RU2274730C2 - Скважинное оборудование для обработки призабойной зоны пласта и импульсное устройство для него - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области добычи нефти и может быть использовано в качестве нефтепромыслового оборудования для обработки призабойной зоны пласта. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы скважинного оборудования путем расширения его функциональных возможностей, а также диапазона применимости по глубинам и категориям скважин при снижении энергетических затрат. Сущность изобретения: скважинное оборудование включает колонну труб и импульсное устройство, гидравлически связанное переточным каналом с генератором упругих колебаний. Импульсное устройство и генератор упругих колебаний размещены в полых корпусах, соединенных между собой муфтой, имеющей по крайней мере одно окно. Выходы генератора упругих колебаний и импульсного устройства соединены патрубком, имеющим также по крайней мере одно окно, сообщенное каналом с окном муфты. Торец нижнего полого корпуса снабжен заглушкой, а верхний полый корпус соединен с колонной труб. Через входы импульсного устройства и генератора упругих колебаний осуществлена их гидравлическая связь. Импульсное устройство включает корпус с каналами питания, подпружиненные относительно корпуса поршень и втулку с проточками под стопор, кольцевую полость в корпусе с отверстиями для стопора и подпоршневую часть, сообщенную с пространством ниже втулки. В корпусе установлено седло, втулка в верхней ее части снабжена клапаном и размещена в кольцевой полости корпуса с возможностью установки клапана в седле и перемещения вдоль оси седла и кольцевой полости. Канал питания снабжен регулятором давления или расхода. Поршень установлен в приосевой полости корпуса и подпружинен к нему через шток, а надпоршневая часть гидравлически сообщена с подпоршневой и через шток - с пространством выше седла и клапана. 2 н. и 14 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а также к технике генерации упругих колебаний и может быть использовано в качестве нефтепромыслового оборудования для очистки призабойной зоны пласта (ПЗП) от кольматирующих материалов при освоении, реанимации и повышении продуктивности скважин, в особенности скважин, эксплуатируемых в осложненных условиях разработки, а также наклонно-горизонтальных скважин и вторых стволов действующих нефтяных скважин и водозаборных скважин. Кроме того, изобретение может быть использовано в горной промышленности для инициирования и интенсификации скважинной гидродобычи полезных ископаемых.

Известно устройство для освоения и обработки продуктивных горизонтов путем создания высокочастотных волн растяжения и сжатия в пластовой жидкости при депрессии на пласт (а.с. №1740640, кл. Е 21 В 43/25, опубл. в Б.И. №22, 92 г.), состоящее из струйного насоса, подвешенного с пакером на колонне труб, где в камере смешения насоса, перед соплом, размещен высокочастотный гидродинамический излучатель.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность очистки призабойной зоны от кольматанта из-за малости энергетического уровня осуществляемого колебательного воздействия на загрязненную область призабойной зоны. Это связано и с особенностями реализуемого механизма создания колебаний, и со значительным поглощением высокочастотной колебательной энергии в скважинной жидкости и насыщенной пористой среде коллектора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является скважинное оборудование для обработки призабойной зоны пласта (патент РФ № 2175718, кл. Е 21 В 43/25, опубл. в Б.И. №31, 2001 г.), содержащее струйный насос с корпусом, включающий камеру смешения, сопловую камеру с проходным каналом через пакер и фильтр-муфту. Внутри фильтра-муфты установлен клапан-реле и регулятор расхода или давления. Гидродинамический излучатель установлен под пакером на колонне труб на уровне интервала перфорации. Клапан-реле снабжен реле времени и установлен между регулятором давления и излучателем. Параллельно клапану-реле выполнен переточный канал. В качестве гидродинамического излучателя использован автоколебательный, низкочастотный генератор, согласованный с собственными резонансными свойствами оборудования и скважинной системы.

Недостатки работы устройства обусловлены тем, что во время осуществления цикла повышения давления затруднительно обеспечивать генерацию достаточно высокоамплитудных колебаний давления на забое, а это является обязательным условием эффективности обработки, особенно при нулевой продуктивности. Кроме того, известное устройство не позволяет в полной мере осуществлять в совокупности с воздействием упругими колебаниями какое-либо реагентное воздействие на пласт, без чего для отдельных категорий скважин получение достаточно благоприятного результата затруднительно.

