Устройство для гидравлического воздействия на пласт

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технике нефтегазопромыслового оборудования для обработки и гидроразрыва пласта призабойной зоны при производстве подземного ремонта нефтяных, газовых, газоконденсатных и нагнетательных скважин. Обеспечивает повышение надежности и эффективности в работе устройства при осуществлении многофункционального, селективного, направленного воздействия на призабойную зону, создание давления, необходимого для гидравлического разрыва пласта породы. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, цилиндр, нижний и верхний пакерующие узлы, якорь. Корпус выполнен сборным из внутреннего и наружного патрубков с радиальными окнами. Патрубки выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно друг друга вдоль своих осей. Патрубки взаимодействуют между собой выполнеными на них выступами. Внутренний патрубок снабжен самоуплотняющим резиновым элементом, имеет окна, лыски и фиксаторы, взаимодействующие с пазами на внутреннем патрубке. Цилиндр снабжен уплотнительным кольцом для полого плунжера с радиальными отверстиями, цилиндр выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно проставки. Нижний пакерующий узел выполнен из резиновых манжет, нажимного промежуточного и опорных колец. Корпус якоря выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно проставки. Верхний пакерующий узел снабжен самоуплотняющим резиновым элементом, обратным якорем, который выполнен из внутреннего и наружного патрубков, взаимодействующих между собой выступами. Внутренний патрубок снабжен самоуплотняющим резиновым элементом и имеет щелеобразные окна, пазы, кольцевые проточки. Наружный патрубок имеет окна, пазы и лыски. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технике нефтегазопромыслового оборудования для обработки и гидроразрыва пласта призабойной зоны при производстве подземного ремонта нефтяных, газовых, газоконденсатных и нагнетательных скважин.

Известно устройство для гидравлического воздействия на пласт (РФ патент 2097535, 27.11.1997 г.), содержащее корпус, выполненный сборным из внутреннего и наружного патрубков с радиальными окнами, цилиндр, нижний и верхний пакерующие узлы, выполненные из резиновых манжет цилиндрической формы и плоских прижимных и опорных колец, якорь.

Недостатком известного устройства является то, что внешний патрубок и внутренний патрубок соединены жестко относительно друг друга, поэтому выполненные на них окна постоянно открыты, что исключает возможность создавать давление в колонне НКТ, например для опрессовки последней. Существенным недостатком известного устройства является и то, что посадки пакерующих узлов в рабочее положение осуществляется путем создаваемого высокого давления жидкости в полости между патрубками, а для этого необходимо, постоянно держать высокое давление в междутрубной полости дополнительным насосным агрегатом, причем это давление должно быть в полтора - два раза выше давления, создаваемого другим насосным агрегатом необходимого давления для гидроразрыва пласта, а это давление должно быть в полтора - два раза выше пластового давления. При этом в момент расширения эластичных полых элементов (резиновых манжет) последние разъединяются на стыках с прижимными их кольцами, при этом отсутствует герметизация между пакерующими узлами и стенками труб обсадной колонны. В результате указанных недостатков известное устройство не имеет эффективности и оказывается не работоспособным.

Целью изобретения является повышения надежности и эффективности в работе устройства при осуществлении многофункционального, селективного, направленного воздействия на призабойную зону, создание давления необходимого для гидравлического разрыва пласта породы.

