Фильтр-отсекатель

 

Использование: при эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Обеспечивает сохранение фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта за счет предотвращения попадания туда загрязняющих жидкостей при проведении технологических операций внутри скважины под давлением, превышающим пластовое. Сущность изобретения: устройство включает корпус с фильтрационными отверстиями. Они заглушены химически разрушаемыми пробками. Снаружи корпуса установлен кожух с радиальными каналами. Он образует с корпусом камеру с верхним и нижним отсеками. Устройство содержит верхний и нижний клапаны. Нижний клапан установлен с возможностью сообщения затрубного пространства с полостью корпуса. Это сообщение обеспечивается через радиальные каналы кожуха и фильтрационные отверстия. Верхний клапан установлен с возможностью сообщения полости корпуса с затрубным пространством. При этом он размещен в верхнем отсеке камеры. Он подпружинен в сторону закрытия со стороны пласта. Усилие пружины отрегулировано на полное закрытие с учетом предельно возможных давлений внутри скважины. Оно определяется из выражения, представленного в описании. 2 ил.

Изобретение относится к горной, точнее к нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использовано для вскрытия продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах, а также при их эксплуатации.

Известен фильтр-отсекатель, включающий корпус с фильтрационными каналами с установленными в них обратными клапанами, заглушенными разрушаемыми пробками [1] Недостатком указанного устройства является то, что при проведении ремонтных работ в скважинах, оборудованных указанными фильтрами, возникает необходимость глушения скважины задавочными растворами, приводящими к ухудшению коллекторских свойств продуктивного пласта, все это увеличивает время вынужденного простоя скважины.

Известен также фильтр-отсекатель, содержащий корпус с фильтрационными отверстиями, заглушенными химически разрушаемыми пробками, кожух, установленный концентрично корпусу, образующий с ним камеру, с верхним и нижним отсеками, в нижнем из которых размещен подпружиненный клапан в сторону открытия со стороны пласта, сообщающий затрубное пространство с полостью корпуса через радиальные кожуха и нижние фильтрационные отверстия корпуса, а верхний клапан сообщает полость корпуса с затрубным через указанные радиальные каналы кожуха и верхние фильтрационные отверстия [2] Недостатком указанного фильтра-отсекателя является низкая надежность в работе его верхнего обратного клапана в горизонтальных и вертикальных скважинах, когда внутрискважинное давление превышает пластовое. При этих условиях верхний клапан отходит от седла, стремясь занять отвесное положение, тем самым открывая его проходной канал доступу загрязняющей жидкости коллектора при различных технологических операциях внутри скважины. Он также ненадежен и в вертикальных скважинах, так как к седлу он прижимается только за счет пластового давления, следовательно, при превышении этого давления внутрискважинным, что нередко бывает при проведении различных технологических операций в скважине, неизбежно попадание в коллектор загрязняющих его жидкостей.

Результаты исследований девонских скважин свидетельствуют о том, что независимо от содержания воды средняя плотность смеси в интервале забой прием насоса чаще всего приближается к плотности пластовой воды. На девонских месторождениях, например Башкирии, величина интервала забой скважины прием насоса может превышать 1000 м. Расчеты показывают, что в этих условиях дополнительное давление на пласт может достигать 30-35 кгс/см² (Н.Н. Репина и др. Технология механизированной добычи нефти. М. Недра, 1976, с. 73). Кроме того, дополнительное давление порядка 5-6 МПа на пласт через верхний клапан создается из-за поршневания при спуско-подъемных операциях, а также при различных технологических операциях, где может создаваться давление порядка 10-15 МПа, при которых через неподпружиненный клапан забойная вода, проникая в пласт, приводит к резкому ухудшению коллекторских свойств продуктивного пласта, что требует значительных затрат времени и труда для восстановления коллекторских свойств продуктивного пласта и вызова притока нефти.

