Устройство для селективной изоляции продуктивного пласта при цементировании эксплуатационных труб

 

Использование: в скважинных устройствах нефтегазовой промышленности и, конкретно, при заканчивании скважин. Обеспечивает уменьшение жесткости устройства, сохранения площади внутреннего сечения обсадной колонны и повышение надежности пакерования. Сущность изобретения: устройство содержит наружную трубу. В нее с эксцентричным зазором помещена внутренняя труба. По концам труб помещены изолирующие элементы. Для раскрытия изолирующих элементов служит привод. Он выполнен в виде гидроцинидров с кольцевыми поршнями и клиньями. Внутренняя труба выполнена из легкоразбуриваемого материала. Изолирующие элементы выполнены в виде резиновых втулок. Они размещены между кольцевыми поршнями и клиньями. Клинья установлены с возможностью взаимодействия с кольцами предварительного перекрытия. С противоположных концов они выполнены с дополнительными коническими поверхностями, взаимодействующими с резиновыми втулками, 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к скважинным устройствам нефтегазовой промышленности и может быть применено при закачивании скважин.

Для предотвращения проникновения твердеющих составов в продуктивный пласт применяется, например, установка пакера на обсадной колонне выше кровли продуктивного пласта с последующим закачиванием цементного раствора через отверстия над пакером в затрубное пространство [1] Устройство может применяться лишь при устойчивых породах в интервале продуктивного пласта.

Проникновение цементного раствора в пласт предотвращается при проведении двухстадийного комбинированного цементирования [2] с установкой пакера-штуцера [3] При проведении работ с пакером-штуцером во второй стадии цементный раствор с наполнителем заполняет затрубное пространство выше пакера-штуцера, а скважинная жидкость продавливается в продуктивный пласт.

Известно устройство [4] принятое за прототип, включающее две концентрично с зазором расположенные трубы с пакерующими узлами по концам и приводом раскрытия изолирующих элементов, состоящим в средней части, полость которого сообщена с внутритрубным пространством, изолирующие элементы выполнены в виде резиновых конусообразных манжет, закрепленных узкой частью на наружной трубе и армированных упругими пластинами, клинья поршней установлены с возможностью взаимодействия с внутренними поверхностями резиновых конусообразных манжет, зазор между трубами сообщен с внешним пространством за изолирующими манжетами через отверстия клиньев.

Недостатками этого устройства являются: концентричное расположение двух труб, что увеличивает жесткость компоновки, гидравлическое сопротивление и приводит к потере площади сечения, увеличивает трудности перфорации системы "труба цементное кольца труба" (т.е. две трубы с цементным кольцом), резиновые втулки не защищены от разрушения при спуске в скважину, ненадежно пакерование, т.к. отсутствуют жесткие узлы перекрытия в пакерах.

Эти недостатки ограничивают применение устройства, особенно в сложноискривленных, в том числе горизонтальных скважинах.

Цель изобретения уменьшение жесткости устройства, сохранение площади внутреннего сечения обсадной колонны для эксплуатации скважины, повышение надежности пакерования с одновременным исключением перфорационных работ методами пулевой, кумулятивной перфорации или сверлением, фрезерованием.

Цель достигается тем, что устройство для селективной изоляции продуктивного пласта при цементировании эксплуатационных труб содержит наружную трубу, помещенную в нее с зазором внутреннюю трубу, изолирующие элементы, помещенные по концам труб, привод для раскрытия изолирующих элементов в виде гидроцилиндров с кольцевыми поршнями и клиньями, надпоршневое пространство которых сообщено с внутритрубным пространством. Она снабжена кольцами предварительного перекрытия, а внутренняя труба расположена эксцентрично относительно внешней трубы и выполнена из легкоразбуриваемого материала, при этом изолирующие элементы выполнены в виде резиновых уплотнительных втулок, размещенных между кольцевыми поршнями и клиньями, последние из которых установлены с возможностью взаимодействий с кольцами предварительного перекрытия и выполнены с противоположных концов с дополнительными коническими поверхностями, взаимодействующими с резиновыми уплотнительными втулками. Внешняя труба выполнена в виде фильтра с отверстиями, содержащими разрушаемые при разбуривании фильтровыми заглушками, а фильтровые заглушки выполнены в виде фиксаторов-ограничителей внутренней трубы.

