устройство для обработки пластов в скважине

Формула изобретения

Устройство для обработки пластов в скважине, содержащее проходной пакер и разобщитель, включающий ствол, золотник, расположенный внутри ствола и соединенный с ним срезными элементами, золотник оснащен посадочным седлом для шара, сбрасываемого вовнутрь устройства перед обработкой верхнего пласта, конусную расточку, в которой установлено стопорное кольцо, взаимодействующее с кольцевой проточкой, отличающийся тем, что ствол оснащен радиальными отверстиями и дополнительными срезными элементами, усилие разрушения которых выше усилия разрушения срезных штифтов, также ствол снабжен обводным каналом, имеющим возможность сообщения верхней и нижней части ствола, минуя золотник, при этом в исходном положении обводной канал и радиальные отверстия ствола герметично перекрыты золотником, оснащенным радиальными каналами, причем снизу золотник оснащен осевым центральным отверстием, при этом ствол ниже золотника концентрично снабжен жесткозакрепленным к нему стержнем, направленным в сторону золотника, а также осевыми отверстиями по окружности, причем пропускная способность осевых отверстий ствола больше пропускной способности центрального отверстия золотника, в верхней части золотника выполнено дополнительное посадочное седло под дополнительный шар большего диаметра, сбрасываемого вовнутрь устройства после обработки верхнего пласта для возможности возврата к нижнему пласту через обводной канал, кольцевая проточка выполнена в виде кольцевых насечек, направленных противоположно стопорному кольцу в нижней части золотника, и имеет возможность взаимодействия со стопорным кольцом, размещенным в конусной расточке, выполненной в нижней части ствола выше осевых отверстий по окружности, при этом дополнительный срезной штифт установлен в стволе ниже конусной расточки, в которой размещено стопорное кольцо.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине при раздельной закачке в них различных реагентов.

Известно устройство для обработки пластов в скважине (патент RU № 2282017, МПК Е21В 33/12, опубл. в бюл. № 23 от 20.08.2006 г.), содержащее пакер, включающий проходной корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с радиальными каналами и внутренней цилиндрической выборкой, золотник с двумя рядами радиальных каналов, разделенных поперечной глухой перегородкой, и вставленный в ствол, установленную внутри золотника втулку с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта, при этом верхний ряд радиальных каналов золотника находится напротив радиальных каналов ствола, а ствол, золотник и втулка соединены между собой дифференциальными срезными элементами, причем перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов золотника сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство насосно-компрессорных труб (НКТ) с внутренним пространством корпуса пакера, при этом устройство выше разобщителя на расстоянии от пакера, превышающем толщину верхнего пласта, снабжено дополнительным пакером, состоящим из цилиндра сверху и дополнительной эластичной манжеты, установленной на соединенном с разобщителем посредством муфты полом основании, с которым вверху жестко соединен поршень, и жестко связанного с колонной насосно-компрессорных труб цилиндра, в который телескопически установлен поршень с возможностью осевого перемещения вверх, образующего с поршнем полость, гидравлически соединенную с внутренним пространством насосно-компрессорных труб, причем цилиндр выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной эластичной манжетой.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей;

- во-вторых, сложность и дороговизна изготовления как самого устройства, так и проточек на наружной поверхности проходного корпуса пакера;

- в-третьих, ограниченное кольцевое пространство разобщителя между стволом и золотником, в связи с чем через данное кольцевое пространство невозможно закачать высоковязкий химический состав.

Также известно устройство для обработки пластов в скважине (патент RU № 2282710, МПК Е21В 33/12, опубл. в бюл. № 24 от 27.08.2006 г.), содержащее пакер, включающий проходной корпус и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с радиальными каналами и внутренней цилиндрической выборкой, вставленный в ствол золотник с двумя рядами радиальных каналов, разделенных поперечной глухой перегородкой, установленную внутри золотника втулку с посадочным седлом для шара, сбрасываемого внутрь устройства перед обработкой второго пласта, при этом верхний ряд радиальных каналов золотника находится напротив радиальных каналов ствола, а ствол, золотник и втулка соединены между собой дифференциальными срезными элементами, причем перед обработкой второго пласта верхние и нижние ряды радиальных каналов золотника сообщаются между собой посредством внутренней цилиндрической выборки ствола, гидравлически соединяя внутреннее пространство насосно-компрессорных труб с внутренним пространством корпуса пакера, при этом устройство выше разобщителя на расстоянии от пакера, превышающем толщину верхнего пласта, снабжено дополнительным пакером, состоящим из верхнего упора с цилиндрическим сужением, нижнего упора и дополнительной эластичной манжеты, установленной на цилиндрическом сужении верхнего упора, который телескопически установлен с возможностью осевого перемещения вниз в нижний упор, относительно которого зафиксирован срезным элементом, при этом нижний упор выполнен с возможностью взаимодействия с дополнительной эластичной манжетой, верхний упор снабжен гидравлическими якорями, поджатыми внутрь и взаимодействующими с обсадной колонной под давлением, создаваемым во внутреннем пространстве насосно-компрессорных труб.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и деталей;

