Устройство для одновременной эксплуатации нескольких продуктивных пластов одной скважины

 

Г.С. Купин, В.A. Киреев, Е.Г. Иясковский, Я.С. Икртычан, P.В. Иамаев и В.П. Пирогов (72) Авторы изобретеиия

Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов 1 .":, (Vl ) Заввнтель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

НЕСКОЛЬКИХ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ ОДНОЙ СКВАЖИНОЙ

Изобретение относится к добыче текучих полезных ископаемых, в частности к устройствам для одновременной эксплуатации нескольких продуктивных пластов одной скважиной, и может быть использовано, например, в нефтяной и газовой промышленности.

Известно устройство для одновременной эксплуатации нескольких продуктивных пластов одной скважиной, выполненные в виде двух или более установленных в скважине колонн труб, каждая из которых эксплуатирует свой пласт. Регулирование отбора из пласта может осуществляться при помощи установленных на устье скважины дросселирующих устройств (lj.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно сравнительно дорого из-за необходимости использования двух или более колонн дорогостоящих труб. Кроме того, число одновременно эксплуатируемых пластов ограничено из-за малого диI) аиетра скважин и необходимости раЗмещения всех колонн труб в одной скважине. При этом возможности проведения некоторых исследований в процессе эксплуатации весьма затруднены.

Известно также устройство для одновременной эксплуатации нескольких продуктивных пластов одной скважиной, выполненное в виде, расположенных в корпусной детали, регулирующих клапанных втулок, снабженных проходными каналами и захватными элементами и управляемых с дневной поверхности при помощи механизма управления, снабженного ответным захватным элементом (2g.

Недостатками этого устройства являются невозможность регулирования дебита пластов со значительными

Ю перепадами давления между пластами, сложность управления клапанными втулками из-за трудностей, связанных с селективным перемещением клапанных втулок и с обеспечением точного

907225 4

55 управления моментом схватывания и отпускания втулок механизмом управления.

Цель изобретения - обеспечение возможности регулирования дебита пластов при значительных межпластовых перепадах давления, обеспечение возможности селективного перемещения клапанных втулок вверх и/или вниз, повышение точности управления моментом схватывания и отпускания клапанных втулок механизмом управления °

Цель достигается тем, что захватные элементы клапанных втулок расположены выше проходных каналов, а механизм управления выполнен в аиде двух радиально подпружиненных и кинематически связанных между собой полувтулок, на которых расположен захватный,механизм управления.

Кроме того, захватный элемент механизма управления выполнен с торцовой рабочей поверхностью с од" ной стороны и с конусообразной поверхностью с другой.

Захватные элементы клапанных втулок выполнены в виде кольцевых выступов с разной длиной, уменьшающейся в сторону забоя скважины, а подпружиненные полувтулки механизма управления снабжены сменными вкладышами с выполненными в них канавками, длина которых соотвествует длине кольцевых выступов клапанных втулок.

Помимо этого, на корпусной детали выполнены кольцеобразные выступы, а на полувтулквх механизма управления выполнены сменные и/или установочно подвижные выступы для взаимодействия с выступами на корпусной детали.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема размещения в скважине предлагаемого устройства; на фиг.

2 - схема механизма управления перемещением клапанных втулок; на фиг. 3конструкция одного из клапанов устройства.

Предлагаемое устройство расположено в скважине 1, эксплуатирующей одновременно продуктивные пласты

2 - 1. Оно состоит из последователь» но размещенных в скважине клапанов

5 - 7, которые выполнены в виде расположенных в корпусной детали 8 (совмещенной в данном случае с колонной труб) клапанных втулок 9-11, 5

1О

$5

25 зю

4в имеющих каждая несколько рядов проходных каналов 12, взаимодействующих с проходными каналами 13 в теле корпусной детали 8. Затрубное пространство Ilt герметизировано между пластами 2-ч я херами

15-17, Перемещение клапанных агулок 9-11 по отношению к корпусной детали 8 осуществляют при помощи механизма 18 управления с базой

19, подвешенного на тросе 20 и управляемого с дневной поверхности.

