Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к разобщению пластов с целью селективного исследования в процессе освоения и эксплуатации вертикальных и горизонтальных скважин. The invention relates to the oil and gas industry, in particular to the separation of layers for the purpose of selective research in the process of development and operation of vertical and horizontal wells.
Известен гидравлический пакер по а.с. СССР N 1416666 A1 кл. E 21 B 33/12 для разобщения пластов в глубоких многоколонных по конструкции скважинах с целью сокращения поперечных его габаритов. Срабатывает пакер за счет создания расчетного избыточного внутреннего давления для запакеровки уплотнительного элемента. Для надежности запакеровки избыточное внутреннее давление повышают, например, до 30,0 МПа. Жидкость из колонны поступает под уплотнительный элемент по радиальным каналам, кольцевой проточке и продольным пазам. При избыточном давлении в пакере, равном 30 МПа, срезается штифт и втулка перемещается вверх до упора и фиксируется от возможных перемещений вниз. При этом положении внутренняя полость уплотнительного элемента изолирована от внутренней полости гидравлического пакера. Недостатком данного пакера является то, что для повторной пакеровки требуется подъем оборудования на поверхность для замены разрушенных деталей. Known hydraulic packer by A.S. USSR N 1416666 A1 class E 21 B 33/12 for the separation of formations in deep multi-column design wells to reduce its transverse dimensions. The packer works by creating a calculated excess internal pressure to seal the sealing element. For reliable packing, the excess internal pressure is increased, for example, to 30.0 MPa. The liquid from the column enters under the sealing element through radial channels, an annular groove and longitudinal grooves. With an overpressure in the packer equal to 30 MPa, the pin is cut off and the sleeve moves up to the stop and is fixed from possible downward movements. In this position, the inner cavity of the sealing element is isolated from the inner cavity of the hydraulic packer. The disadvantage of this packer is that re-packing requires lifting the equipment to the surface to replace damaged parts.
Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому является устройство для разобщения пластов в скважине по патенту Российской Федерации RU N 2072025 кл. E 21 B 33/12, предназначенное для обеспечения возможности многократного использования устройства за одну спуско-подъемную операцию, в том числе в горизонтальных скважинах. Устройство присоединяется к колонне труб и спускается в скважину в интервал разобщения пласта. Затем закачкой жидкости в полостях патрубков создают давление. В результате штуцирования возникает перепад между давлением внутри трубы и в затрубном пространстве. При этом срабатывает клапанная система, и подвижная опора сжимает пружину. Одновременно с этим давление распространяется в гидравлическую камеру и перемещает поршень, который, воздействуя на опору, сжимает уплотнительный элемент до полного прижатия его к стенке скважины. Далее создают натяжение колонны труб, и патрубок 12 выходит из зацепления с верхним упором пакерного узла. При этом происходит разобщение гидравлической камеры от внутренней полости устройства. Подъем колонны труб приостанавливается, как только выступ патрубка нижнего пакерного узла упрется в нижний торец ствола. Затем дальнейшим натяжением колонны труб проверяют надежность запакеровки пакерного узла и в случае ненадежной установки его операцию повторяют. В случае надежной установки пакерного узла натяжение колонны труб продолжают до совмещения отверстий в патрубках. При этом давление жидкости, распространившись в гидравлическую камеру, перемещает поршень, сжимая уплотнительный элемент верхнего пакерного узла до полного прижатия его к стенке скважины. Далее опусканием колонны труб разобщают отверстия в патрубке и стволе, обеспечивая герметизацию гидравлической камеры. Продолжая опускать колонну труб, проверяют надежность запакеровки верхнего пакерующего узла. Распакеровка пакерных узлов осуществляется в обратном порядке. The closest in essence to the proposed is a device for uncoupling the layers in the well according to the patent of the Russian Federation RU N 2072025 class. E 21 B 33/12, designed to enable multiple use of the device in one round trip, including in horizontal wells. The device joins the pipe string and goes down into the well in the interval of separation of the reservoir. Then pumping fluid in the cavities of the nozzles create pressure. As a