Указанная цель достигается тем, что устройство для гидравлического воздействия на пласт, содержащее корпус, выполненный сборным из внутреннего и наружного патрубков с радиальными окнами, цилиндр, нижний и верхний пакерующие узлы, выполненные из резиновых манжет цилиндрической формы и плоских прижимных и опорных колец, якорь, отличающееся тем, что наружный и внутренний патрубки корпуса выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно друг друга вдоль своих осей и взаимодействующие между собой выполненными на них выступами, внутренний патрубок корпуса снабжен самоуплотняющим резиновым элементом, закрепленным держателем, и имеет окна, пазы и кольцевые проточки, в которых установлены уплотнительные кольца, а наружный патрубок имеет окна, лыски и установлены фиксаторы, взаимодействующие с пазами на внутреннем патрубке, цилиндр снабженный уплотнительным кольцом для полого плунжера с радиальными отверстиями сообщающими патрубок со скважиной, причем цилиндр выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно проставки, нижний пакерующий узел выполнен из установленных на цилиндре резиновых манжет, имеющих форму цилиндра с усеченными конусами с обоих его концов, и нажимного промежуточного и опорного колец, у которых плоскости, взаимодействующие с манжетами, выполнены чашеобразной формы, корпус якоря выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно проставки, причем выполненные на корпусе проемы для плашек имеют собственные опоры для последних, патрубок верхнего пакерующего узла снабжен самоуплотняющим резиновым элементом, закрепленным гайкой, причем патрубок закреплен на муфте с нажимным кольцом, причем патрубок выполнен с возможностью возвратно-поступательно перемещения относительно проставки, при этом на патрубке установленные резиновые манжеты и кольца аналогичны установленным на нижнем пакерующем узле для действий верхнего пакерующего узла аналогично действиям нижнего пакерующего узла, при этом верхний пакерующий узел снабжен обратным якорем, который выполнен из внутреннего и наружного патрубков, взаимодействующих между собой выступами, причем патрубки выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно друг друга, причем внутренний патрубок снабжен самоуплотняющим резиновым элементом, закрепленным держателем и имеет щелеобразные окна, пазы, кольцевые проточки, в которых установлены уплотнительные резиновые кольца, а наружный патрубок имеет окна, пазы и лыски, на которых установлены фиксаторы, взаимодействующие с пазами на внутреннем патрубке, при этом внутренний патрубок закреплен на муфте верхнего пакерующего узла, а наружный патрубок посредством ниппеля закреплен на колонне насосно-компрессорных труб.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный патрубок имеет поршни-плашки, установленные в выполненных на нем окнах с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль своих осей, причем поршни-плашки выполнены с буртиками, острыми гребнями, пазами и кольцевыми проточками, в которых установлены уплотнительные резиновые кольца, при этом поршни-плашки подпружинены относительно патрубка посредством держателей, закрепленных винтами в пазах на патрубке.

3. Устройство по п.1 и п.2, отличающееся тем, что поршни-плашки имеют возможность взаимодействия с жидкостью внутреннего патрубка через щелеобразные окна в период перемещения вниз наружного патрубка относительно внутреннего патрубка.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндр и патрубок, на которых установлены резиновые манжеты в момент снятия с последних груза осевой силы имеют возможность перемещения вверх относительно эксплутационной колонны, за счет силы сцепления их стенок с резиной манжет, и принятия ими первоначальной формы и размеров.

Анализ патентной литературы показал, что отсутствуют известные технические решения, в которых имеется совокупность признаков, отличающих заявленное решение от прототипа. Таким образом, совокупность признаков предложенного решения обеспечивает достижение поставленной цели и соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия".

На фиг.1 изображен общий вид устройства для гидравлического воздействия на пласт, спущенного в скважину.

На фиг.2 изображен разрез А-А на фиг.1.

Устройство для гидравлического воздействия на пласт содержит сборный корпус, выполненный из внутреннего патрубка 1 с радиальными окнами 2 и наружного патрубка 3 с радиальными окнами 4, причем патрубки 1 и 3 взаимодействуют между собой выступами 5 и 6, а на внутреннем патрубке на верхней его части установлен самоуплотняющий элемент 7, который закреплен держателем 8, причем на патрубке 1 выполнены пазы 9 и кольцевые проточки 10, в последних установлены уплотнительные кольца 11, а на патрубке 3 установлены фиксаторы 12, которые взаимодействуют с пазами 9, что предотвращает вращательные движения патрубков 1 и 3 относительно друг друга. На патрубке 1 закреплен цилиндр 13, в котором расположен плунжер 14, имеющий радиальные отверстия 15 и заглушку 16, причем на верхней части цилиндра 13 установлено уплотнительное резиновое кольцо 17, закрепленное держателем 18, причем на цилиндре 13 неподвижно закреплено нажимное кольцо 19, установлены резиновые манжеты 20, промежуточное кольцо 21, опорное кольцо 22, навинчена гайка 23, при этом цилиндр 13 возвратно-поступательно перемещается относительно проставки 24, нижняя часть которой закреплена на переводнике 25, имеющем радиальные окна 26, причем на переводнике 25 закреплена конусовидная втулка 27, выполненная с кольцевым буртиком 28, на котором установлено кольцо-гайка 29 с закрепленным на нем цилиндрической формы радиальным клапаном 30, при этом на кольце-гайке 29 закреплен корпус 31 якоря, в котором расположены плашки 32, при этом конусовидная втулка 27 возвратно-поступательно перемещается вдоль своей оси относительно корпуса 31 якоря. На нижнем конце плунжера 14 посредством муфты 33 закреплен подпружиненный пружиной 34 полый шток 35, имеющий отверстия 36, а на нижнем конце штока 35 закреплен конус 37, который взаимодействует с плашками 32, причем плашки 38 подпружинены относительно корпуса 31 посредством фиксаторов 39, закрепленных на кольцах 40, которые закреплены на корпусе 31 стопорами 41.

