Устройство депрессионной очистки забоя скважин

Устройство депрессионной очистки забоя скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в качестве технологического оборудования для очистки забоя (зумпфа) скважин от шлама, песка, парафина и других трудноизвлекаемых отложений.

Известно устройство для очистки забоя скважины (авторское свидетельство SU №2099506, МПК 7 Е 21 В 37/00, опубл. Бюл. №22, 1995 г.), содержащее корпус с депрессионной камерой и клапаном-заглушкой, шламоприемную камеру, камеру с разделительным поршнем, ударным штоком со срезными штифтами, выдвижным фиксатором поршня.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая наполняемость шламоприемной камеры продуктами очистки скважины из-за влияния напора столба жидкости в эксплуатационной колонне, в связи с чем снижается эффективность работы устройства;

- во-вторых, устройство не обеспечивает в условиях глубоких скважин защиту обсадных труб и цементного кольца в заколонном пространстве от гидроудара в момент создания депрессии в зоне очистки, в следствие чего, при разрушении цементного кольца ослабляется крепление ствола скважины, что приводит к осложнениям, например, заколонным перетокам жидкости и загрязнению пресноводных горизонтов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство депрессионной очистки забоя скважин (патент RU №2213847, МПК 7 Е 21 В 37/00, опубл. Бюл. №28 от 2003 г.), включающее депрессионную камеру с разделительным поршнем, гидравлически связанную со шламоприемной камерой, и средством перекрытия, выполненным в виде клапана-затвора, размещенного в нижней ее части, при этом оно снабжено устройством гидродинамического воздействия, выполненным в виде диффузора-конфузора и эластичного шара, установленного между разделительным поршнем, выполненным дифференциальным, и шламоприемной камерой с торцевой приемной частью, выполненной в виде трубного паука, при этом выше разделительного поршня, дополнительно, встроен клапан-пробка для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб с затрубным пространством скважины при извлечении устройства на поверхность.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, отсутствие фильтра на приеме в шламоприемную камеру может привести к засорению решетки устройства гидродинамического воздействия, чем создается препятствие дополнительному выносу продуктов кольматации с забоя скважины, кроме того, перед подъемом устройства на поверхность оно не обеспечивает удаление из депрессионной и шламоприемной камер продуктов очистки с забоя скважины, в связи с чем, создаются дополнительные нагрузки на грузоподъемный агрегат, ведущие к снижению скорости подъема устройства, а также повышается вероятность поломки одного или сразу нескольких элементов компоновки оборудования. Кроме того, при большой депрессии на пласт возможно «залипание» эластичного шара в проходном канале устройства гидродинамического воздействия. Все вышеотмеченные факторы снижают надежность работы устройства по депрессионной очистке забоя скважины;

- во-вторых, по мере излечения устройства на поверхность и удаления из депрессионной и шламоприемной камер продуктов очистки с забоя загрязняется устье скважины, что ведет к нарушению экологических требований;

- в-третьих, сложность контроля проводимых технологических операций при депрессионной очистке забоя скважины, кроме того, в процессе работы пласт не защищен от продуктов очистки и гидроудар, возникающий в момент создания депрессии в зоне очистки забоя скважины, сопровождающийся резким скачком давления, может привести к нарушению целостности крепи скважины и пласта и ухудшению коллекторских свойств последнего.

Задачей изобретения является повышение надежности работы устройства за счет вымывания продуктов очистки перед подъемом устройства на поверхность с возможностью контроля проводимых технологических операций, повышение экологичности, а также сохранение коллекторских свойств пласта путем исключения попадания в него продуктов очистки с забоя скважины.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством депрессионной очистки забоя скважин, включающим депрессионную камеру с разделительным поршнем, гидравлически связанную с шламоприемной камерой через устройство гидродинамического воздействия, и клапан-затвор, размещенный в нижней части шламоприемной камеры, нижняя торцевая приемная часть которой выполнена в виде трубного паука, при этом выше разделительного поршня, дополнительно, встроен клапан-пробка для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб с затрубным пространством при извлечении устройства на поверхность.