result of fitting, a difference occurs between the pressure inside the pipe and in the annulus. In this case, the valve system is triggered, and the movable support compresses the spring. At the same time, pressure propagates into the hydraulic chamber and moves the piston, which, acting on the support, compresses the sealing element until it is fully pressed against the borehole wall. Next, the pipe string is tensioned, and the pipe 12 disengages from the upper stop of the packer assembly. In this case, the hydraulic chamber is disconnected from the internal cavity of the device. The rise of the pipe string is suspended as soon as the protrusion of the nozzle of the lower packer unit abuts against the lower end of the barrel. Then, by further tensioning the pipe string, the packing of the packer assembly is checked for reliability and, in case of an unreliable installation, its operation is repeated. In the case of a reliable installation of the packer unit, the tension of the pipe string is continued until the holes in the nozzles are aligned. In this case, the fluid pressure, having spread into the hydraulic chamber, moves the piston, compressing the sealing element of the upper packer unit until it is fully pressed against the well wall. Further, by lowering the pipe string, the openings in the pipe and barrel are disconnected, providing sealing of the hydraulic chamber. Continuing to lower the pipe string, check the reliability of the sealing of the upper packer unit. Unpacking packer nodes is carried out in the reverse order.
Недостатком данного устройства является сложность технологического процесса пакеровки и распакеровки устройств. Управление клапанными системами, проверка надежности пакеровки вытяжкой и посадкой инструмента в промысловых условиях отличается особой сложностью, в особенности, в горизонтальных скважинах. The disadvantage of this device is the complexity of the process of packing and unpacking devices. Managing valve systems, checking the reliability of packing by extracting and landing a tool in the field is particularly difficult, especially in horizontal wells.
Целью изобретения является повышение надежности пакеровки и упрощение управления технологическим процессом пакеровки и распакеровки устройства за счет автоматического управления клапаном и подачи сигнала на поверхность об окончании пакеровки и герметизации образующейся полости между пакерующим элементом и остовом пакера. The aim of the invention is to increase the reliability of packing and simplifying the process control of packing and unpacking the device by automatically controlling the valve and signaling the surface about the end of packing and sealing the resulting cavity between the packing element and the core of the packer.
Поставленная цель достигается тем, что предлагается пакерующее устройство, включающее остов, корпус клапанного узла, центральный шток, телескопически связанный с корпусом клапанного узла, гидравлическую камеру, имеющую связь через отверстие центрального штока с его внутренней полостью, при этом центральный шток имеет возможность перемещаться на определенную длину, обеспечивающую сообщение и разобщение через отверстия центрального штока гидравлической камеры с внутренней полостью центрального штока, имеющего кольцевую проточку с установленным в нее разрезным тарированным кольцом, удерживающим конструкцию от самопроизвольного перемещения по нему. Устройство отличается тем, что центральный шток выполнен в виде поршня, который образует с корпусом клапанного узла гидравлическую камеру, имеющую одновременно гидравлическую связь через отверстия центрального штока в области камеры с внутренней его полостью и через размещенный в клапанном узле клапан и выполненные в клапанном узле отверстия и кольцевую проточку центрального штока и отверстия в основе с полостью между остовом и пакерующим элементом, при этом клапан, обеспечивающий прохождение жидкости из под- или межпакерного пространства в канал центрального штока заключен в корпус, уступ которого и верхний переводник ограничивают величину перемещения центрального штока, при этом канал центрального штока имеет возможность сообщения с полостью под пакерующим элементом общим каналом связи посредством периодического совмещения отверстий, выполненных в центральном штоке и остове. This goal is achieved by the fact that a packer device is proposed that includes a core, a valve assembly body, a central stem telescopically connected to the valve assembly housing, a hydraulic chamber connected through an opening of the central