На верхней части наружного патрубка 3 корпуса посредством ниппеля 42 закреплена промежуточная насосно-компрессорная колонна 43, снабженная таким же ниппелем 42, на котором закреплена проставка 44, на которой закреплено опорное кольцо 22, причем в последнем расположен патрубок 45, причем на патрубке 45 установлены резиновые манжеты 20, промежуточное кольцо 21, самоуплотняющий резиновый элемент 46 и навинчена гайка 47, а на верхнем конце патрубка 45 закреплена муфта 48, выполненная в виде нажимного кольца, при этом патрубок 45 возвратно-поступательно перемещается в проставки 44.

На муфте 48 закреплен обратный якорь, выполненный из внутреннего патрубка 49 и наружного патрубка 50, причем патрубки 49 и 50 взаимодействуют между собой выполненными на них выступами 51 и 52.

Внутренний патрубок 49 снабжен самоуплотняющим резиновым элементом 53, закрепленным держателем 54, причем на патрубке 49 выполнены щелеобразные окна 55, пазы 56 и кольцевые проточки 57, в которых установлены уплотнительные резиновые кольца 58.

Наружный патрубок 50 имеет выполненные на нем окна 59, пазы 60 и лыски 61, причем в окнах 59 установлены поршни-плашки 62, имеющие выступы 63, пазы 64, гребни 65 и кольцевые проточки 66, в которых установлены уплотнительные кольца 67, при этом поршни-плашки 62, подпружиненные 68 посредством держателей 69, закрепленных винтами 70 на патрубке 50, а на нижней части патрубка 50 выполнены лыски 71 и установлены фиксаторы 72, а на верхней части патрубка 50 закреплен ниппель 73, на котором закреплен нижний конец колонны насосно-компрессорных труб 74, при этом верхний конец колонны насосно-компрессорных труб снабжен муфтой 75.

Эксплуатация устройства для гидравлического воздействия на пласт осуществляется только в скважине, имеющей эксплуатационную колонну труб 76. Гайки 23 и 47 снабжены контргайками. Фиксаторы 39, 12, 72 и винты 41 и 70 снабжены шайбами для их стопорения.

Устройство для гидравлического воздействия на пласт работает следующим образом.

Устройство спускают в скважину только после выполнения всех подготовительных, предусмотренных планом работ на подземный ремонт скважины.

В скважину устройство спускают по известной в технике технологии, поэтому технологическое оборудование на чертежах не показано. Когда окна 2 и 4 достигают отметки интервала определенного планом работ на подземный ремонт скважины, колонну НКТ 74 на устье скважины закрепляют клиньями ротора с расчетом, чтобы муфта 75 была выше верха устья эксплутационной колонны 76. Этот расчет определяют от величины спущенной колонны насосно-компрессорных труб.

На муфте 75 закрепляют резинометаллический рукав высокого давления и поднимают колонну насосно-компрессорных труб 74, чтобы муфта 75 была выше устья порядка на 5,0 м, и крепят клиньями ротора. Другой конец рукава закрепляют на тройнике, к которому подсоединяют нагнетательные линии для закачки рабочей жидкости и закачки продавочной жидкости.

По окончании обвязки оборудования вся система проверяется и спрессовывается вместе с колонной насосно-компрессорных труб 74 и устройством по известной в технике технологии. В период опрессовки устройство находится в подвешенном на клиньях ротора положении, причем окна 2 закрыты внешним патрубком 3, а когда давление в системе нагнетательных линий достигает более 60 атм плунжер 14 перемещается вниз, причем отверстия 15 на плунжере 14 перекрываются уплотнителем 17 и в дальнейшем цилиндром 13, при этом перемещаемый конус 37 выдвигает из корпуса 31 плашки 32, которые врезаются в стенки эксплутационной колонны 76, при этом устройство и колонна насосно-компрессорных труб осевую силу передают на эксплутационную колонну 76, и в период опрессовки создаваемое давление в колонне НКТ не увеличивает веса от осевой силы.

