Устройство для многократного гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта

Устройство для многократного гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону продуктивного пласта, и может быть использовано с целью повышения ее проницаемости.

Уровень техники

Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины методом имплозии (см. описание изобретения к авт. св-ву №1004624, МПК Е21В 43/26, опубл. 15.03.83), закрепленное на колонне насосно-компрессорных труб и содержащее корпус с радиальными каналами, выполненными в верхней и нижней его зонах, и два поршня с осевыми каналами, размещенными в корпусе между упомянутыми зонами, при этом верхний поршень подпружинен, а нижний поршень выполнен ступенчатым и контактирующим с ограничителем его движения. Между нижним и верхним поршнями установлен шаровой клапан.

Охарактеризованное выше устройство работает при периодической откачке из скважины пластовой жидкости и под действием перепада давления, образуемого пластовой жидкостью в объеме корпуса, обусловливающего перемещение поршней и периодическое перекрытие радиальных отверстий в верхней и нижней зонах корпуса. Оно обеспечивает передачу на пласт периодических импульсов давления, однако характеризуется очень низкой эффективностью в связи с небольшой амплитудой гидроударного воздействия на пласт и невысокой мощностью.

Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины (см. описание изобретения к патенту RU 2148163, МПК: Е21В 43/25, опубл. 27.04.2000), включающее выполненный в нижней части колонны труб впускной клапан, состоящий из рабочего цилиндра, имеющего сквозные окна, закрытые наружной обоймой. В стенках обоймы жестко закреплен пропущенный сквозь окна рабочего цилиндра палец, на котором закреплены гибкая тяга и пружина, усилия которых направлены в противоположные стороны, при этом другой конец тяги закреплен на срезаемом штифте. При воздействии на штифт ударника освобождается верхний конец гибкой тяги, и под действием пружины происходи сдвиг обоймы, что обусловливает открытие окон рабочего цилиндра и поступление пластовой жидкости во внутренний объем колонны труб. Пластовым давлением производится выброс флюида, кольматанта, остатков бурового раствора из пласта в полость колонны труб, происходит очитка пласта и раскрытие новых трещин. Вместе с тем, это устройство не может существенно повысить приемистость скважины, поскольку значительных гидроударных воздействий на продуктивный пласт при работе такой конструкции не происходит. Кроме того устройство характеризуется однократностью действия, для повтора операции необходимо устройство поднять на поверхность, очистить от жидкости и твердого осадка и привести конструктивные элементы в исходное состояние, что является весьма дорогостоящей операцией.

В качестве прототипа заявляемого технического решения принято устройство для многократного гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта (см. книгу Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М., Недра, 1999, стр.109-106), работа которого также основана на использовании эффекта имплозии. Устройство содержит прикрепленную к нижней части насосно-компрессорных труб (НКТ) имплозионную камеру с установленным в ее объеме плунжером и имеющую расширенную зону, в стенках которой выполнены радиальные окна. К нижней части имплозионной камеры прикреплен стакан, также имеющий радиальные окна. В объеме стакана установлен подпружиненный шаровой клапан, отделяющий объем имплозионной камеры с плунжером и с расширенной зоной от объема стакана.

Устройство устанавливается в обсадной трубе скважины на уровне перфорации в зоне нефтяного пласта. Плунжер с помощью лебедки, смонтированной на устье скважины, опускается на канате в объем имплозионной камеры и устанавливается так, что имеет место его упор в шаровой клапан. При перемещении плунжера вверх клапан закрывается, и в имплозионной камере создается разрежение. При дальнейшем перемещении плунжера вверх и достижении нижним его торцом расширенного участка имплозионной камеры, жидкость из пространства между насосно-компрессорными трубами и обсадной трубой скважины через окна расширенной зоны с большой скоростью (120-130 м/с) устремляется в нижнюю часть имплозионной камеры, создавая в призабойной зоне импульс депрессии. При достижении дна имплозионной камеры жидкость отжимает шаровой клапан и через окна стакана и перфорационные отверстия в обсадной трубе устремляется в призабойную зону, создавая в ней импульс давления. При этом в породе пласта происходит гидравлический удар с давлением, превышающим горное давление на глубине пласта. Операции опускания-подъема плунжера, а следовательно, и импульсов депрессии и гидравлических ударов повторяют столько раз, сколько необходимо для увеличения приемистости скважины. После достижения необходимого эффекта по повышению нефтеотдачи, канат с плунжером извлекают из скважины, а имплозионную камеру со стаканом оставляют закрепленными на насосно-компрессорных трубах. Скважину пускают в эксплуатацию.

