устройство для сооружения гравийно-намывного фильтра

Формула изобретения

Устройство для сооружения гравийно-намывного фильтра, содержащее фильтр, клапан, промывочные окна, разъединитель, надфильтровые трубы, башмак, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит узел освоения и удаления излишков гравия, состоящий из корпуса с тремя цилиндрическими расточенными диаметрами, выполненными концентрично с увеличением диаметра сверху вниз, с установленными тремя подвижными втулками, из которых две разрезные пружинные, а третья не разрезная и не пружинная, в среднем цилиндрическом диаметре корпуса установлена разрезная втулка с продольными канавками на внешней поверхности в направляющих и фиксирующих винтах, перекрывающая промывочные окна, с наименьшим внутренним диаметром, над ней установлена неразрезная втулка, зафиксированная срезными винтами, в верхнем цилиндрически расточенном диаметре установлена разрезная втулка, зафиксированная срезными винтами, частично опирающаяся своим нижним основанием на цилиндрическую неразрезную втулку, направляющие и фиксирующие винты нижней втулки одновременно являются упором для неразрезной втулки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при борьбе с выносом песка из рыхлых продуктивных пластов.

Известно устройство для создания гравийного фильтра в скважине (пат. США 3099318, 1974 г.). Устройство спускается в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ). Устройство состоит из корпуса, клапана, промывочной трубки, выведенной в верхней части корпуса в боковое отверстие, низ оборудован клапаном, на внешней поверхности располагается пакерный механизм, в нижней части - золотниковый клапан со срезными шпильками. К корпусу присоединяется фильтр.

Устройство работает следующим образом. Потоком жидкости пакер распирается в стенку скважины, открывается золотниковый клапан, корпус с промывочной трубой поднимается, совмещаясь с отверстиями в корпусе. Нижний конец закрывает клапан. Смесь гравия по колонне, стволу и корпусу и через отверстие поступает в окружающее фильтр кольцевое пространство.

К недостаткам устройства следует отнести - сложность конструкции, вызванную значительным объем работ по обработке внутренних поверхностей на большую глубину, усложняющую изготовление устройства.

Необходимость применения предспускового узла для удаления жидкости носителя из затрубного пространства.

Не предусмотрена срезка излишков гравия, т.к. до намыва производится пакеровка затрубного пространства,

Сложность освоения скважин с использованием данного устройства

Известно устройство для сооружения гравийного фильтра (RU 2000428, БИ № 3-36 от 07.09.93), состоящее из корпуса, фильтра, промывочной трубки, золотникового механизма, зафиксированного срезными винтами, обратного клапана. Устройство позволяет процесс сооружения гравийного фильтра проводить с контролем уровня срезки излишков гравия и их удалением путем сбрасывания шарика в седло срезного клапана, повышением давления срезают винты клапана, освобождая циркуляционные окна, через которые жидкость попадает в затрубъе, вымывая из скважины излишки гравия, отмывая таким образом «голову» фильтра. Далее отсоединяют верхнюю часть устройства от забойного фильтра и извлекают на поверхность. Затем, опираясь на переводник, устанавливают комплекс подземного скважинного оборудования.

Основные недостатки: смена в скважине спускного инструмента на подземный (эксплуатационный), сложность освоения скважины. Сложность конструкции устройства, необходимость соединения лифтовой колонны с забойным фильтром и получение герметичного соединения для предотвращения попадания гравия в лифтовую колону при эксплуатации скважины.

Наиболее близким техническим решением является сооружение гравийного фильтра и устройство для его реализации (RU 2374431, БИ № 33 от 27.11.2009).

Фильтровая компоновка включает нагнетательный клапан, клапан перекрестного потока, пакер, щелевой контрольный фильтр, щелевые рабочие фильтры, промывочные трубки, надфильтровые трубы, кольцевой клапан, разъединитель колонн, обратный клапан и башмак. Клапан перекрестного потока предназначен для сообщения трубного и затрубного пространств ниже пакера. Конструкция клапана состоит из корпуса, в котором размещены намывные окна для выхода гравийной жидкости.

