Устройство для освоения, обработки и исследования скважин

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Устройство для освоения, обработки и исследования скважин включает связанный с колонной труб корпус с радиальными каналами, пакер, струйный насос, по меньшей мере, один циркуляционный канал, по меньшей мере, один продольный канал, уплотнительные элементы для герметизации запорного элемента. Нижняя часть продольного канала соединена с подпакерным пространством скважины. Внутри корпуса в циркуляционном канале установлен с возможностью осевого перемещения дифференциальный запорный элемент с осевым каналом и радиальными окнами. Устройство содержит обратные клапаны. Один клапан установлен в канале подвода активной среды струйного насоса, соединенном одним из радиальных каналов корпуса с затрубным пространством. Другой клапан расположен в верхней части продольного канала, соединенного со входом в камеру смешения струйного насоса. Пространство продольного канала ниже места установки обратного клапана соединено вторым радиальным каналом с циркуляционным каналом при крайнем нижнем положении дифференциального запорного элемента через осевой канал и радиальные окна, расположенные в верхней части запорного элемента. Третьим радиальным каналом - с кольцевой полостью циркуляционного канала, ограниченной большей ступенью дифференциального запорного элемента, расположенной в его нижней части. Четвертый радиальный канал сообщает затрубное пространство с полостью циркуляционного канала, ограниченной нижней поверхностью запорного элемента. При этом уплотнительные элементы, расположенные вне запорного элемента, установлены в пределах хода уплотняемой поверхности запорного элемента. Техническим результатом является повышение надежности работы устройства для освоения и обработки скважин, упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей. 2 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для освоения, исследования скважин, обработки призабойной зоны пласта различными реагентами и извлечения продуктов реакции и скважинного флюида.

Известно устройство для исследования пласта в процессе бурения (А.с. СССР №653386, МПК Е21В 49/00, опубл. 25.03.79), включающее корпус, размещенный на бурильной колонне пакер, погружной струйный насос, пробоотборник, причем бурильная колонна снабжена образующим с корпусом кольцевую полость патрубком с обратными клапанами, а струйный насос с центральным проходным каналом, в котором расположена подпружиненная запорная втулка с осевым и радиальными каналами, установлен в кольцевой полости над обратными клапанами.

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает надежный возврат запорной втулки с помощью пружины, т.к. загрязнения и абразивные частицы, имеющиеся в скважине, могут подклинивать втулку, и усилия пружины может быть недостаточно для перемещения втулки в исходное положение. Без применения уплотнительных элементов втулка может не обеспечивать надежной герметизации трубного пространства во время закачки реагентов под большим давлением. Процесс герметичной посадки запорного сбросового клапана, совмещенного с пробоотборником, на втулку и последующий срыв для его подъема снижают надежность работы устройства, тем более, когда требуются многократные чередующиеся закачки реагентов в пласт с последующим дренированием струйным насосом.

Известна также скважинная насосная установка (А.с. СССР №1193304, МПК F04F 5/02, опубл. 23.11.85 г.), содержащая колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), пакер, струйный аппарат с активным соплом, камерой смешения и диффузором, вертикальный промывочный трубопровод, расположенный ниже струйного аппарата, и золотниковое устройство, выполненное в виде подпружиненного золотника, имеющего рабочую полость, открытую со стороны затрубного пространства колонны НКТ и сообщаемую в крайних положениях золотника попеременно с активным соплом и промывочным трубопроводом.

Однако в данной установке во время проведения работ по интенсификации притока из пласта при закачке химреагентов по промывочному трубопроводу в пласт из-за отсутствия герметичного перекрытия канала подвода пассивной среды в камеру смешения химреагенты попадут во внутритрубное пространство. При этом, если давление, при котором принимает скважина закачиваемую жидкостную среду, меньше давления, необходимого для работы струйного насоса, то золотник под действием пружины перекроет промывочный трубопровод. Затем процесс открытия и закрытия золотника повторится, что снижает надежность работы установки. Пружинный возврат золотника в исходное положение также ненадежен, т.к. в скважинной жидкости присутствуют загрязнения и абразивные частицы, приводящие к заклиниванию золотника, а усилия пружины для возврата может быть недостаточно.

