Устройство для разобщения пластов в скважине

Авторы патента:

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно, к средствам защиты обсадных колонн от воздействия высокого давления, и найдет применение при отключении негерметичных участков обсадной колонны, при отключении и повторном включении верхних и промежуточных пластов в скважинах. Устройство для разобщения пластов в скважине содержит верхний и нижний пакерующие элементы, при этом каждый из них включает корпус с кольцевым выступом на конце. На корпусах установлены эластичные манжеты. Корпуса вставлены телескопически герметично в расширяющиеся конусы с возможностью осевого перемещения вниз. Расширяющие конусы выполнены в виде полых цилиндров, взаимодействующих снизу с эластичными манжетами, причем последние выполнены в виде бочкообразных уплотнений. Промежуточная труба соединяет корпус нижнего пакерующего элемента с расширяющим конусом верхнего пакерующего элемента, и выполнена регулируемой по длине в зависимости от высоты отключаемого пласта. На нижний конец расширяющего конуса нижнего пакерующего элемента навернута опорная труба. На верхнем конце корпуса верхнего пакерующего элемента размещен обратный клапан, установленный в седле, имеющем продольные сквозные пазы на своей боковой поверхности, причем седло жестко соединено с верхним торцом корпуса. Корпус верхнего пакерующего элемента на наружной поверхности снабжен двумя кольцевыми выступами, между которыми на корпусе выполнена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз. Напротив первого кольцевого выступа установлен якорный узел, состоящий из кольца и соединенных с ним плашек, подпружиненных внутрь посредством пружинных пластин. Кроме того, кольцо подпружинено вверх от верхнего торца первого кольцевого выступа, благодаря чему нижний торец первого кольцевого выступа находится во взаимодействии с верхними торцами плашек, ограничивая их осевое перемещение вверх. Над вторым кольцевым выступом на корпусе установлен подпружиненный внутрь разрезной конус, который в рабочем положении взаимодействует с конусной поверхностью корпуса и внутренней поверхностью плашек якорного узла. Ниже второго кольцевого выступа на корпусе срезными элементами зафиксирована втулка, жестко соединенная с разрезным конусом монтажными элементам. Втулка нижней частью взаимодействует с эластичной манжетой верхнего пакерующего элемента. В рабочем

положении втулка имеет возможность взаимодействия с нижним торцом второго кольцевого выступа корпуса. Расширяющий конус нижнего пакерующего элемента оснащен конусной поверхностью, сужающейся сверху вниз. На наружной поверхности опорной трубы выполнен фигурный паз с чередующимися продольным коротким и длинным участками, соединенными сложной замкнутой проточкой. На опорной трубе с возможностью осевого перемещения установлена обойма с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе. В обойме по ее окружности размещены шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении посредством пружин. В транспортном положении направляющий штифт обоймы находится в продольном коротком участке фигурного паза, а в рабочем - в продольном длинном участке фигурного паза с возможностью взаимодействия внутренней поверхностью подпружиненных шлипсов с конусной поверхностью расширяющего конуса нижнего пакерующего элемента. Подъемные трубы снизу имеют внутренний кольцевой упор, и срезными элементами соединены с верхним концом корпуса верхнего пакерующего элемента. Скважина имеет два пласта, один из которых отключаемый (например, обводненный), а второй эксплуатируемый продуктивный пласт. Предлагаемое устройство обеспечивает повышение герметичности посадки за счет изготовления эластичных манжет в виде бочкообразных уплотнений. Кроме того, устройство можно установить в любом заданном интервале скважины, а надежность работы связана с его жесткой фиксацией в скважине, что позволяет исключить страгивание эластичных манжет пакерующих элементов в процессе работы, при этом устройство можно свободно без затяжек извлечь из скважины при необходимости. 2 илл. на 1 л.

Известно устройство (патент РФ №2161238, МПК Е 21 В 29/00, 2000 г.), содержащее верхний и нижний пакерующие элементы, соединенные между собой промежуточной трубой (трубами), опорные патрубки, уплотнительные кольца и срезные элементы.

