RU181716U1

RU181716U1 - FOLT HYDRAULIC CLUTCH WITH SOLUBLE SEAT

Info

Publication number: RU181716U1
Application number: RU2017146438U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Никель; Виктор Иванович Сатаев; Евгений Николаевич Андронов
Original assignee: Акционерное общество "ОКБ Зенит" АО "ОКБ Зенит"
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2018-07-26

Abstract

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к оснастке обсадных колонн. Муфта (муфты) ГРП (гидроразрыва пласта) входит в состав колонны подвесного оборудования (хвостовика) и может быть использована при строительстве скважин для добычи нефти. Задачей полезной модели является обеспечение проведения операции гидроразрыва пласта и удаление седел муфт ГРП после проведения операции путем их самопроизвольного растворения в скважинной среде. Муфта для гидроразрыва пласта (ГРП) с растворимым седлом, состоящая из полого цилиндрического корпуса с выполненными в нем окнами, верхнего и нижнего переводников, закрывающего поршня, открывающего поршня с посадочным седлом под шар, состоящим из первой детали, изготовленной из первого материала, второй детали с посадочным местом под шар и третьей детали, изготовленных из второго материала. Для облегчения удаления седла муфты из скважины его детали выполнены из материалов, обеспечивающих растворение седла с разной скоростью до и после проведения операции гидроразрыва пласта. Седло муфты предназначено для обеспечения посадки шара, перемещения открывающего поршня и открытия окон в корпусе для проведения работ по гидроразрыву пласта и выполнения муфтой ГРП функции сообщения внутриколонного пространства и заколонного пространства при создании в ее внутренней полости требуемого давления. Активация муфты происходит при посадке шара в процессе проведения работ по ГРП во время прокачивания жидкости для гидроразрыва. После проведения операции по гидроразрыву пласта все детали седла муфты растворяются в скважинной среде.The utility model relates to the oil industry, namely to the rigging of casing strings. The hydraulic fracturing (s) clutch (s) is part of the suspension equipment string (liner) and can be used in the construction of wells for oil production. The objective of the utility model is to ensure hydraulic fracturing and removal of hydraulic fracturing saddles after the operation by spontaneous dissolution in the well environment. Fracturing clutch (Frac) with a soluble seat, consisting of a hollow cylindrical body with windows made therein, an upper and lower sub, a closing piston, an opening piston with a seating seat under a ball, consisting of a first part made of the first material, the second part with a seat for a ball and a third part made of a second material. To facilitate the removal of the coupling saddle from the well, its parts are made of materials providing dissolution of the saddle at different speeds before and after the hydraulic fracturing operation. The saddle of the coupling is designed to ensure ball seating, moving the opening piston and opening the windows in the housing for hydraulic fracturing and to perform the function of the hydraulic fracturing coupling to communicate the annulus and annulus when the required pressure is created in its internal cavity. Clutch activation occurs when the ball is planted during hydraulic fracturing while pumping hydraulic fracturing fluid. After the hydraulic fracturing operation, all parts of the coupling saddle dissolve in the borehole environment.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к оснастке обсадных колонн. Муфта (муфты) ГРП (гидроразрыва пласта) с растворимым седлом входят в состав колонны подвесного оборудования (хвостовика) и могут быть использованы при строительстве скважин для добычи нефти. Седло муфты предназначено для обеспечения посадки шара при проведении работ по гидроразрыву нефтеносного пласта и обеспечивает выполнение муфтой ГРП функции сообщения внутриколонного пространства и заколонного пространства при создании во внутренней полости требуемого давления. Активация муфты происходит при посадке шара в процессе проведения работ по ГРП во время прокачивания жидкости для гидроразрыва. После выполнения операции ГРП седло муфты удаляется в результате коррозии и растворения в скважинной среде.The utility model relates to the oil industry, namely to the rigging of casing strings. The hydraulic fracturing clutch (s) with soluble saddle are a part of the suspension equipment string (liner) and can be used in the construction of wells for oil production. The coupling seat is designed to provide ball seating during hydraulic fracturing of the oil reservoir and ensures that the hydraulic fracturing sleeve performs the function of communicating the annular space and annular space when the required pressure is created in the internal cavity. Clutch activation occurs when the ball is planted during hydraulic fracturing while pumping hydraulic fracturing fluid. After the hydraulic fracturing operation, the coupling saddle is removed as a result of corrosion and dissolution in the borehole environment.