- во-вторых, сложность и дороговизна изготовления как самого устройства, так и проточек на наружной поверхности проходного корпуса пакера;

- в-третьих, ограниченное кольцевое пространство разобщителя между стволом и золотником, в связи с чем через данное кольцевое пространство невозможно закачать высоковязкий химический состав.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для обработки пластов в скважине (патент RU № 2234589, МПК Е21В 33/12, опубл. в бюл. № 23 от 20.08.2004 г.), содержащее пакер, включающий корпус, обойму со шлипсами и штифтом, причем штифт установлен в фигурный паз и имеет возможность перемещения по траектории фигурного паза 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 вовнутрь устройства перед обработкой второго пласта.

Недостатками конструкции данного устройства, которые выявлены на основе опыта его практического применения на протяжении 8 лет, являются:

- во-первых, оно не позволяет производить обработку пластов с применением вязких химических составов, таких как гель, водонабухающий полимер (ВНП) и т.д., это происходит вследствие такого недостатка конструкции, как небольшое кольцевое пространство разобщителя между стволом и золотником, поэтому данное кольцевое пространство забивается высоковязким химическим составом и далее не продавливается, в связи с чем устройство в дальнейшем не выполняет свои функции, что сужает технологические возможности работы устройства;

- во-вторых, в процессе работ по поочередной обработке двух пластов после проведения работ с верхним пластом возникает необходимость возврата к нижнему пласту для проведения технологических работ с ним, но данное устройство это сделать не позволяет в виду несовершенства конструкции;

- в-третьих, низкая надежность работы устройства, связанная с тем, что в процессе спуска устройства в скважину и в процессе обработки нижнего пласта возможно отложение грязи, осадков в кольцевом пространстве между золотником и стволом разобщителя, вследствие чего при последующем перемещении золотника относительно ствола стопорное кольцо может не зафиксироваться в кольцевой проточке ствола разобщителя, так как оно выполнено слишком низко. В результате невозможно герметично отсечь нижний пласт и работать с верхним пластом.

Задачами изобретения являются усовершенствование конструкции устройства, расширение технологических возможностей работы устройства и повышение надежности работы устройства.

Поставленная задача решается устройством для обработки пластов в скважине, содержащим проходной пакер и разобщитель, включающий ствол, золотник, расположенный внутри ствола и соединенный с ним срезными элементами, золотник оснащен посадочным седлом для шара, сбрасываемого вовнутрь устройства перед обработкой верхнего пласта, конусную расточку, в которой установлено стопорное кольцо, взаимодействующее с кольцевой проточкой.

Новым является то, что ствол оснащен радиальными отверстиями и дополнительными срезными элементами, усилие разрушения которых выше усилия разрушения срезных штифтов, также ствол снабжен обводным каналом, имеющим возможность сообщения верхней и нижней части ствола, минуя золотник, при этом в исходном положении обводной канал и радиальные отверстия ствола герметично перекрыты золотником, оснащенным радиальными каналами, причем снизу золотник оснащен осевым центральным отверстием, при этом ствол ниже золотника концентрично снабжен жесткозакрепленным к нему стержнем, направленным в сторону золотника, а также осевыми отверстиями по окружности, причем пропускная способность осевых отверстий ствола больше пропускной способности центрального отверстия золотника, в верхней части золотника выполнено дополнительное посадочное седло под дополнительный шар большего диаметра, сбрасываемого вовнутрь устройства после обработки верхнего пласта для возможности возврата к нижнему пласту через обводной канал, кольцевая проточка выполнена в виде кольцевых насечек, направленных противоположно стопорному кольцу в нижней части золотника, и имеет возможность взаимодействия со стопорным кольцом, размещенным в конусной расточке, выполненной в нижней части ствола выше осевых отверстий по окружности, при этом дополнительный срезной штифт установлен в стволе ниже конусной расточки, в которой размещено стопорное кольцо.

На фиг.1, 2, 3 схематично изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе в процессе работы.

На фиг.4 изображен золотник в зафиксированном относительно ствола положении.

Устройство для обработки пластов в скважине состоит из проходного пакера и разобщителя 1 (см. фиг.1), присоединенного к пакеру сверху, т.е. ствол 2 разобщителя 1 посредством муфты соединен с корпусом проходного пакера. В качестве пакера применяют проходной пакер любой известной конструкции, например, пакер ПРО-ЯМО2, выпускаемый НПФ «Пакер» (г.Октябрьский, Республика Башкортостан, Российская Федерация).