Новым является то, что верхняя часть разделительного поршня оснащена переводником, соединенным с колонной насосно-компрессорных труб, а нижняя часть установлена в депрессионную камеру, относительно которой в транспортном положении зафиксирована срезными элементами с возможностью ограниченного осевого перемещения вниз, причем устройство гидродинамического воздействия выполнено в виде дифференциального клапана, установленного в верхней части шламоприемной камеры и подпружиненного относительно депрессионной камеры, кроме того, депрессионная камера и шламоприемная камера выполнены с возможностью сближения при вращении относительно друг друга, при этом шламоприемная камера снаружи оснащена сверху вниз пакерующим и фиксирующим механизмами, причем пакерующий механизм выполнен в виде верхнего упора с радиальными каналами, эластичной манжеты и конусного нижнего упора, выполненными с возможностью ограниченного перемещения вверх относительно шламоприемной камеры, а фиксирующий механизм выполнен в виде втулки с пружинными центраторами и подпружиненными внутрь плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с конусным нижним упором пакерующего механизма, при этом нижняя торцевая приемная часть, дополнительно, ниже клапана-затвора оснащена изнутри ловильными перьями и выполнена с возможностью взаимодействия с забоем без вращения и сближения с шламоприемной камерой при вращении относительно друг друга, причем шламоприемная камера дополнительно оснащена перекрытыми в транспортном положении верхним упором, радиальными отверстиями, которые выполнены с возможностью совмещения с радиальными каналами верхнего упора, при этом верхний упор пакерующего механизма и втулка фиксирующего механизма зафиксированы в транспортном положении относительно шламоприемной камеры срезными, соответственно верхними и нижними винтами, а клапан-пробка выполнен в виде сбивного клапана.

На фигуре 1 изображена верхняя часть устройства депрессионной очистки забоя скважин в продольном разрезе.

На фигуре 2 изображена нижняя часть устройства депрессионной очистки забоя скважин в продольном разрезе.

Устройство состоит из депрессионной камеры 1 (см. фиг.1) с разделительным поршнем 2, устройства гидродинамического воздействия 3, гидравлически связанного посредством соединительной муфты 4 со шламоприемной камерой 5, клапана-затвора 6, размещенного в нижней части шламоприемной камеры 5.

Верхняя часть разделительного поршня 2 оснащена переводником 7, который соединен с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 8, а нижняя часть оснащена окнами 9 и установлена в депрессионную камеру 1, относительно которой в транспортном положении разделительный поршень 2 зафиксирован срезными элементами 10 с возможностью ограниченного осевого перемещения вниз благодаря пальцу 11, жестко зафиксированному в депрессионной камере 1 и размещенному в вертикальном пазу 12, выполненном на наружной поверхности разделительного поршня 2. Кроме того, в транспортном положении окна 9 разделительного поршня 2 герметично перекрыты депрессионной камерой 1 посредством уплотнительных элементов 13. Депрессионная камера 1 соединена с устройством гидродинамического воздействия 3 с помощью муфты 14. Устройство гидродинамического воздействия 3 выполнено в виде дифференциального клапана, установленного в верхней части шламоприемной камеры 5 и подпружиненного относительно депрессионной камеры 1 посредством пружины 15.

Депрессионная 1 и шламоприемная 5 камеры выполнены с возможностью сближения при вращении относительно друг друга. Шламоприемная камера 5 снаружи оснащена сверху вниз пакерующим 16 (см. фиг.2) и фиксирующим 17 механизмами.

Пакерующий механизм 16 выполнен в виде верхнего упора 18 с радиальными каналами 19, эластичной манжеты 20 и конусного нижнего упора 21, выполненными с возможностью ограниченного перемещения вверх относительно шламоприемной камеры 5. Фиксирующий механизм 17 выполнен в виде втулки 22 с пружинными центраторами 23 и подпружиненными внутрь плашками 24, выполненными с возможностью взаимодействия с конусным нижним упором 21 пакерующего механизма 16.

Нижняя торцевая приемная часть 25 шламоприемной камеры 5 выполнена в виде трубного паука и свинчена с последней посредством переходника 26.

Нижняя торцевая приемная часть 25 оснащена изнутри ловильными перьями 27 и выполнена с возможностью взаимодействия с забоем 28 без вращения и сближения с шламоприемной камерой 5 при относительном вращении относительно друг друга.

Шламоприемная камера 5 дополнительно оснащена перекрытыми в транспортном положении верхним упором 18 радиальными отверстиями 29, которые выполнены с возможностью совмещения с радиальными каналами 19 верхнего упора 18.

Верхний упор 18 пакерующего механизма 16 и втулка 22 фиксирующего механизма 17 зафиксированы в транспортном положении относительно шламоприемной камеры 5 срезными, соответственно верхними 30 и нижними 31 винтами.

Выше разделительного поршня 2 (см. фиг.1), дополнительно, встроен клапан-пробка 32, выполненный в виде сбивного клапана для сообщения внутренней полости колонны НКТ 8 с затрубным пространством при извлечении устройства на поверхность.

Устройство депрессионной очистки забоя скважин работает следующим образом.

