Устройство для заканчивания скважин

 

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для освоения и эксплуатации скважин. Обеспечивает повышение надежности работы устройства. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с отверстиями и каналом. В нем размещен клапанный узел в виде сферического запорного элемента с каналом, соосным каналу корпуса, установленного между двумя подпружиненными к нему седлами. Седла образуют с корпусом две полости. Они сообщены с каналом корпуса и наружным пространством соответственно. Кроме того, одно из седел образует с корпусом дополнительную полость, сообщенную с каналом корпуса. Для управления клапанным узлом служит ключ. 3 ил.

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для освоения и эксплуатации скважин.

Известно устройство для заканчивая и эксплуатации скважин, содержащее цилиндрический корпус с фильтрационными отверстиями в стенке и центральным каналом, в котором размещен клапанный узел для закрывания и открывания фильтрационных отверстий корпуса, содержащий запорный элемент [1].

Недостатком известного устройства является низкая работоспособность из-за наличия большого количества телескопических соединений его подвижных узлов и деталей, особенно запорного элемента, который в условиях присутствия в скважинной жидкости песка и шлама становится неподвижным.

Другим недостатком этого устройства является то, что с помощью его невозможно осуществлять эксплуатацию продуктивного пласта селективно по отдельным участкам, т.к. его можно установить в скважине только на одном участке в единственном экземпляре, поскольку управление клапанными элементами других таких устройств, расположенных дальше первого, при такой его конструкции невозможно.

Кроме указанных недостатков следует отметить сложность его конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для заканчивания скважины, включающее цилиндрический корпус с фильтрационными отверстиями, в котором размещен клапанный узел для закрывания и открывания фильтрационных отверстий корпуса, содержащий запорный элемент с проходным каналом, соосным центральному каналу корпуса [2].

Недостатком этого устройства являются также затруднения в перемещении запорного элемента относительно корпуса из-за их телескопического соединения.

Другим недостатком является возможность скручивания и поломки колонны труб при вращении ею запорного элемента, что недопустимо, особенно в горизонтальных скважинах.

Решаемая техническая задача состоит в том, что необходимо создать такое устройство для заканчивания скважин, которое позволяло бы селективно испытывать продуктивный пласт на приток продукта в наклонных и горизонтальных скважинах без вращения колонны труб, а также осуществлять дальнейшую эксплуатацию его.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства.

Эта цель достигается тем, что в описываемом устройстве, включающем цилиндрический корпус с фильтрационными отверстиями в стенке и центральным каналом, в котором размещен клапанный узел закрывания и открывания фильтрационных отверстий корпуса, содержащий запорный элемент с проходным каналом, соосным центральному каналу корпуса, согласно изобретению, клапанный узел выполнен в виде двух соосно подвижных в ограниченном интервале седел, установленных с противоположных сторон от запорного элемента и подпружиненных к нему с помощью пружин, размещенных в полостях, образованных стенками корпуса и седел, одна из которых сообщена с центральным каналом корпуса, а другая - с наружным пространством, причем наружная поверхность запорного элемента выполнена сферической.

Известны запорные устройства, устанавливаемые на трубопроводах, в которых запорный элемент выполнен в виде установленного между двумя седлами шара с проходным каналом, соосным центральному каналу корпуса устройства (см., например, рекламный выпуск совместного российско-американского машиностроительного предприятия "Камеронволгомаш" под названием "Цельносварной шаровой кран", 1994 г.).

Использование этого технического решения в новой совокупности конструктивных признаков обеспечивает достижение нового эффекта, заключающегося в повышении надежности работы устройства иного назначения, а именно: для заканчивая скважин, позволяющего селективно осваивать и эксплуатировать продуктивный пласт в наклонных и горизонтальных скважинах без вращения колонных труб. Следовательно, известность этого технического решения не порочит новизну заявляемого устройства, и оно соответствует критериям патентоспособности "новизна" и "изобретательский уровень". Промышленная же применимость его не вызывает сомнений.

