Устройство для герметизации скважины

 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для герметизации трубного и затрубного пространства скважин, необходимого, например, для сохранения коллекторских свойств продуктивного пласта при установке цементных мостов в стволе скважины над продуктивным пластом, осуществления изоляции вышезалегающих водопроявляющих пластов, глушения скважины с целью, например, замены эксплуатационного оборудования и др. Обеспечивает упрощение устройства, повышение надежности его в работе и расширение функциональных возможностей. Сущность изобретения: устройство включает полый составной корпус, хвостовик, связанный с нижней частью этого корпуса, уплотнительный узел, помещенный снаружи корпуса, втулку с посадочным седлом. Последняя помещена внутри корпуса с возможностью осевого перемещения и связана с корпусом срезным штифтом. Устройство имеет также патрубок со сквозными каналами, помещенный между втулкой и корпусом. Последний напротив сквозных каналов патрубка выполнен с внутренней кольцевой проточкой. В них помещены опорные шары, одной частью в сквозных каналах патрубка, другой частью - во внутренней кольцевой проточке корпуса. Втулка помещена напротив сквозных каналов патрубка. Транспортировочная колонна соединена с этим патрубком. Корпус выше его внутренней проточки выполнен с дополнительной кольцевой проточкой. Уплотнительный узел выполнен в виде набора секций самоуплотняющихся манжет с возможностью взаимодействия между собой в рабочем положении устройства их уплотнительных лепестков. Эти лепестки по верхней поверхности имеют большую кривизну, чем по нижней поверхности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и, в частности, к устройствам для герметизации трубного и затрубного пространства скважин, необходимого, например, для сохранения коллекторских свойств продуктивного пласта при установке цементных мостов в стволе скважины над продуктивным пластом, осуществления изоляции вышезалегающих водопроявляющих пластов, глушении скважины с целью, например, замены эксплуатационного оборудования и пр.

Известно устройство для герметизации скважины, включающее полый корпус, размещенный на корпусе уплотнительный узел, помещенный в корпусе клапан и хвостовик (1).

Недостатком устройства является сложность его изготовления и необходимость задействования специального оборудования по управлению работой клапана-отсекателя.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для герметизации скважины, включающее полый составной корпус, хвостовик, связанный с нижней частью корпуса, уплотнительный узел, помещенный снаружи корпуса, втулку с посадочным седлом, помещенную внутри корпуса с возможностью осевого перемещения и связавшую с корпусом срезным штифтом, бросовый элемент под посадочное седло втулки и транспортировочную колонну труб (2).

Недостатком этого устройства является его сложность, а также сложность отсоединения транспортировочной колонны от устройства и извлечения устройства из скважины.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства, повышение надежности его работы и расширение функциональных возможностей.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для герметизации скважины, включающее полый составной корпус, хвостовик, связанный с нижней частью корпуса, уплотнительный узел, помещенный снаружи корпуса, втулку с посадочным седлом, помещенную внутри корпуса с возможностью осевого перемещения и связанную с корпусом срезным штифтом, бросовый элемент под посадочное седло втулки и транспортировочную колонну труб, согласно изобретению, оно снабжено патрубком со сквозными каналами, помещенным между втулкой и корпусом, который против сквозных каналов патрубка выполнен с внутренней кольцевой проточкой, и опорными шарами, помещенными одной частью в сквозных каналах патрубка, а другой их частью во внутренней кольцевой проточке корпуса, при этом втулка помещена против сквозных каналов патрубка, транспортировочная колонна соединена с этим патрубком, корпус выше его внутренней проточки выполнен с дополнительной кольцевой проточкой, а уплотнительный узел выполнен в виде набора секций самоуплотняющихся манжет с возможностью взаимодействия между собой, в рабочем положении устройства, уплотнительных частей соседних секций, в каждой из которых эти уплотнительные части по верхней поверхности имеют большую кривизну, чем по нижней поверхности.

Кроме того, хвостовик в нижней части под продуктивным пластом выполнен с перепускными отверстиями.

Устройство, при его максимальной простоте изготовления и эксплуатации, обеспечивает возможность надежного разобщения одного интервала скважины (по трубному и межтрубному пространству) от другого интервала скважины.

Выполнение самоуплотняющихся манжет с возможностью взаимодействия между собой в рабочем положении устройства обеспечивает своего рода пакетный уплотнитель, способный выдерживать значительные гидравлические перепады давлений. В то же время при транспортировке устройства в необходимый интервал скважины самоуплотняющиеся манжеты по отдельности не являются препятствием спуску.