rod with its internal cavity, and the central rod has the ability to move to a certain the length that provides communication and disconnection through the holes of the Central rod of the hydraulic chamber with the inner cavity of the Central rod having an annular groove with a mustache mounted into it by a split calibrated ring that holds the structure from spontaneous movement along it. The device is characterized in that the central stem is made in the form of a piston, which forms a hydraulic chamber with the valve assembly body, which is simultaneously hydraulically connected through the holes of the central stem in the chamber region with its internal cavity and through a valve located in the valve assembly and openings made in the valve assembly and an annular groove of the central rod and the hole in the base with a cavity between the skeleton and the packing element, while a valve that allows the passage of fluid from the sub- or interpacker space In the channel of the central rod, it is enclosed in a housing, the ledge of which and the upper sub limit the displacement of the central rod, while the channel of the central rod can communicate with the cavity under the packing element by a common communication channel by periodically aligning the holes made in the central rod and the core.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство с частичным разрезом в транспортном положении, на фиг. 2 - в запакерованном виде. Устройство состоит из трех основных узлов, взаимосвязанных посредством центрального штока 3, который соединяется с нижней частью колонны труб переводником 1. Узел, включающий корпус клапанного узла 7, пробку 9, пружину 8, шар 10, служит для удержания избыточного давления внутри полости 19, пакерующего элемента 5, при отсутствии избыточного давления внутри канала центрального штока. Узел, включающий остов 6, пакерующий элемент 5, предназначенный для разобщения пластов скважины. Корпус клапана 11, пружина 14, шарик 13 и седло 12 образуют узел, обеспечивающий прохождение жидкости из под- или межпакерного пространства в центральный канал штока 3. От свободного перемещения корпуса клапанного узла 7, жестко связанного через остов 6 с пакерующим элементом, относительно центрального штока удерживается разрезным тарированным пружинным кольцом 2. Работает устройство следующим образом:
С помощью резьбы через переводник 1 пакерующее устройство присоединяется к колонне труб и спускается в скважину в интервал разобщения пласта. Количество спускаемых пакерующих устройств в скважину зависит от количества исследуемых пластов или участков пласта в горизонтальных скважинах. Причем заглушка 15 устанавливается только на нижнем пакерующем устройстве, а на остальных межпакерных участках, не подлежащих исследованию, верхнее пакерующее устройство спускается с заглушенным седлом 12 клапана. По окончании спуска компоновки пакерующих устройств в заданный интервал инструмент оставляют на крюке подъемника в подвешенном состоянии. Затем закачкой жидкости во внутреннюю полость труб создают давление. Жидкость одновременно через отверстия 16 центрального штока, совмещенные с отверстиями 17 остова, и через отверстия 21 центрального штока, соединяющие внутреннюю полость труб с гидравлической камерой 20, образованной корпусом клапанного узла 7 и центральным штоком 3, сжимая пружину 8, отжимает шар 10, через отверстия 18 остова поступает под пакерующий элемент 5, растягивая его, образует полость 19 между остовом 6 и пакерующим элементом 5, который прижимается к стенке скважины. Давление закачки поднимается до определенного (к примеру 6 МПа), на которое настраивается срабатывание стопорного пружинного кольца 2. При этом давлении пружинное кольцо сжимается и выходит из зацепления. Центральный шток 3 под действием сил, направленных в разные стороны, вызывающих давление жидкости в камере 20, образованной центральным штоком, выполненным в виде поршня, и корпусом клапана, резко перемещается верх потому, что при этом давлении пакерующий элемент 5, жестко связанный с остовом 6 и корпусом клапанного узла 7 прижат к стенке скважины. Резкое перемещение вверх центрального штока, жестко связанного с колонной труб, вызывает резкое снижение веса на крюке, что обеспечивает по индикатору веса визуальный контроль за надежностью пакеровки. Если снижение веса не произошло, это означает, что нет прижатия пакерующего элемента к стенке скважины. При перемещении центрального штока вверх отверстия 16 и отверстия 17 остова 6 пакерующего элемента смещаются друг относительно друга и разделяются уплотнительными