Данное устройство не позволяет выполнить запись кривой восстановления давления при гидродинамических испытаниях скважины, что сужает ее функциональные возможности.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для освоения, обработки и эксплуатации скважин (А.с. СССР №1121404, МПК Е21В 49/00, опубл. 30.10.1984), включающее связанный с колонной труб корпус с радиальными каналами, пакер, струйный насос, циркуляционные каналы, продольные каналы, нижняя часть которых соединена с подпакерным пространством скважины, установленный внутри корпуса с возможностью продольного перемещения дифференциальный запорный элемент с осевым каналом и радиальными окнами, уплотнительные элементы для герметизации запорного элемента.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции из-за многочисленных уплотнительных элементов, а также низкая надежность работы из-за возможности вымывания потоком жидкости открытых уплотнительных элементов камеры смешения в процессе закачки рабочего агента в пласт и открытых уплотнительных элементов в нижней части осевого канала запорного элемента при подаче рабочей жидкости к соплу струйного насоса.

Кроме того, осевой канал сверху может забиваться загрязнениями при закачке агентов в пласт, а снизу - загрязнениями при подаче рабочей жидкости в сопло струйного насоса, после этого перемещение сопла в осевом канале из одного положения в другое затруднено или даже невозможно.

Недостатком, снижающим надежность работы устройства, является невозможность опрессовки пакера.

Данное устройство также не позволяет выполнить запись кривой восстановления давления при гидродинамических испытаниях скважины, что сужает ее функциональные возможности.

Задачей создания изобретения является повышение надежности работы устройств для освоения и обработки скважин, упрощение их конструкции, а также расширение их функциональных возможностей.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для освоения, обработки и исследования скважин, включающем связанный с колонной труб корпус с радиальными каналами, пакер, струйный насос, по меньшей мере, один циркуляционный канал, по меньшей мере, один продольный канал, нижняя часть которого соединена с подпакерным пространством скважины, установленный внутри корпуса с возможностью продольного перемещения дифференциальный запорный элемент с осевым каналом и радиальными окнами, уплотнительные элементы для герметизации запорного элемента, согласно изобретению дифференциальный запорный элемент установлен в циркуляционном канале, устройство дополнительно содержит обратные клапаны, один из которых установлен в канале подвода активной среды струйного насоса, соединенном одним из радиальных каналов корпуса с затрубным пространством, другой клапан расположен в верхней части продольного канала, соединенной с входом в камеру смешения струйного насоса, а пространство продольного канала ниже места установки обратного клапана соединено вторым радиальным каналом с циркуляционным каналом при крайнем нижнем положении дифференциального запорного элемента через осевой канал и радиальные окна, расположенные в верхней части запорного элемента, и третьим радиальным каналом с кольцевой полостью циркуляционного канала, ограниченной большей ступенью дифференциального запорного элемента, расположенной в его нижней части, четвертый радиальный канал сообщает затрубное пространство с полостью циркуляционного канала, ограниченной нижней поверхностью запорного элемента, при этом уплотнительные элементы, расположенные вне запорного элемента, установлены в пределах хода уплотняемой поверхности запорного элемента.

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами:

на фиг.1 представлен вертикальный разрез устройства; на фиг.2 показано положение дифференциального запорного элемента в разрезе при обработке скважины реагентами.

Устройство для освоения, обработки и исследования скважин спускается в скважину на насосно-компрессорных трубах 1 и включает в себя корпус 2 с радиальными каналами 3, 4, 5 и 6, пакер 7, установленный в корпусе 2 струйный насос с активным соплом 8, камерой смешения 9, диффузором 10 и каналом 11 подвода активной среды. В корпусе также выполнен циркуляционный канал 12, в котором установлен с возможностью продольного перемещения дифференциальный запорный элемент 13 с уплотнительными элементами 14, осевым каналом 15 и радиальными окнами 16. В канавке циркуляционного канала 12 в пределах хода уплотняемой поверхности запорного элемента расположен уплотнительный элемент 17. Параллельно циркуляционному каналу 12 в корпусе 2 также выполнен продольный канал 18, нижняя часть которого соединена с подпакерным пространством, а верхняя часть - с входом в камеру смешения 9 струйного насоса. Устройство содержит обратные клапаны 19 и 20, один из которых 19 установлен в канале 11 подвода активной среды, а другой 20 - в верхней части продольного канала 18 перед входом в камеру смешения 9.

