Устройство для раздельной обработки пластов в скважине

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для раздельной обработки пластов в скважине, в том числе при проведении поинтервального гидравлического разрыва пласта. Устройство включает пакер, разобщитель, содержащий ствол с радиальными каналами, золотник, размещенный в стволе напротив радиальных каналов ствола и закрепленный срезным элементом, опорное кольцо, установленное внутри ствола, седло золотника под запорный элемент, сбрасываемый в устройство при его работе. Золотник подпружинен вниз от опорного кольца ствола. При этом опорное кольцо оснащено внутренней кольцевой выборкой, а запорный элемент выполнен в виде штока, оснащенного наружным цилиндрическим выступом, на котором жестко размещен центратор-уплотнитель. Снизу шток оснащен наружной кольцевой проточкой, в которой установлено разрезное пружинное стопорное кольцо. При этом шток имеет возможность жесткой фиксации относительно ствола в опорном кольце при взаимодействии наружного цилиндрического выступа штока с седлом золотника с последующим ограниченным осевым перемещением штока и золотника вниз, сжимая пружину до размещения разрезного пружинного кольца штока во внутренней кольцевой выборке опорного кольца ствола. Причем сверху шток оснащен головкой под захват штока ловильным инструментом, спускаемым в скважину на кабеле для расфиксации штока во внутренней кольцевой выборке опорного кольца ствола и извлечения штока из устройства. Технический результат заключается в повышении надежности устройства. 2 ил.

 

Предложение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при раздельной обработке пластов в скважине, в том числе при проведении поинтервального гидравлического разрыва пласта.

Известно устройство для обработки пластов в скважине (патент RU №2499126, МПК Е21В 33/12, опубл. 20.11.2013 г., бюл. №32), содержащее пакер, включающий проходной в осевом направлении корпус с фигурным пазом на наружной поверхности, обойму со штифтом и шлипсами, причем штифт установлен в фигурный паз и имеет возможность перемещения по траектории фигурного паза, и эластичную манжету, разобщитель, включающий ствол с верхней и нижней резьбами, и золотник, расположенный внутри ствола и соединенный с ним срезными элементами, золотник снабжен конусной расточкой, в которой установлено стопорное кольцо, взаимодействующее с кольцевой проточкой, расположенной в нижней части ствола, и посадочным седлом для шара, сбрасываемого вовнутрь устройства перед обработкой второго пласта, и нижнее кольцо, навернутое на нижнюю резьбу ствола, при этом фигурный паз на наружной поверхности проходного корпуса пакера выполнен в виде поперечной и продольной проточек, расположенных перпендикулярно друг к другу и соединенных между собой в нижней части продольной проточки, причем снизу золотник снабжен осевым центральным отверстием, а нижнее кольцо выполнено в виде крышки, навернутой на нижнюю резьбу ствола разобщителя, причем снизу крышка снабжена наружной резьбой для соединения с корпусом проходного пакера, а по центру крышка снабжена жесткозакрепленным на ней стержнем, направленным в сторону золотника, а также осевыми отверстиями по окружности, причем пропускная способность этих отверстий больше пропускной способности центрального отверстия золотника, а стержень имеет возможность герметичного взаимодействия с осевым центральным отверстием золотника после посадки шара на седло золотника и осевого перемещения золотника относительно ствола разобщителя, а кольцевая проточка ствола, взаимодействующая со стопорным кольцом, выполнена в виде кольцевых насечек, направленных противоположно стопорному кольцу.

Недостатки данного устройства:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во-вторых, невозможность спуска геофизических приборов для проведения геофизических исследований нижнего пласта из-за наличия в конструкции размещенного в стволе золотника, резко сужающего проходное сечение, например, для определения наличия или отсутствия заколонных перетоков до и после обработки нижнего пласта;

- в-третьих, низкая надежность в работе, обусловленная тем, что запорный элемент не фиксируется жестко в стволе разобщителя, поэтому при обработке верхнего пласта возможно отложение шлама, грязи на посадочном месте седла шара, и, как следствие, негерметичная посадка шара и пропуски жидкости в нижний пласт;

- в-четвертых, невозможность качественного освоения свабированием верхнего пласта после его обработки, так как при свабировании верхнего пласта происходит потеря герметичности между золотником и стволом разобщителя и, как следствие, переток жидкости из нижнего пласта через радиальные каналы золотника в устройство.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для обработки пластов в скважине (патент RU №2234589, МПК Е21В 33/12, опубл. 20.08.2004 г., бюл. №23), содержащее пакер, включающий корпус 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 посадочным седлом для шара, сбрасываемого вовнутрь устройства перед обработкой второго пласта.