Удаление излишков гравия из намывной трубки осуществляют путем подачи раствора в затрубное пространство (обратной циркуляцией) через циркуляционные окна нагнетательного клапана, канал клапана перекрестного потока, поднимая шар и вынося его из намывной трубки по каналу и спускной колонне (НКТ или бурильной) на поверхность, вынося частицы гравия. Разъединитель предназначен для разъединения колонны по завершению процесса намыва гравия вращением вправо (по часовой стрелке), а также обеспечения впоследствии герметичного жесткого соединения фильтровой компоновки с эксплуатационным оборудованием. Создание гравийного намывного фильтра проводят следующим образом. Спускают фильтровую компоновку, осуществляют промывку утяжеленной жидкостью призабойной зоны пласта (ПЗП) и удаление породы методом прямой циркуляции. После спуска фильтровой компоновки перед разобщением затрубного пространства проводят вытеснение утяжеленной жидкости жидкостью, обладающей меньшей плотностью и вязкостью. Проводят намыв гравия, срезку и удаление излишков гравия. И после удаления излишков гравия проводят глушение скважины утяжеленной жидкостью для создания гидростатического давления на пласт. После чего проводят рассоединение рабочей (спускной) компоновки, ее подъем и смену ее на эксплуатационную, ее спуск и соединение, осваивают скважину и вводят ее в эксплуатацию.

Известному техническому решению присущи следующие основные недостатки:

Сложность технологического процесса при сооружении гравийного фильтра с использованием данного устройства, требующего не менее сложного и громоздкого оборудования, что соответственно понижает надежность проведения работ и их удорожание. Наличие значительного количества клапанов и перепускных каналов, работающих с использованием управляющих шаров. Наличие большого количества дополнительного оборудования, необходимого для проведения работ по сооружению гравийного фильтра; намывной, нагнетательной трубки, пакера, пробки, клапана двухпозиционного золотникового типа, подвижных втулок. Все это оборудования после намыва гравия извлекается из скважины и заменяется на эксплуатационное.

Для упрощения технологии сооружения гравийно-намывных фильтров и устройств, используемых для проведения работ, снижения затрат предлагается устройство, содержащее фильтр, клапан, промывочные окна, разъединитель, надфильтровые трубы, башмак, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит узел освоения, удаления излишков гравия, состоящий из корпуса с тремя цилиндрическими расточенными диаметрами, выполненными концентрично с увеличением диаметра сверху вниз, с установленными тремя подвижными втулками, из которых две разрезные пружинные, а третья неразрезная и непружинная, в среднем цилиндрическом диаметре корпуса установлена разрезная втулка с продольными канавками на внешней поверхности в направляющих и фиксирующих винтах, перекрывающая промывочные окна, с наименьшим внутренним диаметром, над ней установлена неразрезная втулка, зафиксированная срезными винтами, в верхнем цилиндрически расточенном диаметре установлена разрезная втулка, зафиксированная срезными винтами, частично опирающаяся своим нижним основанием на цилиндрическую неразрезную втулку, направляющие и фиксирующие винты нижней втулки одновременно являются упором для неразрезной втулки.

Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающей заявляемое устройство, где оно дополнительно содержит узел освоения, удаления излишков гравия, состоящий из корпуса с тремя цилиндрическими расточенными диаметрами, выполненными концентрично с увеличением диаметра «сверху вниз», с установленными тремя подвижными втулками, из которых две разрезные пружинные, а третья неразрезная и непружинная, в среднем цилиндрическом диаметре корпуса установлена разрезная втулка с продольными канавками на внешней поверхности в направляющих и фиксирующих винтах, перекрывающая промывочные окна, с наименьшим внутренним диаметром, над ней установлена неразрезная втулка, зафиксированная срезными винтами, в верхнем цилиндрически расточенном диаметре установлена разрезная втулка, зафиксированная срезными винтами, частично опирающаяся своим нижним основанием на цилиндрическую неразрезную втулку, направляющие и фиксирующие винты нижней втулки одновременно являются упором для неразрезной втулки.

На фиг.1 изображена схема устройства в исходном положении; на фиг 2 - узел освоения, удаления излишков гравия при намыве гравия; на фиг.3 - узел освоения, удаления излишков гравия при удалении излишков гравия и освоении скважины, на Фиг 4 - при сдачи скважины в эксплуатацию.