Выполнение уплотнительных частей манжет (уплотнительных лепестков) по верхней поверхности с большей кривизной, чем по нижней поверхности, обеспечивает получение их необходимой упругости.

Возможность надежного разобщения одного интервала скважины от другого создает условия проведения необходимых мероприятий в выбранном интервале ствола скважины, не оказывая воздействия на другой интервал ствола этой скважины, например, интервал продуктивного пласта. Таким образом могут быть проведены, например, работы по изоляции залегающих над продуктивным пластом водопроявляющих горизонтов, изоляция продуктивного пласта на период ремонтных работ с закачкой над продуктивным пластом (и над размещенным в скважине устройством) жидкости глушения. В этом случае, при исключении контакта продуктивного пласта с технологическими жидкостями, нет необходимости проведения долговременной (а зачастую и безуспешной) операции восстановления коллекторских свойств продуктивного пласта после проведения, например, ремонтных работ в стволе скважины.

После проведения ремонтных работ само устройство может быть извлечено из скважины без особых затруднений. Для снижения нагрузок страгивания (в начальный момент) при извлечении устройства ловитель (на трубах) в нижней части должен иметь перепускные циркуляционные каналы, связывающие его затрубное пространство с полостью устройства (хвостовика). Сам же хвостовик для этого случая должен быть выполнен в нижней части (под продуктивным пластом) с перепускными отверстиями, сообщающими его полость с затрубным пространством.

Поэтому при извлечении устройства образуется единая гидравлическая система связи гидростатического столба жидкости над устройством с гидропроводным продуктивным пластом. Это обеспечивает возможность перераспределения гидростатических нагрузок с труб ловителя и подъемного устройства на устье скважины на продуктивный пласт. Выполнение перепускных отверстий в нижней части хвостовика создает возможность передачи гидродинамических нагрузок, в момент страгивания устройства, через жидкость, заполняющую скважину в интервале продуктивного пласта, на собственно гидропроводную систему продуктивного пласта, исключающую гидроудар. При этом перетоки жидкости, если и будут происходить, то могут регулироваться за счет скорости подъема ловителя с устройством. Сама же жидкость перетока (не гидродинамическое давление) будет воздействовать на интервал скважины ниже интервала продуктивного пласта, не кольматируя сам продуктивный пласт.

В качестве жидкости, заполняющей интервал скважины против продуктивного пласта, может быть принята, например, нефть этого продуктивного пласта, исключающая его кольматацию.

В ряде случаев вышеописанная схема извлечения устройства может быть использована для "раскачки" продуктивного пласта, его стимуляции после простоя скважины волнами гидродинамического давления.

Это может быть обеспечено за счет поршневания, где своеобразным поршнем является это устройство с самоуплотняющимися манжетами, при его перемещении (в том числе вниз).

На чертеже изображен общий вид устройства для герметизации скважины.

Устройство включает в себя полый составной корпус 1, хвостовик 2, связанный с нижней частью полого составного корпуса 1, уплотнительный узел 3, помещенный снаружи полого составного корпуса 1, втулку 4 с посадочным седлом 5, помещенную внутри корпуса 1 и связанную с ним срезным штифтом б, бросовый элемент 7 под посадочное седло 5 втулки 4 и транспортировочную колонну труб 8.

Между втулкой 4 и полым составным корпусом 1 помещен патрубок 9 со сквозными каналами 10. Против этих каналов полый составной корпус 1 выполнен с внутренней кольцевой проточкой 11. В сквозных каналах патрубка 9 и внутренней кольцевой проточке 11 помещены опорные шары 12. Они помещены так, что часть каждого из шаров помещена во внутренней кольцевой проточке 11, а другая часть помещена в сквозных каналах 10 патрубка 9. Втулка 4 помещена против сквозных каналов патрубка 9. Корпус выше его внутренней кольцевой проточки 11 выполнен с дополнительной кольцевой проточкой 13 под ловитель (не показан). Транспортировочная колонна труб 8 соединена с патрубком 9. Уплотнительный узел 3 выполнен в виде набора секций 14 самоуплотняющихся манжет с уплотнительными лепестками 15. Они выполнены таким образом, что в рабочем положении устройства уплотнительные лепестки 15 соседних секций самоуплотняющихся манжет 14 взаимодействуют между собой. Уплотнительные лепестки по верхней поверхности имеют большую кривизну, чем по нижней поверхности.

