Пакер для нагнетательной скважины и способ его установки

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к защите обсадной колонны от действия высокого давления и от коррозии путем разобщения межтрубного пространства пакерующим устройством. Технический результат - обеспечение надежности, долговечности и сокращение затрат времени за счет исключения дополнительных спускоподъемных операций. Пакер для нагнетательной скважины включает спускаемый на насосно-компрессорных трубах (НКТ) корпус - верхний и нижний с присоединенным к ним расширяемым патрубком, на поверхности которого размещен уплотнительный элемент в виде эластичной оболочки, дорн, размещенный в корпусе, и гидравлическую камеру, при этом дорн установлен в верхнем корпусе и выполнен полым, на его наружной поверхности выполнены кольцевые выступы на участках, устанавливаемых напротив уплотнительных элементов в конце процесса дорнования, и снабжен съемным клапаном, размещенным в его нижнем конце, а конец нижнего корпуса снабжен центратором с присоединительной резьбой для устройства по очистке места установки расширяемого патрубка и с выступающим вовнутрь кольцевым коническим выступом для заклинивания дорна, а гидравлическая камера образована полостью дорна с клапаном и полостями верхнего корпуса и НКТ. Способ установки пакера включает присоединение перед спуском его в скважину к его верхнему корпусу якорного устройства с фиксирующими элементами, выдвигаемыми под действием давления закачиваемой воды в пласт. К нижнему корпусу присоединяют устройство по очистке места установки расширяемого патрубка от продуктов коррозии, солеотложений и других включений путем перемещения его в возвратно-поступательном направлении. 2 с.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к защите обсадной колонны от действия высокого давления и от коррозии путем разобщения межтрубного пространства пакерующим устройством.

Известен пакер [1], содержащий корпус с центральным и впускным каналами, уплотнительный элемент и размещенную на корпусе оболочку, образующую с его наружной стенкой гидравлическую камеру, сообщенную впускным каналом. При этом корпус выполнен с центральным каналом, а оболочка продольно-гофрированной.

Недостатком известного пакера является сложность конструкции и трудоемкость изготовления оболочки продольно-гофрированной, особенно ступенчатой, что требует в свою очередь сложного оборудования.

Известен также пакер для нагнетательной скважины [2], включающий корпус - нижний и верхний, между которыми установлен расширяемый патрубок, на наружной поверхности которого размещен уплотнительный элемент в виде эластичной оболочки и дорн (расширяющий конус), связанный с приводом, имеющим гидравлическую камеру (прототип).

Общим недостатком таких пакеров является необходимость осуществления дополнительных спускоподъемных операций, связанных с очисткой от продуктов коррозии, солеотложений и других включений места установки пакера, с извлечением дорна на дневную поверхность и спуском насосно-компрессорных труб (НКТ) для нагнетания воды в пласт. Это требует больших затрат времени и трудовых ресурсов. Кроме того, известные пакера не долговечны и не надежны, поскольку в процессе нагнетания воды в пласт с течением времени они смещаются с места установки от знакопеременных нагрузок и теряют герметичность.

Известен способ установки пакера в нагнетательной скважине, включающий очистку места установки пакера в стволе скважины от продуктов коррозии, солеотложений и других включений [3], спуск НКТ с пакером и перекрытие межтрубного пространства уплотнительным элементом пакера.

Недостатком известного способа являются большие затраты времени, поскольку он требует дополнительных спускоподъемных операций, связанных с очисткой стенки ствола скважины, а используемое устройство для очистки металлоемко.

Известен также способ установки пакера в нагнетательной скважине [2], включающий очистку стенки обсадной трубы в месте установки пакера от продуктов коррозии, солеотложений и других включений, спуск пакера на колонне НКТ до места его установки и фиксацию его расширяемым патрубком с пакерующим элементом с помощью дорна.

Недостатком его являются также большие затраты времени, связанные с очисткой ствола скважины в месте установки пакера, что также требует дополнительных спускоподъемных операций.

Кроме того, заякоривание пакера только расширяемым патрубком не обеспечивает достаточную долговечность и надежность работы пакера, поскольку в результате действия на него знакопеременных нагрузок пульсацией нагнетаемой жидкости происходит образование зазора между пакерующим элементом и стенкой скважины и попадание туда агрессивной жидкости. С течением времени этот зазор увеличивается до недопустимых размеров, пропуская тем самым закачиваемую жидкость в межтрубное пространство в больших объемах.

Техническим результатом изобретения является обеспечение надежности, долговечности и сокращение затрат времени за счет исключения дополнительных спускоподъемных операций.

