УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШЛАМОПЕСКОУЛАВЛИВАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК E21B21/00 E21B37/00 

Изобретение относится к капитальному и подземному ремонту скважин в нефтедобывающей и водохозяйственной промышленности и предназначено для повышения эффективности освоения и промывки от песчаных пробок, в том числе поглощающих скважин с низким аномальным пластовым давлением при наличии нижележащих продуктивных горизонтов.

Известен буровой дробоизвлекатель для шламоулавливания в скважинах в процессе бурения, содержащий корпус из нескольких отдельных секций шламовых резервуаров, в каждой секции концентрически установлены конусообразные внутренние трубки, с шламоприемной камерой и обратный клапан в нижнем конце корпуса, что обеспечивает заполнение шламоприемной камеры шламом при обратной циркуляции текучей среды и исключает вымыв шлама из устройств при его подъеме из скважины [1] .

Известно также более близкое к изобретению техническое решение, в котором обратный клапан перекрывает выход в шламоприемную полость перед подъемом инструмента, а внутренняя приемная трубка снабжена на верхнем конце шламоотражателем в виде фонаря [2] .

Недостаток данных устройств является низкое качество сепарации-одноступенчатый цикл сепарации, обеспечивающий уменьшение скорости восходящего потока только для крупных частиц по размеру. При промывке песчаной пробки с большими процентами пескосодержания с тонкозернистыми фракциями эти устройства желаемых результатов не дают. Причем при промывке глубоких нефтяных скважин с большой мощностью песчаной пробки мелкие частицы в виде механического наполнителя захватываются на верх циркулирующим агентом и во время подъема устройств с забоя могут загрязнять экологию устья скважины, ухудшать условия труда обслуживающего персонала. При этом использование клапанного устройства для излива практически уменьшает эффективность сепарации из-за большого процента содержания мелких песчанок в текучей среде. Кроме того, установка отсекающего клапана в нижнем конце внутренней трубки практически не обеспечивает надежность работы клапана при случайном срыве циркуляции.

Целью изобретения является создание устройства шламопескоуловливания с внутренним двухступенчатым циклом сепарации для применения в глубоких нефтяных и артезианских скважинах с целью повышения эффективности освоения и промывки песчаных пробок с большим процентом тонкодисперсных фракций. Можно применять также для поглощающих скважин с низким аномальным пластовым давлением при наличии нижележащих продуктивных пластов. При этом обеспечивается экологическая чистота устья скважин и улучшаются условия труда обслуживающего персонала.

Принцип работы устройств основан на использовании обратной циркуляции, в том числе местной обратной циркуляции в поглощающих скважинах, путем захвата текучей среды непосредственно во внутренней полосе корпуса шламопескоуловителя для двухступенчатого цикла сепарации. Причем первая ступень сепарации основана на уменьшении скорости потока текучей среды, а вторая ступень цикла - на фильтрации текучей среды через фильтрующий элемент.

Цель достигается тем, что внутри корпуса устройства устанавливается внутренняя приемная трубка, имеющая на верхнем конце обратный отсекающий клапан с пружиной, которая является активизатором процесса сепарации первой ступени. При прохождении текучей среды через обратный клапан в результате снижения потери скоростного напора крупные фракции распадаются из восходящего потока из-за нестабильности наполнителя промывочной жидкости и оседают в камере для выпадения крупных частиц. Мелкие фракции в виде стабильного механического наполнителя захватываются циркулирующим агентом на верх и фильтруются. Причем процесс фильтрации мелких фракций предлагается в двух вариантах выполнения устройства. В первом варианте текучая среда после первой ступени сепарации попадает в фильтрующий узел и подвергается фильтрации через фильтрующий элемент - сетку и перфорированные отверстия. Во втором варианте процесс фильтрации мелких фракций производится после прекращения циркуляции во время подъема устройств из забоя через клапаны излива с помощью фильтрующего элемента-сетки и перфорированных отверстий.

Устройство включает противосифонный клапан излива 3, камеру 4 клапана излива, перфорированное отверстие 5 клапанного узла, трубки с перфорированными отверстиями 6 фильтрующего узла, фильтрующий элемент-сетку 7, отстойник 8 фильтрующего узла, обратный отсекающий клапан 9 с пружиной, внутреннюю приемную трубку 10, камеру 11 для выпадения крупных частиц, наконечник 12.

Устройство на фиг. 2 включает противосифонный клапан излива 3, патрубки с перфорированными отверстиями 6, фильтрующий элемент-сетку 7, камеру 4 с отстойником клапана излива, шламопескоуловителя 14 корпус с муфтовыми соединениями 15, обратный отсекающий клапан 9 с пружиной, внутреннюю приемную трубку 10, камеру 11 для выпадения крупных частиц и наконечник 12. Кроме того, на фиг. 1 и 2 изображены: 1 - насосно-компрессорные трубы, 2 - эксплуатационная колонна, 13 - песчаная пробка.

Данное устройство при промывке скважин работает следующим образом.