Недостатки устройства:

- сложность монтажа, демонтажа и извлечения устройства из скважины;

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

- ограниченные возможности в применении.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для отключения пластов друг от друга в скважине (патент РФ №2236557, МПК 7 Е 21 В 33/12, 29/00, 2004 г.), спускаемое на подъемных трубах, содержащее верхний и нижний пакерующие элементы, каждый из которых включает корпус с кольцевым выступом на конце, эластичную манжету с утолщенной частью, расширяющий конус, соединенные между собой промежуточной трубой или трубами, опорные патрубки с внутренней цилиндрической выборкой, обратный клапан, уплотнительные кольца и срезные элементы.

Существенными недостатками устройства являются:

- во-первых, длина опорной трубы зависит от расстояния между нижним пластом и забоем скважины, и чем больше это расстояние, тем длиннее опорная труба, а это требует большое количество труб, составляющих опорную трубу, что ведет к увеличению металлоемкости конструкции;

во-вторых, в процессе спуска устройства в скважину возможно повреждение эластичных манжет пакерующих элементов, поскольку они выполнен в форме полого цилиндра с тонкой толщиной стенки, то вполне вероятно появление разрывов, царапин в

следствии контакта с внутренними стенками обсадной колонны и, как результат, не герметичная посадка пакерующих элементов;

в-третьих, в процессе эксплуатации скважины устройство может подвергаться действию высоких давлений, как сверху, так и снизу, а поскольку устройство не имеет фиксации в скважине, то это может привести к страгиванию пакерующих элементов с места, и как следствие потере герметичности, что в конечном итоге снижает надежность работы устройства.

в-четвертых, для работы с нижним пластом необходимо извлечь устройство из скважины, при этом возникают трудности связанные, как с повреждением эластичных манжет, так и с затяжками в процессе подъема устройства, что увеличивает продолжительность подъема устройства на поверхность и может привести к повреждению стенок обсадной колонны скважины.

Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы устройства за счет его установки и фиксации в любом интервале скважины в сочетании с герметичной посадкой, а также возможности свободного извлечения устройства из скважины при необходимости.

Указанная техническая задача решается предлагаемым устройством для разобщения пластов в скважине, содержащим подъемные трубы, промежуточную и опорную трубы, обратный клапан, срезные элементы, верхний и нижний пакерующие элементы, каждый из которых включает корпус с кольцевым выступом на конце, эластичную манжету и расширяющий конус.

Новым является то, что эластичные манжеты пакерующих элементов выполнены в виде бочкообразных уплотнений, а расширяющие конусы в виде полых цилиндров, в которые телескопически герметично с возможностью осевого перемещения вниз установлены корпуса пакерующих элементов, причем расширяющие конусы пакерующих элементов воздействуют на эластичные манжеты снизу, а корпус нижнего пакерующего элемента соединен с расширяющим конусом верхнего пакерующего элемента посредством промежуточной трубы, регулируемой по длине, при этом корпус верхнего пакерующего элемента на наружной поверхности снабжен двумя кольцевыми выступами, между которыми на корпусе выполнена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз, причем напротив первого кольцевого выступа установлен якорный узел, состоящий из кольца, и соединенных с ним плашек подпружиненных внутрь, кроме того, кольцо подпружинено вверх от верхнего торца первого кольцевого выступа, при этом нижний торец первого кольцевого выступа находится во взаимодействии с верхними торцами плашек, ограничивая их осевое перемещение вверх, причем над вторым кольцевым

выступом на корпусе установлен подпружиненный внутрь разрезной конус, который в рабочем положении взаимодействует с конусной поверхностью корпуса и внутренней поверхностью плашек якорного узла, при этом ниже второго кольцевого выступа на корпусе срезными элементами зафиксирована втулка, жестко соединенная с разрезным конусом, и взаимодействующая нижней частью с эластичной манжетой верхнего пакерующего элемента, причем в рабочем положении втулка имеет возможность взаимодействия с нижним торцом второго кольцевого выступа, а расширяющий конус нижнего пакерующего элемента снизу оснащен конусной поверхностью, сужающейся сверху вниз, при этом на наружной поверхности опорной трубы выполнен фигурный паз с чередующимися продольным коротким и длинным участками, соединенными сложной замкнутой проточкой, кроме того, на опорной трубе с возможностью осевого перемещения установлена обойма с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, при этом в обойме по ее окружности размещены шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, причем в транспортном положении направляющий штифт находится в продольном коротком участке фигурного паза, а в рабочем - в продольном длинном участке фигурного паза с возможностью взаимодействия подпружиненных шлипсов с конусной поверхностью расширяющего конуса нижнего пакерующего элемента, при этом обратный клапан установлен в верхней части корпуса верхнего пакерующего элемента, кроме того, подъемные трубы снизу срезными элементами соединены с верхним концом корпуса верхнего пакерующего элемента.

