RU197643U1

RU197643U1 - Муфта гидроразрыва пласта

Info

Publication number: RU197643U1
Application number: RU2019136885U
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Карасев; Евгений Николаевич Андронов; Алексей Николаевич Демин
Original assignee: Акционерное общество "ОКБ Зенит" (АО "ОКБ Зенит")
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-05-19

Abstract

Муфта для гидроразрыва пласта (ГРП), состоящая из полого цилиндрического корпуса с выполненными в нем циркуляционными отверстиями, в котором установлена дифференциальная подвижная втулка с радиальными отверстиями, перекрывающая в исходном положении циркуляционные отверстия корпуса и зафиксированная относительно последнего фиксатором, отличающаяся тем, что для разделения внутренней полости муфты и полости между втулкой и корпусом для осевого перемещения втулки с целью открытия циркуляционных отверстий, в ней установлена как минимум одна разрывная мембрана, а на внутренней поверхности дифференциальной подвижной втулки выполнены кольцевые уступы для осевого перемещения ключом с плашками, содержащими пазы под кольцевые уступы.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к оснастке обсадных колонн. Муфта ГРП входит в состав колонны подвесного оборудования (хвостовика) и может быть использована при строительстве скважин для добычи нефти.

Муфта предназначена для проведения работ по гидроразрыву нефтеносного пласта для увеличения притока и нефтеотдачи и должна обеспечивать сообщение внутриколонного пространства и заколонного пространства при создании во внутренней полости требуемого давления.

Известны муфты ГРП, в которых открытие радиальных циркуляционных отверстий проводится шарами или переключающим инструментом с поверхности (патент RU 2531407 С2 МПК Е21В 43/26, Е21В 34/06, опубликовано 20.10.2014 Бюл. №6).

Устройство включает в себя корпус и подвижную втулку, которая в зависимости от положения в корпусе блокирует или обеспечивает радиальный поток жидкости между внутренней и наружной частями муфты.

Недостаток такого технического решения - невозможность проведения цементирования затрубного пространства скважины, что требует для разделения интервалов ГРП применения заколонных пакеров.

Известна муфта для цементирования, включающая корпус с циркуляционными отверстиями, в которых установлена подвижная дифференциальная втулка, перекрывающая циркуляционные отверстия корпуса и зафиксированная относительно последнего срезным штифтом (патент RU 46296 U1 МПК Е21В 33/14, опубликовано 27.06.2005).

Недостатком такого технического решения является то, что при цементировании затрубного пространства цемент заполнит управляющую полость для сдвижки втулки, что не позволит при проведении ГРП открыть муфту.

Известны муфты ГРП, в которых в радиальные отверстия корпуса установлены заглушки с разрывными мембранами и крышками блокирующими поступление жидкости к внешней стороне мембраны. Между мембраной и крышкой образована полость, в которой находится жидкость или газ под определенным давлением (патент US 2012/0111566 AI МПК Е21В 43/11, Е21В 17/14, Е21В 34/00, Е21В 43/26, Е21В 43/28, Е21В 33/12, опубликовано 10 мая 2012 года).

Открытие радиальных каналов для прохода жидкости ГРП осуществляется при поднятии давления внутри муфты до давления разрушения мембраны, разрушение цемента с внешней стороны муфты и вынос блокирующей крышки.

Недостатком данного технического решения является то, для обеспечения минимального сопротивления на циркуляционных отверстиях их количество задается по требованию обеспечения их площади, равной площади внутренней полости муфты. Это более 15 мембран. Обеспечить разрушение всех мембран при одинаковом давлении сложно.

Также в данной муфте нет элементов закрытия муфты при необходимости, например, поступление воды из данного интервала.

Заявленная полезная модель дает технический результат, который выражается в гарантированном срабатывании муфты ГРП от избыточного давления внутри хвостовика после цементирования, открытие всех циркуляционных отверстий и возможность их повторных закрытий и открытий ключом с плашками.

Устройств с заявляемой совокупностью отличительных признаков в патентной и научно-технической литературе не выявлено. Это определяет соответствие полезной модели критерию «новизна».

