируемую гильзу и с фиксацией в транспортном положении срезным винтом в нижний упор, с перфорированным ниппелем, уплотнительный узел, включающий манжету, деформируемую гильзу и дорн с расширяющим углом вверху, соединенный в нижней части при помощи насадки, через срезное кольцо с наконечником и перфорированным ниппелем, который телескопически установлен в дорн, оснащенный наружными цилиндрическими участками, разделенными проточкой с фаской внизу, отсекающий клапан и заглушку с кольцевой выборкой для фиксации в насадке стопорным кольцом, причем отсекающий клапан выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой, герметично вставленной в наконечник и зафиксированной стопорами, которые вставлены в технологические отверстия наконечника с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца и прохождении дорна, а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки, а снаружи - с дорном, при этом верхний шток над поршнем оснащен наружной кольцевой проточкой, а переводник цилиндра в верхней части оснащен внутренней выборкой с пружинным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой верхнего штока и фиксации поршня в крайнем верхнем положении.

Новым является то, что на стопорном кольце насадки выполнена верхняя фаска, а кольцевая выборка заглушки снабжена сверху фаской под верхнюю фаску стопорного кольца насадки.

На фиг.1 изображен пакер разбуриваемый в сборе с посадочным инструментом с частичным продольным разрезом при первой закачке раствора.

На фиг.2 изображен пакер разбуриваемый в сборе с колонной труб и ниппелем с перфорированным хвостовиком с частичным продольным разрезом при последующих закачках растворов.

На фиг.3 изображена в разрезе фиксация стопора в разбуриваемом пакере в транспортном положении.

На фиг.4 изображено в продольном разрезе стопорное кольцо с верхней фаской.

На фиг.5 изображена в продольном разрезе кольцевая канавка с фаской.

Предложенный способ реализуется с помощью пакера разбуриваемого, содержащего посадочный инструмент 1 (см. фиг.1), состоящий из гидроцилиндра 2 с нижним упором 3, поршня 4 с переводником 5, верхнего 6 и нижнего 7 штоков. Нижний шток 7 снабжен радиальными каналами 8 и жестко соединен через наконечник 9, имеющий технологические отверстия 10 (см. фиг.3), с перфорированными окнами 11 (см. фиг.1), ниппелем 12.

Уплотнительный узел 13 включает манжету 14, деформируемую гильзу 15 и дорн 16 с расширяющимся углом вверху. Расширяющий угол дорна 16 составляет 20-25° относительно оси разбуриваемого пакера, что обеспечивает наиболее плотное (герметичное) взаимодействие уплотнительного элемента 13 раздорнированной деформируемой гильзы со стенкой эксплуатационной колонны.

Дорн 16 в нижней части при помощи насадки 17 через срезное кольцо 18 соединен с наконечником 9 и перфорированным ниппелем 12, телескопически установленным в дорн 16, оснащенный наружными цилиндрическими участками 19 и 20. Внутри наконечника 9 установлен отсекающий клапан 21, а ниппель 12 заглушен заглушкой 22 со стопорным кольцом 23.

Наконечник 9 телескопически вставлен непосредственно в деформируемую гильзу 15 и в нижний упор 3, относительно которого наконечник 9 в транспортном положении зафиксирован срезным винтом 24.

Отсекающий клапан 21 выполнен в виде пробки с наружной кольцевой выборкой 25 (см. фиг.3), герметично вставленной в наконечник 9 (см. фиг.1 и 3) и зафиксированной стопорами 26, которые вставлены в технологические отверстия 10 наконечника 9 с возможностью ограниченного перемещения наружу при разрушении срезного кольца 18 (см. фиг.1) и прохождении дорна 16 (см. фиг.1 и 3), а также с возможностью взаимодействия в транспортном положении изнутри с кольцевой выборкой пробки 21, а снаружи - с дорном 16, цилиндрические наружные участки 19 и 20 (см. фиг.1) которого выполнены одинакового диаметра, разделенные как минимум одной кольцевой проточкой 27 с фаской 28, обращенной в сторону уплотнительного узла 13.

Внутренняя цилиндрическая поверхность 29 деформируемой гильзы 15 выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром (D₁<D₂) вверху. Верхний шток 6 над поршнем 4 оснащен наружной кольцевой проточкой 30, а переводник 5 гидроцилиндра 2 в верхней части оснащен внутренней выборкой 31 с пружинным кольцом 32, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой 30 верхнего штока 6 и фиксации поршня 4 в крайнем верхнем положении. Несанкционированные перетоки жидкости исключены установкой уплотнительных колец 33, 34, 35, 36, 37.

Устройство работает следующим образом.

