В результате этого трещины, находящиеся в этом сечении, будут испытывать напряжения радиального направления, что может привести к еще большему их расширению и, следова­ тельно, повышению интенсивности поглощения.

Изоляция зон поглощения взрывом в среде бурового рас­ твора проведена в нескольких скважинах. Результаты поло­ жительные.

3.4.ИЗОЛЯЦИОННЫЕ РАБОТЫ

СПАКЕРАМИ

Для предупреждения перемешивания тампо­ нажной смеси с буровым раствором в скважине при доведе­ нии ее до зоны поглощения и для разобщения нескольких поглощающих пластов необходимо иметь пакер. С помощью пакера можно также задавить смесь в зону поглощения и исследовать приемистость поглощающих пластов при давле­ ниях, возможных в процессе дальнейшей проводки скважи­ ны или при ее креплении.

Существующие конструкции пакеров, применяемые при изоляции поглощающих пластов, подразделяют на две груп­ пы: многократного использования (извлекаемые) и разбури­ ваемые.

3.4.1. ПАКЕРЫ ИЗВЛЕКАЕМЫЕ

Пакеры с якорным устройством. К пакерам с упором о стенки скважины относятся пакеры, резиновый элемент которых деформируется от воздействия на него веса колонны бурильных труб, а якорное устройство устанавлива­ ется в рабочее положение при помощи груза, вращением ин­ струмента или за счет перепада давления, создаваемого в бу­ рильных трубах нагнетанием промывочной жидкости. Паке­ ры этого типа (рис. 3.10, схемы I, II, III, IV, V, VI, VII) имеют простую конструкцию, однако не всегда надежны в работе, а иногда требуют дополнительных приспособлений для извле­ чения груза.

Основными недостатками перечисленных выше пакеров являются:

1) при работе с пакерами схем I, III, IV необходимо до­ полнительное оборудование (лебедка, трос, груз);

2 ) наличие штуцера в пакерах схем I, II, VII искажает дан­ ные **сслеДования и не позволяет залавливать в пласты высоковяЭкие тампонажные смеси с крупными наполнителями;

3 ) у пакера схемы I якорь применяется лишь для опреде­ лений1,0 Диаметра, причем породы в месте установки пакера долл^ш обладать определенной прочностью;

4 ) в пакере схемы V трудоемок процесс вывода якоря в

рабо^ее положение;

5 ) пакер схемы VI не может использоваться многократно без подъема его из скважины для установки штуцера.

Q учетом перечисленных недостатков в ТатНИПИнефти разработан гидравлико-механический пакер А19М, который прО10ел широкие промышленные испытания. Пакер выпус­ к а е т с я серийно.

Гидравлико-механический пакер А19М2 ТатНИПИнефти состоит из переводника 1 (рис. 3.11, а), ствола 2, резиновых

винт 13. В нижней части ствола пакера расположены подвес­ ка 1? и секторы 19 на пальцах 18.

Пакер соединяется с бурильными трубами и спускается в скважину А° необходимой глубины. Нагнетанием жидкости в бурильных трубах создают давление 3-4 МПа. Под действием давления кольцо 15 с обоймой 8 и плашками 6 движется вверК. Конус 5 отжимает плашки к стенкам скважины и при плавной посадке (подачей вниз плавно нагружают пакер до 8,5 т) бурильных труб плашки заклинивают якорный меха­ низм. собранный на плунжере 10, а резиновый элемент де­ формируется, разобщая зону поглощения от затрубного про­ странства. При этом ствол 2 пакера перемещается вниз, вы ­ двигая секторы 19 штуцера из кожуха 16, которые, повора­ чиваясь на пальцах 18, полностью раскрывают внутренний канал пакера. В этот момент давление резко падает, что слу­ жит сигналом об окончании установки пакера. Затем присту­ пают к исследованию и изоляции поглощающего пласта.

Извлечение пакера после проведения исследований или за­ ливки производится медленным подъемом бурильных труб. При этом переводник и ствол идут вверх, плашки освобож ­ даются от заклинивания и под действием пружины и собст­ венного веса занимают транспортное положение.