Фильтровая компоновка (фиг.1) состоит из узла освоения и срезки излишков гравия 1, разъединителя 2, надфильтровой трубы 4, центраторов 3, фильтра 5 отстойника 10, обратного клапана 6 и башмака 7, в верхней части фильтровая компоновка соединена с фильтровой колонной (НКТ) 9.

На фиг.2 показан узел освоения скважины и удаления излишков гравия, состоящий из корпуса 11, внутреннее сечение которого выполнено из трех диаметров I-II-III увеличивающихся сверху вниз. В среднем диаметре II установлена разрезная втулка 12, перекрывающая промывочные окна 13 в корпусе 11. На внешней поверхности втулки 12 вдоль тела проточены направляющие канавки, которые располагаются в направляющих и фиксирующих винтах 14, удерживающих втулку 12 в заданном положении. Над втулкой 12 расположена цилиндрическая втулка 15 (неразрезная и непружинная), зафиксированная срезными винтами 16 на том же диаметре в корпусе 11. В верхнем наименьшем сечении I установлена разрезная втулка 17, зафиксированная срезными винтами 18.

Узел освоения, удаления излишков гравия собирается следующим образом. Первоначально вставляют цилиндрическую втулку 15 в корпус 11 по диаметру в сечении II и фиксируют срезными винтами 16. В корпус вкручивают направляющие и фиксирующие винты 14 и по канавкам, проточенным на внешней поверхности разрезной втулки 12, вставляют втулку 12 и фиксируют ее срезными винтами 14, которые частично входят в тело втулки 12. Это делается с целью, чтобы продольные разрезы втулки 12 не попали в промывочные окна 13, а перекрыли сплошной поверхностью тела втулки 12 промывочные окна 13 и при проведении технологических операций при намыве гравия и циркуляции не сместились вокруг своей оси, частично открыв промывочные окна 13 по продольным разрезам втулки 12, т.е. исключить от возможного проворота втулку 12 и преждевременное открытие промывочных окон 13. После чего сверху в корпус 11 вставляют разрезную втулку 17 в меньший диаметр I и фиксируют срезными винтами 18. Причем наружный диаметр втулки 17 больше внутреннего диаметра втулки 15, но меньше наружного, т.е. она частично нижним основанием опирается на втулку 15.

Предлагаемое изобретение по сооружению гравийно-намывных фильтров работает следующим образом.

После подготовки ствола скважины к спуску фильтровой компоновки (проработки ствола и удаления шлама из ПЗС и возможной замены промывочной жидкости на промывочную жидкость с вязкостью, необходимой для намыва гравийной смеси, если использовался раствор с высокими реологическими показателями), собирают фильтровую компоновку на поверхности согласно схеме, приведенной на Фиг.1. Спускают ее на лифтовой колонне 9 в заданный интервал скважины согласно данным ГИС (геофизические исследования) привязке.

После спуска устройства в скважину проводят циркуляцию раствора и промывку ствола скважины.

Устройство спускают в эксплуатационную скважину (Фиг.1) на НКТ (лифтовой колонне), оснащенной узлом освоения, удаления излишков гравия 1, разъединителем 2, надфильтровой трубой 4, предназначенной для создания запаса гравия, центраторами 3, фильтром 5, отстойником 10 для осаждения фракций породы (пылевидные), проникающих через гравийную обсыпку и фильтр во внутритрубное пространство, обратным клапаном 6 и башмаком 7.

Разъединитель 2 позволяет впоследствии при ремонте скважин рассоединить лифтовую колонну 9 (Фиг.1) от фильтровой компоновки.

Готовят гравийно-жидкостную смесь и обратной циркуляцией закачивают в затрубное пространство. Осуществляют намыв гравийной обсыпки в ПЗС за фильтр обратной циркуляцией на жидкости-носителе. При намыве обратной циркуляцией жидкость-носитель, пройдя сквозь фильтр 5, поднимается на устье, гравий отфильтровывается, остается в ПЗС (Фиг.1). Момент перекрытия фильтров 5 гравием отмечается резким повышением давления циркуляции.