На фиг. 1 показан общий вид устройства в продольном разрезе; на фиг.2 - ключ для открывания и закрывания запорного элемента устройства в продольном разрезе; на фиг.3 - устройство с ключом в сборе в продольном разрезе при открывании запорного элемента.

Устройство состоит (фиг.1) из цилиндрического корпуса 1 с фильтрационными отверстиями 2 в стенке и центральным каналом 3, в котором размещен клапанный узел (не обозначен) для открывания и закрывания фильтрационных отверстий 2 корпуса 1. Клапанный узел содержит установленный в центральном канале 3 корпуса 1, напротив фильтрационных отверстий 2, запорный элемент 4 со сферической наружной поверхностью и проходным каналом 5, соосным центральному каналу 3 корпуса 1, а также цилиндрические полые седла 6 и 7, установленные в центральном канале 3 корпуса 1, с противоположных сторон от запорного элемента 4, соосно подвижные внутри корпуса в ограниченном выступами 8 и 9 интервале. При этом седла 6 и 7 подпружинены к запорному элементу 4 пружинами 10 и 11, размещенными в полостях 12 и 13, образованных внутренними стенками корпуса 1 и наружными стенками седел 6 и 7. Полость 12 через отверстия 14 в стенке 6 сообщена с центральным каналом корпуса, а полость 13 через отверстия 15 в стенке корпуса 1 сообщена с наружным пространством. Кроме того, седло 7 имеет кольцевой выступ 16, а корпус 1 - внутренний кольцевой выступ 17, которые образуют со стенками корпуса 1 и седла 7 полость 18, сообщенную отверстиями 19 с полостью седла 7. Причем полости седел 6 и 7 и проходной канал 5 запорного элемента 4 образуют центральный проходной канал 20 устройства, сообщенный с внутритрубным пространством обсадных труб 21 и 22, к которым устройство присоединяют с помощью резьб 23 и 24. Седло 6 имеет кольцевой выступ 16, аналогичный выступу 16 седла 7.

Для управления клапанным узлом устройства служит ключ (фиг.2), состоящий из полого цилиндрического корпуса 25 с верхними 26 и нижними 27 отверстиями в стенке и окнами 28, в которых размещены упоры 29, установленные на осях 30 с возможностью радиального выдвижения из окон 28. В полости корпуса 25 размещен толкатель 31, подпружиненный пружиной 32 в сторону верхнего конца корпуса 25 и имеющий кольцевую проточку 33, позиционно расположенную напротив отверстий 26 и 27 корпуса 25, а также коническую поверхность 34, взаимодействующую с упорами 29. На нижнем конце корпуса 25, в прорези 35, размещен кулачок 36, установленный на оси 37 и имеющий упор 38, взаимодействующий с пружиной 39, закрепленной в углублении 40, выполненном в направляющей головке 41 корпуса 25. Кроме того, в углублении 40 закреплен ограничитель 42 для ограничения поворота кулачка 36 вокруг оси 37.

Работа устройства для заканчивания скважин (фиг.1) заключается в следующем.

С учетом данных геофизических исследований определяют участки продуктивного пласта, которые необходимо испытать на приток продукта. Далее, соответственно этим участкам необходимое количество устройств с помощью резьб 23 и 24 устанавливают на обсадной колонне и спускают в скважину, ориентируя устройства напротив соответствующих участков продуктивного пласта. При этом подлежащие испытанию участки продуктивного пласта разделяют друг от друга пакерами или профильными перекрывателями, устанавливаемыми на обсадной колонне в промежутках между устройствами. Для этого в положении запорного элемента 4, при котором фильтрационные отверстия 2 перекрыты, закачкой жидкости в колонну обсадных труб 21, 22 приводят в действие указанные разобщающие участки пласта устройства (гидравлические пакеры или профильные перекрыватели). При этом давление жидкости через отверстия 14 - в седле 6 и 19 - в седле 7 распространится в полости 12 и 18 и переместит седла 6 и 7, а также запорный элемент 4 вниз относительно корпуса 1 устройства до упора кольцевого выступа 16 седла 7 в выступ 9 корпуса 1. Благодаря встречному направлению усилий, воздействующих на седла 6 и 7, вниз - на седло 6 от давления в полости 12 и вверх - на седло 7 от сопротивления сжатию пружины 11 и сил реакции от выступа 9, обеспечивается надежная герметизация контактирующих поверхностей седел 6, 7 и запорного элемента 4.