Известен способ контролируемой коррозии изделия в открытом стволе скважины (патент US 20130032357 А1 МПК C25F 3/02, C25F 7/00, Е21В 23/00 опубликовано 7.02.2013 г.), согласно патенту посадочное седло под шар для проведения гидроразрыва пласта может быть сформировано из элементов, один из которых корродирует в скважинной среде и удаляется из скважины путем растворения в результате электрохимической коррозии. Первый элемент седла выполнен из материала, имеющего высокую гальваническую активность, например из магниевого сплава и являющийся анодом, второй элемент выполнен из коррозионно-стойкого материала с низкой гальванической активностью, например из стали или сплава, содержащего Cu, Со, Fe, Ni являющийся катодом. При выполнении скважинной операции и контактировании двух элементов в скважинной среде, представляющей собой пластовую воду с растворенными солями NaCl, KCl и являющейся электролитом, создается электрохимический потенциал между материалами и возникает электрохимическая коррозия, в результате которой растворяется первый элемент седла. Недостатками данного способа контролируемой коррозии посадочного седла являются обеспечение гарантированного контакта между элементами седла в присутствии скважинной среды для возникновения электрохимической коррозии, что сопряжено с вероятностью отсутствия контакта от сильного загрязнения поверхности и частичное удаление элементов седла, что предполагает последующие работы по физическому (механическому) удалению оставшихся элементов.A known method of controlled corrosion of the product in an open borehole (patent US 20130032357 A1 IPC C25F 3/02, C25F 7/00, EV 21/00 published on 02/23/2013), according to the patent, a seating seat under the ball for hydraulic fracturing can be formed from elements, one of which corrodes in the borehole medium and is removed from the well by dissolution as a result of electrochemical corrosion. The first element of the saddle is made of a material having high galvanic activity, for example, of a magnesium alloy and being an anode, the second element is made of a corrosion-resistant material with low galvanic activity, for example of steel or an alloy containing Cu, Co, Fe, Ni, which is a cathode. When performing a well operation and contacting two elements in a well environment, which is produced water with dissolved salts of NaCl, KCl and is an electrolyte, an electrochemical potential is created between the materials and electrochemical corrosion occurs, as a result of which the first element of the saddle dissolves. The disadvantages of this method of controlled corrosion of the saddle seat are to ensure guaranteed contact between the saddle elements in the presence of a borehole environment for the occurrence of electrochemical corrosion, which is associated with the likelihood of no contact from severe surface contamination and partial removal of the saddle elements, which involves subsequent work on the physical (mechanical) removal of elements.

