Устройство для отключения пластов друг от друга в скважине (варианты)

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при отключении негерметичных участков обсадной колонны от продуктивного пласта, при отключении и повторном включении верхних и промежуточных заводненных пластов. Технический результат – упрощение монтажа и демонтажа оборудования, обеспечивание высокой надежности разобщения, универсальность применения. Устройство состоит из двух пакерующих элементов аналогичной конструкции. Каждый из них содержит корпус, эластичную манжету, расширяющий конус и опорный патрубок. Пакерующие элементы соединены между собой промежуточной трубой или трубами. В проходном канале нижнего пакерующего элемента установлен обратный клапан. Согласно второму варианту устройство снабжено переводником, соединенным с опорным патрубком верхнего пакерующего элемента, в котором установлен “сбивной” клапан. Согласно третьему варианту устройство снабжено подпружиненным клапаном, установленным в опорном патрубке верхнего пакерующего элемента. 3 с.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к средствам защиты обсадных колонн от воздействия высокого давления, и может найти применение при отключении негерметичных участков обсадной колонны, при отключении и повторном включении верхних и промежуточных заводненных пластов.

Известно устройство для ремонта обсадной колонны, включающее привод, расширяющий конус и расширяемый патрубок. Устройство снабжено дополнительным расширяющим конусом, размещенным внутри патрубка, выполненного с утолщенными во внутрь концами, и связанным с основным [1].

Недостатком устройства является необходимость применения больших рабочих усилий при протягивании расширяющих конусов через утолщенные концы и, в связи с этим, возможность аварийной ситуации. Кроме того, при удалении из скважины расширяющих конусов расширяемые концы несколько отходят от обсадной колонны, что приводит к негерметичности ремонтируемого участка.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее верхний и нижний пакерующие элементы, каждый из которых включает эластичную манжету и расширяющий конус, соединенные между собой промежуточной трубой (трубами), опорные патрубки, уплотнительные кольца и срезные элементы [2].

Недостатками устройства являются:

- сложность монтажа, демонтажа и извлечения устройства из скважины (предусматривает использование насосного агрегата);

- недостаточная надежность разобщения межтрубного пространства, обусловленная возможностью смещения устройства от ударов при спускоподъемных операциях;

- ограниченные возможности в применении.

Задачей изобретения является создание устройства простого в части монтажа и демонтажа, обладающего высокой надежностью разобщения и позволяющего использовать его в широком спектре технологических операций.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, содержащим верхний и нижний пакерующие элементы, каждый из которых включает эластичную манжету и расширяющий конус, соединенные между собой промежуточной трубой (трубами), опорные патрубки, уплотнительные кольца и срезные элементы.

Новым (согласно первому варианту) является то, что пакерующие элементы снабжены корпусами в виде патрубков с муфтами, на которых установлены эластичные манжеты и расширяющие конусы, причем внутренняя поверхность муфт выполнена цилиндрической и гладкой и имеет внутренний диаметр под наружный диаметр муфт нижней подъемной трубы, соединенной с верхним пакерующим элементом, и нижней промежуточной трубы, соединенной с нижним пакерующим элементом, упомянутые муфты соединены с муфтами корпусов срезными элементами; нижние концы корпусов снабжены наружными кольцевыми выступами, установлены телескопически в цилиндрических выборках опорных патрубков и соединены с последними срезными элементами; устройство снабжено опорной трубой, соединенной через фильтр и опорный патрубок с корпусом нижнего пакерующего элемента, в проходном канале которого установлен обратный клапан; нижние участки эластичных манжет помещены в металлические кожухи с продольными прорезями и загнутыми во внутрь торцами, закрепленные к верхней части опорных патрубков.

Согласно второму варианту новым является то, что пакерующие элементы снабжены корпусами в виде патрубков с муфтами, на которых установлены эластичные манжеты и расширяющие конусы, причем внутренняя поверхность муфт выполнена цилиндрической и гладкой имеет внутренний диаметр под наружный диаметр муфт нижней подъемной трубы, соединенной с верхним пакерующим элементом, и нижней промежуточной трубы, соединенной с нижним пакерующим элементом, упомянутые муфты соединены с муфтами корпусов срезными элементами; нижние концы корпусов снабжены наружными кольцевыми выступами, установлены телескопически в цилиндрических выборках опорных патрубков и соединены с последними срезными элементами; устройство снабжено опорной трубой, соединенной через фильтр и опорный патрубок с корпусом нижнего пакерующего элемента, в проходном канале которого установлен обратный клапан; нижние участки эластичных манжет помещены в металлические кожухи с продольными прорезями и загнутыми во внутрь торцами, закрепленные к верхней части опорных патрубков; устройство снабжено соединенным с опорным патрубком верхнего пакерующего элемента переводником, в котором установлен “сбивной клапан”, сообщающий в рабочем положении внутриколонное пространство с внутренним пространством устройства.

