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 седлом под запорный элемент, сбрасываемый внутрь устройства перед обработкой верхнего пласта, конусную расточку, в которой установлено стопорное кольцо, взаимодействующее с кольцевой проточкой, отличающееся тем, что ствол оснащен радиальными отверстиями и дополнительными срезными элементами, усилие разрушения которых выше усилия разрушения срезных элементов, также ствол ниже радиальных отверстий 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 центральным осевым отверстием, и радиальными каналами, причем радиальные каналы золотника при осевом перемещении вниз золотника относительно ствола под действием избыточного давления имеют возможность поочередного сообщения сначала с радиальными отверстиями ствола, а затем с обводным каналом ствола, при этом кольцевая проточка выполнена в нижней части золотника в виде кольцевых насечек, направленных противоположно стопорному кольцу с возможностью взаимодействия с ним, причем стопорное кольцо размещено в конусной расточке, выполненной в нижней части ствола выше дополнительных срезных элементов ствола, при этом ниже дополнительных срезных элементов ствол оснащен ограничителем хода золотника, а запорный элемент выполнен в виде штока переменного сечения, имеющего возможность фиксации в золотнике после посадки на седло золотника.

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 № 2282710, МПК E21B 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.

Также известно устройство для обработки пластов в скважине (патент RU № 2282017, МПК E21B 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 вставленных 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 основания, 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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для обработки пластов в скважине (патент RU № 2234589, МПК E21B 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 седлом под запорный элемент, выполненный в виде 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, 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;

- во-вторых, 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;

- в-третьих, 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-четвертых, запорный элемент, выполненный в виде шара не позволяет герметично отсечь нижний пласт при свабировании верхнего пласта, например, при очистке верхнего пласта от продуктов реакции водного раствора кислот, так как шар будет подниматься вверх и пропускать из нижнего пласта.

Задачами изобретения являются усовершенствование конструкции устройства, повышение надежности работы устройства, расширение технологических возможностей работы устройства и герметичного отсечения нижнего пласта при свабировании верхнего пласта.

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 седлом под запорный элемент, сбрасываемый внутрь 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 элементов, также ствол ниже радиальных отверстий 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 центральным осевым отверстием, и радиальными каналами, причем радиальные каналы золотника при осевом перемещении вниз золотника относительно ствола под действием избыточного давления имеют возможность поочередного сообщения сначала с радиальными отверстиями ствола, а затем с обводным каналом ствола, при этом кольцевая проточка выполнена в нижней части золотника в виде кольцевых насечек, направленных противоположно стопорному кольцу с возможностью взаимодействия с ним, причем стопорное кольцо размещено в конусной расточке, выполненной в нижней части ствола выше дополнительных срезных элементов ствола, при этом ниже дополнительных срезных элементов ствол оснащен ограничителем хода золотника, а запорный элемент выполнен в виде штока переменного сечения, имеющего возможность фиксации в золотнике после посадки на седло золотника.

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). Разобщитель 1 присоединен к пакеру (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) сверху, т.е. ствол 2 (см. фиг.1) разобщителя 1 снизу посредством муфты (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) соединен с корпусом проходного пакера. В качестве пакера применяют проходной пакер любой известной конструкции, например пакер ПРО-ЯМO2, выпускаемый НПФ «Пакер» (г.Октябрьский, Республика Башкортостан, Российская Федерация).

Золотник 3 (см. фиг.1) расположен внутри ствола 2 и соединен с ним срезными элементами 4. Золотник 3 оснащен седлом 5 (см. фиг.2) под запорный элемент, выполненный в виде штока переменного сечения 6, сбрасываемого внутрь 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 4 МПа, а разрушение дополнительных срезных элементов 8 происходит под действием избыточного гидравлического давления, равного 10 МПа. При этом необходимо учитывать то, что значение избыточного гидравлического давления, при котором происходит разрушение дополнительных срезных элементов, должно быть выше давления обработки нижнего пласта (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано), т.е. в данном случае менее 10 МПа, например 9,0 МПа.

Ствол 2 (см. фиг.1) 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 центральным осевым отверстием 10 и радиальными каналами 11. Пропускная способность (Q₁) центрального осевого отверстия 10 золотника 3 определяется размерами его поперечного сечения, которое определяется опытным путем исходя из предполагаемой вязкости закачиваемого химического реагента, например выполняют центральное осевое отверстие 10 золотника диаметром 40 мм.

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.

Радиальные каналы 11 золотника 3 при осевом перемещении вниз золотника 3 относительно ствола 2 под действием избыточного давления имеют возможность поочередного сообщения сначала с радиальными отверстиями 7 ствола 2, а затем с обводным каналом 9 ствола 2.