Известен способ удаления корродирующего изделия из скважинной среды (патент US 20120318513 А1 МПК Е21В 37/06, B05D 1/18, C25D 3/00, Е21В 33/12 опубликовано 20.12.2012 г.), заключающийся в том, что посадочное седло под шар для проведения ГРП выполнено из двух материалов один из которых корродирует и растворяется в скважинной среде после разрушения материала применяемого в качестве поверхностного защитного слоя. В рассматриваемом способе посадочное седло под шар состоит из двух материалов, первый материал является коррозионно-активным и выполнен как сердечник седла, второй материал является устойчивым к коррозии и служит защитным покрытием для первого материала. При проведении операции гидроразрыва пласта второй материал являющийся защитным покрытием истирается от воздействия пропанта, воздействия специальным инструментом либо от химического травления, либо при сочетании указанных воздействий, после чего происходит посадка шара активация устройства и растворение первого материала. Недостатком данного способа удаления изделия из скважинной среды является дополнительное воздействие на седло механическим либо химическим способом для удаления защитного слоя материала, что предполагает невозможность контроля равномерности удаления защитного слоя в зоне посадки шара и дополнительные временные и экономические затраты.A known method of removing a corrosive product from a well environment (patent US 20120318513 A1 IPC Е21В 37/06, B05D 1/18, C25D 3/00, ЕВВ 33/12 published on December 20, 2012), which consists in the fact that the seat seat under the ball for hydraulic fracturing, made of two materials, one of which corrodes and dissolves in the borehole medium after the destruction of the material used as a surface protective layer. In the method under consideration, the seating seat for a ball consists of two materials, the first material is corrosive and made as the core of the seat, the second material is corrosion resistant and serves as a protective coating for the first material. During the hydraulic fracturing operation, the second material, which is a protective coating, is abraded from the effects of proppant, exposure to a special tool, or from chemical etching, or a combination of these effects, after which the ball lands, activates the device and dissolves the first material. The disadvantage of this method of removing the product from the borehole medium is the additional impact on the seat with a mechanical or chemical method to remove the protective layer of material, which implies the inability to control the uniformity of removal of the protective layer in the ball landing zone and additional time and economic costs.

Известна разрывная муфта и положительная индикация открытия муфты для гидроразрыва (патент RU 2611083 С2 МПК Е21В 34/06, Е21В 43/26 опубликовано 21.02.2017 г.), состоящая из верхней части, корпуса с выпускными отверстиями с установленной в нем перемещаемой втулкой с седлом под шар, нижней части и разрывного пояса закрывающего выпускные отверстия в корпусе, предназначенного для защиты от загрязнения. Муфта спускается в скважину в составе компоновки, при этом перемещаемая втулка с седлом находится в положении закрывающем выпускные отверстия в корпусе, затем сбрасывается и прокачивается шар до установки в седло, при дальнейшем повышении давления срезается удерживающее устройство и втулка с седлом перемещается, открывая отверстия в корпусе муфты и разрушая разрывной пояс, далее осуществляется прокачка пропанта и гидроразрыв пласта. После выполнения операции гидроразрыва пласта скважина промывается, затем осуществляется фрезерование для разбуривания седла и шара. Седло может быть изготовлено из чугуна, чтобы облегчить фрезерование и шар может быть изготовлен из алюминиевого сплава или композита.Known rupture clutch and a positive indication of the opening of the clutch for hydraulic fracturing (patent RU 2611083 C2 MPK Е21В 34/06, ЕВВ 43/26 published 02/21/2017), consisting of the upper part, the housing with exhaust holes with a movable sleeve with a saddle installed in it under the ball, the lower part and the tearing belt covering the outlet in the housing, designed to protect against pollution. The sleeve is lowered into the well as part of the arrangement, while the movable sleeve with the seat is in the position that covers the outlet openings in the body, then the ball is dropped and pumped before being installed in the seat, with a further increase in pressure, the holding device is cut off and the sleeve with the seat moves, opening holes in the body couplings and destroying the bursting belt, then proppant pumping and hydraulic fracturing are carried out. After the hydraulic fracturing operation is completed, the well is washed, then milling is performed to drill the saddle and ball. The saddle can be made of cast iron to facilitate milling and the ball can be made of aluminum alloy or composite.

Недостатком данной муфты является необходимость выполнения операции по фрезерованию седла для разбуривания, что приводит к экономическим и временным затратам.The disadvantage of this coupling is the need to perform operations for milling the saddle for drilling, which leads to economic and time costs.

Задачей полезной модели является обеспечение проведения операции гидроразрыва пласта и снижение временных и экономических ресурсов на механическое удаление седел муфт ГРП после проведения операции гидроразрыва пласта, путем растворения посадочного седла муфты в скважинной среде.The objective of the utility model is to ensure hydraulic fracturing operations and reduce the time and economic resources for the mechanical removal of hydraulic fracturing saddles after hydraulic fracturing operations by dissolving the coupling seating saddle in the borehole environment.