Втулка 4 выполнена с уплотнительным кольцом 16 и фиксатором 17. Под фиксатор 17 полый составной корпус в нижней части выполнен с карманом 18.

Самоуплотняющиеся манжеты закреплены на корпусе упором 19 с помощью колец 20.

Устройство работает следующим образом.

Устройство (без бросового элемента 7) с фильтром (не показан) и хвостовиком 2 спускают на транспортировочной колонне труб 8 в скважину таким образом, чтобы нижний конец транспортировочной колонны труб оказался над продуктивным пластом (на 30...50 м выше продуктивного пласта).

Затем через транспортировочную колонну труб 8, в полость составного корпуса 1 и хвостовик 2 спускают перфоратор (не показан). Производят перфорацию обсадной колонны. После подъема перфоратора устройство устанавливают над продуктивным пластом, разгружая хвостовик 2 на забой скважины под продуктивным пластом. Через транспортировочную колонну труб 8 пускают бросовый элемент 7, который садится на посадочное седло 5 втулки 4. При создании расчетного давления в транспортировочной колонне труб 8 и полости устройства происходит срез штифта 6, перемещение втулки 4 в ее крайнее нижнее положение, фиксация ее с помощью фиксатора 17 в кармане 18 и выпадение опорных шаров 12 из сквозных каналов патрубка. Происходит разъединение патрубка 9 (с транспортировочной колонной труб 8) и полого составного корпуса 1. При этом втулка 4 жестко фиксируется в ее крайнем нижнем положении.

После проведения вышеописанных операций транспортировочную колонну труб 8 приподнимают и осуществляют необходимые операции в скважине, например, закачку в обсадную колонну жидкости глушения. Находящийся в посадочном седле 5 втулки 4 бросовый элемент 7 и самоуплотняющиеся манжеты 14 за счет особого выполнения их уплотнительных лепестков 15, обеспечивающих возможность их совместной работы, не пропускают жидкость глушения в перфорированный продуктивный пласт.

После закачки расчетного объема жидкости глушения в скважину транспортировочную колонну труб 8 с патрубком 9 извлекают из скважины. Затем в скважину спускают насос (не показан), с помощью которого откачивают из скважины жидкость и создают депрессию на пласт. Вызывают приток в скважину пластового флюида, например, нефти. Нефть в потоке выносит бросовый элемент 7 из скважины. При необходимости бросовый элемент 7 можно поднять из скважины с помощью магнита. Само устройство извлекают из скважины, например, с помощью ловителя за счет захвата последнего за дополнительную кольцевую проточку 13 корпуса 1.

Источники информации: 1. Авторское свидетельство СССР N 648716, кл. E 21 В 33/12, опубл. 25. 02. 1979.

2. Авторское свидетельство СССР N 1008417, кл. E 21 В 33/12, опубл. 30.03.1983.

Формула изобретения

1. Устройство для герметизации скважины, включающее полый составной корпус, хвостовик, связанный с нижней частью этого корпуса, уплотнительный узел, помещенный снаружи корпуса, втулку с посадочным седлом, помещенную внутри корпуса с возможностью осевого перемещения и связанную с корпусом срезным штифтом, бросовый элемент под посадочное седло втулки и транспортировочную колонну труб, отличающееся тем, что оно снабжено патрубком со сквозными каналами, помещенным между втулкой и корпусом, который напротив сквозных каналов патрубка выполнен с внутренней кольцевой проточкой, и опорными шарами, помещенными одной частью в сквозных каналах патрубка, а другой частью - во внутренней кольцевой проточке корпуса, при этом втулка помещена напротив сквозных каналов патрубка, транспортировочная колонна соединена с этим патрубком, корпус выше его внутренней проточки выполнен с дополнительной кольцевой проточкой, а уплотнительный узел выполнен в виде набора секций самоуплотняющихся манжет с возможностью взаимодействия между собой в рабочем положении устройства уплотнительных лепестков самоуплотняющихся манжет соседних секций, в каждой из которых эти лепестки по верхней поверхности имеют большую кривизну, чем по нижней поверхности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что хвостовик в нижней части под продуктивным пластом выполнен с перепускными отверстиями.

РИСУНКИ

Рисунок 1