Устройство для освоения пласта скважины
Владельцы патента RU 2553798:
Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина (RU)
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при освоении скважины в процессе ее эксплуатации с целью повышения продуктивности скважины. Устройство для освоения пласта скважины включает колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с пакером, установленным выше пласта, и фильтр, заглушенный снизу для сообщения с пластом, наконечник с рядом отверстий. Фильтр оснащен сверху насадкой с внутренней цилиндрической полостью. Наконечник вставлен сверху в насадку, от которой подпружинен пружиной вверх. Снизу наконечник оснащен седлом, на котором размещен шар. Пакер выполнен в виде надувного резинового элемента с гидравлической камерой, соединенной осевым каналом, выполненным в насадке с ее внутренней цилиндрической полостью. Причем в исходном положении ряд отверстий наконечника расположен напротив внутренней цилиндрической полости насадки и сообщается с внутренним пространством колонны НКТ. При этом сверху на наконечник телескопически установлен полый корпус, жестко соединенный сверху с колонной НКТ. Полый корпус зафиксирован относительно наконечника в исходном положении срезным элементом, а в рабочем положении наконечник имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз относительно полого корпуса и насадки, сжатия пружины, фиксации полого наконечника относительно насадки, герметичного отсечения ряда отверстия наконечника внутренней поверхностью насадки. При этом колонна НКТ выше полого корпуса оснащена штанговым глубинным насосом. Техническим результатом является повышение качества работы устройства, а также повышение надежности герметизации. 2 ил.
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при освоении скважины в процессе ее эксплуатации с целью повышения продуктивности скважины.
Известно устройство для освоения пласта скважины свабированием (патент RU №2432457, МПК E21B 43/25, опубл. 27.10.2011 г. в бюл. №30), включающее сваб, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с ограничителем хода сваба и фильтром для сообщения с пластом, пакер, установленный выше пласта, отличающееся тем, что колонна НКТ выше пакера, но ниже ограничителя хода сваба оснащена рядом сквозных отверстий, в начальном положении герметично перекрытых полой втулкой, зафиксированной срезным элементом относительно колонны НКТ и снабженной подпружиненным вниз клапаном, при этом полая втулка имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз под действием создаваемого избыточного давления в колонне НКТ до упора во внутреннюю кольцевую выборку колонны НКТ, с последующей фиксацией пружинным разрезным стопорным кольцом за верхний торец полой втулки и сообщения внутреннего пространства колонны НКТ с надпакерной зоной, при этом сваб оснащен предохранительным клапаном, подпружиненным вверх и с возможностью открытия при усилии 80-90% от критически допустимого усилия.
Недостатки данного устройства:
- во-первых, низкое качество работы устройства, связанное с тем, что освоение пласта скважины осуществляется свабированием по колонне НКТ с пакером, что вызывает глубокую депрессию на осваиваемый пласт, при этом может разрушительно воздействовать на крепь скважины из-за резкого снижения давления на забое, а это может вызвать заколонные перетоки и потерю герметичности эксплуатационной колонны скважины;
- во-вторых, низкая надежность герметизации пакера в скважине, связанная с негерметичной посадкой пакера в запарафиненных скважинах, вследствие скольжения пакера по внутренней запарафиненной стенке скважины, наличие овальности эксплуатационной колонны скважины, а также при недостаточном весе колонны, особенно при освоении пластов на небольших глубинах (700-800 м);
- в-третьих, ограниченные функциональные возможности пакера, связанные с невозможностью спуска колонны НКТ с пакером для освоения пласта в скважину с суженной эксплуатационной колонной ввиду ограничения по наружному диаметру пакера, а также невозможностью освоения пласта в открытом столе скважины;
- в-четвертых, высокая металлоемкость конструкции устройства, связанная с необходимостью опоры фильтра на забой скважины;
- в-пятых, высокая вероятность обрыва каната, тянущего сваб, при отказе в работе предохранительного клапана и, как следствие, возникновение осложнений в скважине.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для освоения пласта скважины свабированием (патент RU №2432456, МПК E21B 43/25, опубл. 27.10.2011 г. в бюл. №30), включающее сваб, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с ограничителем хода сваба и заглушенным фильтром для сообщения с пластом, пакер, установленный выше пласта, при этом колонна НКТ оснащена снизу наконечником, а фильтр - сверху насадкой с внутренней цилиндрической полостью, причем наконечник вставлен в насадку, от которой подпружинен вверх с возможностью продольного ограниченного перемещения, при этом наконечник оснащен верхним и нижним рядами отверстий, изнутри разобщенных перегородкой и выполненных с возможностью сообщения при перемещении наконечника вниз относительно насадки фильтра через внутреннюю цилиндрическую полость насадки, причем выше наконечника и пакера, но ниже ограничителя хода сваба в колонне НКТ установлен сбивной клапан для сообщения колонны НКТ с надпакерной зоной после сброса сбивающего элемента, при этом сваб оснащен предохранительным клапаном, подпружиненным вверх и с возможностью открытия при усилии 80-90% от критически допустимого усилия.