Когда нужно осуществлять гидравлическое воздействие на пласт, то между находящейся в колонне насосно-компрессорных труб 74 жидкостью и рабочей жидкостью создают определенный объем буферной жидкости и делают закачку рабочей жидкости в колонну насосно-компрессорных труб 74, когда из последней выходит скважинная (загрязненная) жидкость и по объемному расчету приближается рабочая жидкость к подлежащему интервалу обработки призабойной зоны пласта повышают давление выше 60 атм, причем плунжер 14 перемещается вниз и отверстия 15 на нем перекрываются цилиндром 13, причем вместе с плунжером перемещается шток 36 с конусом 37, который выдвигает плашки 32, которые врезаются в стенки эксплутационной колонны 76, при этом колонну насосно-компрессорных труб 74 спускают (майнируют) на медленной скорости, причем конусная втулка 27 входит между плашек 32, которые гарантированно фиксируются в неподвижности, при этом цилиндрический клапан 30 закрывает окна 26 на переводнике 25. После продолжения спуска колонны насосно-компрессорных труб 74 открываются окна 2, т.е. окна 4 совмещаются с окнами 2, причем давление в колонне 74 снижается, при этом осевая сила колонны насосно-компрессорных труб 74, передаваемая на резиновые манжеты 20, сжимает их, причем сжимаемые резиновые манжеты деформируются (длина их уменьшается, а диаметр увеличивается) и надежно герметизируют пространство между обсадной колонной 76 и манжетами 20, при этом цилиндр 13 и патрубок 45, на которых установлены манжеты, перемещаются вниз относительно эксплутационной колонны в проставках 24 и 44. При повышении давления между пакерующими узлами дальнейшее уплотнение резиновых манжет 20 происходит автоматически, т.е. чем выше давление, тем сильнее уплотнение. Когда пакерующие узлы отсекли зону перфорации 77 от общей высоты ствола скважины, рабочая жидкость закачивается через перфорацию 77 непосредственно в пласт породы. При этом исключено смешение рабочей жидкости с объемом жидкости, находящейся в скважине. После того как объем рабочей жидкости закачен в колонну насосно-компрессорных труб 74, линию закачки рабочей жидкости отключают и одновременно включают нагнетательную линию закачки продавочной жидкости, которой продавливают рабочую жидкость непосредственно в пласт породы на большие расстояния.

Когда в качестве рабочей жидкости применяли, например соляно-кислотный раствор, то после (5 часов) реагирования кислоты удаляют загрязненную жидкость путем известного в технологии способа свабирования непосредственно из пласта, не снимая осевой силы с пакерующих узлов, при этом обработка продуктивного пласта имеет высокую эффективность.

При производстве гидравлического разрыва пласта, при котором необходимо создавать давление в 1,5-2 раза выше давления пластового, в таких случаях между пакерующими узлами создается давление до 400-500 атм и более, причем перемещение вверх верхнего пакерующего узла под действием высокого давления исключает обратный якорь, который работает автоматически, т.е. чем выше давление, тем сильнее поршни-плашки 62 врезаются в стенки эксплутационной колонны 76, при этом обратный якорь становится неподвижным.

После окончания процесса производства определенного планом работы устройство поднимают на поверхность, для этого в первую очередь снижают давление во всей системе до атмосферного, причем пружина 34 посредством муфты 33 перемещает плунжер 14, шток 35 с конусом 37 вверх, причем плашки 32 под действием силы пружин 38 перемещаются в корпусе 31 якоря в исходное положение. Одновременно с этим поршни-плашки 62 под силой действия пружин 68 перемещаются в окнах 59 наружного патрубка верхнего якоря. При подъеме ("вира") колонны насосно-компрессорных труб 74 поднимается наружный патрубок 50 обратного якоря, вслед за ним поднимается внутренний патрубок 49 обратного якоря, который посредством муфты 48 поднимает патрубок 45, который при перемещении вверх снимает осевую силу с резиновых манжет 20, причем последние разгружаются и начинают принимать первоначальную форму и размеры, и этому еще способствует патрубок 45, который перемещается относительно эксплутационной колонны 76 вверх, и принудительно за счет сцепления резины с патрубком способствует подъему и отделению манжет 20 от стенок колонны 76. Продолжением подъема колонны насосно-компрессорных труб 74 промежуточное насосно-компрессорных труб 43 поднимает наружный патрубок 3 корпуса, который поднимает внутренний патрубок 1 вместе с цилиндром 13, который поднимает нажимное кольцо 19, которое снимает осевую силу с резиновых манжет 20 нижнего пакерующего узла, при этом манжеты 20 разгружаются и начинают принимать первоначальную форму и размеры, этому способствует цилиндр 13, который перемещаясь относительно эксплутационной колонны 76 вверх, за счет сцепления резины с цилиндром способствует подъему и отделению манжет 20 от стенок эксплутационной колонны 76. Таким образом, осуществляют подъем устройства на поверхность по известной технологии.