Основными недостатками прототипа являются:

- образование вихревых потоков при прохождении жидкости через полость стакана и его окна, что тормозит ее прохождение через перфорацию обсадной трубы и существенно снижает величину гидроудара, т.е. снижается эффективность воздействия такой обработки и нет должного раскрытия трещин в породе пласта;

- жидкость поступает в стакан из имплозионной камеры с большой скоростью и создает значительную импульсную нагрузку на его дно, и соответственно, создает значительную нагрузку на систему НКТ, что может вызвать ее деформацию или обрыв; вместе с тем это явление ограничивает величину допустимого давления при создании гидравлического удара

Раскрытие изобретения

Заявляемым изобретением решается задача разработки устройства для многократного гироимпульсного воздействия на призабойную зону продуктивного пласта, в котором бы имело место безвихревое течение жидкости, создающей гидроудар, и при этом была бы снижена нагрузка на насосно-компрессорные трубы, на которых закреплено это устройство.

Поставленная задача решена тем, что в устройстве для многократного гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, содержащем прикрепленную к нижней части насосно-компрессорных труб имплозионную камеру с установленным в ее объеме плунжером, выполненную с окнами в ее верхней расширенной части, а также содержащем соединенный с имплозионной камерой, в нижней ее части, стакан с окнами и с подпружиненным клапаном, перекрывающим зону соединения имплозионной камеры и стакана, согласно заявляемому изобретению клапан выполнен с направляющим средством, корректирующим направление движения потока, исходящего из имплозионной камеры, и обеспечивающим его движение в сторону окон стакана. Исполнение клапана со средством, корректирующим направление движущегося с большой скоростью потока жидкости, обусловливает получение технического результата, заключающегося в исключении вихреобразования в этом потоке. При этом существенным фактором в достижении технического результата является то, что направляющее средство, являясь элементом клапана и его составляющей частью, подвижно, оно перемещается вниз вместе с потоком, что исключает резкое воздействие на жидкость со стороны направляющего средства, минимизирует образование вихревых течений и способствует плавному изменению траектории движения в нужном направлении.

Предпочтительным вариантом осуществления изобретения является исполнение устройства с направляющим средством, выполненным в виде конусной поверхности на клапане, обращенной вершиной в сторону имплозионной камеры. Поток жидкости, воздействуя на конусную поверхность, отжимает такой клапан, при этом жидкость перемещается вниз совместно с клапаном, одновременно меняя направление посредством конусной поверхности, которая также рассекает поток, а при установке клапана в крайнем нижнем положении конусная поверхность клапана полностью выполняет функцию рассекателя. При этом выполнение поверхностей верхних кромок окон стакана параллельными поверхности направляющего средства, в том числе, параллельными конусной поверхности на клапане, также способствует исключению вихреобразования в потоке, а выполнение поверхностей нижних кромок этих окон перпендикулярными вертикальной оси устройства обеспечивает поворот потока в направлении к перфорационным отверстиям в обсадной трубе и повышает эффективность гидроударного воздействия.

При выполнении клапана с конусной поверхностью является целесообразным на нижнем торце плунжера выполнить конусное углубление с формой, ответной форме конусной поверхности клапана. Такое исполнение способствует центровке клапана и, соответственно, повышает надежность работы устройства при многократном гидроимпульсном воздействии на призабойную зону пласта.