Канал 11 подвода активной среды посредством радиального канала 3, а полость 21 циркуляционного канала 12, ограниченная нижней поверхностью запорного элемента 13, посредством радиального канала 4 соединены с затрубным пространством скважины. Пространство продольного канала 18 ниже места установки обратного клапана 20, во-первых, соединено радиальным каналом 5 с циркуляционным каналом 12 при крайнем нижнем положении дифференциального запорного элемента 13 через осевой канал 15 и радиальные окна 16, расположенные в верхней части запорного элемента 13, и, во-вторых, соединено радиальным каналом 6 с кольцевой полостью циркуляционного канала 12, ограниченной большей ступенью 22 запорного элемента 13. В нижней части корпуса 2 выполнено резьбовое отверстие 23 для крепления автономного манометра.

Устройство для освоения, обработки и исследования скважин работает следующим образом.

Пакер 7 и корпус 2 с установленными в нем струйным насосом и дифференциальным запорным элементом 13 опускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб 1 и располагают над продуктивным пластом. Перед спуском устройства дифференциальный запорный элемент 13 устанавливают в нижнее положение, при котором радиальные окна 16 запорного элемента 13 совпадают с радиальным каналом 5, связанным с продольным каналом 18. При этом обеспечивается свободное заполнение насосно-компрессорных труб 1 при спуске.

Приводят пакер 7 в рабочее положение, разобщая затрубное пространство скважины. При закрытом на устье скважины трубном пространстве подают давление в затрубное пространство и производят опрессовку пакера 7, при этом обратный клапан 20 герметизирует подпакерное пространство со стороны струйного насоса, а дифференциальный запорный элемент 13 перекрывает радиальный канал 5, связывающий циркуляционный 12 и продольный 18 каналы, перемещаясь в верхнее положение за счет действия большей силы со стороны нижней поверхности дифференциального запорного элемента 13. Установка обратного клапана 20 в верхней части продольного канала 18 позволяет обеспечить возможность проверки герметичности посадки пакера 7 и создает условия для надежной работы устройства.

Далее производят закачку реагентов в пласт в расчетном объеме и при необходимом давлении путем нагнетания их в трубное пространство колонны труб 1. При этом давлением нагнетаемой жидкости дифференциальный запорный элемент 13 перемещается в нижнее положение (фиг.2), в котором радиальные окна 16 запорного элемента 13 совпадают с радиальным каналом 5, а реагенты по циркуляционному каналу 12 через осевой канал 15, радиальные окна 16 и канал 5 по продольному каналу 18 попадают в подпакерное пространство скважины и далее в обрабатываемый пласт. Расположение запорного элемента 13 в циркуляционном канале 12 позволяет уменьшить количество уплотнительных элементов, что повышает надежность работы устройства. При перемещении дифференциального запорного элемента 13 в нижнее положение уплотнительный элемент 17, расположенный в циркуляционном канале 12, остается в закрытом уплотняемыми поверхностями положении и надежно удерживается в месте крепления за счет установки его в пределах хода запорного элемента. Причем обратный клапан 19 надежно герметизирует трубное пространство, и закачиваемые реагенты не попадают в затрубное пространство скважины.

Для вызова притока из скважины активную среду закачивают в затрубное пространство скважины, создавая в нем избыточное давление, которое через радиальный канал 4 передается на нижнюю поверхность запорного элемента 13, создавая усилие, перемещающее и удерживающее дифференциальный запорный элемент 13 в крайнем верхнем положении, при котором происходит разобщение циркуляционного канала 12 с продольным каналом 18 и, соответственно, герметизация подпакерного пространства скважины. При перемещении дифференциального запорного элемента 13 кольцевая полость циркуляционного канала 12, ограниченная большей ступенью 22 дифференциального запорного элемента 13, является не замкнутой благодаря радиальному каналу 6, связывающему ее с продольным каналом 18.