Кольца предварительного перекрытия выполнены из твердого термопластичного материала с температурой размягчения, превышающей температуру в интервале установки устройства.

На фиг. 1 представлена общая схема устройства для селективной изоляции продуктивного пласта при цементировании эксплуатационных труб (в дальнейшем устройство) в транспортном положении; на фиг. 2 устройство в рабочем положении; на фиг. 3 представлена конструкция фильтрового патрубка с фильтровыми заглушками; на фиг. 4 сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 вариант герметизации концевых выводов обводной трубы.

Устройство (фиг. 1) состоит из двух пакеров (П₁, П₂), соединенных набором фильтровых патрубков, внутри которых эксцентрично расположена обводная разбуриваемая труба с двумя концевыми выводами в затрубное пространство.

Корпус 1 с окном для обводной трубы 2 имеет резьбы для соединения с обсадной трубой 3, штоком 4 пакера, гидроцилиндром 5. Шток 4 пакера имеет внутренний диаметр, равный, диаметру обсадной трубы 3, и снабжен отверстием а. Внутри гидроцилиндра 5 размещен кольцевой поршень 6 с уплотнением 7.

Полость между гидроцилиндром 5, штоком 4 и пробкой 8 заполнена резиновой уплотнительной втулкой 9. Оба конца пробки 8 имеют конусную поверхность.

Набор колец 10 выполнен из прочного материала с надрезами по наружной образующей с несовпадением надрезов от кольца к кольцу. Внутренняя поверхность всего набора колец 10 выполнена конической. Набор колец 10 с пробкой 8 образует узел предварительного перекрытия.

Материал колец 10: сталь, дюралюминий, пластмасса и др. Нижнее кольцо набора своим нижним торцем упирается в башмак 11.

Муфта 12 служит для соединения первого пакера с набором фильтровых патрубков 13, которые навинчены на второй пакер аналогичной конструкции (перевернут по отношению к первому).

Устройство соединено резьбой с хвостовиком 14 из обсадных труб, оборудованных ловушкой-башмаком 15 с седлом 16.

Устройство снабжено набором сбрасываемых шаров 17, изготовленных из упругого материала (например, резины) и из пластмассы, стали, диаметром, превышающим диаметр отверстия в седле 16.

Диаметр отверстий в ловушке-башмаке 15 меньше диаметра отверстия в седле 16.

Упругие шары могут продавливаться при определенном перепаде давления P₁ через отверстие в седле 16 и оставаться в ловушке-башмаке 15.

В рабочем положении после пакерования устройство представлено на фиг. 2.

Фильтр состоит из набора патрубков 13 (фиг. 3), соединенных между собой на цилиндрической резьбе муфтами 18, уплотнительными кольцами 19 и гайкой 20. В патрубках 13 имеются резьбовые отверстия для разбуриваемых заглушек 21 с уплотнителями 22.

Ряды заглушек 21 смещены между собой на угол (фиг.4) и предотвращают смещение обводной трубы при наклонах устройства в искривленных скважинах, оставляя сечение для прохода шаров 17 (шар показан пунктиром на фиг. 4).

Один из вариантов герметизации вывода обводной трубы через отверстие в корпусе 1 показан на фиг.5.

В толстостенном корпусе 1 имеются профрезерованные отверстия, вварено (запрессовано) кольцо 23 с внутренним буртом, имеются регулировочные кольца 24, уплотнительные кольца 25 и гайка 26. Козырек 27 служит для направления (отклонения) шаров 17.

Кожух 28 служит для предотвращения забивания канала глинистой коркой, шламом при спуске в скважину и изменения направления потока цементного раствора с целью более полного замещения глинистого раствора цементным.

Колонна может оборудоваться центраторами 29, скребками (не обозначены) и другими приспособлениями для очистки стенок скважины от глинистой корки.

Резиновая уплотнительная втулка пакера (резиновый элемент пакера) размещена внутри цилиндра, защищена от разрушения при транспортировании и пуске в скважину.

Устройство работает следующим образом.

