CC BY
53
© С.Б. Бекетов, P.B. Карапетов, A.C. Акопов, 2013
УДК (622.245+622.279.7)
С.Б. Бекетов, Р.В. Карапетов, А.С. Акопов
РАЗБУРИВАЕМЫЙ ПАКЕР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РЕМОНТНО-ИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ В НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ
Описана конструкция и принципа действия разбуриваемого пакера, применяемого при ремонте нефтяных и газовых скважин, обработках пласта с цель увеличения их производительности. Ключевые слова: скважина, пакер, нефть, газ.
Пакер (англ. packer — уплотнитель, от pack — упаковывать, уплотнять), приспособление, спускаемое в скважину (нефтяную, газовую, водяную и др.) для перекрытия и герметизации отдельных зон скважины. Известны пакера различных конструкций и принципов действия [1, 2, 3].
Условно пакерные устройства делятся на 3 основных типа;
забойные (устанавливаются на забое скважины для изоляции её фильтровой части, служат для предотвращения сообщения пласта с вышележащей частью ствола и поверхностью на время проведения ремонтных работ в скважине, фонтанной арматуре и пр.);
разобщающие (используются для разобщения частей ствола скважины и применяются при проведении ГРП, адресного воздействия на выбранный пласт при интенсификации притока флюидов, раздельной эксплуатации различных пластов в одной скважине и пр.);
изолирующие (применяются для изоляции затрубного пространства от внутритрубного с целью предотвращения воздействия на эксплуатационную колонну пластовых флюидов
вследствие их высокой температуры, давления, активной абразивной, коррозионной активности).
Описываемое в работе пакерное устройство относится к разобщающему и забойному типам и предназначено для перекрытия межтрубного пространства скважины при проведении ремонтных работ, ГРП, а также различных геолого-технических мероприятий, может использоваться в процессе эксплуатации скважин. Технический результат, получаемый при реализации описываемой конструкции сводится к следующему;
- возможность спуска разбуриваемого пакера в компоновке с гидравлическим посадочным устройством, со свободным заполнением лифтовой колонны труб пластовой жидкостью;
- возможность гидравлической посадки разбуриваемого пакера, при перекрытии гидравлической связи полости скважины с осевым каналом лифтовой колонны труб;
- возможность отсоединения гидравлического посадочного устройства от разбуриваемого пакера путем разрыва ствола пакера или путем передачи крутящего момента на полый плунжер, что исключает возникнове-
ние гидравлического удара при посадке;
- возможность подачи изолирующего состава в подпакерную зону при сохранении кинематической связи толкателя со стволом пакера;
- возможность образования гидравлической связи осевого канала лифтовой колонны труб с межтрубным пространством скважины над па-кером и удаления излишнего объема изолирующего состава на устье скважины;
- прекращение гидравлической связи подпакерного пространства с надпакерным после сброса давления в осевом канале лифтовой колонны труб;
Технический результат достигается тем, что разбуриваемый пакер содержит ствол с насечкой на наружной поверхности, верхние и нижние разрывные плашки, с верхним и нижним конусами, уплотнительный элемент, фиксатор с разрезными пружинными кольцами в расточке корпуса подвижной опоры, гидравлическое посадочное устройство, соединенное со стволом пакера левым переводником, ниппель. Неподвижная опора снабжена подпружиненным обратным клапаном в виде корпуса с радиальными отверстиями и уплотнительной манжетой, установленной на седле. Ниппель снабжен толкателем, с кольцевой расточкой в месте их соединения и поршнем со стержнем в его осевом канале, а также гильзой над поршнем, жестко связанной с толкателем. Башмачный клапан снабжен седлом, в месте соединения корпуса с гайкой, и стаканом, опирающимся на пружину, в осевом канале которого выполнено седло на внутреннем кольцевом выступе и установлен подпружиненный шаровой клапан. Гильза на нижнем конце снабжена продольными пазами и пропущена в осе-
вой канал седла, с возможностью торцевого взаимодействия с подпружиненным шаровым клапаном, стержень пропущен через осевой канал гильзы ниже места расположения ее торца и образует с ней кольцевой зазор, гидравлически соединяющий полость стакана, с осевым каналом толкателя.
При проведении патентных исследований по патентной и научно-технической литературе нами не обнаружено технических решений, в которых обеспечивается наличие гидравлической связи полости скважины с осевым каналом лифтовой колонны труб при спуске пакера к месту установки; возможность гидравлической посадки пакера и отделение от него гидравлического посадочного устройства, с прекращением гидродинамической связи подпакерной полости с осевым каналом лифтовой колонны труб.
Не обнаружено также технических решений направленных на обеспечение подачи изолирующего состава в подпакерную зону, при герметизации надпакерной зоны от поступления в нее изолирующего состава из осевого канала ствола пакера, наличие ниппеля посадочного устройства, установленного с возможностью проведения промывки лифтовой колонны труб и межтрубного пространства от остатков изолирующего состава, при прекращении гидродинамической связи подпакерного пространства от надпакерного.