Заявленная полезная модель дает технический результат, который выражается в растворении элементов седла муфты ГРП в течение определенного интервала времени, после проведения операции по гидроразрыву пласта без дополнительных операций по воздействию на элементы седла - такие как механическое, химическое либо иное воздействие не связанное с активацией муфты ГРП, и обеспечении внутреннего проходного диаметра в «хвостовике» для дальнейшей эксплуатации. При этом растворение седла осуществляется в естественной скважинной среде и пластовой воде различной плотности и температуры.The claimed utility model gives a technical result, which is expressed in the dissolution of the components of the hydraulic fracturing sleeve during a certain period of time, after hydraulic fracturing without additional operations on the elements of the hydraulic fracture - such as mechanical, chemical or other effects not associated with the activation of the hydraulic fracturing , and ensuring the inner bore diameter in the "shank" for further operation. In this case, the dissolution of the saddle is carried out in a natural well environment and produced water of various densities and temperatures.

Предложенное устройство обладает новизной и промышленной применимостью. Устройств с заявленной совокупностью отличительных признаков в патентной и научно-технической литературе не выявлено. Это определяет соответствие полезной модели критерию «новизна». Промышленная применимость подтверждается проведенными заводскими и натурными испытаниями на объектах нефтегазодобывающей промышленности.The proposed device has novelty and industrial applicability. Devices with the claimed combination of distinctive features in the patent and scientific literature are not identified. This determines the compliance of the utility model with the criterion of "novelty." Industrial applicability is confirmed by factory and field tests at oil and gas production facilities.