Для применения пакера при изоляции пластов быстросхватывающимися смесями с раздельной транспортировкой их

составляющих компонентов по бурильным трубам в полиэти­ леновых сосудах он снабжен устройством, разрушающим сосуды и перемешивающим тампонажную смесь. Устройство (рис. 3.11, б) состоит из переводника 1 с винтовыми канавка­ ми, наклонно установленных ножей 20, втулки 11, планки 21 и разъемного кольца-фиксатора 22.

Основным преимуществом пакера является свободная под­ веска якорного устройства на стволе пакера, что дает воз­ можность одновременно с разобщением затрубного прост­ ранства от подпакерной зоны разобщать рабочую камеру от ствола пакера и открывать радиальные каналы большого се­ чения в пакеры. Благодаря этому исключается вредное влия­ ние штуцера при исследовании скважин и появляется воз­ можность закачки в скважину более вязких тампонажных смесей с наполнителями.

Наиболее широкое применение нашли новые пакеры, разработанные в ТатНИПИнефти и УфНИПИнефти. В пакере УфНИПИнефти якорное устройство жестко закреплено на стволе пакера, поэтому после разобщения зоны поглощения и затрубного пространства исследование скважины и изоляци­ онные работы проводятся через штуцер диаметром 35-40 мм. Преимущество пакера УфНИПИнефти - наличие антизатекателей, предотвращающих затекание резины, благодаря чему увеличивается срок службы резиновых элементов пакера.

Гидравлические пакеры. К гидравлическим относятся па­ керы, резиновый элемент которых деформируется за счет перепада давления, создаваемого в бурильных трубах нагне-

1 —переводник; 2 —ствол; 3 — неподвижная головка; 4 — уплотнительные кольца; 5 — цилиндр; б — резиновый элемент; 7 — подвижной элемент; 8 — башмак; 9 — штуцер; А — отверстия для передачи давления на резиновый элемент; В — отверстия для нагнетания тампонажной смеси в зону погло­ щения

Рис. 3.11. Гидравлико-механический пакер А10М2 ТатНИИнефти:

а - пакер; б - устройство; 1 - переводник; 2 - ствол; 3 - резиновый элемент; 4 - ограничитель­ ное кольцо; 5 - конус; 6 - плашки; 7 - болт; 8 - обойма; 9 - пружина; 10- плунжер; 11 - втулка; 12 - цилиндр; 13 - винт; 14 - манжета; 15 — коль­ цо; 16 - кожух; 17 - подвеска; 18 - палец; 19 - сектор; 20 - нож; 21 - планка; 22 - разъемное кольцо-фиксатор

танием промывочной жидкости. У гидравлического пакера отсутствует упорный механизм, но он снабжен обратным клапаном, который пропускает жидкость под резиновый элемент. Для освобождения пакера с целью его подъема не­ обходимо открыть обратный клапан.

Гидравлический безупорный пакер Д-74. Основными недо­ статками пакеров многократного действия являются малый диаметр внутреннего канала и наличие штуцеров для создания перепада давления при раскрытии пакера. Кроме этого в на­ дувных гидравлических пакерах быстро выходит из строя ре­ зиновый элемент. Отличительная особенность пакера Д-74 - наличие рабочей камеры, отделенной от резинового элемента

Рис. 3.13. Разбуриваемый пакер РП-4:

1- переводник; 2 - пробка; 3 - уплотни­ тельное кольцо; 4, 12 - головки; 5 - ствол; 6 - резиновый элемент; 7 - отверстие; 8 - обратный клапан; 9, 13 - шары; 10 - втул­ ка; 11, 15 - штифты; 14 - перепускной ка­ нал; 16 - седло

мещается вниз до упора в седло* При этом исключается паде­ ние давления над втулкой и сохраняется удлинение буриль­ ных труб. Достигается это за счет наличия в седле перепуск­ ных каналов 14 и постепенного выхода из них жидкости, заключенной между втулкой и седлом.

