ПНЕВМОСНАРЯД ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ Российский патент 1995 года по МПК E21B37/08 E21B37/00 

Изобретение относится к эксплуатации геотехнических, водозаборных и нефтяных скважин и может быть использовано для увеличения их производительности.

Задача любой технологии освоения и эксплуатации скважин сводится к поддержанию естественной проницаемости пород, а также к очистке рабочей части фильтра в геотехнических скважинах. Широко применяются для поддержания и повышения естественной проницаемости пласта в призабойной зоне скважины гидроимпульсные методы, в том числе и пневмоимпульсный способ возбуждения ударных волн.

Известно устройство для гидравлической очистки фильтров водозаборных скважин [1] содержащее цилиндрический корпус с установленной внутри корпуса перегородкой и имеющий в верхней части входное отверстие, а в нижней выходное, тарельчатый клапан со штоком, противоположный конец которого снабжен дополнительным клапаном, размещенным над отверстием в горизонтальной перегородке, воздушную камеру, расположенную под тарельчатым клапаном, и камеру газовыделения, размещенную коаксиально цилиндрическому корпусу над горизонтальной перегородкой.

Такое устройство для гидравлической очистки фильтров имеет существенные недостатки.

Ограничена величина давления газа в камере газовыделения, а, следовательно, в скважинах с большим гидростатическим давлением жидкости эффективность гидравлической системы невелика.

Процесс образования импульсов выхлопа газа в скважину практически неуправляем и неконтролируем. Он определяется процессом газовыделения в камере газовыделения, который зависит как от внешних условий, так и от точности соблюдения количественного состава газовыделяющих компонентов.

Кроме того упругость воздушной камеры зависит от внешних условий и может изменяться.

Указанные недостатки снижают эффективность применения этого устройства и ограничивают область его применения.

Известно устройство для пневматической очистки фильтров эксплуатационных скважин [2] содержащее базовую машину и пневмоснаряд, состоящий из разрядной камеры, выхлопного клапана и выхлопных окон. Базовая машина устройства выполнена в виде буровой установки с колонной бурильных труб, расположенной коаксиально разрядной камере. Пневмоснаряд снаб- жен поршнем со встроенным в него обратным клапаном, поршень расположен внутри разрядной камеры с возможностью возвратно-поступательного перемещения в ней и жестко связан с колонной бурильных труб, при этом обратный клапан разделяет разрядную камеру на полости высокого и низкого давлений, последняя из которых соединена с полостью колонны бурильных труб при помощи отверстия в нижнем конце бурильной трубы, расположенном в разрядной камере.

Такое устройство для пневматической очистки фильтров эксплуатационных скважин имеет следующие недостатки.

Ограничена величина объема сжатого воздуха и, как следствие, энергия выхлопа.

Энергию пневмоснаряда можно принять равной
E_пс (P_н ˙ V_н) (K_a 1), где Е_пс энергия пневмоснаряда;
Р_н начальное давление разрядной камеры;
V_н начальный объем воздуха в разрядной камере;
К_а показатель адиабаты.

Следовательно, при прочих равных условиях энергия пневмоснаряда пропорциональна начальному объему воздуха в разрядной камере. В рассматриваемом устройстве увеличение давления принципиально связано с уменьшением объема разрядной камеры.

Мал диапазон частот выхлопов газа, так как после каждого выхлопа необходимо возвращать бурильные трубы в исходное положение. Практически обработка пласта ведется одиночными выхлопами.

Сложно вести процесс в контролируемом с поверхности земли режиме.

Наиболее близким к заявляемому является пневмоснаряд для обработки призабойной зоны скважины ПСК-70/л [3] состоящий из рабочей камеры, корпуса с выхлопными окнами, разрядной камеры и клапанного устройства управления выхлопом. С помощью соединительного рукава высокого давления пневмоснаряд соединен с воздухосборником, в который поступает воздух высокого давления от компрессора.