Технический результат достигается тем, что в пакере, включающем спускаемый на насосно-компрессорных трубах (НКТ) корпус - верхний и нижний с присоединенным к ним расширяемым патрубком, на поверхности которого размещен уплотнительный элемент в виде эластичной оболочки, дорн, размещенный в корпусе, и гидравлическую камеру, дорн установлен в верхнем корпусе и выполнен полым, на его наружной поверхности выполнены кольцевые выступы на участках, устанавливаемых напротив уплотнительных элементов в конце процесса дорнования, и снабжен съемным клапаном, размещенным в его нижнем конце, а конец нижнего корпуса снабжен центратором с присоединительной резьбой для устройства по очистке места установки расширяемого патрубка и с выступающим вовнутрь кольцевым коническим выступом для заклинивания дорна, а гидравлическая камера образована полостью дорна с клапаном и полостями верхнего корпуса и НКТ.

Способ установки пакера в нагнетательной скважине характеризуется тем, что перед спуском его в скважину к верхнему корпусу присоединяют якорное устройство с фиксирующими элементами, выдвигаемыми под действием давления закачиваемой воды в пласт, а к нижнему корпусу присоединяют устройство по очистке места установки расширяемого патрубка от продуктов коррозии, солеотложений и других включений путем перемещения его в возвратно-поступательном направлении.

Приведенные чертежи поясняют суть изобретения, где на фиг.1 изображен общий вид пакерующего узла, где внутри верхнего корпуса размещен дорн, а к нижнему корпусу присоединен центратор, в частичном продольном разрезе; на фиг.2 - то же, в завершающей стадии дорнования расширяемого патрубка с уплотнительными элементами, где видны разобщенный участок скважины расширяемым патрубком с уплотнительными элементами, напротив последних установились дожимные кольцевые выступы дорна, в частичном продольном разрезе; на фиг.3 - общий вид схемы осуществления способа установки пакера, в завершающей стадии его установки в скважинных условиях, где видны якорное устройство, присоединенное к верхнему корпусу пакера, а к нижнему корпусу к его центратору присоединено очистное устройство стенок обсадной трубы; на фиг.4 - вид на Б фиг. 3, показан момент заякоривания пакера, когда фиксирующие элементы якорного устройства разместились в стыке обсадных труб, в разрезе; на фиг.5 - сечение по А-А фиг.3, показано расположение центрирующих выступов; на фиг.6 - очистное устройство, присоединяемое к нижнему корпусу пакера через центратор, общий вид; на фиг.7 - вид на II фиг.6, соединение патрубка с лопастями с помощью шарикоподшипника, в частичном разрезе; на фиг.8 - вид на I фиг.6, где видна лопасть с очистительными элементами - скребками и зубками.

Пакер для нагнетательных скважин содержит спускаемый на НКТ 1 корпус 2 и 3 - верхний и нижний соответственно (см. фиг.1 и 3), к которым присоединен расширяемый патрубок 4, на наружной поверхности которого размещены уплотнительные элементы 5 и 6 в виде эластичных оболочек. В полости верхнего корпуса 2 размещен дорн 7, выполненный полым, на его наружной поверхности выполнены кольцевые выступы 8 с дорнирующей конической поверхностью 9. Последние выполнены на участках, устанавливаемых напротив уплотнительных элементов 5 и 6 расширяемого патрубка 4. В нижней части дорна установлен съемный шариковый клапан 10. Конец верхнего корпуса 2 оканчивается резьбовой нарезкой 1 для присоединения якорного устройства 12 (см. фиг.3) с дискообразными фиксирующими элементами 13, выдвигаемыми под действием давления закачиваемой жидкости поршнем 14 с возможностью захода в стык 15 обсадных труб 16 и 17 (см. фиг. 4) и тем самым фиксировать (заякоривать) пакер, что даст возможность последнему находиться в неподвижном рабочем положении. Конец нижнего корпуса снабжен центратором 18, вовнутрь выступающим кольцевым коническим выступом 19 для заклинивания дорна 7 и резьбой 20 для присоединения очистного устройства 21 (см. фиг.6) с возможностью вращения на подшипниках 22, на лопастях 23 которого закреплены щетки 24.

Гидравлическая камера 25 пакера образована полостью дорна с клапаном, верхним корпусом и НКТ.

Последовательность способа установки пакера приведена в описании работы пакера.

Пакер работает следующим образом.