кольцами 4, тем самым достигается разобщение полости 19 с внутренней полостью труб. Движение штока вверх ограничивается упором корпуса нижнего клапана 11 в корпус клапанного узла 7. Закачка жидкости в трубы при заданном давлении продолжается до прекращения снижения веса инструмента. Давление в этом случае передается в полость 19 под уплотняющий элемент через клапанный узел. Прекращение снижения веса инструмента означает, что разобщение полости 19 под пакерующим элементом и внутренней полости труб закончено. Далее закачка жидкости прекращается. Избыточное давление в трубах стравливается. Под действием пружины 8 и давления в полости 19 под пакерующим элементом шар 10 плотно прижимается к седлу, удерживает избыточное давление в полости под пакерующим элементом и пакерующее устройство удерживается в запакерованном состоянии. Если при стравливании избыточного давления из внутренней полости труб произошло увеличение веса на крюке, это означает, что нет герметичности между полостью под пакерующим элементом и внутренней полостью труб. При откачке жидкости из труб пластовый флюид из под- или межпакерного пространства под действием пластового давления открывает нижний клапан и жидкость поступает внутрь труб. Снятие пакера производится следующим образом:
Инструмент плавно опускают. При этом центральный шток, жестко связанный с трубами, перемещается вниз до совмещения отверстий 16 центрального штока и отверстий 17 остова 6, которые образуют общий канал связи полости под пакерующим элементом с внутренней полостью труб. Давление в полости 19 и внутри труб выравнивается, пакерующий элемент сжимается, отходит от стенки скважины и принимает свое первоначальное положение. Скачок увеличения веса на крюке означает, что произошла распакеровка. Одновременно с движением центрального штока вниз стопорное пружинное кольцо 2 сжимается в конусной проточке, свободно входит в кольцевую проточку и пакерующее устройство фиксируется в исходном положении. При необходимости перемещением вверх или вниз пакерующее устройство (компоновка пакерующих устройств) устанавливается в любом другом месте и операция повторяется.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a device with a partial section in the transport position, FIG. 2 - in a packaged form. The device consists of three main nodes interconnected by a central rod 3, which is connected to the bottom of the pipe string by a sub 1. A node including a valve assembly body 7, a plug 9, a spring 8, a ball 10 serves to hold excess pressure inside the cavity 19, which packs element 5, in the absence of excess pressure inside the channel of the central rod. The site, including the skeleton 6, a packer element 5, designed to separate the layers of the well. The valve body 11, the spring 14, the ball 13 and the seat 12 form a node that allows the passage of fluid from the sub- or interpacker space into the central channel of the stem 3. From the free movement of the valve assembly 7, rigidly connected through the skeleton 6 with the packer element, relative to the central stem held by a split calibrated spring ring 2. The device operates as follows:
Using thread through sub 1, the packer is connected to the pipe string and lowered into the well in the interval of separation of the formation. The number of packer units lowered into the well depends on the number of reservoirs or reservoir sections in horizontal wells. Moreover, the plug 15 is installed only on the lower packer device, and on the remaining interpacker sections that are not subject to study, the upper packer device descends with the muffled valve seat 12. At the end of the descent of the layout of the packer devices in a predetermined interval, the tool is left on the hook of the elevator in a suspended state. Then, by pumping liquid into the internal cavity of the pipe, pressure is created. The fluid simultaneously through the holes 16 of the central rod, combined with the holes 17 of the core, and through the holes 21 of the central rod connecting the inner cavity of the pipes with a hydraulic chamber 20 formed by the valve body assembly 7 and the central rod 3, compressing the spring 8, presses the ball 10 through the holes 18 of the skeleton enters under the packing element 5, stretching it, forms a cavity 19 between the skeleton 6 and the packing element 5, which is pressed against the wall of the well. The injection pressure rises to a certain (for example, 6 MPa), to which the response of the retaining spring ring 2 is adjusted. At this pressure, the spring ring is compressed and disengages. The