Для очистки фильтра пневмоснаряд с помощью лебедки опускают на тросе в скважину. От компрессора через воздухосборник сжатый воздух по соединительному рукаву поступает в пневмоснаряд. При достижении давления в разрядной камере до заданного тарировочной пружиной клапанное устройство управления выхлопом открывает выхлопные окна и происходит выхлоп сжатого воздуха в скважину. При этом часть энергии сжатого воздуха идет на разрушение компонента.

Анализ конструкции пневмоснаряда ПСК-70/л показывает, что она обладает рядом недостатков.

При передаче от компрессора в пневмоснаряд рабочего тела давление последнего падает вследствие утечек в местах соединения отдельных отрезков соединительного рукава. При использовании ПСК-70/л в установке АСП-Т при максимальном расчетном давлении пневмоснаряда 150 атм его рабочее давление составляет 100 атм из-за потерь в соединительном рукаве.

Давление рабочего тела в пневмоснаряде ПСК-70/л недостаточно для использования его в глубоких скважинах, где гидростатическое давление достигает значительных величин (на глубине 3 км гидростатическое давление около 300 атм). Использование ПСК-70/л в глубоких скважинах практически невозможно. Уже при гидростатическом давлении 70 атм количество импульсов при разряде воздухосборника с давлением 150 атм падает на 30-40% а при гидростатическом давлении, превышающем или равном 150 атм, ПСК-70/л неработоспособен.

Невозможно вести обработку скважин в управляемом режиме. Характеристики импульсов выхлопа сжатого газа определяются предварительной настройкой клапанной системы, зависят от величины гидростатического давления в скважинном пространстве и не контролируются в процессе обработки скважины.

Перечисленные недостатки ограничивают эффективность применения пневмоснаряда, особенно в глубоких скважинах и местах сложной геологической структуры.

Цель изобретения повышение эффективности пневмоснаряда для обработки призабойной зоны скважины.

Цель достигается тем, что заявляемый пневмоснаряд для обработки призабойной зоны скважины, содержащий корпус с выхлопными окнами, рабочую камеру с каналом высокого давления, связанным с выхлопными окнами, и клапанное устройство управления выхлопом, снабжен герметизированным резервуаром низкого давления, установленным на корпусе, рабочая камера выполнена в виде сосуда высокого давления с обратным зарядным клапаном, а клапанное устройство управления выхлопом снабжено электромагнитным клапаном со штоком и подпружиненным пневмоклапаном с узким осевым каналом, взаимодействующим с каналом высокого давления. При этом пневмоклапан установлен в торцовой части корпуса и образует с ним замкнутую подклапанную камеру, сообщенную с внутренней полостью резервуара низкого давления каналом, а электромагнитный клапан расположен в устье этого канала. Кроме того в корпусе сосуда высокого давления выполнена полость, в которой установлен датчик высокого давления.

Связь заявляемого пневмоснаряда с наземной аппаратурой осуществляется грузонесущим кабелем, для чего резервуар низкого давления снабжен переходником подключения пневмоснаряда к кабельному наконечнику грузонесущего кабеля.

В заявляемом пневмоснаряде обеспечивается управление режимом импульсной обработки с земной поверхности, исключаются потери рабочего тела высокого давления и сокращается его расход. Предлагаемое техническое решение обеспечивает применение пневмоснаряда для скважин значительной глубины с различной геологической структурой.

Клапанное устройство управления выхлопом предлагаемого пневмоснаряда обладает принципиально новым свойством. Оно управляется с поверхности земли, что обеспечивает регулирование в широком диапазоне частот и интенсивности выхлопов рабочего тела в скважину в процессе ее обработки. Это значительно повышает эффективность применения пневмоснаряда для обработки призабойной зоны скважины с целью разрушения компонента.

Выполнение рабочей камеры в виде сосуда высокого давления с обратным зарядным клапаном исключает потери рабочего тела при его транспортировке к пневмоснаряду в процессе обработки скважины, так как он заряжается рабочим телом на поверхности земли и в этом смысле работает автономно. Наличие датчика высокого давления позволяет вести контроль режима.

Автономность пневмоснаряда и управление в широком диапазоне частотой и интенсивностью выхлопов рабочего тела в скважину позволяет использовать пневмоснаряд в скважинах значительной глубины и в широком диапазоне геологических условий.