Кольцевая проточка 12 выполнена в нижней части золотника 3 в виде кольцевых насечек (см. фиг.4), направленных противоположно стопорному кольцу 13 с возможностью взаимодействия с ним.

Стопорное кольцо 13 размещено в конусной расточке 14, выполненной в нижней части ствола 2 выше дополнительных срезных элементов ствола 8.

Ниже дополнительных срезных элементов 8 ствол 2 оснащен ограничителем хода 15 золотника 3. Ограничитель хода 15 золотника 3 выполнен в виде внутренней кольцевой выборки.

Шток переменного сечения 6 имеет возможность фиксации посредством стопорного кольца 16 в золотнике 3 после посадки на седло 5 золотника 3. Стопорное кольцо 16 размещено в кольцевой проточке 17, выполненной на внутренней поверхности золотника 3.

Стопорные кольца 13 и 16 выполнены разрезными пружинными. 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 верхним и нижним 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, например 15%-ный водный раствор соляной кислоты по колонне труб через центральное осевое отверстие 10 (фиг.1) золотника 3, ствол 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. Применяют кислоту соляную синтетическую техническую (НО) по ГОСТ 857-95.

После выдержки проводят свабирование путем снижения уровня, при этом срезные элементы 4 (фиг.1) неподвижно фиксируют золотник 3 относительно ствола 11 разобщителя 1.

Затем приступают к обработке верхнего пласта. Для этого внутрь устройства по колонне труб сбрасывают шток переменного сечения 6, (фиг.2 и 3), который герметично садится на седло 5 и перекрывает центральное отверстие 10 (см. фиг.1) золотника 3. В колонне труб и в золотнике 3 устройства (см. фиг.3) выше штока переменного сечения 6 повышают давление с помощью насосного агрегата, например цементировочным агрегатом ЦА-320.

В результате сначала шток переменного сечения 6 перемещается вниз относительно золотника 3 и герметично садится на седло 5. Перемещение штока переменного сечения 6 прекращается, когда шток переменного сечения 6 упирается торцом в торец седла 5, при этом происходит фиксация штока переменного сечения 6 стопорным кольцом 16, находящимся в кольцевой проточке 17 золотника 3 (см. фиг.2).

Далее давление в устройстве над золотником 3 продолжают повышать и при достижении давления 6 МПа, срезные элементы 4 разрушаются, золотник 3 перемещается вниз относительно ствола 2 разобщителя 1.

Стопорное кольцо 13 (см. фиг.2 и 4) входит в кольцевые насечки 12 золотника 3 и по ним перемещается вниз до взаимодействия нижнего торца золотника 3 (см. фиг.2) с дополнительными срезными элементами 8 и фиксируется в этом положении (см. фиг.2), при этом обводной канал 9 остается герметично перекрытым золотником 3, а радиальные каналы 11 золотника 3 совмещаются с радиальными отверстиями 7 ствола 2.

Стопорное кольцо 13 размещено в конусной расточке 14, выполненной в нижней части ствола 2 выше дополнительных срезных элементов ствола 8, что обеспечивает надежную фиксацию золотника 3 относительно ствола 2 разобщителя 1 после контакта нижнего торца золотника 3 с дополнительными срезными элементами 8 и позволяет гарантированно герметично отсечь нижний пласт и работать с верхним пластом, что несомненно повышает надежность работы устройства в целом.

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, например производят закачку углеводородного растворителя в верхний пласт и оставляют на реакцию. Закачку углеводородного растворителя в верхний пласт производят под давлением не более 10 МПа, например под давлением 9 МПа, так как при избыточном гидравлическом давлении 10 МПа происходит разрушение дополнительных срезных элементов 8. В качестве углеводородного растворителя применяют, например, Нефрас А-130/150 (ГОСТ 10214-78).

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 13 в кольцевых насечках 12 золотника 3.

Далее для того чтобы вернуться к нижнему пласту для проведения любой технологической операции, например для определения приемистости нижнего пласта 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 13 (см. фиг.2 и 3) продолжает находиться в кольцевых насечках 12 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 ограничителем хода 15 золотника 3. В результате стопорное кольцо 13 фиксируется в кольцевых насечках 12 золотника 3 в нижнем положении (см. фиг.3).

В результате радиальные каналы 11 золотника 3 герметично разобщаются с радиальными отверстиями 7 ствола 2 и сообщаются через обводной канал 9, гидравлически связывающий верхнюю и нижнюю части ствола 2, минуя золотник 3 с нижним пластом.

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.

Далее производят распакеровку пакера. Для этого колонну труб поднимают на 1,5 м и пакер принимает первоначальное положение, а устройство готово к извлечению. После чего колонну труб с устройством поднимают на поверхность.

Предлагаемая 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, что позволяет расширить его технологические возможности. Кроме того, устройство позволяет герметично отсекать нижний пласт при свабировании верхнего пласта.

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