Базовый элемент 19 механизма 18 управления взаимодействует с захватными элементами 21-23 клапанных втулок 9-11.

Механизм управления (фиг. 2) выполнен из двух полувтулок 24, радиально подпружиненных пружинами 25 и 26 и кинематически связанных между собой при помощи шарнирного устройства, состоящего из тяги 27 с ушками 28; взаимодействующими с рычагами 29.

Рычаги 29 соединены шарнирами 30 с тягой 27 и шарнирами 31 и 32 с обеими полувтулками. Обе полувтулки имеют один общий базовый захватный элемент в виде канавки 33, взаимодействующей с ответными выступами, образующими захватные элементы клапанных втулок 9- 11. Полувтулки снабжены сменными вкладышами 3ч, в которых расположены канавки 33. Канавки 33 выполнены с торцовой поверхностью Т с одной стороны и с конусообразной поверхностью К - с другой.

Число сменных вкладышей к захватному элементу соответствует числу клапанных втулок - в данном случае их три. Длина выступов захватных элементов 21-23 клапанных втулок 9-11 различна и уменьшается в сторону забоя скважины. Соответственно этому вкладыши 34 имеют разную длину канавки, уменьшающуюся также в сторону забоя скважины и соответствующую длинам выступов клапанных втулок.

На полувтулках имеется два основных ряда выступов 35 и 36 и один или несколько дополнительных рядов кольцеобразных выступов 37. Выступы

35 и 36 являются кольцевыми и могут быть выполнены воедино с телом полувтулок. Кольцеобразные выступы 37 могут быть выполнены, например, в виде бобышек, причем они выполняются съемными и/или установочно подвижными (переставными) для управления

907225 ь моментом схаватывания и отпускания клапанных втулок механизмом управления. Выступы 37 могут крепиться на полувтулках любым известным способом, например при помощи винтов 38. В теле полуетулок выполнены ряды крепежных отверстий 39 для перестановки сменных выступов 37. Полувтулки охвачены гильзой 40, в которой могут быть выполнены отверстия 41 под проход крепежных винтов 38.

В верхней части механизм управления соединен с яссом (не показан) через переходник 42, в расточку которого введены концы полувтулок

24, а в нижней части выполнен другой переходник 43, который входит в гильзу 40 и прикреплен к ней при помощи винтов 44. Оба переходника 42 и 43 снабжены соединительной резьбой 45 и 46, при помощи которой они крепятcR к ударному устройству (не показано), осуществляющему передачу усилия для перемещения клапанных втулок относительно корпусной детали 8.

Каждый из клапанов (фиг. 3), например верхний, состоит из расположенной в корпусной детали 8 клапанной втулки 9, имеющей захватный элемент 21 с определенной длиной

1 выступа. Клапанная втулка 9 фиксируется относительно корпусной детали 8 при помощи упругого кольцевого фиксатора 47, входящего е кольцевые канавки 48, выполненные для этой цели в теле корпусной детали 8, причем е количестве, соответствующем числу фиксированных положений клапанной втулки 9. В данном случае в клапанной втулке 9 выполнено три ряда проходных каналов, а именно отверстий 49. В корпусной детали 8 выполнено также три ряда проходных отверстий 50 — 52 (в принципе количество рядов как в клапанной втулке, так и в корпусной детали может быть и большим).

Суммарное число рядов проходных отверстий в корпусной детали и в клапанной втулке определяет число ступеней регулирования, а следовательно, число фиксированных положений клапанной втулки. Для повышения долговечности в отверстиях установлены иэносостойкие вставки 53.

Ряды отверстий герметизированы между собой уплотнительными кольцами

5 о

l5 го г5 зо

54, которые служат одновременно для уплотнения зазора между клапанной втулкой и корпусной деталью.