Как только втулка переместится ниже отверстия 7, пере­ пад давления передается через обратный клапан под уплотни­ тельный элемент, который разобщает затрубное пространст­ во. При достижении необходимого перепада давления осуще­ ствляют посадку бурильных труб и доводят нагрузку на пакер до 3-5 тс, после чего штифты 15, имеющие сопротивление среза на 15-20 % выше, чем у штифтов 11, срезаются и сед-

труб и пакеров, поскольку нижний конец хвостовика после залиЭ1^ 1 будет расположен над цементным мостом.

д а рис. 3.14 изображен общий вид этого устройства. Оно сост0ит из гидравлико-механического пакера, включающего в себя переводник 1, пакерующий элемент 3, якорное устрой­ ство 5 и хвостовик 6, подвижно установленный в стволе па­ кера Сверху хвостовик имеет упорную гайку 2, а снизу к нему с помощью муфты 7 присоединен корпус 8 с манжета­ ми lO• При спуске в скважину манжеты предохраняются ко- Жухом 9 и башмаком 11, закрепленным на корпусе с помо­ щью срезаемых штифтов 12. Снизу башмак имеет отверстие 13, которое после спуска устройства в скважину перекрывается шаром. Кожух, башмак и шар изготовляют из разбуриваеМ0г° материала (дюралюминия).

устройство перед спуском в скважину собирают следую­ щим образом (рис. 3.15, а). Пакер 2 с помощью элеватора 1 устанавливается на роторе 5. Затем в него опускают хвосто­ вик 5 до упора гайки 2 (см. рис. 3.14) в ствол пакера 4 (см. рис. 3.14). Длина хвостовика определяется мощностью зоны поглощения, однако она не должна быть более 26 м (для вы ­ шек высотой 41 м) с тем, чтобы обеспечить подъем хвосто­ вика с пакером для навинчивания корпуса манжет. В этом случае хвостовик должен быть составным из двух частей, по 12-13 м каждая. Трубы хвостовика должны иметь постоян­ ный наружный диаметр, обеспечивающий его проход внутри ствола пакера. После спуска хвостовика внутрь пакера инст­ румент поднимают до выхода нижнего конца хвостовика из ротора. На хвостовик навинчивают корпус 4 с манжетами, и все устройство спускают в скважину до необходимой глуби­ ны, где оно должно быть расположено так, чтобы манжеты в исходном положении перед проведением изоляционных ра­ бот находились у подошвы зоны поглощения. Затем в бу­ рильные трубы сбрасывают шар и нагнетают промывочную жидкость для создания перепада давления, под действием к о ­ торого сначала хвостовик смещается с манжетами в нижнее положение, так как при спуске в скважину он может пере­ меститься вверх до упора муфты в ствол пакера. При воз­ вращении хвостовика в исходное положение его отверстия А (см. рис. 3.14) сообщаются с отверстиями в стволе пакера, и давление передается в гидравлическую камеру Б (см. рис. 3.14). Под действием перепада давления якорное устройство выводится в рабочее положение до соприкосновения со стенками скважины. Под действием осевой нагрузки сжима­ ется резиновый элемент, и затрубное пространство разобща-

димом количестве закачивается и продавливается через бу­ рильные трубы и хвостовик к зоне поглощения 6 (рис. 3.15, б). По мере заполнения ствола скважины и поглощающих каналов тампонажной смесью 8 под манжетами 7 создается некоторый перепад давления, под действием которого ман­ жеты и хвостовик перемещаются вверх. Устройство имеет две (или более) манжеты для того, чтобы исключить поступ­ ление смеси в полость над ними при наличии небольших ка­ верн в стволе скважины.

Чтобы извлечь устройство из скважины, бурильные трубы медленно поднимают, при этом резиновый элемент принима­ ет транспортное положение, пружина возвращает плашки вниз, а гайка 2 (см. рис. 3.16), упираясь в ствол пакера 5 (см. рис. 3.14), увлекает за собой хвостовик с манжетами. По­ скольку манжеты при подъеме не защищены, то они могут быть разрушены. Поэтому при спуске в другую скважину хвостовик снабжается новыми манжетами, кожухом и баш ­ маком.