Недостатки данного устройства:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во-вторых, невозможность спуска геофизических приборов для проведения геофизических исследований нижнего пласта из-за наличия в конструкции золотника, размещенного в стволе, заглушенного снизу, например, для определения наличия или отсутствия заколонных перетоков до и после обработки нижнего пласта;

- в-третьих, низкая надежность в работе, обусловленная тем, что запорный элемент не фиксируется жестко в стволе разобщителя, поэтому при обработке верхнего пласта возможно отложение шлама, грязи на посадочном месте седла шара, и, как следствие, негерметичная посадка шара и пропуски жидкости в нижний пласт. Кроме того, для извлечения шара необходима обратная промывка, с помощью которой не всегда удается извлечь шар;

- в-четвертых, низкое качество освоения свабированием верхнего пласта после его обработки, так как при свабировании верхнего пласта происходит потеря герметичности между золотником и стволом разобщителя и, как следствие, переток жидкости из нижнего пласта через радиальные каналы золотника в устройство.

Техническими задачами предложения являются упрощение конструкции устройства с возможностью проведения геофизических исследований нижнего пласта, а также повышение надежности работы устройства и качества освоения свабированием верхнего пласта.

Поставленные технические задачи решаются устройством для раздельной обработки пластов в скважине, включающим пакер, разобщитель, содержащий ствол с радиальными каналами, золотник, размещенный в стволе напротив радиальных каналов ствола и закрепленный срезным элементом, опорное кольцо, установленное внутри ствола, седло золотника под запорный элемент, сбрасываемый в устройство при его работе.

Новым является то, что золотник подпружинен вниз от опорного кольца ствола, при этом опорное кольцо оснащено внутренней кольцевой выборкой, а запорный элемент выполнен в виде штока, оснащенного наружным цилиндрическим выступом, на котором жестко размещен центратор-уплотнитель, снизу шток оснащен наружной кольцевой проточкой, в которой установлено разрезное пружинное стопорное кольцо, при этом шток имеет возможность жесткой фиксации относительно ствола в опорном кольце при взаимодействии наружного цилиндрического выступа штока с седлом золотника с последующим ограниченным осевым перемещением штока и золотника вниз, сжимая пружину до размещения разрезного пружинного кольца штока во внутренней кольцевой выборке опорного кольца ствола, причем сверху шток оснащен головкой под захват штока ловильным инструментом, спускаемым в скважину на кабеле для расфиксации штока во внутренней кольцевой выборке опорного кольца ствола и извлечения штока из устройства.

На фиг. 1 изображено устройство для раздельной обработки пластов в скважине при обработке нижнего пласта.

На фиг. 2 изображено устройство для раздельной обработки пластов в скважине при обработке верхнего пласта.

Устройство для раздельной обработки пластов в скважине включает пакер (на фиг. 1 и 2 не показан), разобщитель 1 (см. фиг. 1), содержащий ствол 2 с радиальными каналами 3, золотник 4, размещенный в стволе напротив радиальных каналов 3 ствола 2 и закрепленный срезным элементом 5, опорное кольцо 6, установленное внутри ствола 2.

Золотник 4 посредством пружины 7 подпружинен вниз от опорного кольца 6 ствола 2. Например, золотник 4 (см. фиг. 1) внутренним диаметром - d₁, равным 52 мм = 0,052 м, и опорное кольцо 6 внутренним диаметром - d₂, равным 52 мм = 0,052 м, обеспечивают свободное прохождение геофизических приборов для исследования нижнего пласта (на фиг. 1 и 2 не показано) перед проведением обработки. Например, для проведения геофизических исследований с целью определения наличия или отсутствия заколонных перетоков между верхним и нижним пластами спускают геофизический прибор АГАТ 42, имеющий наружный диаметр 42 мм, который свободно проходит через золотник 4 и опорное кольцо 6 диаметрами d₁=d₂=52 мм = 0,052 м.

Опорное кольцо 6 в стволе 2 оснащено внутренней кольцевой выборкой 8. Запорный элемент выполнен в виде штока 9 (см. фиг. 2), оснащенного сверху наружным цилиндрическим выступом 10 диаметром - D₁, например, D₁=60 мм = 0,06 м, на котором жестко, например, с помощью винтов (на фиг. 1 и 2 не показаны), радиально ввернутых в наружный цилиндрический выступ 10 штока 9, размещен центратор-уплотнитель 11.

