Экранирующее устройство для скважины

 

Изобретение относится к строительству и эксплуатации нефтяной или газовой, или водяной скважины. В частности устройство может быть применено при цементировании скважины (для управления седиментационными процессами) или при заканчивании скважины с ее обустройством фильтром (для создания благоприятных условий работы фильтра). Обеспечивает упрощение устройства, обеспечение спуска его в скважину с расширением диапазона возможных скоростей спуска, повышение герметичности разобщения кольцевого пространства скважины и повышение надежности его работы. Сущность изобретения: устройство включает полый корпус и герметизирующий узел с цилиндрической частью и сопряженной с ней уплотняющей частью. Кроме того, устройство имеет патрубок, помещенный снаружи корпуса и образующий с последним кольцевую полость. Герметизирующий узел помещен на наружной поверхности патрубка. Патрубок под герметизирующим узлом выполнен с входными циркуляционными отверстиями. Они сообщают пространство скважины под герметизирующим узлом с кольцевой полостью. Выходные циркуляционные отверстия выполнены над герметизирующим узлом. Они сообщают кольцевую полость с пространством скважины над герметизирующим узлом. При этом последний выполнен таким образом, что его цилиндрическая часть перекрывает выходные циркуляционные отверстия патрубка с возможностью их открытия потоком жидкости в направлении из кольцевой полости и образования обратного клапана. Выходные циркуляционные отверстия в патрубке выполнены на расстоянии от места сопряжения цилиндрической части герметизирующего узла с его уплотняющей частью в пределах 0,5 - 1,2 наружного радиуса цилиндрической части. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяной или газовой, или водяной скважины. В частности устройство может быть применено при цементировании скважины (для управлениями седиментационными процессами) или при заканчивании скважины с ее обустройством фильтром (для создания благоприятных условий работы фильтра).

Известно экранирующее устройство для скважины, включающее корпус с отверстиями и манжету, установленную на наружной поверхности корпуса с механизмом ее привода в рабочее положение (1).

Недостатком известного устройства является сложность его изготовления и достаточно высокая возможность отказа в работе механизма привода манжеты в рабочее положение.

Наиболее близким аналогом изобретения является экранирующее устройство для скважины, включающее полый корпус и герметизирующий узел с цилиндрической частью и сопряженной с ней уплотняющей частью (2).

Недостатком этого устройства является то, что при прохождении его в интервалах сужения при спуске в скважину достаточно часто (особенно при недостаточном контроле за скоростью спуска) отмечают повреждение устройства.

Это ведет к недостаточно высокой степени разобщения скважины по кольцевому пространству.

Кроме того, при спуске устройства такой конструкции отмечают также и эффект поршневания в стволе скважины, ведущий либо к кольматации (закупориванию) продуктивного пласта, либо к нежелательному гидроразрыву любых нижележащих пластов, склонных к гидроразрыву.

Все это ведет к осложнениям в скважине в процессе ее строительства, а следовательно, и к увеличению стоимости этого строительства.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства, обеспечение спуска его в скважину с расширением диапазона возможных скоростей спуска, повышение герметичности разобщения кольцевого пространства скважины и повышение надежности его работы.

Необходимый технический результат достигается тем, что в экранирующем устройстве для скважины, включающем полый корпус и герметизирующий узел с цилиндрической частью и сопряженной с ней уплотняющей частью, согласно изобретению оно снабжено патрубком, помещенным снаружи корпуса и образующим с последним кольцевую полость, а герметизирующий узел помещен на наружной поверхности патрубка, который под герметизирующим узлом выполнен с входными циркуляционными отверстиями, сообщающими пространство скважины под герметизирующим узлом с кольцевой полостью, и выходными циркуляционными отверстиями, сообщающими кольцевую полость с пространством скважины над герметизирующим узлом, при этом последний выполнен таким образом, что его цилиндрическая часть перекрывает выходные циркуляционные отверстия патрубка с возможностью их открытия потоком жидкости в направлении из кольцевой полости и образования обратного клапана, а выходные циркуляционные отверстия в патрубке выполнены на расстоянии от места сопряжения цилиндрической части герметизирующего узла с его уплотняющей частью в пределах 0,5 - 1,2 наружного радиуса цилиндрической части.

При этом, герметизирующий узел выполнен в виде набора секций самоуплотняющихся манжет, выполненных с возможностью взаимодействия их уплотняющих частей между собой в рабочем положении устройства.

Патрубок выполнен с наружными кольцевыми выступами, а герметизирующий узел выполнен с кольцевыми выемками под кольцевые выступы патрубка.