Рабочий агент прокачивается в затрубное пространство и сообщается с внутренней полостью камеры 11 шламопескосборников, через внутренние приемные трубки 10 и обратный клапан 9 и исключается необходимость обеспечения полной циркуляции при наличии поглощения пласта. Размывая песчаную пробку и вовлекая составлящие ее материалы, текучая среда восходящим потоком входит через обратный отсекающий клапан 9 внутрь корпуса 14 шламопескосборников и увлекается в верхнюю часть камеры. В зависимости от крупности размеров, фракции от текучей среды, попадая внутрь корпуса 14 через клапан 9, подвергаются активной сепарации в результате снижения потери скоростного напора восходящего потока. Таким образом достигается первая ступень цикла сепарации крупных по размеру фракции от текучей среды непосредственно внутри корпуса устройств. Из-за своевременной разгрузки текучей среды от взвешенных крупных фракций улучшается процесс транспортировки оставшихся мелких фракций при любой скорости восходящего потока в виде стабильного механического наполнителя и в дальнейшем выноса его на верхние части внутренней полосы устройств, текучая среда подвергается второй ступени цикла сепарации путем фильтрации через фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент можно установить в виде, например, сетки с размерами ячейки 0,16х0,16 или 0,25х0,25 мм в зависимости от гранулометрического состава текучей среды. Причем фильтрация текучей среды в устройстве предлагается в двух вариантах (фиг. 1 и 2). Текучая среда в первом варианте фильтруется сразу после первой ступени цикла сепарации через фильтрующий узел. По второму варианту текучая среда к фильтрации подвергается после прекращения циркуляции и отсечения столба жидкости с помощью клапана 9 во время подъема устройства с забоя через противосифонный клапан излива (фиг. 2). Такой двухступенчатый цикл сепарации как крупных размеров фракции, так и мелких фракций с большим процентом пескосодержащей пульпы приводит к активному шлампопескоулавливанию в процессе промывки по сравнению с прототипом.

Для оптимальной работы устройств внутренний объем полосы камеры шламопескоуловителя должен быть равным
V_шпу= (0,9-1,0)V_п.п., где V_шпу - общий объем внутри камеры шламопескоуловителя;
V_п.п. - ожидаемый объем песчаной пробки.

Кроме того, при поглощении пласта в начальной стадии промывки часть промывочной жидкости может быть поглощена в пласт до насыщения, вследствие чего будут сокращаться расходы жидкости.

Описываемый внутренне-двухступенчатый шламопескоуловитель по конструкции и по принципу сепарации принципиально отличается от известных устройств, так как внутри корпуса установлен фильтрующий элемент для второй ступени цикла сепарации, а также он снабжен клапаном излива для улучшения условий труда обслуживающего персонала при подъемных операциях и для повышения экологической чистоты устья скважины. Причем клапан излива установлен раздельно от отсекающего обратного клапана для повышения надежности рабочих органов устройств, а также отсекающий клапан установлен на верхнем конце приемной трубки для предотвращения возникновения пробки при случайной кратковременной остановке циркуляции. Устройство для осуществления промывки позволяет использовать рабочие агенты: воду, воздух, хлористый кальций, аэрированную жидкость и водный раствор ПАВ. Особенно эффективно при применении рабочего агента воды, водного раствора ПАВ и воздуха. Изобретение можно применять также в бурении и производить промывку песчаной пробки одновременно с вращением колонны труб. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 66561, кл. Е 21 В 21/00, 1941.

2. Волков А. С. и Волокитенков А. А. Бурение скважин с обратной циркуляцией промывочной жидкости. М. : Недра, 1970, с. 104-106.

Использование: в нефтегазодобывающих скважинах для удаления песчаных пробок. Сущность: полость корпуса связана снизу с шламопескоподводящей трубкой, сверху - с выводным патрубком. Шламоотводящая трубка оборудована отсекающим обратным клапаном. Концентрично патрубку выполнена кольцевая полость, гидравлически связанная через фильтрующий узел с шламоприемной зоной и с внешним пространством через обратный клапан излива. В процессе обратной промывки происходит заполнение шламоприемной зоны корпуса. Устройство может иметь несколько секций. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШЛАМОПЕСКОУЛАВЛИВАНИЯ, содержащее цилиндрический корпус, соосно установленные внутри него шламопескоподводящую трубку с отсекающим обратным клапаном в своей верхней части и выводной патрубок с переходником для присоединения к трубной колонне, закрепленный в верхней части корпуса, и обратный клапан излива для сообщения шламопескоприемной зоны с внешним пространством при шламопескоулавливании и ее изолировании при подъеме устройства из скважины, отличающееся тем, что, с целью повышения качества и эффективности промывки поглощающих скважин, оно снабжено фильтрующим узлом, в полости корпуса концентрично выводному патрубку выполнена кольцевая полость, гидравлически связанная через фильтрующий узел с шламоприемной зоной и с внешним пространством через обратный клапан излива, при этом запорные органы отсекающего обратного клапана и обратного клапана излива выполнены подпружиненными.