После чего сбрасывают в колонну 9 управляющий шар диаметром, меньшим внутреннего диаметра втулок 17 и 15 (Фиг.2), при этом продолжая намывать гравий за надфильтровые трубы 4 с целью создания резерва закачиваемого гравия порядка 10-15% для заполнения пустот гравийной обсыпки при его переуплотнении в процессе эксплуатации и частичной потери за счет проникновения в перфорационные каналы и пласт.

При достижении шаром посадочного места втулки 12 (Фиг.2) поднятием давления в НКТ 9 (Фиг.1) осуществляют срезку штифтов 14, ту часть штифта, что входит в тело втулки 12. Втулка 12 по направляющим канавкам (проточкам) в штифтах 14 перемещается вниз на больший диаметр III в корпусе 11 (Фиг.3), открывая промывочные окна 13, а за счет пружин, установленных в разрезной втулке 2 (или изготовления ее из пружинной стали типа 65Г), примет больший диаметр в корпусе в сечении III, и шар, освобождаясь во втулке 12, проваливается в отстойник 10. Получили сообщение трубного и затрубного пространства через циркуляционные окна 13 (Фиг.3), позволяющие прямой циркуляцией провести срезку излишков гравийной обсыпки и вымыв ее из скважины на поверхность.

Проводят гидродинамическое уплотнение гравийной набивки путем прокачки жидкости через слой гравия.

В скважине проведены работы по установке фильтровой компоновки с гравийной обсыпкой. Скважина подготовлена к проведению работ по ее освоению, не извлекая из скважины лифтовую колонну (НКТ) и не меняя ее на эксплуатационную.

Проводят обвязку устья-установку фонтанной арматуры. Обвязывают насос и компрессор (азотно-бустерную установку) и проводят смену раствора на раствор меньшей плотностью и при отсутствии притока закачку азота для смены жидкости в стволе скважины на газ (азот) и вызов притока флюида (газ, нефть) по трубному пространству.

После получения притока в лифтовую колонну 9 (Фиг.1) сбрасывают второй управляющий шар диаметром, большим внутреннего диаметра разрезной втулки 17 (Фиг.4), через фонтанную арматуру используя лубрикатор. Шар под действием собственного веса садится на втулку 17, опираясь частично нижним основанием на втулку 5 (Фиг.4).

К внутритрубному пространству подбивают компрессор и создают давление в лифтовой колонне 9 (Фиг.1), срезают срезные винты 18, удерживающие втулку 17, и срезные винты 16, удерживающие цилиндрическую втулку 15 (Фиг.4). Перемещают втулки 17 и 15 до момента перекрытия промывочных (циркуляционных) окон 13 в корпусе 1 (Фиг.4). При этом втулка 15 упрется в винты 14, являющиеся для нее ограничителем и одновременно направляющими и удерживающими для втулки 12. Момент перекрытия промывочных окон 13 отметится скачком давления в сторону уменьшения величины после срезки срезных винтов 18 и 16.

Разрезная втулка 17 за счет упругих деформаций, выполненная из пружинной стали 65Г (или из обычной стали, но с пружиной, расположенной в ней), раскроется в сторону увеличения диаметра до значения в сечении II (Фиг4) и освободит шар из места посадки, который также упадет в отстойник. При этом втулка 17 будет служить упором для втулки 15, предотвращая ее перемещение вверх при эксплуатации скважины, предотвращая тем самым самопроизвольное открытие промывочных окон 13 в корпусе 11 (Фиг4).

Поводят газогидродинамические исследования и скважину сдают в эксплуатацию.

Преимущества предлагаемого изобретения для сооружения гравийно-намывных фильтров:

- простота конструкции и ее изготовления;

- простота эксплуатации;

- отпадает необходимость в проведении ряда дополнительных операций по смене спускного инструмента на эксплуатационный;

- нет необходимости в использовании пакеров;

- сокращение времени на проведение работ по установке гравийно-намывных фильтров и соответственно на проведение технико-технологических мероприятий по ремонту скважин и сокращению сроков ремонта и ввода ее в эксплуатацию.