Корпус над выходными циркуляционными отверстиями патрубка выполнен с цементировочными отверстиями.

Устройство установлено на обсадной колонне с равномерным шагом по ее длине.

Устройство установлено на обсадной колонне группами по 2-3 штуки и с равномерным шагом между группами.

Устройство установлено на обсадной колонне с увеличивающимся шагом по глубине, начиная с забоя скважины.

Устройство снабжено одним или двумя центраторами, размещенными на корпусе выше или/и ниже герметизирующего узла.

Такое выполнение устройства (с кольцевой полостью) обеспечивает возможность при спуске устройства в скважину предотвращать эффект поршневания за счет обеспечения перепуска жидкости (бурового раствора) заполняющей скважину, из пространства скважины под герметизирующим узлом в пространство скважины над герметизирующим узел. При этом воздействие гидродинамического давления на сам герметизирующий узел в значительной степени снижено. Это обеспечивает сохранение запланированных эксплуатационных свойств устройства, в частности герметизирующего узла.

Выполнение выходных циркуляционных отверстий в патрубке на расстоянии от места сопряжения цилиндрической части герметизирующего узла с его уплотняющей частью в пределах 0,5 - 1,2 наружного радиуса цилиндрической части определяется тем, что именно в этих пределах (при различных вариантах выполнения цилиндрической части герметизирующего узла) может быть обеспечено достаточно плавное открытие выходных циркуляционных отверстий патрубка при минимальном давлении (с минимальным гидравлическим сопротивлением). Это снижает риск поршневания.

Достаточная близость циркуляционных отверстий патрубка от места сопряжения цилиндрической части, перекрывающей отверстия, с уплотняющей частью (лепестками манжеты), являющейся в то же время своего рода элементами жесткости, обеспечивает возможность создания необходимого ресурса упругой деформации цилиндрической части герметизирующего узла и надежного многократного перекрытия выходных циркуляционных отверстий. Это особенно важно, поскольку спуск сопровождается многократными остановками (для наращивания обсадных труб) или его осуществляют с неравномерной скоростью, особенно при прихватах обсадных труб, их провалах.

При нарушении этого условия (другом размещении отверстий) наблюдают либо быстрое развитие необратимых радиальных деформаций цилиндрической части герметизирующего узла (при его транспортировке) и он перестает осуществлять функцию обратного клапана в последующем (в его рабочем положении), либо эффект поршневания (при транспортировке), обусловленный значительным давлением открытия выходных циркуляционных отверстий патрубка.

Признаки, приведенные в зависимых пунктах формулы расширяют функции устройства, обеспечивают повышение надежности работы устройства в зависимости от условий применения, глубины скважины, ее вертикальности, диаметра и пр.

На чертеже приведен общий вид устройства.

Устройство включает полый корпус 1, герметизирующий узел с цилиндрической частью 2 и сопряженной с ней уплотняющей частью 3 (лепестками). Устройство имеет также патрубок 4. Он помещен снаружи корпуса 1 и образует с последним кольцевую полость 5. Герметизирующий узел помещен на наружной поверхности патрубка 4. Этот патрубок под герметизирующим узлом выполнен с входными циркуляционными отверстиями 6. Они сообщают пространство скважины под герметизирующим узлом с кольцевой полостью 5. Над герметизирующим узлом патрубок выполнен с выходными циркуляционными отверстиями 7. Они сообщают кольцевую полость 5 с пространством скважины над герметизирующим узлом. Герметизирующий узел выполнен таким образом, что его цилиндрическая часть 2 перекрывает выходные циркуляционные отверстия 7 с возможностью их открытия потоком жидкости из кольцевой полости 5 и последующим их закрытием (при отсутствии потока жидкости), т.е. с образованием обратного клапана. Выходные циркуляционные отверстия 7 патрубка 4 размещены на расстоянии от места сопряжения цилиндрической части 2 с уплотняющей частью 3 герметизирующего узла в пределах 0,5 - 1,2 наружного радиуса цилиндрической части 2 герметизирующего узла.

Устройство работает следующим образом.