Сущность и принцип действия предложенной полезной модели представлен на рисунках и заключается в том, что муфта ГРП с растворимым седлом, изображенная на фиг. 1, состоящая из переводника верхнего 6, переводника нижнего 7, закрывающего поршня 8, открывающего поршня 4 с седлом, представляющим собой сборку из трех деталей, выполненных из коррозионно активных материалов с разной скоростью коррозии, с винтами срезными 9, установленными в корпусе муфты 5 с окнами 10. Седло муфты представленное на фиг. 2 состоит из первой детали 1, выполненной из материала с высокой скоростью коррозии (от 0,22 мм/час до 1,22 мм/час в коррозионной среде являющейся водными растворами KCl, NaCl с концентрацией от 10 г/л до 80 г/л), второй 2 и третьей 3 деталей выполненных из материала с низкой скоростью коррозии (от 0,0014 мм/час до 0,0035 мм/час в коррозионной среде являющейся водными растворами KCl, NaCl с концентрацией от 30 г/л до 152 г/л). Коррозионная среда в рассматриваемом варианте исполнения представлена минерализованной пластовой водой и нефтью с присутствующими в их составе растворами солей KCl, NaCl. Первая деталь 1, выполненная из материала с более высокой скоростью коррозии, является основой седла и обладает прочностью, позволяющей выдерживать давление после посадки шара, и закрыта от внешней коррозионной среды деталью 2 и деталью 3, а герметичность обеспечивается уплотнительными кольцами 10 и 11 для предотвращения преждевременной коррозии и растворения. Детали 2 и 3 выполнены из материала с более низкой скоростью коррозии и обеспечивают сохранение размеров посадочного места под шар в течение определенного времени нахождения в скважине до проведения операции гидроразрыва пласта. После посадки шара 14 в седло, как показано на фиг. 2, и повышения давления, происходит срез винтов 9 и активация муфты, при этом открывающий поршень 4 смещается и открывает окна 10 в корпусе муфты 5 как показано на фиг. 3, для проведения гидроразрыва пласта, стопорное кольцо 11 не допускает обратного перемещения поршня. Шар 14 выполнен из растворимого в скважинной среде материала. После завершения операции гидроразрыва пласта детали 2 и 3, а также шар 14, корродируют и растворяются в течение определенного времени, обеспечивая затем доступ коррозионной среды к первой детали 1, вступающей в реакцию с коррозионной средой и растворяющейся за короткий промежуток времени, обеспечивая максимальный проходной внутренний диаметр в открывающем поршне для прохождения оборудования при проведении необходимых работ. Таким образом путем сложения скоростей растворения разных материалов обеспечивается общая скорость растворения и удаление изделия из скважины без необходимости фрезерования. При необходимости окна в корпусе 5 могут быть закрыты закрывающим поршнем 8 с помощью специального инструмента.The essence and principle of operation of the proposed utility model is shown in the figures and consists in the fact that the hydraulic fracturing sleeve with a soluble seat, shown in FIG. 1, consisting of an upper 6 sub, a lower 7 sub, a closing piston 8, an opening piston 4 with a saddle, which is an assembly of three parts made of corrosion-active materials with different corrosion rates, with shear screws 9 installed in the coupling body 5 s windows 10. The coupling seat shown in FIG. 2 consists of the first part 1, made of a material with a high corrosion rate (from 0.22 mm / hour to 1.22 mm / hour in a corrosive environment, which is an aqueous solution of KCl, NaCl with a concentration of from 10 g / l to 80 g / l ), the second 2 and third 3 parts made of a material with a low corrosion rate (from 0.0014 mm / hour to 0.0035 mm / hour in a corrosive environment that is aqueous solutions of KCl, NaCl with a concentration of from 30 g / l to 152 g / l). The corrosion medium in the considered embodiment is represented by mineralized formation water and oil with the solutions of KCl and NaCl salts present in their composition. The first part 1, made of a material with a higher corrosion rate, is the basis of the seat and has the strength to withstand pressure after the ball is planted, and is closed from the external corrosive environment by part 2 and part 3, and the sealing is ensured by o-rings 10 and 11 to prevent premature corrosion and dissolution. Parts 2 and 3 are made of material with a lower corrosion rate and ensure that the dimensions of the seat under the ball are maintained for a certain time spent in the well before the hydraulic fracturing operation. After seating the ball 14 in the seat, as shown in FIG. 2 and pressure increase, the screws 9 are cut off and the clutch is activated, while the opening piston 4 is displaced and opens the windows 10 in the clutch case 5 as shown in FIG. 3, for hydraulic fracturing, the retaining ring 11 does not allow reverse movement of the piston. The ball 14 is made of a material soluble in the borehole medium. After the completion of the hydraulic fracturing operation, parts 2 and 3, as well as the ball 14, corrode and dissolve over a certain time, then providing access to the first medium 1, which reacts with the corrosive medium and dissolves in a short period of time, providing maximum internal passage diameter in the opening piston for the passage of equipment during the necessary work. Thus, by adding the dissolution rates of different materials, the overall dissolution rate and removal of the product from the well without the need for milling is ensured. If necessary, the windows in the housing 5 can be closed with a closing piston 8 using a special tool.

Claims

1. The hydraulic fracturing (hydraulic fracturing) coupling with a soluble seat, consisting of an upper sub, a case with windows with a closing piston installed in it, an opening piston with a soluble saddle and a lower sub, characterized in that the saddle in the opening piston consists of parts made of soluble materials having different dissolution rates.

2. The hydraulic fracturing sleeve with a soluble saddle according to claim 1, characterized in that the saddle, consisting of three parts, is assembled so that the first part, made of the first material with a high dissolution rate, is protected from the effects of the corrosive environment of the well using the second and third parts made of a second material with a low dissolution rate.

3. The hydraulic fracturing sleeve with a soluble seat according to claim 2, characterized in that the dissolution time of the second and third parts made of the second material is regulated depending on the thickness of the parts, with a decrease in thickness, the dissolution time decreases, with an increase in thickness the dissolution time increases.

4. The hydraulic fracturing sleeve with a soluble seat according to claim 2, characterized in that the dissolution time of the first part made of the first material, the second and third parts made of the second material, is regulated depending on the chemical composition of the first and second materials used, as in side to increase the dissolution time, and to decrease the dissolution time.

5. The hydraulic fracturing sleeve with a soluble seat according to claim 2, characterized in that the second part is coated with a polymer material in the area of the ball seating to prevent its premature corrosion.