Такое техническое решение устройства для гидравлического воздействия на пласт позволяет осуществлять: производство высокой эффективности селективного, направленного, гидравлического воздействия на пласт породы; производство гидроразрыва пласта породы до образования трещин с креплением последних; производство многократного, высокоскоростного гидроразрыва пласта породы с самокреплением в нем трещин; закачки в продуктивный пласт породы соляно-кислотного раствора и других химреагентов; удаление загрязненной жидкости непосредственно с продуктивного пласта; прямую и обратную промывки ствола скважины; установление мест негерметичности на эксплутационной колонне ствола скважины; использование в качестве отсекателя интервала продуктивного пласта с целью извлекать углеводородное сырье непосредственно с продуктивного пласта через насосно-компрессорные трубы на поверхность и т.д. и т.п.

Формула изобретения

1. Устройство для гидравлического воздействия на пласт, содержащее корпус, выполненный сборным из внутреннего и наружного патрубков с радиальными окнами, цилиндр, нижний и верхний пакерующие узлы, выполненные из резиновых манжет цилиндрической формы и плоских прижимных и опорных колец, якорь, отличающееся тем, что наружный и внутренний патрубки корпуса выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно друг друга вдоль своих осей и взаимодействуют между собой выполненными на них выступами, внутренний патрубок корпуса снабжен самоуплотняющим резиновым элементом, закрепленным держателем, и имеет окна, пазы и кольцевые проточки, в которых установлены уплотнительные кольца, а наружный патрубок имеет окна, лыски и установленные фиксаторы, взаимодействующие с пазами на внутреннем патрубке, цилиндр, снабженный уплотнительным кольцом для полого плунжера с радиальными отверстиями, сообщающими патрубок со скважиной, причем цилиндр выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно проставки, нижний пакерующий узел выполнен из установленных на цилиндре резиновых манжет, имеющих форму цилиндра с усеченными конусами с обоих его концов, и нажимного промежуточного и опорного колец, у которых плоскости, взаимодействующие с манжетами, выполнены чашеобразной формы, корпус якоря выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно проставки, причем выполненные на корпусе проемы для плашек имеют собственные опоры для последних, патрубок верхнего пакерующего узла снабжен самоуплотняющим резиновым элементом, закрепленным гайкой, причем патрубок закреплен на муфте с нажимным кольцом, причем патрубок выполнен с возможностью возвратно-поступательно перемещения относительно проставки, при этом на патрубке установленные резиновые манжеты и кольца выполнены аналогично установленным на нижнем пакерующем узле для действий верхнего пакерующего узла аналогично действиям нижнего пакерующего узла, при этом верхний пакерующий узел снабжен обратным якорем, который выполнен из внутреннего и наружного патрубков, взаимодействующих между собой выступами, причем патрубки выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно друг друга, причем внутренний патрубок снабжен самоуплотняющим резиновым элементом, закрепленным держателем и имеет щелеобразные окна, пазы, кольцевые проточки, в которых установлены уплотнительные резиновые кольца, а наружный патрубок имеет окна, пазы и лыски, на которых установлены фиксаторы, взаимодействующие с пазами на внутреннем патрубке, при этом внутренний патрубок закреплен на муфте верхнего пакерующего узла, а наружный патрубок посредством ниппеля закреплен на колонне насосно-компрессорных труб.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный патрубок имеет поршни-плашки, установленные в выполненных на нем окнах с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль своих осей, причем поршни-плашки выполнены с буртиками, острыми гребнями, пазами и кольцевыми проточками, в которых установлены уплотнительные резиновые кольца, при этом поршни-плашки подпружинены относительно патрубка посредством держателей, закрепленных винтами в пазах на патрубке.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что поршни-плашки имеют возможность взаимодействия с жидкостью внутреннего патрубка через щелеобразные окна в период перемещения вниз наружного патрубка относительно внутреннего патрубка.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндр и патрубок, на которых установлены резиновые манжеты, в момент снятия с последних груза осевой силы имеют возможность перемещения вверх относительно эксплутационной колонны за счет силы сцепления их стенок с резиной манжет и принятия ими первоначальной формы и размеров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2