Устройство посредством переводника 7 (см. фиг.1) соединяют с колонной НКТ 8 и в сборе (см. фигуры 1 и 2) спускают в скважину до упора на забой 28, после чего разгрузкой колонны НКТ 8 на забой создают осевую нагрузку вниз на 30-40 кН, при этом разрушается срезной элемент 10 и разделительный поршень 2 (см. фиг.1) смещается вниз, а палец 11, жестко зафиксированный в депрессионной камере 1, перемещается вверх по вертикальному пазу 12 разделительного поршня 2 до упора в верхний конец вертикального паза 12. После этого устройство полностью разгружают на забой 28 (см. фиг.2). Это контролируется визуально на устье скважины по изменению показаний индикатора веса (на фигурах 1 и 2 не показано), при этом происходит снижение показаний индикатора веса и смещение вниз колонны НКТ 8, в результате чего происходит сообщение депрессионной 2 и шламоприемной 5 камер (см. фиг.1) посредством устройства гидродинамического воздействия 3.

Под действием перепада давления над и под разделительным поршнем 2 в депрессионной камере 1 происходит имплозионный эффект и начинается всасывание через нижнюю торцевую приемную часть 25, выполненную в виде трубного паука (см. фиг.2), в шламоприемную камеру 5 отложений (шлам, песок) с забоя 28 скважины. Под их напором клапан-затвор 6 открывается и отложения с забоя 28 заполняют шламоприемную камеру 5, причем более крупные из них с целью предотвращения «забивания» проходного канала устройства гидродинамического воздействия 3 отфильтровываются ловильными перьями 27, установленными изнутри нижней торцевой приемной части 25.

Размещенное между разделительным поршнем 2 и шламоприемной камерой 5 устройство гидродинамического воздействия 3 (см. фиг.1) подпружинено посредством пружины 15 относительно депрессионной камеры 1 и под действием созданного перепада давления создает регулируемое воздействие. Перепад давления изменяет проходное сечение устройства гидродинамического воздействия 3 и способствует дополнительному выносу отложений с забоя 28 и исключает гидроудар. Чем больше перепад давления между депрессионной 1 и шламоприемной 5 камерами, тем больше втягивается устройство гидродинамического воздействия 3, сжимая пружину 15, и тем меньше его проходное сечение.

По окончании депрессионной очистки, давления в депрессионной 1 и шламоприемной 5 камерах выравниваются, причем время депрессионной очистки от отложений с забоя 28 (см. фиг.2) определяется опытным путем и зависит от глубины спуска устройства и степени загрязненности забоя скважины.

Затем приподнимают устройство с забоя на 3-5 м, при этом клапан-затвор 6 закрывается, исключая обратное выпадение отложений, находящихся в шламоприемной камере 5, на забой 28. О наличии в устройстве скважинной жидкости и отложений в шламоприемной камере 5 свидетельствует превышение показаний индикатора веса над первоначальными, то есть веса устройства с колонной НКТ 8 перед разгрузкой на забой 28.

Устройство вновь полностью разгружают на забой скважины, после чего начинают вращать колонну НКТ 8 с устья скважины (на фиг.1 и 2 не показано) по часовой стрелке, при этом колонна НКТ 8 (см. фиг.1) передает вращающий момент на верхнюю часть устройства благодаря пальцу 11, находящемуся в вертикальном пазу 12 разделительного поршня 2, в результате чего колонна НКТ 8 и верхняя часть устройства, включая муфту 14, вращаются, и по наружной резьбе 33 устройства гидродинамического воздействия 3 опускаются вниз, сжимая пружину 15. Вращение колонны НКТ 8 продолжают до тех пор, пока не закончится наружная резьба 33, в результате чего проходной канал устройства гидродинамического воздействия 3 полностью открывается и сохраняет проходное сечение.

Вращение колонны НКТ 8 с устья скважины (на фиг.1 и 2 не показано) по часовой стрелке продолжают, в результате чего колонна НКТ 8 вместе с устройством, за исключением фиксирующего механизма 17 (см. фиг.2) и нижней торцевой приемной части 25 шламоприемной камеры 5 с переходником 26, вращаются и по наружной резьбе 34 шламоприемной камеры 5 опускаются вниз, при этом происходит разрушение нижнего винта 31, фиксирующего в транспортном положении втулку 22 относительно шламоприемной камеры 5. Вращение колонны НКТ 8 продолжают до окончания наружной резьбы 34.

Затем колонну НКТ 8 с устройством приподнимают вверх с учетом того, чтобы пакерующее устройство 16 находилось выше продуктивного пласта в скважине (на фиг. не показано).