На чертеже изображена схема пневмоснаряда, продольный разрез.

Пневмоснаряд для обработки призабойной зоны скважины содержит корпус 1 с выхлопными окнами 2, рабочую камеру, выполненную в виде сосуда высокого давления, имеющего составной корпус, состоящий из передней вставки 3 со встроенным обратным зарядным клапаном 4, цилиндрической вставки и задней вставки 6 с каналом 7 высокого давления, и клапанное устройство управления выхлопом. Клапанное устройство управления выхлопом состоит из электромагнитного клапана 8 со штоком 9, подпружиненным возвратной пружиной 10, и пневмоклапана 11, подпружиненного возвратной пружиной 12 с осевым каналом 13 малого диаметра, выполненного в теле пневмоклапана 11. В торцевую часть корпуса 1 встроен стакан 14, в котором установлен пневмоклапан 11 с возвратной пружиной 12 так, что пневмоклапан 11 образует со стаканом 14 корпуса 1 замкнутую подклапанную камеру 15. Пневмоснаряд снабжен герметизированным резервуаром 16 низкого давления с внутренней полостью 17 низкого давления. При этом подклапанная камера 15 сообщена с полостью 17 низкого давления, каналом 18, а электромагнитный клапан 8 установлен так, что его шток 9 расположен в устье канала 18. В корпусе сосуда высокого давления выполнена полость 19, в которой установлен серийный датчик 20 высокого давления, а внутренняя полость сосуда 21 высокого давления сообщена с выхлопными окнами 2, каналом 7 высокого давления. Для подключения пневмоснаряда к кабельному наконечнику грузонесущего кабеля (не показан) резервуар 16 низкого давления снабжен переходником 22. Сосуд высокого давления снабжен защитным колпаком 23 для предохранения обратного зарядного клапана 4.

Пневмоснаряд для обработки призабойной зоны скважины работает следующим образом.

На поверхности земли пневмоснаряд приводится в рабочее положение, для чего внутренняя полость сосуда 21 высокого давления пневмоснаряда через обратный зарядный клапан 4 заполняется рабочим газом высокого давления. Контроль ведется по наземной регистрирующей аппаратуре (не показана), связанной через переходник 22 с датчиком 20 высокого давления. В рабочем положении в подклапанной камере 15 давление рабочего тела будет равно давлению во внутренней полости сосуда 21 высокого давления за счет перетекания газа по каналу 7 высокого давления и осевому каналу 13 малого диаметра. При этом шток 9 электромагнитного клапана 8 под действием возвратной пружины 10 перекрывает канал 18, разъединяя полость сосуда 21 высокого давления и полость 17 низкого давления. Под действием возвратной пружины 12 пневмоклапан 11 закрывает канал 7, перекрывая доступ газа высокого давления к выхлопным окнам 2.

Во внутренней полости резервуара низкого давления давление рабочего тела равно атмосферному. Резервуар 16 низкого давления герметизирован, и давление в нем сохраняется близким к атмосферному в течение всего времени работы.

В рабочем положении на грузонесущем кабеле пневмоснаряд опускается в скважину на заданную глубину. От наземной аппаратуры через грузонесущий кабель (не показан), переходник 22 на электромагнитный клапан 8 подается импульсный электрический сигнал заданной длительности. Шток 9 электромагнитного клапана 8 открывает канал 18, сжимая возвратную пружину 10. При этом газ высокого давления из подклапанной камеры 15 перетекает во внутреннюю полость 17 резервуара низкого давления, давление в подклапанной камере падает, и пневмоклапан 11 под действием газа высокого давления, поступающего по каналу 7, перемещается вдоль своей оси, сжимая возвратную пружину 12 и открывая доступ газа высокого давления из канала 7 к выхлопным окнам 2. Происходит выхлоп газа в скважину. После снятия электрического сигнала шток 9 электромагнитного клапана 8 под действием возвратной пружины 10 перекрывает канал 18. Давление в подклапанной камере возрастает, и пневмоклапан 11 под действием возвратной пружины 12 возвращается в исходное положение. По подаче очередного импульса электрического сигнала цикл повторяется.