Центратор-уплотнитель 11 имеет наружный диаметр D2, равный внутреннему диаметру ствола 2 разобщителя 1, например, D₂=75 мм = 0,75 м, при этом должно соблюдаться условие (см. фиг. 1 и 2):

d₁<D₁<D₂,

где d₁ - внутренний диаметр золотника 4, м;

D₁ - наружный диаметр цилиндрического выступа 10 штока 9, м;

D₂ - наружный диаметр центратора-уплотнителя 11, м.

Центратор-уплотнитель 11 выполнен из армированной резины по ГОСТ 8752-79.

Снизу шток 9 оснащен наружной кольцевой проточкой 12, в которой установлено разрезное пружинное стопорное кольцо 13. Золотник 4 имеет седло 14 под запорный элемент, выполненный в виде штока 9.

Шток 9 имеет возможность жесткой фиксации относительно ствола 2 разобщителя 1 при взаимодействии наружного цилиндрического выступа 10 штока 9 с седлом 14 (см. фиг. 1 и 2) золотника 4 (см. фиг. 2) с последующим ограниченным осевым перемещением штока 9 и золотника 4 вниз, сжимая пружину 7 до размещения разрезного пружинного стопорного кольца 13 штока 9 во внутренней кольцевой выборке 8 опорного кольца 6 ствола 2 разобщителя 1.

Сверху шток 9 оснащен головкой 15 под захват штока 9 ловильным инструментом (на фиг. 1 и 2 не показан), спускаемым в устройство на кабеле для расфиксации штока 9 (см. фиг. 2) во внутренней кольцевой выборке 8 опорного кольца 6 ствола 2 разобщителя 1 и извлечения штока 9 из устройства, при этом под головкой 15 шток 9 имеет наружный диаметр D₃, например, D₃=30 мм = 0,03 м.

Сопрягаемые поверхности деталей оснащены уплотнительными кольцами 16.

Устройство работает следующим образом.

Предлагаемое устройство, как показано на фиг. 1 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), оснащенное пакером (на фиг. 1 и 2 не показан), спускают в скважину (на фиг. 1 и 2 не показана), при этом предлагаемое устройство устанавливают в составе колонны НКТ выше пакера. В качестве пакера применяют любой известный пакер, предназначенный для разделения межколонного пространства. Производят посадку пакера в скважине между верхним и нижним пластами (на фиг. 1 и 2 не показано), подлежащими обработке, например, закачке кислотных составов.

Перед обработкой нижнего пласта, например, для определения наличия или отсутствия заколонных перетоков перед обработкой нижнего пласта производят геофизические исследования. Для чего спускают по колонне НКТ в интервал нижнего пласта геофизический прибор АГАТ 42, имеющий наружный диаметр 42 мм, который свободно проходит через золотник 4 диаметром d=52 мм = 0,052 м. По окончании геофизических исследований нижнего пласта извлекают геофизический прибор из колонны НКТ скважины.

Далее, например, с помощью насосного агрегата типа ЦА-320 производят закачку любого известного кислотного состава в нижний пласт, при этом пружина 7 (см. фиг. 1) выпрямлена, а золотник 4 перекрывает радиальные каналы 3 ствола 2 разобщителя 1. При закачке кислотный состав протекает по колонне НКТ через ствол 2 разобщителя 1, золотник 4 и пружину 7 и далее через нижний конец ствола 2 разобщителя 1 его закачивают в нижний пласт с целью обработки пласта. После определенного времени реагирования проводят освоение нижнего пласта свабированием с целью извлечения продуктов реагирования.

После обработки нижнего пласта, например, для определения наличия или отсутствия заколонных перетоков, возникших после проведения обработки нижнего пласта, производят геофизические исследования, для чего спускают по колонне НКТ в интервал нижнего пласта геофизический прибор АГАТ 42.

Предлагаемое устройство позволяет производить спуск геофизических приборов для проведения геофизических исследований нижнего пласта, например, для определения наличия или отсутствия заколонных перетоков до и после обработки нижнего пласта, что позволяет повысить эффективность проведения работ.

Далее для обработки верхнего пласта в устройство сбрасывают запорный элемент, выполненный в виде штока 9, который на устье скважины устанавливают в колонну НКТ, после чего в колонну НКТ закачивают жидкость, например, сточную воду плотностью 1180 кг/м³, при этом шток 9 благодаря центратору-уплотнителю 11 под действием давления жидкости, например, 7,0 МПа, перемещается сверху вниз и входит сначала в ствол 2 разобщителя 1, затем под давлением жидкости разрезное пружинное стопорное кольцо 13 сжимается радиально в наружной кольцевой проточке 12 штока 9, а сам шток 9 благодаря наличию центратора-уплотнителя 11 перемещается соосно со стволом 2 разобщителя 1 и входит в золотник 4, при этом шток 9 садится на седло 14 золотника 4.