Конструкция разбуриваемого па-кера для проведения изоляционных работ в интервале продуктивного пласта поясняется чертежами, где:
- на рис. 1 - показана конструкция разбуриваемого пакера в связи с гидравлическим посадочным устройством при спуске в скважину на бурильных трубах;
Рис. 1. Разбуриваемый пакер в связи с гидравлическим посадочным устройством при спуске в скважину
- на рис. 2 - конструкция разбуриваемого пакера в момент его посадки и отделения от него гидравлического посадочного устройства;
- на рис. 3 - взаимное положение деталей пакера при закачке технологического состава в интервал скважины ниже пакера;
- на рис. 4 - взаимное положение деталей пакера после окончания ре-монтно-изоляционных работ и прекращения гидравлической связи под-пакерной зоны от надпакерной.
Разбуриваемый пакер состоит из ствола 1, с насечками 2 на его внешней стороне и кольцевой расточкой 3, в месте связи с левым переводником 4, который связан с полым плунжером 5, гидравлического посадочного устройства известной конструкции [3].
На стволе 1 пакера снизу установлена нижняя опора 6, на которую последовательно установлены разрывные плашки 7 с посадочными якоря-щими кольцами 8. Внутрь разрывных плашек 7 введен разжимной конус 9, на который сверху установлен комплект уплотнительных манжет 10 и верхний разжимной конус 11 , входящий во взаимодействие с верхним комплектом разрывных плашек 12, с посадочными якорящими кольцами 13. На торец разрывных плашек 12 опирается корпус верхней подвижной опоры 14, с разрезными пружинными кольцами 15. С внешней стороны на корпусе верхней подвижной опоры 14 выполнена технологическая проточка 16 в которую введен нижний конец опорной гильзы 17 гидравлического посадочного устройства.
В осевой канал левого переводника 4 пропущен ниппель 18, связанный нижним концом с толкателем 19, снабженным в месте их соединения кольцевой расточкой 20 и образующим подвижное соединение со стволом 1.
Рис. 2. Пакер в момент его посадки и отделения от него гидравлического посадочного устройства
В осевом канале толкателя 19 установлен поршень 21 со стержнем 22. В осевом канале нижней опоры 6 с седлом 23, установлен корпус башмачного клапана 24 с уплотнительной манжетой 25, закрепленной гайкой
26, снабженной стаканом 27, который опирается на пружину 28. В месте соединения гайки 26 с корпусом башмачного клапана 24, закреплено седло 30, 2-образной формы выходящее в его осевой канал и на торец которого опирается нижним концом толкатель 19. В осевом канале 31 толкателя 19 закреплена гильза 32 с продольными пазами 33 на нижнем конце, пропущенная через осевой канал седла 30, ниже ее посадочной поверхности.
В осевой канал гильзы 32 свободно пропущен стержень 22 с опорой на шаровой клапан 34 (рис. 2) который опирается на пружину 35 и садится на седло 36 выполненное на внутреннем выступе 37 в теле стакана
27. В теле корпуса башмачного клапана 24 выполнены радиальные отверстия 38, перекрытые в исходном положении телом толкателя 19, в котором также выполнены радиальные отверстия 39, для связи осевого канала 31, толкателя 19 под поршнем 21 , с осевым каналом 40 ствола 1 па-кера. Нижняя опора 6 снабжена гильзой 41 , полость которой постоянно гидравлически связана отверстиями 42, в теле стакана 27 с его осевым каналом.
В транспортном положении, когда происходит спуск разбуриваемого па-кера в скважину, шаровый клапан 34 усилием пружины 35 и за счет возникающего перепада давления, поджат к торцу гильзы 32.
Между внутренней поверхностью гильзы 32 и наружной поверхностью стержня 22 образован кольцевой зазор 43 (рис. 3), гидравлически соеди-
Рис. 3. Положение деталей пакера при закачке технологического состава в интервал скважины ниже пакера
няющий полость стакана 27 с осевым каналом 31 толкателя 19. Полость стакана 27 связана отверстиями 42 с осевым каналом 44 гильзы 41 , который сообщается через отверстия 45 в теле нижней опоры, с полостью скважины.
Пластовая жидкость при спуске свободно перетекает в осевой канал 31 толкателя 19, с подъемом и расположением поршня 21 в кольцевой проточке 20. Тем самым пластовая жидкость беспрепятственно заполняет полость труб при спуске пакера.
Работа по посадке пакера и проведению ремонтно-изоляционных работ.
В осевой канал бурильной колонны труб подают под давлением рабочую жидкость, которая поступает в осевой канал полого плунжера 5 гидравлического посадочного устройства и далее в осевой канал ниппеля 18.