Пакер П₁, фильтровые патрубки 13, муфты 18, пакер П₂ свинчиваются из расчета получения общей длины, соответствующей толщине пласта (объекта изоляции). Центр окон в корпусах 1 пакеров П₁ и П₂ располагаются по одной образующей. После замера расстояния между центрами окон собирают обводную (внутреннюю) трубу 2, выводные патрубки имеют длину меньше внутреннего диаметра фильтровых патрубков 13. В собранном виде обводную трубу 2 вставляют внутрь наружной, составленной из штоков пакеров и фильтровых патрубков и выводят патрубки в оба окна корпусов 1. Вставляют регулировочные, уплотнительные кольца 24, 25 и навинчивают гайки 26, затем кожух 28. После герметизации выводных патрубков поворачивают фильтровые патрубки 13, располагая отверстия для фильтровых заглушек 21 по двум образующим, ввинчивают заглушки 21 в патрубки 13, фиксируя внутреннюю трубу от радиальных смещений, как показано на фиг. 4.

Опрессовывают устройство без втулки 9, разбирают гидрокамеры пакеров, вставляют втулку 9, собирают гидрокамеры. Резьбовые соединения смазывают суриком, уплотняют лентой ФУМ.

Ловушку-башмак 15, седло 16, хвостовик 14, опрессованное устройство спускают в скважину из расчета установки пакера П₁ в кровле, пакера П₂ в подошве продуктивного пласта. Жесткость E₁ устройства с эксцентричным и односторонним креплением внутренней трубы меньше жесткости системы двух труб с концентричным расположением, поэтому достигается более свободная проходимость устройства в сложноискривленных скважинах.

Производят промывку насосами цементировочных агрегатов (ЦА) с созданием перепада давления меньше P₁. В заданное время сбрасывают упругий шар 17, при посадке которого в седло 16 создают перепад давления P₁. При этом выталкивается сначала конус пробки 8. По ослабленным надрезами сечения разрываются кольца 10, которые упираются в стенки скважины, создавая предварительное уплотнение. Затем из цилиндра выталкивается резиновая уплотнительная втулка 9, расклиниваясь по обратному конусу пробки 8, при этом уплотнительный материал заполняет объем между кольцами 10 и ребрами центраторов 29, окончательно герметизируя затрубное пространство для направлений перепада давления сверху пакера П₁ и снизу у пакера П₂. После герметизации интервала продуктивного пласта пакерами поток жидкости направляется по внутренней трубе 2, как показано стрелками на фиг. 2.

Заканчивают расчетный объем цементного раствора, сбрасывают неупругий шар 17, заканчивают продавочную жидкость в необходимом количестве, при посадке шара в седло 16 получают "стоп" и выдерживают время ОЗЦ.

Спускают долото (торцевой фрезер), разбуривают внутреннюю трубу с цементом, разрушают фильтровые заглушки.

Изготовление колец 10 из термопластичных материалов в случае нарушения герметичности в процессе эксплуатации скважины позволяет осуществить плавление колец 10 (например, спуском электронагревателя внутрь колонны и перераспределение термопластичного тампона в образовавшиеся каналы.

Формула изобретения

1. Устройство для селективной изоляции продуктивного пласта при цементировании эксплуатационных труб, содержащее наружную трубу, помещенную в нее с зазором внутреннюю трубу, изолирующие элементы, помещенные по концам труб, привод для раскрытия изолирующих элементов в виде гидроцилиндров с кольцевыми поршнями и клиньями, надпоршневое пространство которых сообщено с внутритрубным пространством, отличающееся тем, что оно снабжено кольцами предварительного перекрытия, а внутренняя труба расположена эксцентрично относительно внешней трубы и выполнена из легкоразбуриваемого материала, при этом изолирующие элементы выполнены в виде резиновых уплотнительных втулок, размещенных между кольцевыми поршнями и клиньями, последние из которых установлены с возможностью взаимодействия с кольцами предварительного перекрытия и выполнены с противоположных концов с дополнительными коническими поверхностями, взаимодействующими с резиновыми уплотнительными втулками.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внешняя труба выполнена в виде фильтра с отверстиями, содержащими разрушаемые при разбуривании фильтровые заглушки.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фильтровые заглушки выполнены в виде фиксаторов-ограничителей внутренней трубы.

4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что кольца предварительного перекрытия выполнены из твердого термопластичного материала с температурой размягчения, превышающей температуру в интервале установки устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5