Обычно качество изоляции поглощающего пласта опреде­ ляется после разбуривания цементного моста, для чего необ­ ходимо извлечь из скважины бурильные трубы с пакером на поверхность, затем спустить в скважину долото. Для повтор­ ного цементирования необходимо вновь спустить пакер и закачать цементный раствор. На эти операции затрачивается много времени.

Ниже описывается устройство, которое позволяет много­ кратно цементировать зону поглощения и разбуривать це­ ментный мост без подъема пакера (ТатНИПИнефть).

Общий вид устройства изображен на рис. 3.16. Оно со­ стоит из гидравлического пакера и полого цилиндра 5, к нижнему концу которого с помощью муфты 12 присоединя­ ется долото 13. Пакер включает в себя резиновый элемент с металлическими головками 3 и 7 и корпус 4 с клапанами 6 и 9. Обратный клапан 6 служит для подачи жидкости под рези­ новый элемент при разобщении скважины, а клапан 9 - для выхода жидкости из-под резинового элемента перед подъе­ мом пакера из скважины. В исходном положении пакер фиксируется на цилиндре с помощью срезаемого штифта 8 , при этом отверстия А в цилиндре и корпусе пакера сообщ а­ ются между собой. Цилиндр сверху соединен с трубой 2, а снизу он имеет штуцер 11 для создания необходимого давле­ ния при установке пакера в скважине. Устройство соединяет­ ся с бурильными трубами посредством переводника 1.

Бурильные трубы с устройством спускают в скважину на

Рис. 3.10. Устройство для цементирования поглощающих пластов

А

Б

такую глубину, чтобы пакер был расположен над кровлей зоны поглощения. При этом необходимо иметь в Виду, что верхний конец бурильных труб должен быть соединен с ве­ дущей трубой, причем ее нижняя часть должна входить в р о ­ тор для осуществления последующего вращения бурильной колонны при разбуривании цементного моста.

Резиновый элемент в скважине уплотняется Давлением промывочной жидкости, закачиваемой в бурильные трубы. После установки пакера производят посадку бурильной ко-

ЛОн0ы' ПР И этом пггифт 8 срезается, и цилиндр вместе с трубам** и Долотом перемещается вниз. Колонну опускают вниз д0 ^осадки переводника 1 на корпус 4, благодаря чему достигае1ся герметизация кольцевого зазора между трубами 2 и кор1*усом пакера 4. В таком положении устройства цилиндр ПакеРа с долотом должны быть расположены в подошве зоны поглощения или ниже нее, что достигается подбором дли-

ны трубы 2.

jlo окончании подготовительных работ скважина промы ­ вается* и в бурильные трубы через ведущую трубу закачива- етС0 тампонажная смесь, которая, выходя из отверстий доло­ та заполняет ствол скважины и поглощающие каналы снизу вверх* После продавки смеси бурильная колонна приподни­ м аем а настолько, чтобы цилиндр пакера не дошел до корпу­ са jja 20-30 см, и затем скважина промывается для удаления

лонна приподнимается в исходное положение, при котором проходной канал корпуса полностью перекрывается цилинд­ ром пакера. Возвращение инструмента в исходное положение фиксируется упором штифта 10 в корпусе пакера 4.

Цементный мост разбуривается вращением колонны бу­ рильных труб ротором, а циркуляция бурового раствора осуществляется по кольцевому зазору между корпусом 4 и трубой 2. После разбуривания цементного моста скважину опрбссовывают и, если изоляция зоны поглощения не до­ стигнута, ее вновь цементируют по описанной технологии.

По окончании изоляционных работ инструмент извлекают из скважины. При натяжке бурильных труб штифты 10 сре­

Таким образом, перемещающийся цилиндр пакера вместе с трубой обеспечивает поступление смеси в зону поглощения снизу вверх, что повышает качество изоляции зоны погло­

спуска инструмента специально для разбуривания цементного моста.