На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину.

На фигуре 2 изображен фигурный паз, выполненный на наружной поверхности опорной трубы.

Устройство для разобщения пластов в скважине содержит верхний 1 и нижний 2 пакерующие элементы, при этом каждый из них включает корпус 3 и 4 соответственно с кольцевым выступом 5 и 6 на конце. На корпуса 3 и 4 установлены соответственно эластичные манжеты 7 и 8. Корпуса 3 и 4 вставлены телескопически герметично в соответствующие расширяющиеся конусы 9 и 10 с возможностью осевого перемещения вниз. Расширяющие конусы 9 и 10 выполнены в виде полых цилиндров, взаимодействующих снизу с соответствующими эластичными манжетами 7 и 8, причем последние выполнены в виде бочкообразных уплотнений.

Промежуточная труба 11 соединяет корпус 4 нижнего пакерующего элемента 2 с расширяющим конусом 9 верхнего пакерующего элемента 1.

На нижний конец расширяющего конуса 10 нижнего пакерующего элемента 2 навернута опорная труба 12. На верхнем конце корпуса 3 верхнего пакерующего элемента 1 размещен обратный клапан 13, установленный в седле 14, имеющем продольные сквозные пазы 15 на своей боковой поверхности, причем седло 14 жестко соединено с верхним торцом корпуса 3. Корпус 3 верхнего пакерующего элемента 1 на наружной поверхности снабжен двумя кольцевыми выступами 16 и 17, между которыми на корпусе 3 выполнена конусная поверхность 18, сужающаяся сверху вниз.

Напротив первого кольцевого выступа 16 установлен якорный узел 19, состоящий из кольца 20, и соединенных с ним плашек 21, подпружиненных внутрь посредством пружинных пластин 22. Кроме того, кольцо 20 подпружинено вверх от верхнего торца первого кольцевого выступа 16, благодаря чему нижний торец первого кольцевого выступа 16 находится во взаимодействии с верхними торцами плашек 21, ограничивая их осевое перемещение вверх.

Над вторым кольцевым выступом 17 на корпусе 3 установлен подпружиненный внутрь разрезной конус 23, который в рабочем положении взаимодействует с конусной поверхностью 18 корпуса 3 и внутренней поверхностью плашек 21 якорного узла 19. Ниже второго кольцевого выступа 17 на корпусе 3 срезными элементами 24 зафиксирована втулка 25, жестко соединенная с разрезным конусом 23 монтажными элементами 26. Втулка 25 нижней частью взаимодействует с эластичной манжетой 7 верхнего пакерующего элемента 1.

В рабочем положении втулка 25 имеет возможность взаимодействия с нижним торцом второго кольцевого выступа 17 корпуса 3. Расширяющий конус 10 нижнего пакерующего элемента 2 оснащен конусной поверхностью 27, сужающейся сверху вниз.

На наружной поверхности опорной трубы 12 выполнен фигурный паз 28 с чередующимися продольным коротким 29 и длинным 30 участками, соединенными сложной замкнутой проточкой 31.

На опорной трубе 12 с возможностью осевого перемещения установлена обойма 32 с направляющим штифтом 33, который размещен в фигурном пазе 28.

В обойме 32 по ее окружности размещены шлипсы 34, подпружиненные в радиальном направлении посредством пружин 35.

В транспортном положении направляющий штифт 33 обоймы 32 находится в продольном коротком участке 29 фигурного паза 28, а в рабочем - в продольном длинном участке 30 фигурного паза 28 с возможностью взаимодействия внутренней поверхностью подпружиненных шлипсов 34 с конусной поверхностью 27 расширяющего конуса 10 нижнего пакерующего элемента 2.

