УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОМЫВКИ СКВАЖИНЫ Российский патент 1995 года по МПК E21B37/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для очистки и промывки ствола скважины гидродинамическими импульсами рабочей жидкости.

Известно устройство для очистки ствола скважины, содержащее лебедку, генератор импульсов электрического тока, соединенный через трос-кабель с коаксиальной системой электродов с корпусом с рабочей камерой и каналами для выброса жидкости из рабочей камеры и для всасывания жидкости в рабочую камеру, причем каналы выброса жидкости выполнены криволинейными и оси их входных отверстий составляют острый угол с вертикальной осью устройства [1] Недостатком устройства является низкая эффективность очистки и промывки вследствие неуправляемости движения волн давления, возникающих при электрическом разряде между электродами, и малой их разрушающей и очищающей способности промывки пробок в стволе скважины.

Известно устройство для очистки ствола нефтяных скважин, содержащее полый корпус, жестко закрепленный к корпусу наконечник с осевым каналом, последовательно размещенные вдоль оси корпуса и гидравлически связанные между собой входной канал, кольцевой канал и соосно размещенный генератор гидродинамических импульсов. На корпусе навинчена трубчатая часть и переводник для соединения с колонной труб и наземным насосным агрегатом [2] Однако устройство малоэффективно, так как создает слабые гидравлические удары низкой частоты, слабо размывает пробкообразующие осадки, не обладает эффектом среза отложений и наплывов с поверхности труб и стенок скважины. Устройство слабо обеспечивает диспергирование частиц, образующих осадок и пробки, не способствует образованию устойчивых высокодиспергированных суспензий, которые легко и без последствий могут быть удалены из скважины.

Генератор гидродинамических импульсов имеет подвижные детали, что снижает надежность и эффективность его работы, часто приводит к отказу генератора, что связано с необходимостью подъема колонны труб и извлечения генератора из скважины, его ревизии и повторного спуска в скважину.

Целью изобретения является повышение эффективности работы путем генерирования мощных гидравлических ударов высокой частоты и увеличенных амплитуд ударной волны.

Целью является и создание срезывающего и размывающего воздействия на стенки скважины путем направления струи рабочей жидкости и гидравлических ударов под углом к стенке по всему периметру ствола скважины.

Целью является и повышение диспергирующей способности устройства путем генерирования гидравлических импульсов повышенного давления и частоты.

Целью изобретения является повышение промывочной способности путем воздействия по всему сечению ствола на пробки, образовавшиеся в сечении ствола скважины.

Достигается это тем, что устройство для промывки скважины, содержащее полый корпус с входным каналом, жестко прикрепленный к полому корпусу наконечник с осевым каналом и соосно с ним размещенный генератор гидродинамических импульсов, гидравлически связанный через осевой канал с входным каналом, усовершенствовано тем, что оно снабжено дополнительными генераторами гидродинамических импульсов, размещенными в наконечнике по окружности относительно осевого канала и гидравлически связанными с входным каналом, при этом каждый генератор гидродинамических импульсов выполнен в виде последовательно расположенных конфузора, критического отверстия и диффузора.

Новым является и то, что оно снабжено обтекателем, установленным в наконечнике, а на внутренней поверхности корпуса в зоне расположения обтекателя выполнен многозаходный винтовой (вихревым) канал.

Новым является и то, что многозаходный винтовой канал выполнен трехзаходным.

Новым является и то, что в корпусе выполнены наклонные направляющие каналы, гидравлически связанные с кольцевым каналом и конфузорами дополнительных генераторов.

В устройстве рабочая жидкость (агент) под давлением получает ускорение и завихрение во входном канале, в вихревых каналах, в кольцевой камере, конфузоре, критическом отверстии и диффузоре. В диффузоре идет процесс кавитации, т. е. образование пустот и каверн, заполненных паром, газом и парогазовой смесью, что приводит к генерированию гидравлических ударов, вибрации высокой частоты при переносе каверн в область повышенного давления, в которой происходит мгновенная конденсация пара и пузырьки-пустоты каверны схлопываются, создавая значительные давления.

Направленные под острым углом по периферии устройства струи рабочей жидкости из дополнительных генераторов пересекаются между собой. При этом каверны и пустоты, заполненные газом, паром и парогазовой смесью, сталкиваются между собой, объединяются в увеличенные по объему каверны и пустоты, которые в следующее мгновение схлопываются в области высокого давления в стволе скважины, вызывая многократно увеличенные гидравлические удары, увеличивая срезающий, скалывающий и счищающий эффект, дробление и диспергирование пробкообразующих материалов и суспензий в стволе скважины.

Эти же явления имеют место и при истечении и сталкивании струй рабочей жидкости, истекающей из расположенного по оси устройства генератора, а также струй рядом расположенных дополнительных генераторов.

Эти струи пересекаются между собой по всему сечению ствола скважины, а каверны и пустоты сталкиваются между собой, часть из которых объединяется в удвоенные и утроенные по объему каверны и пустоты. Эти каверны и пустоты, попадая в область повышенного давления ствола скважины, схлопываются, вызывая многократно увеличенные гидравлические удары высокой частоты. Образование каверн и пустот удвоенных и утроенных объемов и их схлопывание содействует усилению гидравлических ударов, провоцированию колебательных процессов и усилению очищающих явлений, проистекающих в жидкой среде ствола скважины. Это позволяет значительно повысить эффективность промывки скважин.