Согласно третьему варианту новым является то, что пакерующие элементы снабжены корпусами в виде патрубков с муфтами, на которых установлены эластичные манжеты и расширяющие конусы, причем внутренняя поверхность муфт выполнена цилиндрической и гладкой и имеет внутренний диаметр под наружный диаметр муфт нижней подъемной трубы, соединенной с верхним пакерующим элементом, и нижней промежуточной трубы, соединенной с нижним пакерующим элементом, упомянутые муфты соединены с муфтами корпусов срезными элементами; нижние концы корпусов снабжены наружными кольцевыми выступами, установлены телескопически в цилиндрических выборках опорных патрубков и соединены с последними срезными элементами; устройство снабжено опорной трубой, соединенной через фильтр и опорный патрубок с корпусом нижнего пакерующего элемента, в проходном канале которого установлен обратный клапан; нижние участки эластичных манжет помещены в металлические кожухи с продольными прорезями и загнутыми во внутрь торцами, закрепленные к верхней части опорных патрубков; устройство снабжено подпружиненным клапаном, установленным в опорном патрубке верхнего пакерующего элемента и перекрывающим радиальные каналы, сообщающие в рабочем положении внутриколонное пространство с внутренним пространством устройства.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину (1-й вариант).

На фиг.2 - то же самое (2-й вариант).

На фиг.3 - то же самое (3-й вариант).

На фиг.4 - металлический кожух крупным планом.

Вариант 1

Устройство состоит из двух пакерующих элементов (фиг.1): нижнего и верхнего, конструкция которых совершенно одинаковая.

Пакерующий элемент включает в себя корпус 1, выполненный в виде патрубка, имеющий в верхней части муфту 2, внутренняя поверхность которой выполнена цилиндрической и гладкой. На корпус надета эластичная манжета 3 с конусной расточкой 4 на внутренней и кольцевыми поясами 5 - на наружной поверхностях и расширяющий конус 6 с кольцевыми ребрами на наружной поверхности. Манжета 3 снизу опирается на опорный патрубок 7 с внутренней цилиндрической выборкой 8, в которой телескопически установлен нижний конец корпуса 1 с наружным кольцевым выступом 9. Нижний участок манжеты 3 помещен в металлический кожух 10 (фиг.4) с продольными прорезями в верхней части и загнутыми во внутрь торцами, закрепленный к опорному патрубку 7 крепежными элементами 11. Опорный патрубок 7 нижнего пакерующего элемента соединен с фильтром 12, а последний - с опорной трубой 13.

Пакерующие элементы соединены между собой промежуточной трубой (трубами) 14 с муфтой 15 на нижнем конце, которая входит в муфту 2 и соединена с ней срезными элементами 16. Верхний конец трубы (труб) 14 соединен с опорным патрубком 17 верхнего пакерующего элемента.

Муфта 18 корпуса верхнего пакерующего элемента срезными элементами 19 соединена с муфтой 20 нижней подъемной трубы 21.

В проходном канале корпуса 1 верхнего пакерующего элемента установлен обратный клапан 22. Опорный патрубок 7 соединен с корпусом 1 срезными элементами 23.

Сопрягаемые поверхности деталей устройства снабжены уплотнительными кольцами 24.

Вариант 2 (фиг.2)

Этот вариант отличается от вышеописанного тем, что он содержит переводник 25, расположенный ниже опорного патрубка 17 верхнего пакерующего элемента. Переводник снабжен “сбивным” клапаном 26, сообщающим в рабочем положении внутриколонное пространство скважины с внутренним пространством устройства.

Вариант 3 (фиг.3)

Этот вариант отличается от первого тем, что он содержит подпружиненный клапан 27, установленный в опорном патрубке 17 верхнего пакерующего элемента и перекрывающий радиальные каналы 28, сообщающие в рабочем положении внутриколонное пространство скважины с внутренним пространством устройства.

Устройство работает следующим образом.

Вариант 1 (фиг.1) используется тогда, когда есть необходимость отключить нижний продуктивный пласт от верхнего (обводившегося) или отключить негерметичный участок обсадной колонны.