Пакер разбуриваемый в сборе спускают в скважину (на фиг.1 и 3 не показано) на колонне труб 38 и устанавливают над поглощающим пластом 39. Далее производят посадку пакера разбуриваемого. Для этого колонна труб 38 заполняется технологической жидкостью, после чего внутри колонны труб 38 создается избыточное давление, которое через верхний шток 6 и радиальные каналы 8 нижнего штока 7 передается в гидроцилиндр 2 и воздействует на поршень 4, который удерживается в начальном положении до достижения усилия разрушения срезного винта 24, после чего колонна труб 38 вытягивается под действием избыточного давления и после разрушения винтов 24 (например, при давлении 4-5 МПа) поршень 4 перемещается вверх относительно гидроцилиндра 2, увлекая за собой нижний шток 7, наконечник 9 с перфорированным ниппелем 12, дорн 16 через срезное кольцо 18 при помощи насадки 17, при этом деформируемая гильза 15 с манжетой 14 удерживаются нижним упором 3 на месте относительно эксплуатационной колонны (на фиг.1 и 3 не показано).

В результате дорн 16 своим углом при вершине, равным 20-25°, входит в деформируемую гильзу 15, расширяя ее до плотного прилегания манжеты 14 к внутренней стенке эксплуатационной колонны, причем сначала дорн 16 цилиндрическим участком 19 дорнирует по внутренней цилиндрической поверхности 29 деформируемую гильзу 15 на ее участке большего диаметра D2, прижимая плотно манжету 14 к внутренней стенке эксплуатационной колонны, и далее по мере перемещения дорна 16 вверх благодаря кольцевой проточке 27 с фаской 28 этот же участок большего диаметра D2 деформируемой гильзы 15 дорнирует цилиндрический участок 20 дорна 16, благодаря чему манжета 14 еще сильней прижимается к внутренней стенке колонны.

Дорнирование дорном 16 деформируемой гильзы 15 продолжается, и уже дорн 16 своим углом при вершине, равным 20-25°, начинает дорнировать по внутренней цилиндрической поверхности 29 участок меньшего диаметра D₁ деформируемой гильзы 15, плотно прижимая манжету 14 к внутренней стенке эксплуатационной колонны, и далее по мере перемещения дорна 16 вверх благодаря кольцевой проточке 27 с фаской 28 этот же участок большего диаметра D₁ деформируемой гильзы 15 дорнирует цилиндрический участок 20 дорна 16, благодаря чему манжета 14 еще сильней прижимается к внутренней стенке колонны.

Дорнирование продолжается, и в определенный момент наконечник 9 своим верхним торцом упирается вниз гидроцилиндра 2, ограничивая дальнейшее перемещение дорна 16 вверх. Далее повышается давление внутри колонны труб 38 до разрушения срезного кольца 18 (например, 14-15 МПа), после чего происходит освобождение наконечника 9 с перфорированным ниппелем 12 от дорна 16.

В результате, наконечник 9 перемещается вверх относительно дорна 16, и стопоры 26, вставленные в технологические отверстия 10 наконечника 9, перемещаются наружу в сторону дорнируемой гильзы 15, так как выходят из взаимодействия с внутренними стенками дорна 16 и одновременно освобождаются от наружной кольцевой выборки 25 отсекающего клапана (пробки) 21, который падает вниз перфорированного ниппеля 12 на верхний торец заглушки 22.

Благодаря совершенной конструкции дорна 16 и деформируемой гильзы 15, которая выполнена двухступенчатой с меньшим диаметром (D₁<D ₂), вверху на месте расширения (перехода от D₂ к D₁) деформируемой гильзы 15 образуется конус из деформируемой гильзы 15, который дожимает манжету 14 к внутренней стенке эксплуатационной колонны, гарантированно исключая «сползание» пакера с интервала установки при последующем проведении ремонтных работ.

Дорнирование происходит до тех пор, пока нижний шток 7 не упрется своим верхним торцом в нижний торец переводника 5 гидроцилиндра 2, при этом пружинное кольцо 32, находящееся во внутренней выборке 31 переводника 5, фиксируется в кольцевой проточке 30 верхнего штока 6, что означает фиксацию поршня 4 в верхнем положении и окончание процесса лорнирования. Фиксация поршня 4 в верхнем положении исключает заполнение полостей посадочного инструмента 1 сквозь отверстия 42 гидроцилиндра 2 закачиваемым раствором, что соответственно не приводит к образованию цементного камня в посадочном инструменте 1 и исключает осложнения с посадочным инструментом 1 при последующей его ревизии. В итоге открывается канал 40, позволяющий прохождение жидкости по колонне труб 38 через перфорированные окна 11 ниппеля 12 под уплотнительный узел 13 пакера разбуриваемого в обход отсекающего клапана 21.

По колонне труб 38 через верхний 6 и нижний 7 штоки, наконечник 9, технологические отверстия 10 и канал 40 закачивают раствор (например, водонабухающий полимер (ВНП)) в поглощающий пласт 39.