Недостатки данного устройства:
- во-первых, низкое качество работы устройства, связанное с тем, что освоение пласта скважины осуществляется свабированием по колонне НКТ с пакером, что вызывает глубокую депрессию на осваиваемый пласт, при этом может разрушительно воздействовать на крепь скважины из-за резкого снижения давления на забое, а это может вызвать заколонные перетоки и потерю герметичности эксплуатационной колонны скважины;
- во-вторых, низкая надежность герметизации устройства в скважине, связанная с негерметичной посадкой пакера в запарафиненных скважинах, вследствие скольжения пакера по внутренней запарафиненной стенке скважины, наличие овальности эксплуатационной колонны скважины, а также при недостаточном весе колонны, особенно при освоении пластов на небольших глубинах (700-800 м);
- в-третьих, ограниченные функциональные возможности пакера, связанные с невозможностью спуска колонны НКТ с пакером для освоения пласта в скважину с суженной эксплуатационной колонной ввиду ограничения по наружному диаметру пакера, а также невозможностью освоения пласта в открытом столе скважины;
- в-четвертых, высокая вероятность обрыва каната, тянущего сваб, при отказе в работе предохранительного клапана.
Технической задачей изобретения является повышение качества работы устройства за счет исключения разрушительно воздействовать на крепь скважины, повышение надежности герметизации и расширения функциональных возможностей за счет усовершенствования конструкции пакера и исключение обрыва каната, тянущего сваб.
Поставленная техническая задача решается устройством для освоения пласта скважины, включающим колонну насосно-компрессорных труб с пакером, установленным выше пласта, и фильтр, заглушенный снизу для сообщения с пластом, фильтр оснащен сверху насадкой с внутренней цилиндрической полостью, наконечник с рядом отверстий, причем наконечник вставлен сверху в насадку, от которой подпружинен пружиной вверх.
Новым является то, что снизу наконечник оснащен седлом, на котором размещен шар, а пакер выполнен в виде надувного резинового элемента с гидравлической камерой, соединенной осевым каналом, выполненным в насадке с ее внутренней цилиндрической полостью, причем в исходном положении ряд отверстий наконечника расположен напротив внутренней цилиндрической полости насадки и сообщается с внутренним пространством колонны насосно-компрессорных труб, при этом сверху на наконечник телескопически установлен полый корпус, жестко соединенный сверху с колонной насосно-компрессорных труб, полый корпус зафиксирован относительно наконечника в исходном положении срезным элементом, а в рабочем положении наконечник имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз относительно полого корпуса и насадки, сжатия пружины, фиксации полого наконечника относительно насадки, герметичного отсечения ряда отверстий наконечника внутренней поверхностью насадки, при этом колонна насосно-компрессорных труб выше полого корпуса оснащена штанговым глубинным насосом.
На фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство для освоения пласта в исходном положении.
На фиг.2 схематично изображено предлагаемое устройство для освоения пласта в рабочем положении.
Устройство для освоения пласта 1 включает спущенную в скважину 2 колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 3 с пакером 4, установленным выше пласта 1 на 5-10 м, и фильтр 5, заглушенный снизу для сообщения с пластом 2.
Фильтр 5 оснащен сверху насадкой 6 с внутренней цилиндрической полостью 7. Также устройство снабжено наконечником 8 с рядом отверстий 9.
Наконечник 8 вставлен сверху в насадку 6, от которой подпружинен пружиной 10 вверх.