На корпусной детали имеются,акже выступы 55 и 56, которые управляют моментом схватывания и отпускания клапанной втулки 9 механизмом управления и которые могут располагаться как выше, так и ниже проходных отверстий. Захватный элемент 21 для повышения надежности при использовании устройства в условиях значительных межпластовых перепадов давления должен располагаться только выше проходных каналов.

Устройство работает следующим образом.

По мере отработки пластов, е зависимости от темпа падения давления в них, изменения емкостных и фильтрационных характеристик, наличия или отсутствия водопрояелений, появляется необходимость перераспределения притока продукта из пластов к скважине для обеспечения более равномерной отработки пластов и продления безводного периода эксплуатации скважины. Такое перепаспределение осуществляют изменением гидравлического сопротивления проходных каналов пластовых клапанов, т.е. перемещением клапанных втулок с цепью увеличения или уменьшения числа рядов открытых проходных каналов.

Предположим, что в начальный период эксплуатации все клапаны полностью открыты для обеспечения максимального дебита иэ всех пластов, В процессе проведенных исследований установлено, что дебит из пласта 2 надо. уменьшить, оставив открытыми два нижних ряда отверстий в корпусной детали (для чего клапанную втулку 9 надо переместить вверх); дебит пласта 3 уменьшить еще больше, оставив открытым только верхний ряд проходных каналов (для чего клапанную втулку 10 надо переместить вверх); дебит пласта 4 осатвить беэ изменений.

Перемещение клапанной втулки вниз осуществляется следующим образом.

Механизм 18 управления на тросе

20 опускают в скважину 1 до тех пор, пока его выступ 36 не достигнет выступа- 55 на корпусной детали 8. llaлее ударным устройством (не показано) принудительно продвигают механизм управления дальше. В результате этого

7225 8 щей данной клапанной втулке длиной канавки 33.

По окончании манипуляций с данной втулкой механизм управления вынимают на поверхность (коническая поверхность К не мешает его выемке) 7 90 полувтулки 24, благодаря взаимодействию конических поверхностей выступов 35 и 55 сжимаются," преодолевая усилие пружин 25 и 26, и механизм управления проходит дальше до тех пор, пока все его выступы не пройдут через соответствующие выступы корпусной детали 8 и захватного элемента 2 и пока этот элемент 21 не войдет в канавку 33 механизма управления. При этом под действием пружин 25 и 26 полувтулки расходятся, фиксируя схватывание клапанной втулки 21 механизмом 18.

Продвижение механизма управления производят несильными ударами (ориен тировочное расчетное усилие удара

15-20 кГ}, При схватывании клапанной втулки механизмом управления дальней шее его продвижение возможно только . вместе с втулкой, но удары с таким усилием не смогут продвинуть втулку„ поскольку упругий кольцевой фиксатор 47 должен быть рассчитан на усилие удара ориентировочно в

250-300 кГ. Таким образом, продвижение механизма управления через выс туп 55 и захватный элемент 21 клапан ной втулки 9 должно производиться с ударным усилием 15-20 кГ практи" чески до тех пор, пока торцовая поверхность Т канавки 33 не упрется в верхнюю торцовую поверхность

Т захватного элемента 21 клапанной втулки 9. Этот момент на дневной поверхности фиксируют по прекращению дальнейшей подачи управляющего троса 20.

1 о

3О

После этого ударом с усилием

250-300 кГ смещают клапанную втулку 9 вниз (что также легко контролируется наверху по движению троса) до тех пор, пока выступ 37 не достигнет выступа 56, сожмет полувтулки

24 и выведет захватный элемент 21 клапанной втулки 9 из контакта с канавкой 33 механизма управления, Расстояние между выступом 37 и канавкой 33 влияет на величину продвижения клапанной втулки 9, в связи с чем перед спуском механизма управления в скважину это расстояние устанавливается оператором при помощи перестановки сменного выступа на соответствующее место. Точно так же перед спуском механизма управления должен быть установлен соответствующий вкладыш 34 с соответствуюи подготавливают для работы со следующей клапанной втулкой. Для этого механизм управления и/или вкладыш

34 переворачивают, причем вкладыш" заменяют на тот, который соответствует длине захватного элемента-выступа следующей подлежащей перемещению втулки. Кроме этого, в зависимости от того, на какое расстояние надо эту втулку передвинуть, переставляет выступ 37 на механизме управления.