Устройство одно или несколько штук, размещают, например, на колонне обсадных труб. Выше и/или ниже герметизирующего узла могут быть помещены центраторы (не показаны). При спуске устройства в скважину уплотняющая часть 3 (лепестки) герметизирующего узла деформируется, перепуская находящийся в скважине буровой раствор. В интервалах сужения скважины жидкость, заполняющая скважину, перепускается из пространства скважины под герметизирующим узлом в пространство скважины над герметизирующим узлом через кольцевую полость 5, открывая выходные циркуляционные отверстия 7, перекрытые цилиндрической частью 2 герметизирующего узла. Таким образом исключают эффект поршневания в скважине в процессе спуска устройства и предотвращают либо кольматацию продуктивного пласта, либо гидроразрыв пластов, склонных к гидроразрыву. При спуске обсадной колонны на установленную глубину выходные циркуляционные отверстия 7 перекрываются в результате упругой деформации цилиндрической части 2 герметизирующего узла. Осуществляют, например, цементирование скважины с закачкой цементного раствора через башмак обсадной колонны или через дополнительные цементировочные отверстия (не показаны), выполненные в корпусе над герметизирующим узлом (над выходными циркуляционными отверстиями 7). Под действием избыточного гидростатического давления столба цементного раствора над герметизирующим узлом происходит деформация его уплотняющей части (лепестков) и перекрытие кольцевого пространства скважины с исключением перетоков жидкости в этом пространстве и воздействия на продуктивный пласт.

С выполнением герметизирующего узла в виде набора секций самоуплотняющихся манжет и возможностью взаимодействия их уплотняющих частей между собой в рабочем положении устройства надежность герметизации кольцевого пространства скважины повышается в еще большей степени.

Этой же цели служит установка устройств в количестве 2-3 штук в одном интервале.

При размещении устройств (группами или одинарных) с установленным шагом по длине колонны, например обсадной, осуществляют управление седиментационными процессами при цементировании скважины. В этом случае каждое из устройств служит платформой для седиментации твердой фазы цементного раствора. По всей длине обсадной колонны (не только в ее нижней части) получают качественное цементное кольцо над продуктивным пластом, обеспечивая сохранение его коллекторских свойств.

Экранирующее устройство может быть установлено в скважине не только при цементировании скважины. Оно может быть предусмотрено, например, при заканчивании скважины и, конкретно, при оборудовании ими фильтров. При установке устройств, например, над фильтром и под фильтром они обеспечивают условия выноса частиц породы из зоны фильтра, чем улучшают условия его работы и увеличивают срок его работоспособности.

Источники информации 1. А.с. N740935, кл. E 21 В 33/14, опубл. 15.06.1980.

2. Щавелев Н.Л. и др. Совершенствование технологии цементирования кондукторов на месторождениях Сургутского региона, ж. "Нефтяное хозяйство", N 9, 1995, стр. 52-53.

Формула изобретения

1. Экранирующее устройство для скважины, включающее полый корпус и герметизирующий узел с цилиндрической частью и сопряженной с ней уплотняющей частью, отличающееся тем, что оно снабжено патрубком, помещенным снаружи корпуса и образующим с последним кольцевую полость, а герметизирующий узел помещен на наружной поверхности патрубка, который под герметизирующим узлом выполнен с входными циркуляционными отверстиями, сообщающими пространство скважины под герметизирующим узлом с кольцевой полостью, и выходными циркуляционными отверстиями, сообщающими кольцевую полость с пространством скважины над герметизирующим узлом, при этом последний выполнен таким образом, что его цилиндрическая часть перекрывает выходные циркуляционные отверстия патрубка с возможностью их открытия потоком жидкости в направлении из кольцевой полости и образования обратного клапана, а выходные циркуляционные отверстия в патрубке выполнены на расстоянии от места сопряжения цилиндрической части герметизирующего узла с его уплотняющей частью в пределах 0,5 - 1,2 наружного радиуса цилиндрической части.

2. Экранирующее устройство для скважины по п.1, отличающееся тем, что герметизирующий узел выполнен в виде набора секций самоуплотняющихся манжет с возможностью взаимодействия их уплотняющих частей между собой в рабочем положении устройства.

3. Экранирующее устройство для скважины по п.1, отличающееся тем, что патрубок выполнен с наружными кольцевыми выступами, а герметизирующий узел выполнен с кольцевыми выемками под кольцевые выступы патрубка.

4. Экранирующее устройство для скважины по п.1, отличающееся тем, что корпус над выходными циркуляционными отверстиями патрубка выполнен с цементировочными отверстиями.

5. Экранирующее устройство для скважины по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно установлено на обсадной колонне с равномерным шагом по ее длине.

6. Экранирующее устройство для скважины по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно установлено на обсадной колонне группами по 2 - 3 штуки и с равномерным шагом между группами.

7. Экранирующее устройство для скважины по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно установлено на обсадной колонне с увеличивающимся шагом по глубине, начиная с забоя скважины.

8. Экранирующее устройство для скважины по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено одним или двумя центраторами, размещенными на корпусе выше и/или ниже герметизирующего узла.

РИСУНКИ

Рисунок 1