В определенный момент, например, под давлением жидкости 8,0 МПа разрушается срезной элемент 5 золотника 4, после чего шток 9 и золотник 4 совершают ограниченное осевое перемещение вниз, сжимая пружину 7 относительно неподвижного ствола 2 разобщителя 1 до размещения разрезного пружинного стопорного кольца 13 штока 9 во внутренней кольцевой выборке 8 опорного кольца 6 ствола 2.

В результате нижний конец ствола 2 разобщителя 1 герметично отсекается штоком 9, который фиксируется относительно ствола 1, а радиальные каналы 3 ствола 2 открываются и жидкость протекает через радиальные каналы 3 ствола 2 в верхний пласт выше пакера, при этом резко снижается давление закачки жидкости в колонну НКТ, например, от 8,0 до 3,0 МПа. Таким образом, внутреннее пространство колонны НКТ посредством предлагаемого устройства сообщается с верхним пластом.

Далее производят обработку верхнего пласта закачкой любого известного кислотного состава. После определенного времени реагирования проводят освоение верхнего пласта свабированием с целью извлечения продуктов реагирования.

В предлагаемом устройстве исключается переток жидкости из нижнего пласта при свабировании верхнего пласта, так как золотник не имеет радиальных каналов, сообщающих устройство с нижним пластом, благодаря чему осуществляется качественное освоение свабированием верхнего пласта.

При необходимости повторной обработки нижнего пласта необходимо спустить в устройство по колонне НКТ ловильный инструмент на кабеле (на фиг. 1 и 2 не показан). Используют ловильный инструмент, имеющий наружный захват, любого известного производителя. Затем осевым перемещением ловильного инструмента производят захват штока 9 под ловильную головку 15 диаметром D₃=30 мм. Производят натяжение каната вверх, например, на 500 кг = 5000 Н. В результате разрезное пружинное стопорное кольцо 13 радиально сжимается в наружной кольцевой проточке 12 штока 9 и выходит из внутренней кольцевой выборки 8 опорного кольца 6 ствола 2 разобщителя 1. Таким образом, происходит расфиксация штока 9 относительно ствола 2.

Затем производят подъем кабеля вверх и извлекают шток 9 из устройства, при этом за счет возвратной силы пружины 7 золотник 4 поднимается вверх и герметично перекрывает изнутри радиальные каналы 3 ствола 2 разобщителя 1. При необходимости устройство готово для повторной обработки нижнего пласта и можно вновь произвести геофизическое исследование нижнего пласта.

Предлагаемое устройство имеет более простую конструкцию в отличие от прототипа. Кроме того, повышается надежность устройства в работе, так как запорный элемент, выполненный в виде штока, жестко фиксируется в стволе разобщителя, поэтому при обработке верхнего пласта исключается отложение шлама, грязи на седле золотника, и, как следствие, гарантированно исключаются негерметичная посадка запорного элемента и пропуски жидкости в нижний пласт, а извлечение штока с помощью ловителя исключает необходимость в обратной промывке.

Предлагаемое устройство для раздельной обработки пластов в скважине имеет более простую конструкцию в сравнении с прототипом, позволяющую провести геофизические исследования нижнего пласта и качественно освоить свабированием верхний пласт, кроме того, оно надежно в работе.

Устройство для раздельной обработки пластов в скважине, включающее пакер, разобщитель, содержащий ствол с радиальными каналами, золотник, размещенный в стволе напротив радиальных каналов ствола и закрепленный срезным элементом, опорное кольцо, установленное внутри ствола, седло золотника под запорный элемент, сбрасываемый в устройство при его работе, отличающееся тем, что золотник подпружинен вниз от опорного кольца ствола, при этом опорное кольцо оснащено внутренней кольцевой выборкой, а запорный элемент выполнен в виде штока, оснащенного наружным цилиндрическим выступом, на котором жестко размещен центратор-уплотнитель, снизу шток оснащен наружной кольцевой проточкой, в которой установлено разрезное пружинное стопорное кольцо, при этом шток имеет возможность жесткой фиксации относительно ствола в опорном кольце при взаимодействии наружного цилиндрического выступа штока с седлом золотника с последующим ограниченным осевым перемещением штока и золотника вниз, сжимая пружину до размещения разрезного пружинного кольца штока во внутренней кольцевой выборке опорного кольца ствола, причем сверху шток оснащен головкой под захват штока ловильным инструментом, спускаемым в скважину на кабеле для расфиксации штока во внутренней кольцевой выборке опорного кольца ствола и извлечения штока из устройства.