Сущность изобретения и принцип работы предложенной полезной модели поясняется чертежами фиг 1, фиг 2 на которых показана муфта ГРП.

Муфта ГРП включает в себя: верхний переводник 10, полый цилиндрический корпус 1 с выполненными в нем радиальными отверстиями 2, кольцевыми проточками 3 и 4 для фиксации в положении закрытых и открытых циркуляционных отверстий, фиксатор 5, выполненный в виде разрезного упругого кольца, дифференциальную подвижную втулку 6 с радиальными отверстиями 7 и кольцевыми уступами 8 для закрытия циркуляционных отверстий ключом с плашками. Для фиксации дифференциальной подвижной втулки от окружных перемещений во втулке выполнен паз, а в корпусе установлен винт 20. Дифференциальная подвижная втулка образует с корпусом две замкнутые герметичные полости А и Б с воздухом при атмосферном давлении. Для разделения полости А от внутренней полости муфты в дифференциальной подвижной втулке установлена разрывная мембрана 9 с уплотнительным кольцом 19, а для герметизации полости А установлены уплотнительные резиновые кольца круглого сечения 11, 12, 13. Для герметизации полости Б установлены уплотнительные резиновые кольца круглого сечения 13, 14, 15. Уплотнительные резиновые кольца круглого сечения 16, 17, 18, разделяют внутреннюю полость муфты от скважины.

Муфта ГРП работает следующим образом. Муфта ГРП в составе обсадной колонны спускается до заданного интервала ствола скважины. Проводится цементирование заколонного пространства ствола скважины. При продавке цемента проводится очистка внутренней полости хвостовика прочистной пробкой. После застывания цемента в скважину на трубе НКТ или ГНКТ спускается манжетный пакер до места установки муфты ГРП. Манжеты пакера обеспечивают создание герметичной полости в районе муфты ГРП. Между манжетами выполнен порт ГРП (труба с радиальными отверстиями). В трубе создается давление обеспечивающее разрушение мембранной заглушки 9. Жидкость под давлением (гидростатическое давление в месте установки муфты плюс избыточное давление на устье) поступает в полость А. Давление действует на кольцевую площадь S (площадь, ограниченная диаметрами D и D1) дифференциальной подвижной втулки, создавая осевую силу, превышающую удерживающую силу фиксатора 5. Полость А заполняется рабочей жидкостью, а в полости Б воздух сжимается до давления 0,5…0,8 МПа. Дифференциальная подвижная втулка 6 сдвигается в направлении забоя, совмещая радиальные отверстия 7 втулки 6 и циркуляционные отверстия 2 корпуса 1. Осевая сила от гидростатического давления столба жидкости в скважине, действующая на кольцевую площадь S, даже без избыточного давления, зафиксирует дифференциальную подвижную втулку в положении открытых циркуляционных отверстий фиг. 2. Для дополнительной фиксации от осевых перемещений в положении открытых циркуляционных отверстий 2, дифференциальная подвижная втулка 6 фиксируется фиксатором 5 в кольцевой проточке 4 корпуса 1. При совмещении отверстий разрушается цементный камень снаружи муфты и открывается сообщение внутреннего канала муфты с интервалом, где необходимо провести гидравлический разрыв пласта. Через циркуляционные отверстия под заданным давлением закачивается расчетный объем жидкости гидроразрыва (пропанта). После проведения гидроразрыва пласта в данном интервале пакер перемещается на следующий интервал, в котором установлена следующая муфта ГРП, для проведения гидроразрыва пласта, или поднимается на поверхность.