Снизу наконечник 8 оснащен седлом 11, на котором размещен шар 12.
Пакер 4 выполнен в виде надувного резинового элемента 13 с гидравлической камерой 14, соединенной осевым каналом 15, выполненным в насадке 6 с ее внутренней цилиндрической полостью 7.
В исходном положении ряд отверстий 9 наконечника 8 расположен напротив внутренней цилиндрической полости 7 насадки 6 и сообщается с внутренним пространством 16 колонны НКТ 3.
Сверху на наконечник 8 телескопически установлен полый корпус 16, жестко соединенный сверху с колонной НКТ 3. Полый корпус 16 зафиксирован относительно наконечника 8 в исходном положении срезным элементом 17.
В рабочем положении наконечник 8 имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз на длину - a=b, например равную 0,4 м, относительно полого корпуса 16 и насадки 6 соответственно, сжатия пружины 10, фиксации наконечника 8 относительно насадки 6 и герметичного отсечения ряда отверстия 9 наконечника 8 внутренней поверхностью 18 насадки 6.
Для фиксации наконечника 8 относительно насадки 6 полый корпус 16 оснащен кольцевой выборкой 19, в которой размещено разрезное пружинное стопорное кольцо 20, а наконечник 8 снабжен наружной кольцевой выборкой 21.
Несанкционированные перетоки жидкости в процессе работы устройства исключаются уплотнительными кольцами 22.
Устройство работает следующим образом.
Перед освоением пласта 1 скважины 2, например после проведения кислотной обработки призабойной зоны пласта 1, подбирают типоразмер спускаемого для освоения штангового глубинного насоса, например, марки 25-150 RHAM с диаметром плунжера равным 38 мм.
Далее устройство монтируют в скважине 2 (см. фиг.1), при этом в процессе спуска колонны НКТ 3 в ее состав выше устройства устанавливают цилиндр 20 вставного штангового глубинного насоса, при этом пакер 4 в скважине 1 размещают на 5-10 м выше кровли пласта 1.
На устье скважины 2 обвязывают верхний конец колонны насосно-компрессорных труб 3 с нагнетательной линией насосного агрегата, например цементировочного агрегата ЦА-320 (не показано).
Производят закачку технологической жидкости, например пресной воды, плотностью 1000 кг/м3 в колонну НКТ 3 (см. фиг.1).
Технологическая жидкость по колонне НКТ 3 под давлением через внутренние пространства полого корпуса 16 и наконечника 8 сквозь ряд отверстий 9 наконечника 8 и внутреннюю цилиндрическую полость 7 через осевой канал 15 поступает в гидравлическую камеру 14 надувного резинового элемента 13 пакера 4, при этом шар 12 герметично сидит на седле 11 наконечника 8, что исключает переток жидкости ниже наконечника 8.
Давление в гидравлической камере 14 повышается, и резиновый элемент 13 пакера 4 начинает раздуваться и расширяться радиально. Таким образом, начинается герметизация пакера 4 на внутренних стенках скважины 2. Продолжают закачивать технологическую жидкость, при этом надувной резиновый элемент 13 пакера 4 герметично прижимается к внутренним стенкам скважины 1 (см. фиг.2).
Конструкция пакера 4, выполненная в виде надувного резинового элемента 13 с герметизируемой гидравлической камерой 14, обеспечивает герметичную посадку пакера в запарафиненных скважинах при наличии овальности эксплуатационной колонны скважины, а также при недостаточном весе колонны, особенно при освоении пластов на небольших глубинах (700-800 м).
Расширяются функциональные возможности пакера в связи с тем, что наружный диаметр надувного резинового элемента в исходном положении меньше диаметра стандартных механических и гидравлических пакеров, что позволяет осуществлять спуск колонны насосно-компрессорных труб с пакером в скважину с суженной эксплуатационной колонной, например, вследствие смятия породами.
При достижении в колонне НКТ 3 давления, например, 6,0 МПа происходит разрушение срезного элемента 17 и наконечник 8 ограниченно на длину - a, равную 0,4 м (см. фиг.2), перемещается вниз относительно полого корпуса 16 и насадки 6 на длину - b, равную 0,4 м, сжимает пружину 10 и в определенный момент, как только разрезное пружинное стопорное кольцо 20, находящееся во внутренней кольцевой выборке 19 полого корпуса 16, окажется напротив наружной кольцевой выборки 21 наконечника 8, попадает в нее. В результате происходит фиксация наконечника 8 относительно насадки 6, при этом ряд отверстий 9 наконечника 8 герметично отсекается (перекрывается) внутренней поверхностью 18 насадки 6 и устройство занимает рабочее положение.