По окончании установки указанных разобщителей пластов или их участков давление в колонне обсадных труб снижают до гидростатического и под действием пружины 11 и давления, распространяющегося в полость 13 через отверстия 15 из затрубного пространства скважины, седла 6, 7 и запорный элемент 4 возвращаются в исходное положение.

Затем на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 43 (фиг.3) с боковым обратным клапаном (не показан) в колонну обсадных труб (21, 22) спускают ключ (фиг. 2) до входа его направляющей головки 41 в центральный проходной канал 20 устройства и создают внутри нее гидравлическое давление, под действием которого толкатель 31 переместится вниз и своей конической поверхностью 34 выведет упоры 29 из окон 28 до упора во внутреннюю стенку обсадной трубы 21. При этом отверстия 26 в корпусе 25 сообщатся с полостью НТК и давление в них частично понизится, что послужит сигналом о выводе упоров 29 из окон 28. После этого спуск НКТ с ключом продолжают до упора 29 в торец 44 седла 6. В результате этого седла 6 и 7 с запорным элементом 4 и ключом сместятся вниз относительно корпуса 1 устройства до упора выступа 16 седла 7 в выступ 9 корпуса 1, а кулачок 36 ключа расположится в продольном канале 5 запорного элемента 4. Далее продолжают наращивать давление внутри НКТ, в результате чего толкатель 31 дополнительно переместится вниз и, воздействуя своей упорной поверхностью 45 на кулачок 36, повернет его относительно оси 37. Поскольку кулачок 36 находится внутри запорного элемента 4, то последний также повернется и займет положение, при котором его проходной канал 5 сообщится через отверстия 2 корпуса 1 с затрубным пространством скважины.

При этом упор 38 кулачка 36 отожмет пружину 39 до прижатия ее к ограничителю 42 величины поворота кулачка 36, а следовательно, и степени открытия запорного элемента 4, а отверстия 27 корпуса 25 сообщаются с полостью НКТ, что явится сигналом об открытии запорного элемента 4.

Затем давление в НКТ снижают до гидростатического, под действием пружин 39 и 32 кулачок 36 и толкатель 31 соответственно возвратятся в исходное положение. Далее ключ (фиг.2) приподнимают до выхода его из корпуса 1 устройства и производят работы по инициированию притока флюида из испытываемого участка пласта.

По окончании работ по освоению первого участка продуктивного пласта аналогичными действиями последовательно испытывают и другие его участки. При этом при прохождении ключа через запорный элемент 4 первого устройства он под действием корпуса 25 ключа займет исходное положение, когда отверстия 2 в корпусе 1 перекрыты и, следовательно, центральный проходной канал 20 устройства разобщен от затрубного пространства скважины.

После оценки результатов испытаний всех выделенных участков продуктивного пласта определяют, какие из них необходимо ввести в эксплуатацию и соответственно этому, начиная от забоя скважины, описанными выше действиями последовательно открывают запорные элементы соответствующих устройств для закачивания скважин.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет без вращения колонны труб селективно испытывать и эксплуатировать продуктивный пласт в наклонных и горизонтальных скважинах при одновременном повышении надежности его работы.

Формула изобретения

Устройство для заканчивания скважин, включающее цилиндрический корпус с фильтрационными отверстиями в стенке и центральным каналом, в котором размещен клапанный узел для закрывания и открывания фильтрационных отверстий корпуса, содержащий запорный элемент с проходным каналом, соосным с центральным каналом корпуса, отличающееся тем, что клапанный узел выполнен в виде двух соосно подвижных в ограниченном интервале седел, установленных с противоположных сторон от запорного элемента и подпружиненных к нему с помощью пружин, размещенных в полостях, образованных стенками корпуса и седел, одна из которых сообщена с центральным каналом корпуса, а другая - с наружным пространством, причем наружная поверхность запорного элемента выполнена сферической.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3