Подъемные трубы 36 снизу имеют внутренний кольцевой упор 37, и срезными элементами 38 соединены с верхним концом корпуса 3 верхнего пакерующего элемента 1 устройства. Скважина 39 имеет два пласта 40 и 41, один из которых 40 отключаемый (например, обводненный), а второй 41 эксплуатируемый продуктивный пласт.

Промежуточная труба 11 выполнена регулируемой по длине в зависимости от толщины отключаемого пласта 40 и расстояния между пластами 40 и 41.

Работает устройство для разобщения пластов в скважине следующим образом.

На устье (на фиг.1 и 2 не показано) скважины 39 направляющий штифт 33 (см. фиг.2) устанавливают в продольный короткий участок 29 фигурного паза 28.

Затем устройство на подъемных трубах 36 (см. фиг.1) спускают в скважину 39 с таким расчетом (путем подбора длины промежуточной трубы 11), чтобы нижний пакерующий элемент 2 находился выше продуктивного пласта 41, а верхний отключаемый пласт 40 располагался между верхним 1 и нижним 2 пакерующими элементами.

Достигнув интервала установки устройства, его посредством подъемных труб 36 поднимают вверх примерно на 1 метр и опускают, при этом обойма 32, благодаря находящимся в ней подпружиненным посредством пружин 35 в радиальном направлении шлипсам 34, контактирующими с внутренней стенкой обсадной колонны скважины 39 остается неподвижной, а устройство совершает осевое перемещение, причем при подъеме направляющий штифт 33 обоймы 32, находящийся в продольном коротком участке 29 фигурного паза 28 (см. фиг.2), перемещается в нижнюю часть продольного длинного участка 30 фигурного паза 28, а при спуске направляющий штифт 33 из нижнего продольного длинного участка 30 фигурного паза 28 перемещается в его верхнюю часть, при этом расширяющий конус 10 нижнего пакерующего элемента 2 конусной поверхностью 27 (см. фиг.1) садится на подпружиненные в радиальном направлении шлипсы 34, раздвигая их, и при дальнейшей разгрузке колонны подъемных труб 36 на устройство шлипсы 34 фиксируют устройство на внутренней стенке обсадной колонны скважины 39.

Разгрузку колонны подъемных труб 36 на корпус 3 верхнего пакерующего элемента 1 продолжают. В результате корпус 3 верхнего пакерующего элемента 1, телескопически герметично вставленный в расширяющий конус 9 начинает перемещаться вниз относительно расширяющего конуса 9, оказывающего снизу воздействие на эластичную манжету 7, выполненную в виде бочкообразных уплотнений, при этом втулка 25, соединенная с корпусом 3 посредством срезных элементов 24, оказывает воздействие на эластичную манжету 7 сверху.

В итоге эластичная манжета 7 верхнего пакерующего элемента 1, сжимаясь радиально расширяется наружу и плотно прижимается к внутренней стенке обсадной колонны скважины 39.

Одновременно с этим, поскольку расширяющий конус 10 нижнего пакерующего элемента 2 своей конусной поверхностью уперт на шлипсы 34 обоймы 32, то расширяющий конус 10 оказывает воздействие снизу на эластичную манжету 8, выполненную в виде бочкообразных уплотнений, при этом корпус 4, воспринимающий нагрузку от верхнего пакерующего элемента 1 посредством промежуточной трубы 11, также оказывает воздействие на эластичную манжету 8 сверху.

В итоге эластичная манжета 8 нижнего пакерующего элемента 2, сжимаясь радиально расширяется наружу и плотно прижимается к внутренней стенке обсадной колонны скважины 39.

Разгрузку колонны подъемных труб 36 на корпус 3 продолжают, и в определенный момент (при нагрузке примерно 100 кН) разрушаются срезные элементы 24, фиксирующие втулку 25 относительно корпуса 3 верхнего пакерующего элемента 1.