Central rod 3 under the action of forces directed in different directions, causing pressure of the liquid in the chamber 20, formed by the Central rod, made in the form of a piston, and the valve body, the top moves sharply because at this pressure the packing element 5, rigidly connected with the skeleton 6 and the valve assembly body 7 is pressed against the well wall. A sharp upward movement of the central rod, rigidly connected to the pipe string, causes a sharp decrease in weight on the hook, which provides visual control over the reliability of the packing by the weight indicator. If the weight loss has not occurred, this means that there is no pressing of the packing element to the wall of the well. When the central rod moves upward, the holes 16 and the holes 17 of the core 6 of the packer element are displaced from each other and separated by O-rings 4, thereby achieving a separation of the cavity 19 with the inner cavity of the pipes. The upward movement of the rod is limited by the stop of the lower valve body 11 into the valve body body 7. The pumping of liquid into the pipes at a given pressure continues until the weight loss of the tool ceases. The pressure in this case is transmitted to the cavity 19 under the sealing element through the valve assembly. The termination of the reduction in weight of the tool means that the separation of the cavity 19 under the packing element and the inner cavity of the pipes is completed. Further, the injection of liquid is stopped. Excessive pressure in the pipes is vented. Under the action of the spring 8 and the pressure in the cavity 19 under the packing element, the ball 10 is tightly pressed against the seat, holds overpressure in the cavity under the packing element and the packing device is held in a sealed state. If an increase in weight on the hook occurs during bleeding of excess pressure from the internal cavity of the pipes, this means that there is no tightness between the cavity under the packing element and the internal cavity of the pipes. When pumping fluid from the pipes, the formation fluid from the sub- or interpacker space under the action of reservoir pressure opens the lower valve and the fluid enters the pipes. Removing the packer is as follows:
The tool is gently lowered. In this case, the Central rod, rigidly connected with the pipes, moves down to align the holes 16 of the Central rod and the holes 17 of the core 6, which form a common communication channel of the cavity under the packing element with the internal cavity of the pipes. The pressure in the cavity 19 and inside the pipes is equalized, the packer element is compressed, moves away from the borehole wall and assumes its initial position. A jump in weight gain on the hook means that an unpacking has occurred. Simultaneously with the movement of the central rod down, the snap ring 2 is compressed in a conical groove, freely enters the annular groove and the packer is fixed in its original position. If necessary, moving up or down the packing device (layout of packing devices) is installed in any other place and the operation is repeated.
Таким образом, пакерующее устройство позволяет:
- с уменьшенными поперечными габаритными размерами за счет гидравлической пакеровки разобщать пласты в скважинах большего диаметра;
- без подъема его из скважины проводить исследования пластов или участков одного пласта, выбирая их селективно;
- соединяя несколько пакерующих устройств в компоновку, можно разобщить сразу несколько пластов или участков одного пласта, расположенных на различных интервалах друг от друга в любых категориях скважин.Thus, the packer allows you to:
- with reduced transverse overall dimensions due to hydraulic packing, to separate formations in wells of larger diameter;
- without lifting it from the well, conduct studies of formations or sections of one formation, selecting them selectively;
- connecting several packer devices into the layout, it is possible to disconnect several layers or sections of the same layer located at different intervals from each other in any categories of wells.
Кроме того, обладает дополнительным эффектом, который заключается:
- в обеспечении автоматического закрытия разделительного клапана;
- в визуальном контроле на поверхности за надежностью пакеровки и работы клапанной системы.In addition, it has an additional effect, which consists of:
- to ensure automatic closing of the isolation valve;
- in visual inspection on the surface of the reliability of the packing and operation of the valve system.