Известен также скважинный импульсатор (пат. РФ №2136849, кл. Е 21 В 43/00, опубл. в Б.И. №25, 99 г.), включающий переходник с центральным каналом для подвода жидкости и боковым газоподводящим каналом с установленными в них обратными клапанами, трубчатый корпус и внутреннюю трубу, выполняющую роль газоаккумуляторной камеры, в нижней части которой установлен выпускной клапан. Обратные клапаны соединены с переходником и концентрически размещены относительно друг друга. В нижней части трубчатого корпуса установлен запорный клапан. Полость газоаккумуляторной камеры соединена с боковым каналом переходника, а межтрубное пространство - с его центральным каналом.

Недостаток этого устройства состоит в том, что при наличии свободного контакта газа газоаккумуляторной камеры с жидкостью он растворяется в ней, причем его растворимость увеличивается с глубиной установки устройства в скважине. При создании колебаний газ выносится вместе с жидкостью из скважины, уменьшая энергоемкость газоаккумуляторной камеры. Кроме того, невозможность управления упругим элементом в запорном клапане приводит к ограничению величины аккумулируемой энергии.

Известно также устройство для импульсной подачи жидкости или газа (а.с. №427204, кл. F 16 k 21/12, опубл. в Б.И. №17, 74 г.), у которого в корпусе установлен запорный орган, выполненный в виде клапана с хвостовиком, на котором установлен подпружиненный относительно корпуса плунжер, взаимодействующий с хвостовиком посредством дополнительной пружины.

Недостатком этого устройства является небольшая мощность импульса из-за малого и нерегулируемого объема выбрасываемой жидкости вследствие короткого промежутка времени и незначительной площади проходного сечения при открытии клапана. При этом клапан открывается против потока выходящей жидкости, что еще больше уменьшает время его открытого состояния.

Наиболее близким к предлагаемому импульсному устройству является устройство для проведения гидроударов на призабойную зону пласта "Импульс" (а.с. №1716108, кл. Е 21 В 43/25, опубл. в Б.И. №8, 92 г.), который содержит корпус с радиальными каналами, связанный с колонной труб, подпружиненную втулку с проточками под стопор и радиальными каналами, размещенными с возможностью совмещения с радиальными каналами корпуса и стопора. Корпус имеет кольцевую полость для размещения подпружиненного кольцевого поршня с пазами под стопор. Надпоршневая часть кольцевой полости сообщена с внутритрубным пространством выше подпружиненной втулки, а подпоршневая - с внутритрубным пространством ниже подпружиненной втулки.

Недостатком данной конструкции является ее низкая эффективность из-за следующих технических ограничений: по максимальной величине импульса вследствие необходимости наличия для поршня пружины, диаметром, превосходящим габариты скважинного пространства; по величине периодов между импульсами вследствие нерегулируемости времени роста давления в пространстве выше втулки; по минимальной величине расхода вследствие негерметичности контактирующих поверхностей втулки и корпуса.

Задача изобретения - повышение эффективности работы скважинного оборудования и импульсного устройства путем расширения их функциональных возможностей при обработке призабойной зоны пласта, а также диапазона применимости по глубинам и категориям скважин при снижении энергетических затрат.

Поставленная задача решается тем, что в известном скважинном оборудовании, включающем колонну труб, импульсное устройство, гидравлически связанное переточным каналом с генератором упругих колебаний, согласно изобретению, импульсное устройство и генератор упругих колебаний размещены в полых корпусах, соединенных между собой муфтой, имеющей по крайней мере одно окно, выходы генератора упругих колебаний и импульсного устройства соединены патрубком, имеющим по крайней мере одно окно, сообщенное каналом с окном муфты, торец нижнего полого корпуса снабжен заглушкой, а верхний полый корпус соединен с колонной труб, при этом гидравлическая связь импульсного устройства и генератора упругих колебаний осуществлена через их входы.

При этом импульсное устройство может быть настроено с возможностью открывания при перепаде давления, превышающем номинальный перепад давления работы генератора упругих колебаний, для комбинирования работы как одним генератором, так и совместно с импульсным устройством или только одним импульсным устройством.

В качестве генератора упругих колебаний может быть использован гидродинамический генератор колебаний расхода на основе вихревых форсунок для регулирования, с помощью величины расхода, комбинированной работы скважинного оборудования.

В ряде случаев генератор упругих колебаний может быть снабжен на выходе четвертьволновым резонатором-преобразователем, выполненным в виде трубы, или упругим телом с регулируемой упругостью, и согласован с ними по частоте колебаний для увеличения размаха амплитуды колебаний давления.

При размещении генератора упругих колебаний в нижнем полом корпусе с заглушкой переточный канал целесообразно снабдить регулятором расхода.

При размещении генератора упругих колебаний в верхнем полом корпусе на его входе целесообразно установить регулятор расхода.