В результате разрушения срезных элементов 24, подпружиненный внутрь разрезной конус 23, расположенный над вторым кольцевым выступом 17 корпуса 3 под воздействием втулки 25 снизу вступает во взаимодействие с конусной поверхностью 18 корпуса 3, при этом корпус 3 верхнего пакерующего элемента 1 продолжает опускаться вниз. При этом разрезной конус 23 расширяется наружу в радиальном направлении и вступает во взаимодействие с внутренней поверхностью плашек 21 якорного узла 19, а поскольку плашки 21 своими верхними торцами уперты в нижний торец первого кольцевого выступа 16 корпуса 3, то плашки 21 подпружиненные посредством пружинных пластин 22 под действием радиально расширяющегося наружу разрезного конуса 23 расширяются в радиальном направлении наружу, при этом втулка 25 вступает во взаимодействие с нижним торцом второго кольцевого выступа 17 корпус 3 верхнего пакерующего элемента 1

Разгрузку колонны подъемных труб 36 на устройство продолжают, при этом (при нагрузке примерно 130-140 кН) разрушаются срезные элементы 38 и подъемные трубы 36 внутренним кольцевым упором 37 садятся сверху в верхний торец корпуса 3 верхнего пакерующего элемента 1.

Процесс запакеровки и фиксации устройства в скважине 39 окончен. В результате заводненный отключаемый пласт 40 отсечен от продуктивного пласта 41, а устройство оказывается жестко зафиксированным на внутренних стенках обсадной колонны скважины 32, что предохраняет эластичные манжеты 7 и 8 соответственно пакерующих

элементов 1 и 2 от страгивания при восприятии ими давлений жидкости, как снизу, так и сверху.

Подъемные трубы 36 извлекают на поверхность, после чего в скважину 39 спускают необходимое глубиннонасосное оборудование (на фиг. не показано) и продолжают дальнейшую эксплуатацию скважины.

В процессе эксплуатации скважины 36, добываемая жидкость из продуктивного пласта 41 попадает внутрь опорной трубы 12 и далее по внутреннему пространству устройства поднимается вверх, при этом обратный клапан 13 поднимается вверх в седле 14 и добываемая жидкость по сквозным пазам 15 седла 14 поступает на прием глубинного насоса (на фиг. не показано), посредством которого добываемая жидкость извлекается на поверхность.

В случае остановки скважины 39 по различным причинам (отключение электроэнергии, ремонт скважины) обратный клапан 13, находящийся в седле 14 предотвращает обратное поступление добываемой жидкости в продуктивный пласт 41, в связи с чем сохраняются коллекторские свойства продуктивного пласта 41.

Когда в процессе эксплуатации возникает необходимость работы с продуктивным пластом 41 (промывка, обработка призабойной зоны пласта) устройство можно извлечь из скважины 39.

Для этого в скважину на канате или колонне труб спускают ловильный инструмент (на фиг. не показано), например наружную труболовку и производят захват устройства сверху за наружную цилиндрическую поверхность 42 корпуса 3 верхнего пакерующего элемента 1. Натяжением ловильного инструмента приподнимают корпус 3 вверх, при этом плашки 21 якорного узла 19 отходят от внутренней стенки обсадной колонны скважины 39, сжимаясь радиально внутрь посредством пружинных пластин 22, и воздействуя внутренней поверхностью на разрезной конус 23 снаружи, при этом последний также сжимается внутрь и по конусной поверхности 18 корпуса 3 опускается вниз, освобождая устройство от фиксации в скважине 39.

Устройство посредством корпуса 3 и ловильного инструмента продолжают тянуть вверх, при этом эластичные манжеты 7 и 8 соответственно пакерующих элементов 1 и 2, вследствии снятия с них осевых нагрузок, поочередно отходят от внутренних стенок обсадной колонны скважины 39. Далее снимают фиксацию шлипсов 34 обоймы 32 с внутренней стенки обсадной колонны скважины 39.