Если в процессе эксплуатации необходимо закрыть циркуляционные отверстия в муфте, например, поступление воды из пласта в данном интервале, то в скважину спускается ключ с плашками, содержащими пазы под кольцевые уступы, которые входят в зацепление с кольцевыми уступами 8 дифференциальной подвижной втулки 6 и осевым перемещением ключа с плашками в сторону устья, преодолевая удерживающую силу от гидростатического давления и удерживающую силу фиксатора 5, сдвигает дифференциальную подвижную втулку 6 до упора в уступ переводника верхнего 10, перекрывая циркуляционные отверстия 2 в корпусе 1, обеспечивая разделение внутренней полости муфты и заколонного пространства. В этом положении дифференциальная подвижная втулка удерживается фиксатором 5 в кольцевой проточке 3 корпуса 1, удерживающая сила которого на 1 т.больше, чем сила от гидростатического давления. Этой силы достаточно, чтобы при необходимости провести проверку закрытия циркуляционных отверстий 2. При необходимости проведения повторного ГРП на закрытой муфте в скважину спускается манжетный пакер до места установки муфты ГРП. Манжеты пакера обеспечивают создание герметичной полости в районе муфты ГРП. В изолированной полости трубы создается давление. Жидкость под давлением поступает в полость А. Давление, действуя на кольцевую площадь S (площадь, ограниченная диаметрами D и D1) дифференциальной подвижной втулки 6, создает осевую силу, превышающую удерживающую силу фиксатора 5. Полость А заполняется рабочей жидкостью, а в полости Б воздух сжимается до давления 0,5…0,8 МПа. Дифференциальная подвижная втулка 6 сдвигается в сторону забоя, совмещая радиальные отверстия 7 и циркуляционные отверстия 2 корпуса 1, и фиксируется от осевого перемещения фиксатором 5 в кольцевой проточке 4 корпуса 1, после чего проводится закачка пропанта.

Данное техническое решение позволяет проводить повторные открытия циркуляционных отверстий без спуска ключа.

Внедрение муфты ГРП с дифференциальной подвижной втулкой с герметичными полостями, заполненными воздухом под атмосферным давлением, позволяет проводить цементирование заколонного пространства скважины, открытие всех циркуляционных отверстий и многократое закрытие и открытие циркуляционных отверстий при необходимости.

Муфта ГРП прошла заводские испытания и показала свою работоспособность.

Claims

1. Муфта для гидроразрыва пласта (ГРП), состоящая из полого цилиндрического корпуса с выполненными в нем циркуляционными отверстиями, в котором установлена дифференциальная подвижная втулка с радиальными отверстиями, в исходном положении перекрывающая циркуляционные отверстия корпуса и зафиксированная относительно последнего фиксатором, отличающаяся тем, что для разделения внутренней полости муфты и полости между дифференциальной подвижной втулкой и корпусом для осевого перемещения втулки в ней установлена как минимум одна разрывная мембрана, а на внутренней поверхности дифференциальной подвижной втулки выполнены кольцевые уступы для осевого перемещения ключом с плашками, содержащими пазы для зацепления с кольцевыми уступами.

2. Муфта ГРП по п. 1, отличающаяся тем, что для гарантированного перемещения дифференциальной подвижной втулки, даже после цементирования скважины, полость над мембраной и полость для осевого перемещения дифференциальной подвижной втулки герметичны между собой и заполнены воздухом под атмосферным давлением.

3. Муфта ГРП по п. 1, отличающаяся тем, что фиксатор дифференциальной подвижной втулки выполнен разрезным упругим кольцом с заданными усилиями смещения на открытие и закрытие циркуляционных отверстий.

4. Муфта ГРП по п. 1, отличающаяся тем, что после открытия циркуляционных отверстий и установки дифференциальной подвижной втулки на фиксатор воздушная полость для перемещения дифференциальной подвижной втулки остается герметичной, что обеспечивает возможность многократного открытия и закрытия циркуляционных отверстий муфты, а оставшийся объем обеспечивает заданное давление воздуха для демпфирования хода дифференциальной подвижной втулки при открытии и заданную дополнительную силу для сдвигания дифференциальной подвижной втулки при закрытии.

5. Муфта ГРП по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевая проточка для фиксации дифференциальной подвижной втулки и фиксатор в закрытом положении циркуляционных отверстий выполнены в герметичной полости.

6. Муфта ГРП по п. 1, отличающаяся тем, что повторное открытие циркуляционных отверстий осуществляется повышением давления внутри хвостовика, а закрытие - ключом с плашками, содержащими пазы для зацепления с кольцевыми уступами в дифференциальной подвижной втулке.