В патрубке может быть установлен двухсторонний отражатель потоков со стороны выхода импульсного устройства и генератора упругих колебаний в сторону окна патрубка.

Возможно использование в качестве патрубка корпуса импульсного устройства, а в качестве отражателя - поверхности его клапана, при этом в боковой поверхности корпуса выполнены выходные окна, которые сообщены каналом с окном муфты.

В колонне труб выше импульсного устройства и генератора упругих колебаний могут быть установлены инжектор и/или пакерующее устройство для возможности регулирования уровня статического давления в обрабатываемом скважинном пространстве.

Поставленная задача решается также тем, что в известном импульсном устройстве, включающем корпус с каналами питания, подпружиненные относительно корпуса поршень и втулку с проточками под стопор, кольцевую полость в корпусе с отверстиями для стопора и подпоршневую часть, сообщенную с пространством ниже втулки, согласно изобретению, в корпусе установлено седло, втулка в верхней ее части снабжена клапаном и размещена в кольцевой полости корпуса с возможностью установки клапана в седле и перемещения вдоль оси седла и кольцевой полости, канал питания снабжен регулятором давления или расхода, поршень установлен в приосевой полости корпуса и подпружинен к нему через шток, а надпоршневая часть гидравлически сообщена с подпоршневой и через шток - с пространством выше седла и клапана. Корпус со стороны пространства выше седла и клапана целесообразно снабдить гидроаккумулятором, выполненным в виде полости с регулируемой упругостью, а в линии его питания установить регулятор расхода или давления и/или обратный клапан для расширения диапазона регулирования интервала времени между импульсами. При этом каналы питания импульсного устройства и гидроаккумулятора могут быть объединены. Для управления мощностью импульсного излучения устройство может быть дополнительно снабжено инжектором и/или пакерующим устройством. Для обеспечения открытия клапана при заданном перепаде давления шток поршня должен быть снабжен уплотнением и регулятором рабочего хода пружины. Выход импульсного устройства может быть выполнен в корпусе в виде осевых и/или радиальных каналов ниже седла и клапана, на клапане могут быть выполнены центраторы для посадки его в седло, а на внешней и внутренней поверхностях клапана - дополнительные уплотнения для обеспечения минимальной величины расхода. При этом седло может быть выполнено подвижным относительно корпуса.

Повышение эффективности работы предлагаемого скважинного оборудования достигается за счет обеспечения согласованной работы в оптимальном режиме как генератора упругих колебаний, так и импульсного устройства, возможностей управления глубиной воздействия, сочетания воздействия с закачкой реагентов, а также повышения мощности упругого воздействия при тех же энергозатратах при обработке более глубоких скважин, в том числе и горизонтальных.

На фиг.1 схематически изображено скважинное оборудование для обработки призабойной зоны пласта;

на фиг.2 - представлено импульсное устройство для обработки призабойной зоны пласта.

Скважинное оборудование состоит из опущенных в скважину 1 на колонне труб 2 двух полых корпусов 3 и 4, соединенных с помощью муфты 5, в которых расположены импульсное устройство 6 и генератор упругих колебаний 7, соединенные между собой патрубком 8, установленным и закрепленным в муфте 5. Генератор упругих колебаний снабжен на выходе четвертьволновым резонатором - преобразователем, выполненым в виде трубы или упругим телом с регулируемой упругостью, например, упругим телом с полостью заполненой газом или подпружиненным устройством и пр. На нижнем торце полого корпуса 4 установлена заглушка 9, а во внутренней полости патрубка - отражатель 10. В муфте 5 выполнен переточный канал 11с ограниченной пропускной способностью для питания генератора упругих колебаний 7 и канал 12, обеспечивающий гидравлическую связь окна 13 патрубка 8 с окном 14 муфты 5.

Возможно применение эжекторной установки 15 с пакером 16, располагаемой на колонне труб выше скважинного оборудования.

Импульсное устройство содержит корпус 17 с седлом 18. В корпусе выполнены кольцевая 19 и приосевая 20 полости и днище 21, которое выполнено подвижным относительно корпуса. В приосевой полости установлен поршень 22 с наружной кольцевой проточкой 23 и со штоком 24, подпружиненным относительно торцевой поверхности корпуса полости пружиной 25, для регулирования рабочего хода которой на конце штока установлена гайка 26. В кольцевой полости 19 расположены клапан 27 и втулка 28 с внутренней кольцевой проточкой 29 и с центраторами 30, которая подпружинена относительно днища корпуса пружиной 31. Кольцевая 19 и приосевая 20 полости связаны отверстиями 32 для расположения фиксаторов 33. Для выравнивания давлений над и под поршнем 22 в нем выполнены каналы 34, а подпоршневая часть приосевой полости 20 сообщена с пространством ниже втулки 28 с помощью канала 35. Корпус 17 может быть дополнительно снабжен гидроаккумулятором 36, установленным со стороны его входа 37, в линию питания которого помещен регулятор расхода 38. Объем гидроаккумулятора разделен с помощью эластичной мембраны 39 на полость 40, заполняемую газом, и полость 41, заполняемую жидкостью.