С целью снижения динамической нагрузки на конструкцию устройства и насосно-компрессорные трубы на дне стакана в его объеме смонтирован резиновый амортизатор, гасящий энергию удара отброшенного потоком жидкости клапана о дно стакана.

При анализе уровня техники не было выявлено решения, характеризующегося всей совокупностью существенных признаков, присущих заявленному техническому решению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна". При этом было обнаружено техническое решение по патенту RU 2133336, опубл. 20.07.99, характеризующееся тем, что в аппаратуре для интенсификации притока пласта, содержащей имплозионную камеру с управляемым клапаном и присоединенные к нижнему концу имплозионной камеры термогазогенератор с камерой догорания, на дне камеры догорания расположен рассекатель, способствующий упорядочению движения газов в необходимом направлении. Отличительной особенностью заявленного решения является то, что направляющее средство в заявляемом изобретении является частью подвижного клапана и так же как клапан, в отличие от неподвижного рассекателя в известном решении, движется с потоком жидкости. Это предопределяет то, что при повороте потока течение жидкости происходит по поверхности направляющего средства. что исключает вихреобразование и позволяет решить поставленную задачу. В известном решении поверхность рассекателя противодействует движущемуся потоку и, напротив, создает в потоке турбулентные течения, т.е. оказывает иное влияние, чем влияние направляющего средства в заявленном решении.

Таким образом, в заявляемом изобретении имеет место технический результат, который позволяет решить поставленную задачу, и такой результат отсутствует в известном решении, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "изобретательский уровень".

Краткое описание чертежей

На иллюстрирующих заявляемое решение чертежах схематично представлено:

на Фиг.1 - предлагаемое устройство при закрытом клапане;

на Фиг.2 - предлагаемое устройство при открытом клапане.

на Фиг.3 - примеры исполнения направляющего средства: а) при исполнении направляющего средства в виде поверхности клапана, образованной аналогично конусной с образующей в виде дуговой линии; б) при исполнении направляющего средства в виде поверхности клапана в форме многогранной пирамиды; в) при исполнении направляющего средства в виде отдельной детали, жестко закрепленной на клапане.

Осуществление изобретения

Устройство для многократного гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта состоит из имплозионной камеры 1, которая крепится к нижней части насосно-компрессорных труб 2 и имеет в верхней части расширенную зону 3 с окнами 4. В объеме имплозионной камеры 1 установлен плунжер 5, связанный канатом 6 с лебедкой, установленной на устье скважины (на чертеже не показана). К нижней части имплозионной камеры прикреплено устройство в виде стакана 7 с окнами 8. В объеме стакана 7 установлен подпружиненный клапан 9, перекрывающий зону соединения имплозионной камеры 1 и стакана 7. Клапан 9 выполнен с конической поверхностью 10, конус которой обращен вершиной в объем имплозионной камеры 1 и в сторону плунжера 5. Возможно исполнение направляющего средства так, как это показано на фиг.3 в виде поверхностей, жестко связанных с клапаном и имеющих форму, приближенную к конусу. При этом направляющее средство может быть выполнено в виде поверхности 10 клапана, образованной аналогично конусной, но с образующей в виде дуговой линии, формирующей конус с вогнутой в его объем поверхностью (фиг.3а). Возможно также исполнение направляющего средства в виде поверхности клапана в форме многогранной пирамиды, обращенной вершиной в сторону имплозионной камеры. Вместе с тем направляющее средство может быть выполнено в виде отдельной детали (узла) в форме или конуса, или в форме, приближенной к конусу, в частности в виде конуса, но с вогнутой в его объем поверхностью, и при этом деталь жестко закреплена на клапане (наподобие зонтика).