В колонну насосно-компрессорных труб 3 спускают штанговый глубинный насос 24 на колонне штанг 25. Далее начинают освоение пласта скважины 2. Запускают в работу штанговый глубинный насос 24 и производят отбор жидкости на устье, например, в желобную емкость (не показано) по колонне НКТ 3 (см. фиг.2) из подпакерной зоны 26 через фильтр 5 до получения стабильного притока продукции пласта 1. В процессе освоения в гидравлической камере 14 надувного резинового элемента 13 пакера 4 сохраняется давление 6,0 МПа, поэтому пакер 4 остается в запакерованном состоянии. Объем жидкости, отбираемой из пласта 2, определяется типоразмером штангового глубинного насоса 24, длиной хода плунжера и скоростью возвратно-поступательных перемещений плунжера штангового глубинного насоса 24.
В предлагаемой конструкции устройства отсутствует канат, тянущий сваб, что исключает возможность его обрыва в скважине 2 и возникновение осложнений в скважине.
После получения стабильного притока продукции из пласта 1 скважины 2 останавливают штанговый глубинный насос 24 и извлекают его из колонны насосно-компрессорных труб 3.
Предлагаемое устройство позволяет производить освоение пласта скважины с помощью штангового глубинного насоса, что обеспечивает плавное создание депрессии на пласт, чем при освоении свабом в прототипе, а значит, исключается разрушительное воздействие на крепь скважины, что позволяет повысить качество работ (освоение пласта). Далее с устья скважины производят натяжение колонны НКТ 3 вверх, например, на 6×104 H, при этом разрезное пружинное стопорное кольцо 20 находящегося во внутренней кольцевой выборке 19 полого корпуса 16 выходит из наружной кольцевой выборки 21 наконечника 8. После чего наконечник 8 под действием возвратной силы пружины 10 возвращается в исходное положение (см. фиг.1), радиальное отверстие 9 наконечника 8 открывается и давление в гидравлической камере 14 надувного резинового элемента 13 пакера 4 стравливается.
В результате надувной резиновый элемент 13 пакера 4 радиально сжимается внутрь и отходит от внутренних стенок скважины 1. Далее извлекают колонну насосно-компресорных труб 3 с устройством из скважины 2.
Предлагаемое устройство позволяет повысить качество работы устройства за счет исключения разрушительно воздействовать на крепь скважины путем освоения пласта скважины штанговым глубинным насосом, а также повысить надежность герметизации и расширить функциональные возможности за счет усовершенствования конструкции пакера путем выполнения его виде резинового надувного элемента.
Устройство для освоения пласта скважины, включающее колонну насосно-компрессорных труб с пакером, установленным выше пласта, и фильтр, заглушенный снизу для сообщения с пластом, фильтр оснащен сверху насадкой с внутренней цилиндрической полостью, наконечник с рядом отверстий, причем наконечник вставлен сверху в насадку, от которой подпружинен пружиной вверх, отличающееся тем, что снизу наконечник оснащен седлом, на котором размещен шар, а пакер выполнен в виде надувного резинового элемента с гидравлической камерой, соединенной осевым каналом, выполненным в насадке с ее внутренней цилиндрической полостью, причем в исходном положении ряд отверстий наконечника расположен напротив внутренней цилиндрической полости насадки и сообщается с внутренним пространством колонны насосно-компрессорных труб, при этом сверху на наконечник телескопически установлен полый корпус, жестко соединенный сверху с колонной насосно-компрессорных труб, полый корпус зафиксирован относительно наконечника в исходном положении срезным элементом, а в рабочем положении наконечник имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз относительно полого корпуса и насадки, сжатия пружины, фиксации полого наконечника относительно насадки, герметичного отсечения ряда отверстия наконечника внутренней поверхностью насадки, при этом колонна насосно-компрессорных труб выше полого корпуса оснащена штанговым глубинным насосом.