После окончания этих подготови.тельных работ механизм управления опускают в скважину. Под действием пегких ударов он проходит через все выступы первой клапанной втулки. При этом на захватном элементе-выступе первой клапанной втулки он не задерживается, ибо длина канавки замененного вкладыша 34, предназначенного для захватывания второй клапанной втулки 10, меньше длины захватного выступа первой клапанной втулки 9. Дойдя до клапанной втулки 10, / механизм управления продвигается по ней до тех пор, пока его канавка

33 на захватит выступ втулки 10.

Может так случиться, что механизм управления "проскочит" точку схваты вания. Это не страшно. При обратном ходе вверх он рано или поздно придет в нужную точку и торцовая поверхность

Т, которая теперь находится ниже конической поверхности К, упрется в нижний торец захватного выступа подлежащей перемещению втулки 10.

Дальнейшее принудительное продвижение механизма управления вызовет перемещение схваченной им клапанной втулки вверх до тех пор, пока соответствующий дополнительный выступ втулки,"ведающий" моментом схватывания и отпускания, не придет во взаимодействие с соответствующим выступом корпусной детали 8, в результате чего полувтулки 24 механизма управления сожмутся и отпустят захватный элемент 21 клапанной втулки. После этого дальнейшему движению механизма управления вверх без втулки ничто не мешает и он извлекается из скважины, 9 90722 которая готова для дальнейшей эксплуатации с новым соотношением пластовых дебитов.

Предлагаемое устройство по сравнению. с известным имеет, большую простоту обспуживания, меньшее количество манипуляций для осуществления перераспределения пластовых дебитов, меньшая зависимость усилия перемещения клапанной втулки с механизмом 10 управления от величины межпластового перепада давления. Описанное исполнение механизма управления в данном устройстве не только гозволяет вообще осуществить данное техничес- 15 кое решение, но и может быть использовано для управления открытием и закрытием управляющих органов межпластовых пакеров в случае выполнения их гидравлическими или механи- щ ческими.

Формула изобретения

1. Устройство для одновременной эксплуатации нескольких продуктивных пластов одной скважиной, выполненное в виде, расположенных в кор" пусной детали, регулирующих клапанных втулок, снабженных проходными каналами и захватными элементами и управляемых с дневной поверхности при помощи механизма управления, снабженного ответным захватным элементом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности регулирования дебита пластов при значительных межпластовых перепадах давления, захватные элементы клапанных втулок расположены выше проходных каналов, а механизм (25

5

10 управления выполнен в виде двух радиально подпружиненных и кинематически связанных между собой полувтулок, на которых расположен за ватный элемент механизма управления, 2, Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности селективного перемещения клапанных втулок вверх и/или вниз, захватный элемент механизма управления выполнен с торцовой рабочей поверхностью с одной стороны и с конусообразной поверхностью с другой, 3. Устройство по nn. l и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что захватные элементы клапанных втулок выполнены в виде кольцевых выступов с разной длиной, уменьшающейся в сторону забоя скважины, а подпружиненные полувтулки механизма управления снабжены сменными вкладышами с выпол ненными в них канавками, длина которых соответствует длине кольцевых выступов клапанных втулок.

4. Устройство по пп. 1-3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью точного управления моментом схватывания и отпускания клапанных втулок механизмом управления, на корпусной детали выполнены кольцеобразные " выступы, а на полувтулках механизма управления выполнены сменные и/или установочно подвижные выступы для взаимодействия с выступами на корпусной детали.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

tF 96384, кл. E 21 B 43/14, 1951.

2. Патент Англии М 1152214, кл. E 21 8 43/14, 1969 °