Целью изобретения является сохранение фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта за счет предотвращения попадания туда загрязняющих жидкостей при проведении технологических операций внутри скважины под давлением, превышающим пластовое.

Поставленная цель достигается описываемым устройством, включающим корпус с фильтрационными отверстиями, заглушенными химически разрушаемыми пробками, кожух, образующий с корпусом камеру с верхним и нижним отсеками, в нижнем из которых размещен подпружиненный клапан в сторону открытия со стороны пласта, сообщающий затрубное пространство с полостью корпуса через радиальные каналы кожуха и фильтрационные отверстия, а верхний клапан сообщает полость корпуса с затрубным через указанные радиальные каналы кожуха и фильтрационные каналы.

Новым является то, что его верхний клапан размещен в верхнем отсеке камеры и подпружинен в сторону закрытия со стороны пласта, при этом усилие указанной пружины отрегулировано на полное закрытие с учетом предельно возможных давлений внутри скважины и определяется из следующего математического выражения P_кл ≥ (P_з Р_д) Р_пл, где Р_кл. усилие сжатия пружины клапана, МПа; Р_пл пластовое давление, МПа; Р_з забойное давление, МПа; P_д допустимое внутреннее давление на эксплуатационную колонну, МПа.

На дату подачи заявки из патентной и научно-технической литературы авторам не известны устройства того же назначения и с такими же отличительными признаками, как у заявляемого создающими новый положительный эффект, несвойственный известным устройствам.

Отличительные признаки устройства не являются идентичными и эквивалентными в сравнении со сходными признакам и известных устройств, что позволяет делать вывод о соответствии предложения критерию "существенные отличия изобретения".

На фиг.1 изображен схематически общий вид фильтра-отсекателя, спущенного в скважину, разрез; на фиг.2 то же, фильтр-отсекатель после вскрытия продуктивного пласта в частичном разрезе.

Фильтр-отсекатель содержит трубчатый корпус 1 с нижними и верхними фильтрационными отверстиями 2 и 3 соответственно, выполненными в одной плоскости и заглушенными химически разрушаемыми пробками 4 одинаковой конструкции, например, из магния Mg или его сплавов, вступающих в реакцию с технической соляной кислотой.

Корпус 1 снабжен кожухом 5 с радиальными каналами 6, выполненными также в одной плоскости, образующим с ним камеру, состоящую из двух отсеков 7 и 8 верхнего и нижнего с вмонтированными в них подпружиненными клапанами 9 и 10 противоположного действия. Верхний клапан 9 подпружинен в сторону закрытия со стороны пласта 11 с возможностью сообщения полости корпуса с затрубным пространством через радиальные каналы 6 кожуха и верхние фильтрационные отверстия 3 корпуса. При этом усилие его пружины 12 отрегулировано на полное закрытие с учетом предельно возможных давлений внутри скважины и определяется из следующего математического выражения: Р_в.кл. ≥ (Р_з Р_д) Р_пл, где Р_в.кл усилие сжатия пружины верхнего клапана, МПа; Р_пл пластовое давление, МПа; Р_з забойное давление, МПа; Р_д допустимое внутреннее давление на эксплуатационную колонну, МПа.

Нижний клапан 10 подпружинен в сторону открытия со стороны пласта 11 с возможностью сообщения затрубного пространства с полостью корпуса через указанные радиальные каналы 6 кожуха и нижние фильтрационные отверстия 2 корпуса. Усилие сжатия его пружины 13 отрегулировано на полное открытие с учетом пластового и забойного давлений и определяется из следующего математического выражения
P_н.кл. ≥ Р_пл Р_з, где Р_н.кл. усилие сжатия пружины нижнего клапана, МПа;
Р_пл. пластовое давление, МПа;
Р_з забойное давление, МПа.