Затем колонну труб 38 приподнимают, в результате заглушка 22 герметично устанавливается в дорн 16, а стопорное кольцо 23 насадки 17 фиксирует заглушку 22 за ее наружную кольцевую выборку 41, при этом на стопорном кольце 23 насадки 17 выполнена верхняя фаска 42 (см. фиг.4), а кольцевая выборка 41 заглушки 22 снабжена сверху фаской 43 (см. фиг.5) под верхнюю фаску 42 стопорного кольца 23 насадки 17.

По достижении нагрузки, достаточной для разрушения срезных элементов 44, перфорированный ниппель 12 освобождается от заглушки 22, и посадочный инструмент 1 промывается прямой промывкой жидкости по колонне труб 38.

После этого извлекают колонну труб 38 с посадочным инструментом 1 и ниппелем 12, и все детали пакера разбуриваемого за исключением уплотнительного узла 13, деформируемой гильзы 15, дорна 16, насадки 17 и заглушки 22 извлекают из скважины.

Для закрепления ВНП в поглощающем пласте 3 в скважину спускают на колонне труб 38 (см. фиг.2) ниппель 46 с перфорированным хвостовиком 47, имеющим зафиксированную срезным элементом 48 на нижнем конце дополнительную заглушку 49, аналогичную установленной (заглушке 22), до выдавливания из проходного канала заглушки 22 и герметичного взаимодействия ниппеля 46 с проходным каналом пакера разбуриваемого.

Производят закачку необходимых растворов, например цементного раствора, для закрепления ВНП в поглощающем пласте через колонну труб 38, ниппель 46 и перфорированный хвостовик 47, затем колонну труб 38 приподнимают до герметичной установки заглушки 49 вместо предыдущей заглушки 22 в проходном канале пакера разбуриваемого и разрушения срезного элемента 48.

Производят промывку колонны труб 38, вызвав циркуляцию жидкости через ниппель 46 и перфорированный хвостовик 47 и извлекают колонну труб 38 с ниппелем 46 и перфорированным хвостовиком 47 на поверхность. Все оставляемые в скважине детали устройства выполнены из легкоразбуриваемых материалов (например, чугуна, алюминия и т.п.) и при необходимости могут быть разбурены.

Способ циклической закачки растворов в пласт осуществляется следующим образом.

Сначала спускают в скважину пакер разбуриваемый с посадочным инструментом 1 на колонне труб 38. Производят установку (посадку) пакера разбуриваемого с проходным каналом над пластом 39, в который необходимо закачать раствор, например, поглощающий пласт 39, подлежащий изоляции. Далее через проходной канал пакера производят закачку раствора, например, водонабухающего полимера (ВНП) в поглощающий пласт 39. Затем колонну труб 38 приподнимают до герметичного перекрытия проходного канала разбуриваемого пакера заглушкой 22.

Производят промывку колонны труб 38, вызвав циркуляцию жидкости по колонне труб 38, посадочному инструменту 1 и перфорированному ниппелю 12, после чего извлекают колонну труб 38 с посадочным инструментом 1 и перфорированным ниппелем 12.

Снизу в разбуриваемом пакере остается заглушка 22, герметично взаимодействующая с проходным каналом разбуриваемого пакера.

Для закрепления ВНП в поглощающем пласте 3 в скважину спускают на колонне труб 38 (см. фиг.2) ниппель 46 с перфорированным хвостовиком 47, имеющим зафиксированную срезным элементом 48 на нижнем конце дополнительную заглушку 49, аналогичную установленной (заглушке 22), до выдавливания из проходного канала заглушки 22 и герметичного взаимодействия ниппеля 46 с проходным каналом пакера разбуриваемого. Производят закачку необходимых растворов, например цементного раствора, для закрепления ВНП в поглощающем пласте через колонну труб 38, ниппель 46 и перфорированный хвостовик 47. Затем колонну труб 38 приподнимают до герметичной установки заглушки 49 вместо предыдущей заглушки 22 в проходном канале пакера разбуриваемого и разрушения срезного элемента 48. Производят промывку колонны труб 38, вызвав циркуляцию жидкости через ниппель 46 и перфорированный хвостовик 47 и извлекают колонну труб 38 ниппелем 46 и перфорированным хвостовиком 47 на поверхность.

При необходимости пакер разбуриваемый можно оставить в скважине и периодически производить через него закачки неотверждаемых растворов требуемое количество раз через любые промежутки времени.

Предложенный способ и устройство для его осуществления позволяет использовать один пакер разбуриваемый для закачки растворов в пласт требуемое количество раз неотверждаемые растворы через любые промежутки времени, а при необходимости разбурить его, что позволяет избежать дополнительные спуско-подъемные операции по спуску-посадке и подъему пакеров, а значит, сэкономить материальные и финансовые средства.