Его спускают в скважину на НКТ 1 с якорным 12 и очистительным устройствами до кровли продуктивного пласта 6, предварительно присоединив якорное устройство с нижним концом НКТ скважинным разъединителем труб, например, по патенту РФ [3] (на фигурах разъединитель не изображен). Затем закачкой воды с помощью насосного агрегата в НКТ создают давление, необходимое для выдвижения дискообразных фиксирующих элементов 13 до соприкосновения со стенками обсадных труб 7. Далее медленным перемещением НКТ вверх фиксирующими элементами 13 якорного устройства находят первый стык 15 над кровлей продуктивного пласта 26 обсадных труб 16 и 17. После этого закачав воды в межтрубное пространство, фиксирующие элементы 13 приводят в исходное положение и возвратно-поступательным перемещением НКТ ниже упомянутого стыка очищают место установки пакера от продуктов коррозии, солеотложений и других включений с помощью очистного устройства 21. При этом хорошие результаты очистки достигаются при одновременной закачке воды и создании перепада давления внутри НКТ, при котором дискообразные фиксирующие элементы 13 также одновременно принимают участие в очистке стенок обсадных труб, совмещенной с промывкой. По окончании операции очистки на седло клапана с устья бросают шар 10 и по вышеописанной технологии якорным устройством 12 производят заякоривание пакера. Затем повышают давление внутри НКТ до требуемой величины, при котором за счет перепада давления дорн 7 начинает перемещаться вниз и своим конусом 27 предварительно расширяет патрубок 4 с уплотнителями 5 и 6, а затем и конусом 9 расширяет его до плотного прилегания к стенке обсадной трубы 17. При завершающей стадии посадки пакера дорн 7 своим конусом 27 садится на кольцевой выступ 19 центратора 18, а кольцевые выступы 8 дорна оказываются при этом напротив уплотнительных элементов 5 и 6 (см. фиг.2), что регистрируется на устье скважины манометром повышением давления. Как видно, расширение патрубка 4 осуществляется в два приема, что дает возможность установки пакера в щадящем режиме, исключает образование продольных микротрещин, а кольцевые выступы 8, установленные напротив уплотнительных элементов 5 и 6, дожимают их, исключая тем самым действие остаточной упругой деформации расширенного патрубка, не только в момент дожима, но и в последующие годы эксплуатации пакера. Затем клапан 10 удаляют одним из известных методов, например срезанием штифтов седла клапана, после чего работа по установке пакера считается законченной, и скважину ставят на нагнетание жидкости в пласт. При необходимости подъема НКТ на поверхность по техническим причинам, например при нарушении герметичности резьбовых соединений, их отсоединяют от якорного устройства с помощью находящегося там разъединителя.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в следующем.

Выполнение пакера такой конструкции обеспечивает повышение надежности и качестве герметизации, следовательно, увеличение эксплуатационных сроков службы пакера, а выполнение гидравлической камеры такой конструкции обеспечивает установку пакера при значительно меньшем гидравлическом давлении. Способ его установки исключает дополнительные спускоподъемные операции, связанные с подготовкой места его установки, подъемом дорна на дневную поверхность и спуском НКТ для нагнетания на ней воды в пласт.

Источники информации 1. Патент РФ 2143053, кл. Е 21 В 33/12, опубл. в БИ 35/99.

2. А.С. СССР 1726730, кл. Е 21 В 33/12, опубл. в БИ 14/92.

3. Патент РФ 2136840, кл. Е 21 В 17/06, опубл. в БИ 25/99.

Формула изобретения

1. Пакер для нагнетательной скважины, включающий спускаемый на насосно-компрессорных трубах (НКТ) корпус - верхний и нижний с присоединенным к ним расширяемым патрубком, на поверхности которого размещен уплотнительный элемент в виде эластичной оболочки, дорн, размещенный в корпусе, и гидравлическую камеру, отличающийся тем, что дорн установлен в верхнем корпусе и выполнен полым, на его наружной поверхности выполнены кольцевые выступы на участках, устанавливаемых напротив уплотнительных элементов в конце процесса дорнования, и снабжен съемным клапаном, размещенным в его нижнем конце, а конец нижнего корпуса снабжен центратором с присоединительной резьбой для устройства по очистке места установки расширяемого патрубка и с выступающим вовнутрь кольцевым коническим выступом для заклинивания дорна, а гидравлическая камера образована полостью дорна с клапаном и полостями верхнего корпуса и НКТ.

2. Способ установки пакера для нагнетательной скважины по п. 1, характеризующийся тем, что перед спуском его в скважину к верхнему корпусу присоединяют якорное устройство с фиксирующими элементами, выдвигаемыми под действием давления закачиваемой воды в пласт, а к нижнему корпусу присоединяют устройство по очистке места установки расширяемого патрубка от продуктов коррозии, солеотложений и других включений путем перемещения его в возвратно-поступательном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8