Одновременно активная среда, закачиваемая в затрубное пространство скважины, по радиальному каналу 3 и каналу 11 подвода активной среды через обратный клапан 19 поступает в струйный насос, где, истекая из сопла 8, осуществляет снижение давления в подпакерном пространстве и подсос жидкости из пласта через продольный канал 18 и обратный клапан 20 с последующим выносом ее вместе с активной средой через камеру смешения 9, диффузор 10 и трубное пространство колонны труб 1 на поверхность.

После выполнения обработки скважины возможно выполнение гидродинамических исследований с целью определения фильтрационных характеристик продуктивного пласта. Для этого струйным насосом снижают давление в подпакерном пространстве скважины до расчетного и останавливают работу струйного насоса.

Под действием гидростатического давления обратный клапан 20 закрывается, а запорный элемент 13 удерживается в закрытом состоянии под действием большей силы со стороны нижней поверхности запорного элемента 13 не только за счет дифференциальной его конструкции, но и, дополнительно, за счет созданного перепада давления между нижней поверхностью запорного элемента 13, на которую действует гидростатическое давление, и поверхностью кольцевого уступа большей ступени 22 запорного элемента 13, на которую действует сниженное подпакерное давление благодаря соединению через радиальный канал 6 с продольным каналом 18.

После этого производится запись кривой восстановления пластового давления автономным манометром, закрепленным в резьбовом отверстии 23.

Устройство позволяет производить вышеописанные работы и исследования скважины в любой последовательности и многократно без выполнения дополнительных операций.

Таким образом, расположение обратного клапана 20 в верхней части продольного канала 18 и, дополнительно, соединение радиальным каналом 6 продольного канала 18 с кольцевой полостью циркуляционного канала 12, ограниченной большей ступенью 22 дифференциального запорного элемента 13, позволяет расширить функциональные возможности устройства.

После окончания всех работ кратковременной подачей давления в трубное пространство перемещают запорный элемент 13 в нижнее положение, при котором радиальные окна 16 совпадают с радиальным каналом 5, что позволяет выровняться надпакерному и подпакерному давлениям для обеспечения срыва пакера 7, и после срыва пакера обеспечить свободный слив жидкости из трубного пространства в скважину при подъеме насосно-компрессорных труб 1 с закрепленным на них устройством.

Устройство для освоения, обработки и исследования скважин, включающее связанный с колонной труб корпус с радиальными каналами, пакер, струйный насос, по меньшей мере, один циркуляционный канал, по меньшей мере, один продольный канал, нижняя часть которого соединена с подпакерным пространством скважины, установленный внутри корпуса с возможностью продольного перемещения дифференциальный запорный элемент с осевым каналом и радиальными окнами, уплотнительные элементы для герметизации запорного элемента, отличающееся тем, что дифференциальный запорный элемент установлен в циркуляционном канале, устройство содержит обратные клапаны, один из которых установлен в канале подвода активной среды струйного насоса, соединенном одним из радиальных каналов корпуса с затрубным пространством, другой клапан расположен в верхней части продольного канала, соединенной с входом в камеру смешения струйного насоса, а пространство продольного канала ниже места установки обратного клапана соединено вторым радиальным каналом с циркуляционным каналом при крайнем нижнем положении дифференциального запорного элемента через осевой канал и радиальные окна, расположенные в верхней части запорного элемента, и третьим радиальным каналом - с кольцевой полостью циркуляционного канала, ограниченной большей ступенью дифференциального запорного элемента, расположенной в его нижней части, четвертый радиальный канал сообщает затрубное пространство с полостью циркуляционного канала, ограниченной нижней поверхностью запорного элемента, при этом уплотнительные элементы, расположенные вне запорного элемента, установлены в пределах хода уплотняемой поверхности запорного элемента.