Золотник 3 расположен внутри ствола 2 и соединен с ним срезными элементами 4, Золотник 3 оснащен посадочным седлом 5 для шара 6 диаметром - d, сбрасываемого вовнутрь устройства перед обработкой верхнего пласта (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано).

Ствол 2 (см. фиг.1 и 2) оснащен радиальными отверстиями 7 и дополнительными срезными элементами 8, усилие разрушения которых выше усилия разрушения срезных элементов 4.

Усилие разрушения срезных элементов 4 и дополнительных срезных элементов 8 обеспечивается созданием избыточного гидравлического давления внутри устройства над золотником 3. Например, разрушение срезных элементов 4 происходит под действием избыточного гидравлического давления, равного 6 МПа, а разрушение дополнительных срезных элементов 8 происходит под действием избыточного гидравлического давления, равного 10 МПа.

Ствол 2 снабжен обводным каналом 9, имеющим возможность сообщения верхней и нижней частей ствола 2, минуя золотник 3.

В исходном положении обводной канал 9 и радиальные отверстия 7 ствола 2 герметично перекрыты золотником 3, оснащенным радиальными каналами 10.

Снизу золотник 3 оснащен осевым центральным отверстием 11, а ствол 2 ниже золотника 3 концентрично снабжен жесткозакрепленным к нему стержнем 12. направленным в сторону золотника 3, а также осевыми отверстиями 13 по окружности.

Количество отверстий 13 выбирают с условием, чтобы пропускная способность (Q₁) отверстий 13 была больше пропускной способности (Q₂) центрального отверстия 11 золотника 3 (Q₁>Q₂), что позволяет производить закачку вязких химических реагентов, например, водонабухающего полимера (ВНП). Пропускная способность (Q ₁) центрального отверстия 11 золотника 3 определяется размерами его поперечного сечения, которое определяется опытным путем исходя из предполагаемой вязкости закачиваемого химического реагента.

В сравнении с прототипом за счет исключения кольцевого пространства между золотником и стволом разобщителя из конструкции устройства увеличивается пропускная способность устройства, и оно позволяет за один спуск оборудования произвести как обработку, так и их очистку двух пластов высоковязкими составами.

В верхней части золотника 3 выполнено дополнительное посадочное седло 14 под дополнительный шар 15 большего диаметра - D (см. фиг.3), чем диаметр шара 6, т.е. (D>d).

Дополнительный шар 15 сбрасывается с устья скважины вовнутрь устройства после обработки верхнего пласта для возможности возврата к нижнему пласту через обводной канал 9.

Кольцевая проточка выполнена в виде кольцевых насечек 16 в нижней части золотника 3, направленных противоположно стопорному кольцу 17 и имеет возможность взаимодействия со стопорным кольцом 17, размещенным в конусной расточке 18, выполненной в нижней части ствола 2 выше осевых отверстий 12, что обеспечивает надежную фиксацию золотника 3 относительно ствола 2 разобщителя 1.

Дополнительные срезные штифты 8 установлены в стволе 2 ниже конусной расточки 18, в которой размещено стопорное кольцо 17.

Стержень 12 имеет возможность герметичного взаимодействия с осевым центральным отверстием 11 золотника 3 после посадки шара 6 на посадочное седло 5 золотника 3, сбрасываемого вовнутрь устройства перед обработкой верхнего пласта, и осевого перемещения золотника 3 вниз относительно ствола 2 разобщителя 1 под действием избыточного давления до упора в дополнительный срезной штифт 8, с совмещением радиальных отверстий 7 ствола 2 с радиальными каналами 10 золотника 3 и фиксацией золотника 3 относительно ствола 2 разобщителя 1 при помощи стопорного кольца 17.

После обработки верхнего пласта внутрь устройства сбрасывается дополнительный шар 15, который садится на дополнительное посадочное седло 14 золотника 3. Под действием избыточного давления золотник 3 имеет возможность разрушения дополнительных срезных штифтов 8 и осевого перемещения вниз относительно ствола 2 до упора в осевые отверстия 13 ствола 2, с возможностью сообщения верхней и нижней частей ствола 2 посредством обводного канала 9.

С целью исключения несанкционированных перетоков жидкости, сопрягаемые поверхности золотника 3 снабжены уплотнительными элементами (на фиг.1-4 показано условно).

Устройство работает следующим образом.

Устройство (пакер + разобщитель 1) (см. фиг.1) в собранном виде на колонне труб (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) спускают в скважину на необходимую глубину и устанавливают между пластами, которые необходимо обработать. Затем производят пакеровку (посадку) проходного пакера, например, приподнимают на 1,5 м и опускают. В результате пакер герметично разделяет межколонные пространства скважины между двумя обрабатываемыми пластами.