Далее колонну НКТ 8 с устройством начинают опускать вниз, при этом фиксирующее устройство 17, благодаря контакту пружинных центраторов 23 со стенкой 35 скважины остается неподвижным, и подпружиненные внутрь плашки 24 фиксирующего механизма 16, вступают во взаимодействие с конусным нижним упором 21 пакерующего механизма 16. При дальнейшем опускании устройства вниз происходит разрушение верхнего винта 30, фиксирующего в транспортном положении верхний упор 18 относительно шламоприемной камеры 5, при этом происходит смещение вверх пакерующего механизма 16 до взаимодействия верхним упором 18 о нижний торец присоединительной муфты 36 шламоприемной камеры 5. В этот момент происходит совмещение радиальных каналов 19 верхнего упора 18 и радиальных отверстий 29 шламоприемной камеры 5. Устройство продолжают опускать, при этом происходит фиксация подпружиненных внутрь плашек 24 фиксирующего механизма 16 на стенках 35 скважины и при последующем движении вниз устройства происходит его разгрузка на вышеупомянутые подпружиненные внутрь плашки 24, при этом эластичная манжета 20 сжимается и прижимается к стенкам 35 скважины, герметично отсекая часть скважины, находящуюся ниже устройства, в том числе и продуктивный пласт.

Прямой или обратной промывкой удаляют из устройства отложения с забоя скважины, находящиеся в нем после депрессионной очистки, при этом предварительно выкидную линию скважины соединяют с амбаром или желобной емкостью (на фиг.1 и 2 не показано) с целью соблюдения экологических требований.

По окончании промывки до начала подъема устройства на поверхность в НКТ 8 с устья скважины сбрасывают груз (на фиг. не показан), который разрушает клапан-пробку 32, выполненный в виде сбивного клапана (см. фиг.1), в результате чего происходит сообщение депрессионной камеры 1 и внутреннего пространства НКТ 8 с затрубным пространством скважины, предотвращая перелив скважинной жидкости на устье при подъеме устройства на поверхность. О разрушении клапана-пробки 32 свидетельствует потеря веса скважинной жидкости в процессе подъема устройства, которое отображается на индикаторе веса.

Предлагаемое устройство соответствует требованиям экологии и надежно в работе за счет вымывания продуктов очистки перед подъемом устройства на поверхность, при этом возможен полный контроль проводимых технологических операций, а сохранение коллекторских свойств пласта обусловлено применением пакерующего устройства, предотвращающего попадание в пласт отложений с забоя скважины и позволяющего исключить работы по восстановлению продуктивности пласта, и как следствие, позволяет избежать дополнительных материальных и финансовых затрат.

Устройство депрессионной очистки забоя скважины, включающее депрессионную камеру с разделительным поршнем, гидравлически связанную со шламоприемной камерой через устройство гидродинамического воздействия, и клапан-затвор, размещенный в нижней части шламоприемной камеры, нижняя торцевая приемная часть которой выполнена в виде трубного паука, при этом выше разделительного поршня дополнительно встроен клапан-пробка для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб с затрубным пространством при извлечении устройства на поверхность, отличающееся тем, что верхняя часть разделительного поршня оснащена переводником, соединенным с колонной насосно-компрессорных труб, а нижняя часть установлена в депрессионную камеру, относительно которой в транспортном положении зафиксирована срезными элементами с возможностью ограниченного осевого перемещения вниз, причем устройство гидродинамического воздействия выполнено в виде дифференциального клапана, установленного в верхней части шламоприемной камеры и подпружиненного относительно депрессионной камеры, кроме того, депрессионная камера и шламоприемная камера выполнены с возможностью сближения при вращении относительно друг друга, при этом шламоприемная камера снаружи оснащена сверху вниз пакерующим и фиксирующим механизмами, причем пакерующий механизм выполнен в виде верхнего упора с радиальными каналами, эластичной манжеты и конусного нижнего упора, выполненными с возможностью ограниченного перемещения вверх относительно шламоприемной камеры, а фиксирующий механизм выполнен в виде втулки с пружинными центраторами и подпружиненными внутрь плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с конусным нижним упором пакерующего механизма, при этом нижняя торцевая приемная часть дополнительно ниже клапана-затвора оснащена изнутри ловильными перьями и выполнена с возможностью взаимодействия с забоем без вращения и сближения со шламоприемной камерой при относительном вращении относительно друг друга, причем шламоприемная камера дополнительно оснащена перекрытыми в транспортном положении верхним упором, радиальными отверстиями, которые выполнены с возможностью совмещения с радиальными каналами верхнего упора, при этом верхний упор пакерующего механизма и втулка фиксирующего механизма зафиксированы в транспортном положении относительно шламоприемной камеры срезными соответственно верхними и нижними винтами, а клапан-пробка выполнен в виде сбивного клапана.