В этом случае во внутрь обсадной колонны на подъемных трубах 21 спускают предлагаемое устройство с таким расчетом, чтобы нижний пакерующий элемент находился выше продуктивного пласта, а верхний обводнившийся пласт или места негерметичности обсадной колонны располагались между пакерующими элементами. Инструмент сажают на забой скважины, дают частичную разгрузку, под воздействием чего срезные элементы 23 разрушаются, корпуса 1 с расширяющими конусами 6 опускаются вниз, эластичные манжеты 3 под воздействием конусов разжимаются, плотно прилегая к стенкам колонны 30. После этого создают инструменту дополнительную разгрузку, под действием которой разрушаются срезные элементы 19, подъемные трубы 21 приподнимают и через них внутри колонны 30 создают повышенное давление и определяют степень герметизации пакерующих элементов. Затем подъемные трубы поднимают на поверхность, в скважину спускают глубинный насос и ведут дальнейшую эксплуатацию продуктивного пласта.

При необходимости устройство извлекают из скважины с помощью внутренней или наружной труболовки, сначала - верхний пакерующий элемент с промежуточными трубами, при этом разрушаются срезные элементы 16, а вторичным спуском труболовки - нижний пакерующий элемент с фильтром 12 и опорной трубой 13.

Вариант 2 (фиг.2) используется тогда, когда по истечении какого-то определенного времени эксплуатации нижнего продуктивного пласта возникает необходимость подключить к одновременной эксплуатации и верхний ранее обводнившийся продуктивный пласт (к этому времени к этой зоне возможно подошли целики нефти). В этом случае в скважину спускают предлагаемое устройство, снабженное переводником 25 со “сбивным” клапаном 26, с таким расчетом, чтобы “сбивной” клапан находился напротив верхнего обводнившегося продуктивного пласта.

Процесс запакеровки осуществляют аналогично тому, как это делалось в варианте 1.

Затем эксплуатируют нижний продуктивный пласт, например, с последующим спуском в скважину глубинного насоса. Чтобы ввести в эксплуатацию верхний заводненный пласт, поднимают глубинный насос, спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с толкателем (на чертежах не показан) и разрушают “сбивной” клапан 26 и поднимают колонну НКТ. После этого спускают глубинный насос и продолжают эксплуатировать верхний и нижний продуктивный пласты одновременно.

Вариант 3 (фиг.3), как и вариант 2, используется тогда, когда по истечении какого-то определенного времени эксплуатации нижнего продуктивного пласта возникает необходимость подключить к одновременной эксплуатации и верхний продуктивный пласт, но с возможностью его последующего отключения при достижении нерентабельного предела обводненности продукции. В этом случае в скважину спускают предлагаемое устройство, снабженное подпружиненным клапаном 27 с таким расчетом, чтобы упомянутый клапан находился напротив верхнего продуктивного пласта. Процесс запакеровки осуществляется аналогично тому, как это делается в варианте 1.

Затем эксплуатируют нижний продуктивный пласт, например, с последующим спуском в скважину на НКТ глубинного насоса с толкателем (на чертежах не показано). В необходимый момент (для ввода в эксплуатацию верхнего заводненного пласта) глубинный насос допускают до устройства. Толкатель, воздействуя на подпружиненный клапан 27, открывает радиальные каналы 28 и тем самым сообщает внутриколонное пространство скважины с внутренним пространством устройства. Включают насос и ведут одновременную эксплуатацию верхнего и нижнего продуктивного пластов. Если со временем обводненность верхнего продуктивного пласта резко увеличилась, и его эксплуатация стала нерентабельной, насос с толкателем приподнимают, клапан 28 возвращается в исходное положение, и продолжают эксплуатировать нижний продуктивный пласт.

Процесс излечения устройства из скважины по вариантам 2 и 3 осуществляется аналогично тому, как это делается в варианте 1.

Предлагаемое устройство не требует для его монтажа использования насосного агрегата. Исключается возможность смещения пакерующих элементов, т.к. их срабатывание происходит при упоре на забой скважины колонны подъемных труб, что гарантирует надежность герметизации.

Наличие обратного клапана в проходном канале предотвращает попадание скважинной жидкости в продуктивный пласт при эксплуатации, глушении и ремонте скважины. При этом напротив продуктивного пласта образуется гидрозатвор из нефти и предотвращается контакт добываемой нефти с пластовой водой, накапливаемой на забое скважины, что обеспечивает сохранение коллекторских свойств пласта.

Предлагаемое устройство может быть успешно применено для повторного ввода заводненного пласта в эксплуатацию совместно с эксплуатируемым пластом для добычи целиков нефти, образующихся при циклическом заводнении, изменении фильтрационных потоков, а также в результате гравитационного перераспределения остаточной нефти и воды в призабойной зоне заводненного пласта, что способствует повышению коэффициента нефтеизвлечения.