Скважинное оборудование работает следующим образом.

В скважину 1 на колонне труб 2 спускаются соединенные муфтой 5 два полых корпуса 3 и 4, в которых расположены импульсное устройство 6 и генератор упругих колебаний 7, установленные в патрубке 8, закрепленном в муфте 5, причем муфта с окном 14, соединенным с окном 13 патрубка с помощью канала 12, устанавливаются на уровне обрабатываемого пласта.

Рабочий перепад давления на генераторе упругих колебаний и перепад давления, открывающий клапан импульсного устройства, а также проводимость переточного канала предварительно рассчитываются, исходя из геолого-промысловых данных объекта обработки. При использовании эжекторной установки дополнительно рассчитывают ее расходно-напорную характеристику для достижения требуемого уровня статического давления в обрабатываемом скважинном пространстве.

К колонне труб 2 подключается выход насосного агрегата, а затрубное пространство скважины соединяется выкидной линией с емкостью с рабочей жидкостью, в которую опущен приемный шланг насосного агрегата. Рабочую жидкость от насосного агрегата под расчетным давлением подают в колонну труб 2, затем через полый корпус 3 и переточный канал 11 - в полый корпус 4 с заглушкой 9. При этом генератор упругих колебаний 7 начинает работать в оптимальном для него режиме, инициируя колебания давления жидкости, отклоняемой от отражателя 10, через окно 13 патрубка 8, канал 12 и окно 14 муфты 5 в затрубном пространстве. Для запуска импульсного устройства 6 давление рабочей жидкости поднимают, увеличивая расход от насосного агрегата, и при достижении расчетного давления открытия устройство начинает излучать импульсы давления в затрубное пространство с генерацией упругих колебаний генератором 7.

Для работы одним импульсным устройством выкидную линию перекрывают, прекращая циркуляцию жидкости через генератор 7 и тем самым его работу, а давление в колонне труб 2 поднимают и поддерживают до расчетного давления открытия клапана импульсного устройства 6.

При использовании эжекторной установки 15 с установкой пакера 16 рабочая жидкость, проходя через их переточные каналы, попадает в скважинное оборудование, с выхода которого - в затрубное пространство выше пакера.

Импульсное устройство работает следующим образом.

Перед установкой, при выбранном рабочем перепаде давления на импульсном устройстве, регулируют рабочий ход пружин, обеспечивающих открытие и закрытие клапана, определяют проходное сечение регулятора расхода, а также упругость газовой полости.

В первой фазе работы установленный в седле 18 клапан 27 зафиксирован неподвижно при помощи фиксаторов 33. Жидкость через регулятор расхода 38 поступает в полость 41, сжимая через эластичную мембрану 39 газовую полость 40. Скорость роста давления обеспечивается величиной проходного сечения регулятора расхода 38, а также регулируемой упругостью в газовой полости 40. С ростом давления поршень 22 через шток 24 и гайку 26 сжимает пружину 25. При достижении величины давления, при которой расчетный ход пружины приводит к совпадению наружной кольцевой проточки 23 поршня 22 с отверстиями 32, происходит смена позиций фиксаторов 33, которые под действием давления на клапан 27 освобождают его внутреннюю кольцевую проточку 29 и устанавливаются с фиксацией в поршне 22. Во второй фазе работы устройства возросшее давление резко отжимает от седла 18 освободившийся клапан 27, при этом пришедшая в движение жидкость под действием упругой энергии сжатого газа и меньшего давления в пространстве ниже втулки 28 через седло 18 и радиальные каналы 42 выбрасывается наружу, стравливая давление в газовой полости 40. В третьей фазе работы устройства давления жидкости, заполняющей пространство выше клапана 27 через регулятор расхода 38, недостаточно для открытия клапана, и он под действием пружины 31 возвращается в седло 18, при этом внутренняя кольцевая проточка 29 клапана 27 совмещается с отверстиями 32. Под действием силы упругости сжатая пружина 25 отжимает поршень 22, освобождаясь от фиксаторов 33, которые в свою очередь устанавливаются между отверстиями 32 и внутренней кольцевой проточкой 29 клапана 27 с фиксацией последнего. При поддержании расчетной величины давления в линии питания, при которой ход пружины 25 приводит к совпадению наружной кольцевой проточки 23 поршня 22 с отверстиями 32, фазы работы импульсного устройства повторяются.