После этого приступают к обработке нижнего пласта (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано). Для этого реагент по колонне труб через центральное отверстие 11 (фиг.1) золотника 3, осевые отверстия 13 ствола 2 разобщителя 1 и корпус проходного пакера закачивают в нижний пласт и оставляют на реакцию, при этом обводной канал 9 остается герметично перекрытым золотником 3. После выдержки проводят свабирование путем снижения уровня, при этом срезные элементы 4 (фиг.1) неподвижно фиксируют золотник 13 относительно ствола 11 разобщителя 1.

Затем приступают к обработке верхнего пласта. Для этого вовнутрь колонны труб бросают шар 6 диаметром - d (фиг.2 и 3), который садится на седло 7 и перекрывает центральное отверстие 11 золотника 3. В колонне труб и в золотнике 3 выше шара 6 повышают давление с помощью насосного агрегата, например, цементировочным агрегатом ЦА-320, в результате чего под давлением 6 МПа, срезные элементы 4 разрушаются, золотник 3 перемещается вниз относительно ствола 2 разобщителя 1. Стопорное кольцо 17 (см. фиг.2) входит в кольцевые насечки 16 золотника 3 и по ним перемещается вниз до взаимодействия нижнего торца (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) золотника 3 (см. фиг.2) с дополнительными срезными элементами 8 и фиксируется в среднем положении (см. фиг.2). При этом стержень 12 ствола 1 входит в центральное отверстие 11 золотника 3 и герметично отсекает нижний пласт от сообщения с устройством, при этом обводной канал 9 остается герметично перекрытым золотником 3, а радиальные каналы 10 золотника 3 совмещаются с радиальными отверстиями 7 ствола 2.

Выполнение осевых отверстий 12 для перетока закачиваемого агента в стволе 1 и размещение стопорного кольца 17 выше осевых отверстий 12 исключает отложение грязи, осадков в кольцевом пространстве 19 между золотником 3 и стволом 2, что гарантирует фиксацию стопорного кольца 17 в кольцевой проточке 16 золотника 3 после контакта нижнего торца золотника с дополнительными срезными элементами 8 и позволяет гарантировано герметично отсечь нижний пласт и работать с верхним пластом.

После этого по колонне труб (см. фиг.2) через радиальные каналы 10 золотника 3 и радиальные отверстия 7 ствола 2 разобщителя 1 производят закачку реагента в верхний пласт и оставляют на реакцию. После выдержки также, как и в нижнем пласте, производят свабирование путем снижения уровня, при этом перемещение золотника 3 относительно ствола 2 разобщителя 1 исключается благодаря фиксации стопорного кольца 17 в кольцевых насечках 16 золотника 3.

Далее для того чтобы вернуться к верхнему пласту для проведения любой технологической операции, например для определения приемистости, вовнутрь колонны труб бросают дополнительный шар 15 большего диаметра D (фиг.2 и 3), который садится на дополнительное седло 14 и перекрывает золотник 3 сверху. В колонне труб и в устройстве над золотником 3 повышают давление с помощью насосного агрегата, например, цементировочным агрегатом ЦА-320, и при достижении давления 10 МПа разрушаются дополнительные срезные элементы 8, золотник 3 перемещается вниз еще ниже относительно ствола 2 разобщителя 1, при этом стопорное кольцо 17 (см. фиг.2) продолжает находиться в кольцевых насечках 16 золотника 3 и по ним перемещается вниз до взаимодействия нижнего торца (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) золотника 3 (см. фиг.3) с осевыми отверстиями 13 ствола 2, при этом стопорное кольцо фиксируется в нижнем положении (см. фиг.3).

Стержень 12 ствола 1 полностью входит в центральное отверстие 11 золотника 3 и герметично отсекает верхний пласт от сообщения с нижним пластом, при этом обводной канал 9 открывается и сообщает верхнюю и нижнюю части ствола 2. Радиальные каналы 10 золотника 3 герметично разобщаются с радиальными отверстиями 7 ствола 2.

После чего закачивают технологическую жидкость, например пресную воду, плотностью 1000 кг/м³ по колонне труб через обводной канал 9 в нижний пласт и определяют его приемистость.

Усовершенствованная конструкция устройства позволяет при поочередной обработке двух пластов, после проведения работ с верхним пластом вновь вернуться к нижнему пласту для проведения технологических работ с ним.

После повторной работы с нижним пластом производят распакеровку пакера. Для этого колонну труб поднимают на 2,0 м и пакер принимает первоначальное положение, а устройство готово к извлечению. После чего колонну труб с устройством поднимают на поверхность.

Предлагаемое устройство имеет усовершенствованную конструкцию, расширенные технологические возможности и высокую надежность в работе.