Для этого устройство посредством корпуса 3 и ловильного инструмента приподнимают вверх примерно на 1 метр и опускают, при этом обойма 32, благодаря находящимся в ней подпружиненным посредством пружин 35 в радиальном направлении

шлипсам 34, контактирующим с внутренней стенкой обсадной колонны скважины 39, остается неподвижной, а устройство совершает осевое перемещение, причем при подъеме направляющий штифт 33, находящийся в верхней части продольного длинного участка 30 фигурного паза 28 (см. фиг.2) перемещается в сложную замкнутую проточку 31 фигурного паза 28, а при спуске направляющий штифт 33 перемещается из сложной замкнутой проточки 31 фигурного паза 28 в верхнюю часть продольной короткой проточки 29 фигурного паза 28.

Расширяющий конус 10 (см. фиг.1) нижнего пакерующего элемента 2 конусной поверхностью 27 выходит из контакта с подпружиненными в радиальном направлении шлипсами 34, в результате чего подпружиненные посредством пружин 35 шлипсы 34 перестают фиксировать устройство на внутренней стенке обсадной колонны скважины 39, после чего устройство свободно извлекается на поверхность.

Предлагаемое устройство обеспечивает повышение герметичности посадки за счет изготовления эластичных манжет в виде бочкообразных уплотнений. Кроме того, устройство можно установить в любом заданном интервале скважины, а надежность работы связана с его жесткой фиксацией в скважине, что позволяет исключить страгивание эластичных манжет пакерующих элементов в процессе работы, при этом устройство можно свободно без затяжек извлечь из скважины при необходимости.

Устройство для разобщения пластов в скважине, содержащее подъемные трубы, промежуточную и опорную трубы, обратный клапан, срезные элементы, верхний и нижний пакерующие элементы, каждый из которых включает корпус с кольцевым выступом на конце, эластичную манжету и расширяющий конус, отличающееся тем, что эластичные манжеты пакерующих элементов выполнены в виде бочкообразных уплотнений, а расширяющие конусы в виде полых цилиндров, в которые телескопически герметично с возможностью осевого перемещения вниз установлены корпуса пакерующих элементов, причем расширяющие конусы пакерующих элементов воздействуют на эластичные манжеты снизу, а корпус нижнего пакерующего элемента соединен с расширяющим конусом верхнего пакерующего элемента посредством промежуточной трубы, регулируемой по длине, при этом корпус верхнего пакерующего элемента на наружной поверхности снабжен двумя кольцевыми выступами, между которыми на корпусе выполнена конусная поверхность, сужающаяся сверху вниз, причем напротив первого кольцевого выступа установлен якорный узел, состоящий из кольца, и соединенных с ним плашек подпружиненных внутрь, кроме того, кольцо подпружинено вверх от верхнего торца первого кольцевого выступа, при этом нижний торец первого кольцевого выступа находится во взаимодействии с верхними торцами плашек, ограничивая их осевое перемещение вверх, причем над вторым кольцевым выступом на корпусе установлен подпружиненный внутрь разрезной конус, который в рабочем положении взаимодействует с конусной поверхностью корпуса и внутренней поверхностью плашек якорного узла, при этом ниже второго кольцевого выступа на корпусе срезными элементами зафиксирована втулка, жестко соединенная с разрезным конусом, и взаимодействующая нижней частью с эластичной манжетой верхнего пакерующего элемента, причем в рабочем положении втулка имеет возможность взаимодействия с нижним торцом второго кольцевого выступа, а расширяющий конус нижнего пакерующего элемента снизу оснащен конусной поверхностью, сужающейся сверху вниз, при этом на наружной поверхности опорной трубы выполнен фигурный паз с чередующимися продольным коротким и длинным участками, соединенными сложной замкнутой проточкой, кроме того, на опорной трубе с возможностью осевого перемещения установлена обойма с направляющим штифтом, который размещен в фигурном пазе, при этом в обойме по ее окружности размещены шлипсы, подпружиненные в радиальном направлении, причем в транспортном положении направляющий штифт находится в продольном коротком участке фигурного паза, а в рабочем - в продольном длинном участке фигурного паза с возможностью взаимодействия подпружиненных шлипсов с конусной поверхностью расширяющего конуса нижнего пакерующего элемента, при этом обратный клапан установлен в верхней части корпуса верхнего пакерующего элемента, кроме того, подъемные трубы снизу срезными элементами соединены с верхним концом корпуса верхнего пакерующего элемента.