Ниппель 18 перемещается вниз в осевом канале полого плунжера 5, с воздействием на торец седла 30 и перемещением вниз посадочного клапана 24 до упора в нижнюю опору 6. Одновременно поршень 21 перемещается в осевом канале 31 , с воздействием стержнем 22 на шаровый клапан 34 и его посадкой на посадочную поверхность 36 в стакане 27. Усилие от гидравлического посадочного устройства через толкатель 17 сообщается на корпус верхней подвижной опоры 14, с его перемещением по стволу 1 пакера, вводом посадочного конуса 9 под разрывные плашки 7 и их перемещением в радиальном направлении до входа в контакт с внутренней поверхностью трубы обсадной колонны посадочных якорящих колец 8. Дальнейшим перемещением вниз осуществляют осевое сжатие уп-лотнительных манжет 10, с перекрытием кольцевого зазора. После этого происходит устранение связи между
Рис. 4. Положение деталей пакера после окончания ремонтно-изоляционных работ и прекращения гидравлической связи подпакерной зоны от надпакер-ной
разрывными плашками 12, при их взаимодействии с обратным посадочным конусом 11 , и их перемещение в радиальном направлении до входа в контакт с обсадной колонной посадочных якорящих колец 13. При перемещении верхней подвижной опоры 14, разрезные пружинные кольца 15 скосами проскальзывают относительно насечек 2 ствола 1 и при посадке паке-ра, входят во взаимодействие с ближайшей из насечек 2, фиксируя пакер внутри обсадной колонны. После посадки пакера через левый переводник 4 предельное осевое усилие сообщается на ствол 1 и происходит его разрушение в месте выполнения кольцевой расточки 3. Левый переводник 4 освобождается от взаимодействия со стволом 1 , что позволяет осуществить перемещение ниппеля 18, при взаимодействии с гайкой на его верхнем конце. При перемещении ниппеля 18 вверх, поршень 21 вместе со стержнем 22 под действием перепада давления и собственного веса перемещается вниз в осевом канале 31 до входа в осевой канал гильзы 32. Поршень 21 располагается ниже сечения радиальных отверстий 39. Тем самым обеспечивается гидравлическая связь осевого канала 31 толкателя 19 с осевым каналом 40 ствола 1 . Под действием перепада давления гильза 32 перемещается вниз относительно нижней опоры 6 с сжатием пружины 28 и с расположением радиальных отверстий 38 ниже уровня расположения седла 23. Уплотнительная манжета 25 располагается ниже отверстий 45 в нижней опоре 6. Тем самым обеспечивается гидравлическая связь осевого канала насосно-компрессорных труб с подпакерным пространством, что позволяет осуществить подачу изолирующего состава в интервал продуктивного пласта, для изоляции пластовой воды. В случае,
когда приемистость пласта оказалась меньше расчетной, и часть объема изолирующего состава осталась в осевом канале насосно-компрессорных труб, перемещают колонну труб вверх, с выводом ниппеля 18 из осевого канала 40 ствола 1 пакера с расположением радиальных отверстий 39 в теле толкателя 19 над местом установки пакера. Подачей промывочной жидкости в осевой канал лифтовой колонны труб, оставшийся объем изолирующего состава по межтрубному пространству выносится на поверхность. После подъема ниппеля 18 из осевого канала 40 ствола 1 , усилием сжатой пружины 35 шаровый клапан 34 садится на седло 30, с прекращением гидравлической связи подпакерной зоны с осевым каналом 40 ствола 1 . Усилием сжатой пружи-
1. Басарыгин Ю.М., Макаренко П.П., Мавромати В.Д. Ремонт газовых скважин. -М.: Недра, 1998. - С. 145-147.
2. Разведочное бурение на суше и континентальном шельфе России / ОАО НПО «Бурение» Сб. научных трудов.
ны 28 гайка 26 также перемещается вверх относительно направляющей опоры 6 с посадкой уплотнительной манжеты 25 на седло 23 и прекращением гидравлической связи подпа-керной зоны с надпакерной.
Посадочное устройство с ниппелем 18, и связанным с ним толкателем 19 извлекаются на поверхность.
Такое конструктивное выполнение посадочного устройства и его взаимодействие с пакером позволяет осуществить посадку разбуриваемого пакера без применения срезных седел, а значит исключаются условия возникновения гидравлического удара.
Пакер надежен в работе, что доказано промысловыми испытаниями рассмотренной в данной работе конструкции.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Выпуск 14. Краснодар, 2005. С. 377383.).
3. Буровое оборудование / В.Ф. Абуба-киров, Ю.Г. Буримов, А.Ё. Гноевых и др. / Справочник в 2-х т. Т. 2. «Буровой инструмент>. - М.: Недра, 2003. - С. 458. . ИШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Бекетов Сергей Борисович - доктор технических наук, директор Института нефти и газа СКФУ (г. Ставрополь), профессор КубГТУ (г. Краснодар), почетный работник науки и техники РФ, [email protected],
Карапетов Рустам Валерьевич - кандидат технических наук, заместитель генерального директора по производству ООО «ТехСнабКомплект»,
Акопов Арсен Сергеевич — ведущий инженер лаборатории технологического сопровождения ремонта скважин Филиала ООО «Газпром ПХГ» «ИТЦ».