Таким образом, конструктивное выполнение предлагаемых нами скважинного оборудования и импульсного устройства позволяет вести управляемое по глубине воздействие на призабойную зону пласта, чередуя импульсное, виброволновое и виброволновое с импульсным излучения упругой энергии, более эффективно проводить закачки реагентов в пласт, обрабатывать более глубокие, в том числе и горизонтальные скважины.

Claims (16)

1. Скважинное оборудование, включающее колонну труб, импульсное устройство, гидравлически связанное переточным каналом с генератором упругих колебаний, отличающееся тем, что импульсное устройство и генератор упругих колебаний размещены в полых корпусах, соединенных между собой муфтой, имеющей по крайней мере одно окно, выходы генератора упругих колебаний и импульсного устройства соединены патрубком, имеющим по крайней мере одно окно, сообщенное каналом с окном муфты, торец нижнего полого корпуса снабжен заглушкой, а верхний полый корпус соединен с колонной труб, при этом гидравлическая связь импульсного устройства и генератора упругих колебаний осуществлена через их входы.

2. Скважинное оборудование по п. 1, отличающееся тем, что импульсное устройство настроено с возможностью открытия при перепаде давления, превышающем номинальный перепад давления работы генератора упругих колебаний.

3. Скважинное оборудование по п. 2, отличающееся тем, что в качестве генератора упругих колебаний использован гидродинамический генератор колебаний расхода на основе вихревых форсунок.

4. Скважинное оборудование по п.3, отличающееся тем, что генератор упругих колебаний снабжен на выходе четвертьволновым резонатором-преобразователем, выполненным в виде трубы, или упругим телом с регулируемой упругостью и согласован с ними по частоте колебаний.

5. Скважинное оборудование по п. 4, отличающееся тем, что генератор упругих колебаний размещен в нижнем полом корпусе с заглушкой, а переточный канал снабжен регулятором расхода.

6. Скважинное оборудование по п. 4, отличающееся тем, что генератор упругих колебаний размещен в верхнем полом корпусе, на входе которого установлен регулятор расхода.

7. Скважинное оборудование по п. 1, отличающееся тем, что в патрубке установлен двухсторонний отражатель потоков со стороны выхода импульсного устройства и генератора упругих колебаний в сторону окна патрубка.

8. Скважинное оборудование по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что колонна труб выше импульсного устройства и генератора упругих колебаний снабжена инжектором и/или пакерующим устройством.

9. Импульсное устройство для обработки призабойной зоны пласта, включающее корпус с каналом питания, подпружиненные относительно корпуса поршень и втулку с проточками под стопор, кольцевую полость в корпусе с отверстиями для стопора и подпоршневую часть, сообщенную с пространством ниже втулки, отличающееся тем, что в корпусе установлено седло, втулка в верхней ее части снабжена клапаном и размещена в кольцевой полости корпуса с возможностью установки клапана в седле и перемещения вдоль оси седла и кольцевой полости, канал питания снабжен регулятором давления или расхода, поршень установлен в приосевой полости корпуса и подпружинен к нему через шток, а надпоршневая часть гидравлически сообщена с подпоршневой и через шток - с пространством выше седла и клапана.

10. Импульсное устройство по п. 9, отличающееся тем, что корпус со стороны пространства выше седла и клапана снабжен гидроаккумулятором с полостью, заполненной газом, в линии питания которого установлен регулятор расхода или давления и/или обратный клапан.

11. Импульсное устройство по п. 10, отличающееся тем, что каналы питания импульсного устройства и гидроаккумулятора объединены.

12. Импульсное устройство по п. 9, отличающееся тем, что шток снабжен уплотнением и регулятором рабочего хода пружины, обеспечивающим открывание клапана при заданном перепаде давления.

13. Импульсное устройство по п. 9, отличающееся тем, что выход импульсного устройства выполнен в корпусе в виде осевых каналов и/или радиальных каналов ниже седла и клапана.

14. Импульсное устройство по п. 9, отличающееся тем, что на клапане выполнены центраторы для посадки клапана в седло, а на внешней и внутренней поверхностях клапана - дополнительные уплотнения.

15. Импульсное устройство по п. 9, отличающееся тем, что седло выполнено подвижным относительно корпуса.

16. Импульсное устройство по любому из пп. 9-15, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено инжектором и/или пакерующим устройством.

Images