Источники информации

1. Аналог: А.с. №1086118, МПК Е 21 В 29/00, 1984.

2. Прототип: патент РФ №2161238, МПК Е 21 В 29/00, 2000.

Формула изобретения

1. Устройство для отключения пластов друг от друга в скважине, спускаемое на подъемных трубах, содержащее верхний и нижний пакерующие элементы, каждый из которых включает эластичную манжету и расширяющий конус, соединенные между собой промежуточной трубой или трубами, опорные патрубки, уплотнительные кольца и срезные элементы, отличающееся тем, что пакерующие элементы снабжены корпусами в виде патрубков с муфтами, на которых установлены эластичные манжеты и расширяющие конусы, причем внутренняя поверхность муфт выполнена цилиндрической и гладкой и имеет внутренний диаметр под наружный диаметр муфт: нижней подъемной трубы, соединенной с верхним пакерующим элементом, и нижней промежуточной трубы, соединенной с нижним пакерующим элементом, упомянутые муфты соединены с муфтами корпусов срезными элементами; нижние концы корпусов снабжены наружными кольцевыми выступами, установлены телескопически в цилиндрических выборках опорных патрубков и соединены с последними срезными элементами; снабжено опорной трубой, соединенной через фильтр и опорный патрубок с корпусом нижнего пакерующего элемента, в проходном канале которого установлен обратный клапан; нижние участки эластичных манжет помещены в металлические кожухи с продольными прорезями и загнутыми вовнутрь торцами, закрепленные к верхней части опорных патрубков.

2. Устройство для отключения пластов друг от друга в скважине, спускаемое на подъемных трубах, содержащее верхний и нижний пакерующие элементы, каждый из которых включает эластичную манжету и расширяющий конус, соединенные между собой промежуточной трубой или трубами, опорные патрубки, уплотнительные кольца и срезные элементы, отличающееся тем, что пакерующие элементы снабжены корпусами в виде патрубков с муфтами, на которых установлены эластичные манжеты и расширяющие конусы, причем внутренняя поверхность муфт выполнена цилиндрической и гладкой и имеет внутренний диаметр под наружный диаметр муфт: нижней подъемной трубы, соединенной с верхним пакерующим элементом, и нижней промежуточной трубы, соединенной с нижним пакерующим элементом, упомянутые муфты соединены с муфтами корпусов срезными элементами; нижние концы корпусов снабжены наружными кольцевыми выступами, установлены телескопически в цилиндрических выборках опорных патрубков и соединены с последними срезными элементами; снабжено опорной трубой, соединенной через фильтр и опорный патрубок с корпусом нижнего пакерующего элемента, в проходном канале которого установлен обратный клапан; нижние участки эластичных манжет помещены в металлические кожухи с продольными прорезями и загнутыми вовнутрь торцами, закрепленные к верхней части опорных патрубков; снабжено соединенным с опорным патрубком верхнего пакерующего элемента переводником, в котором установлен “сбивной” клапан, сообщающий в рабочем положении внутриколонное пространство с внутренним пространством устройства.

3. Устройство для отключения пластов друг от друга в скважине, спускаемое на подъемных трубах, содержащее верхний и нижний пакерующие элементы, каждый из которых включает эластичную манжету и расширяющий конус, соединенные между собой промежуточной трубой или трубами, опорные патрубки, уплотнительные кольца и срезные элементы, отличающееся тем, что пакерующие элементы снабжены корпусами в виде патрубков с муфтами, на которых установлены эластичные манжеты и расширяющие конусы, причем внутренняя поверхность муфт выполнена цилиндрической и гладкой и имеет внутренний диаметр под наружный диаметр муфт: нижней подъемной трубы, соединенной с верхним пакерующим элементом, и нижней промежуточной трубы, соединенной с нижним пакерующим элементом, упомянутые муфты соединены с муфтами корпусов срезными элементами; нижние концы корпусов снабжены наружными кольцевыми выступами, установлены телескопически в цилиндрических выборках опорных патрубков и соединены с последними срезными элементами; снабжено опорной трубой, соединенной через фильтр и опорный патрубок с корпусом нижнего пакерующего элемента, в проходном канале которого установлен обратный клапан; нижние участки эластичных манжет помещены в металлические кожухи с продольными прорезями и загнутыми вовнутрь торцами, закрепленные к верхней части опорных патрубков; снабжено подпружиненным клапаном, установленным в опорном патрубке верхнего пакерующего элемента и перекрывающим радиальные каналы, сообщающие в рабочем положении внутриколонное пространство с внутренним пространством устройства.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4