Быстродействие клапанного устройства управления выхлопом является одним из основных параметров пневмоснаряда и определяет диапазон его частотных характеристик. Конструктивно это обеспечивается тем, что диаметр осевого канала 13 много меньше диаметра осевого канала 18, а перепад давления между резервуаром низкого давления и сосудом высокого давления велик.

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить доставку на грузонесущем кабеле в зону перфорации скважины автономный источник сжатого газа с давлением 100 МПа и провести импульсную обработку призабойной зоны скважины, выпуская порции газа с частотой в диапазоне 0,1-2 Гц, управляя режимом обработки с поверхности земли.

Управление характеристиками выхлопов газа в скважину с поверхности земли позволяет выбрать оптимальную частоту и амплитуду выхлопов газа в скважину. Эффективность такой управляемой обработки очень велика. Она позволяет увеличить производительность скважины в 2-5 раз.

Изобретение относится к эксплуатации геотехнических, водозаборных и нефтяных скважин и может быть использовано для увеличения их производительности. Пневмоснаряд для обработки призабойной зоны скважины содержит корпус с выхлопными окнами, рабочую камеру с каналом высокого давления, связанным с выхлопными окнами, и клапанный узел управления выхлопом. Он снабжен герметизированным резервуаром низкого давления, установленным на корпусе. Рабочая камера пневмоснаряда выполнена в виде сосуда высокого давления с обратным зарядным клапаном, а клапанный узел управления выхлопом снабжен электромагнитным клапаном со штоком и подпружиненным пневмоклапаном с узким осевым каналом, взаимодействующим с каналом высокого давления. Пневмоклапан установлен в торцевой части корпуса и образует с ним замкнутую подклапанную камеру, сообщенную с внутренней полостью резервуара низкого давления каналом. Электромагнитный клапан расположен в устье этого канала. Для контроля за давлением рабочего тела в корпусе сосуда высокого давления выполнена полость, в которой установлен датчик высокого давления. Пневмоснаряд связан с наземной аппаратурой управления и контроля грузонесущим кабелем, кабельный наконечник которого подключен к переходнику, размещенному на резервуаре низкого давления. Изобретение позволяет обеспечить доставку на грузонесущем кабеле в зону перфорации скважины автономный источник сжатого газа с давлением 100 МПа и провести импульсную обработку призабойной зоны скважины, выпуская порции газа с частотой в диапазоне 0,1 2 Гц. Пневмоснаряд позволяет управлять режимом обработки с поверхности земли, что обеспечивает выбор оптимальных частот и амплитуды выхлопов газа в скважину. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ПНЕВМОСНАРЯД ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ, содержащий корпус с выхлопными окнами, рабочую камеру с каналом высокого давления, связанным с выхлопными окнами, и клапанный узел управления выхлопом, отличающийся тем, что он снабжен герметизированным резервуаром низкого давления, установленным на корпусе, рабочая камера выполнена в виде сосуда высокого давления с обратным зарядным клапаном, клапанный узел управления выхлопом имеет электромагнитный клапан со штоком и подпружиненный пневмоклапан с узким осевым каналом, при этом подпружиненный пневмоклапан установлен в торцевой части корпуса с возможностью изолирования канала высокого давления от выхлопных окон и образует с упомянутой торцевой частью корпуса замкнутую подклапанную камеру, сообщенную каналом с внутренней полостью резервуара низкого давления и с каналом высокого давления через узкий осевой канал подпружиненного пневмоклапана, а электромагнитный клапан расположен с возможностью размещения своего штока в канале, сообщающем замкнутую подклапанную камеру с внутренней полостью резервуара низкого давления. 2. Пневмоснаряд по п.1, отличающийся тем, что он снабжен датчиком высокого давления, в корпусе сосуда высокого давления выполнена полость, а датчик высокого давления установлен в упомянутой полости. 3. Пневмоснаряд по п.1, отличающийся тем, что резервуар низкого давления снабжен переходником для подключения к кабельному наконечнику грузонесущего кабеля.