Поверхность 10 клапана 9 является направляющим средством, обеспечивающим движение потока, исходящего из имплозионной камеры 1, в сторону окон 8 стакана 7. Нижний торец плунжера 5 выполнен с конусным углублением 11, форма которого является ответной форме поверхности 10 клапана 9. На наружной поверхности стакана 7 закреплены концентраторы 12 давления, а на его дне установлены резиновые амортизаторы 13. Устройство помещено в обсадной трубе скважины 14 на уровне перфорации 15 в зоне нефтяного пласта 16. Способствует направлению потока жидкости в нужном направлении и без вихреобразования выполнение окон 8 стакана 7 с поверхностью 17 верхних кромок, параллельной конической поверхности 10 клапана, и с поверхностью 18 нижних кромок, перпендикулярной вертикальной оси устройства.

Устройство работает следующим образом.

С помощью лебедки, установленной на устье скважины, на канате 6 плунжер 5 опускают в имплозионную камеру 1 до упора в клапан 9. При этом конусная поверхность 10 клапана 9 входит в конусное углубление 11 в нижнем торце плунжера 5, за счет чего происходит дополнительная центровка клапана. Далее плунжер 5 лебедкой поднимают вверх, клапан 9 закрывается и в объеме нижней части имплозионной камеры 1 под плунжером 5 создается разрежение. При достижении нижним торцом плунжера 5 расширенного участка 3 имплозионной камеры 1, жидкость из пространства между НКТ и обсадной трубой 14 скважины через окна 4 с большой скоростью устремляется в объем имплозионной камеры 1, отжимает клапан 9 и устремляется через окна 8 стакана 7 и перфорацию 15 обсадной трубы 14 в породу пласта, создавая в ней гидравлический удар с давлением, превышающим горное давление на глубине пласта. При этом жидкость движется без завихрений за счет направляющего воздействия на нее конусной поверхности 10 клапана 9. Параллельность поверхностей 17 верхних кромок окон 8 по отношению к поверхности 10 клапана также способствует направленному движению жидкости с целью исключения вихревых течений, а перпендикулярность поверхностей 18 нижних кромок способствует тому, что поток в породу пласта устремляется в направлении, наиболее оптимальном для гидроимпульсного воздействия с целью повышения приемистости скважины. Благодаря направляющему воздействию конической поверхности 10 клапана 9, а также воздействию поверхностей 17 и 18 окон 8 стакана, поток как бы поворачивается до направления, перпендикулярного оси устройства, еще до входа в перфорационные отверстия 15. Резиновые амортизаторы 13 смягчают удар клапана 9 одно стакана 7. Фаска 19, выполненная на нижнем торце имплозионной камеры в месте сопряжения с конусной поверхностью клапана, повышает надежность работы устройства.

Таким образом, заявляемое решение позволит повысить эффективность гидроударов для раскрытия трещин в породе пласта вследствие снижения вихреобразования и увеличения скорости истечения жидкости из окон стакана, а также позволяет повысить надежность и безопасность применения устройства из-за существенного снижения динамической нагрузки на НКТ.

1. Устройство для многократного гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, содержащее прикрепленную к нижней части насосно-компрессорных труб имплозионную камеру с установленным в ней плунжером и выполненную с окнами в верхней расширенной ее части, соединенный с имплозионной камерой стакан с окнами и с установленным в нем подпружиненным клапаном, перекрывающим зону соединения имплозионной камеры и стакана, отличающееся тем, что для обеспечения безвихревого движения потока жидкости устройство снабжено направляющим средством, которое является элементом клапана, при этом клапан и направляющее средство выполнены с возможностью их перемещения вниз потоком жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхности верхних кромок окон стакана выполнены параллельными поверхности направляющего средства, а поверхности нижних кромок - перпендикулярными вертикальной оси устройства.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижний торец плунжера выполнен с конусным углублением, форма которого ответна форме конусной поверхности клапана.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижний торец имплозионной камеры в месте сопряжения с конусной поверхностью клапана выполнен с фаской, ответной форме упомянутой поверхности.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на дне стакана в его объеме установлен резиновый амортизатор.