Его спускают в скважину в составе обсадной колонны 14, присоединив к ней с помощью муфты 15, и устанавливают в интервале продуктивного пласта 11. Полость кожуха 5 и его радиальные каналы 6 перед спуском заполняют пластичным веществом, например, солидолом или пластилином во избежание попадания цементного раствора перед цементированием. Далее производят цементирование обсадной колонны 14 с устройством по обычной технологии с использованием цементировочных агрегатов (последние на фигурах не изображены). После ожидания затвердевания цементного раствора (ОЗЦ) в скважину спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 16 и через них закачивают техническую соляную кислоту для разрушения магниевых пробок 4, которое растворяются примерно через 1-1,5 ч, в результате чего происходит вскрытие обсадной колонны, находящейся в интервале продуктивного пласта. После этого в колонне НКТ повышают давление, под действием которого пружина 12 верхнего клапана 9 отжимается и кислота через сквозное фильтрационное отверстие 3 оказывает давление на цементное кольцо 17, под действием чего оно трескается и разрушается. Далее, находящуюся на забое кислоту закачивают в пласт с целью его обработки. Так происходит вскрытие продуктивного пласта, совмещенное с его обработкой. Затем скважину осваивают одним из известных методов, например компрессором.

При необходимости проведения ремонтно-восстановительных работ отбор жидкости прекращают. Уровень жидкости в стволе поднимается и при достижении заданной величины нижний клапан 10 срабатывает и закрывает путь к поступлению жидкости из скважины. После этого ремонтные работы производят без предварительного глушения специально приготовленными растворами.

При резких перепадах давлений в скважине, вызванных за счет поршневания при спуско-подъемных операциях или при различных технологических операциях при устранении негерметичности обсадной колонны, верхний клапан 9 за счет пружины 12, усилие которой отрегулированное с учетом предельно возможных давлений внутри скважины на полное закрытие исключает проникновение в продуктивный пласт накопившейся на забое пластовой воды, грязи, тем самым предотвращая опасность снижения фильтрационно-емкостных свойств коллектора.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.

Использование изобретения приводит к повышению работоспособности верхнего клапана, что позволяет возможным использовать фильтр-отсекатель в наклонных и горизонтальных скважинах. Исключается попадание загрязняющих продуктивный пласт жидкостей через верхний обратный клапан, что позволяет сократить затраты времени на обработку его с целью восстановления фильтрационно-емкостных свойств коллектора и на освоение скважины. Исключает обратный выход изоляционного материала из пласта после проведения водоизоляционных работ, что позволит повысить качество изоляции, предотвратит от повторных изоляционных работ.

Кроме того, фильтр-отсекатель позволяет проводить глубинные исследования в скважине без дополнительных спуско-подъемных операций скважинного инструмента, поскольку ствол скважины остается открытым для спуска приборов.

Формула изобретения

ФИЛЬТР-ОТСЕКАТЕЛЬ, включающий корпус с фильтрационными отверстиями, заглушенными химически разрушаемыми пробками, кожух с радиальными каналами, образующий с корпусом камеру с верхним и нижним отсеками, нижний клапан, установленный с возможностью сообщения затрубного пространства с полостью корпуса через радиальные каналы кожуха и фильтрационные отверстия, и верхний клапан, установленный с возможностью сообщения полости корпуса с затрубным пространством, отличающийся тем, что, с целью сохранения фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта за счет предотвращения попадания туда загрязняющих жидкостей при проведении технологических операций внутри скважины под давлением, превышающим пластовое, его верхний клапан размещен в верхнем отсеке камеры и подпружинен в сторону закрытия со стороны пласта, при этом усилие указанной пружины отрегулировано на полное закрытие с учетом предельно возможных давлений внутри скважины и определяется из следующего выражения:
P_кл ≥ (P_з + P_д) P_пл,
где P_кл усилие сжатия пружины клапана, МПа;
P_пл пластовое давление, МПа;
P_з забойное давление, МПа;
P_д допустимое внутреннее давление на эксплуатационную колонну, МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2