Сопоставительно анализ с прототипом показывает наличие у предлагаемого устройства новых признаков: дополнительные генераторы, выполнение генераторов в виде конфузора, критического отверстия и диффузора и т.д. что позволяет утверждать, что заявленное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

При изучении других технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан общий вид устройства на разрез; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 схема наземного оборудования.

Устройство имеет переводник 1 для соединения с насосно-компрессорными трубами 2 и резьбу 3 для соединения с полым корпусом 4, в котором образован входной канал 5. В канале 5 корпуса 4 выполнен вихревой канал 6 в виде многозаходного винтового канала, например, трехзаходного. Ниже канала 6 в корпусе 4 выполнена кольцевая расточка 7, под которой имеется выступ 8 с наклонными направляющими отверстиями 9. В нижней части корпус 4 резьбой 10 скреплен с наконечником 11. Наконечник 11 имеет соосный осевой канал 12 и размещенный на одной оси с осевым каналом 12 генератор 13 гидродинамических импульсов, выполненный в виде конфузора 14, критического отверстия 15 и диффузора 16, размещенных на одной оси и гидродинамически связанных между собой.

По окружности относительно генератора 13 размещены дополнительно генераторы 17, например их четыре. Генератор 17 гидродинамических импульсов выполнен в виде конфузора 18, критического отверстия 19 и диффузора 20 и гидравлически связан с наклонными направляющими отверстиями 9.

В осевом канале 12 в наконечнике 11 на резьбе закреплен обтекатель 21, выполненный в виде последовательно расположенных сопряженных на общей оси усеченных конусов 22, 23 и обратного усеченного конуса 24, переходящего в цилиндрическую ступенчатую проточку 25, 26. Обтекатель 21 по оси имеет осевой канал 27, и в его верхней части выполнено граненное гнездо 28 под ключ.

В корпусе 4 кольцевой расточки 7, обратным усеченным конусом 24, ступенчатой расточкой 25 и выступом 8 образован кольцевой канал 29, который гидравлически связан наклонными направляющими отверстиями 9 с конфузорами 18 дополнительных генераторов 17.

На устье скважины 30 устанавливают трубную головку фонтанной арматуры 31, спускают колонну НКТ в скважину и обвязывают насосный агрегат 32 через фильтр 33 с трубным пространством 34 скважины 30, с другой стороны насосный агрегат 32 обвязывают с емкостью 35, которая обвязана с затрубным пространством 36 скважины 30. Затрубное пространство оснащают манометром. Ведомая (верхняя) труба колонны НКТ оснащается вертлюгом, который подвешивается на талевый крюк установки А-50, УПТ-50. Вертлюг с выкидом передвижного насосного агрегата связывается через шарнирные соединения трубами с халибуртоновским окончанием. Перед началом промывки скважины на устье устанавливают сальниковое уплотнение, позволяющее предотвратить утечки рабочего агента при работе насосного агрегата в процессе спуска колонны НКТ.

Устройство работает следующим образом.

В скважину на колонне НКТ спустили устройство и установили над пробкой (или осадками), не доходя 8-10 метров. Обвязали устье скважины 30 насосным агрегатом 32 и емкостью 35, как показано на фиг. 4, с применением вертлюга, который подвешен на талевый крюк установки А-50 (УПТ-50).

Рабочей жидкостью (агентом) используют воду, дегазированную нефть, пар, растворители, кислоты, суспензии на нефтяной и водной основе, пены и др. Рабочий агент выбирается в зависимости от состава пробки или осадка (соль, песок, парафин, асфальтены, смолы, газовые гидраты в нефтяных скважинах; жидкость на забое, газовые гидраты в газовых скважинах). Восстанавливают циркуляцию рабочего агента на малой производительности агрегата, а затем выходят на режим очистки пробки на производительности 7-20 л/с (р 14-22 МПа). Циркуляцию рабочей жидкости осуществляют до полной промывки пробки (осадка). Обработку ведут со скоростью спуска устройства в пределах 0,1-0,35 м/мин.

Рабочая жидкость из НКТ попадает во входной канал 5 и обтекателем 21 направляется в вихревой канал 6, где рабочая жидкость в винтовых многозаходных каналах получает начальную закрутку и увеличение скорости потока в 1,3-1,5 раза.

Закрученный поток направляют в кольцевой канал 29, где скорость потока рабочей жидкости повышается, стабилизируется и под давлением жидкости постоянно проталкивается в наклонные направляющие отверстия 9. Из отверстий 9 поток поступает в дополнительные генераторы 17, а именно в конфузор 18, где скорость жидкости возрастает в 2-3 раза. Из конфузора 18 поток рабочей жидкости направляют в критические отверстия 19, где скорость потока приобретает критическое значение, при которой начинается процесс локального разрыва сплошности потока с образованием пустот и каверн, заполненных паром, газом и парогазовой смесью. Далее поток направляют в диффузор 20, где скорость потока возрастает в 5-8 раз, что приводит к увеличению объема пустот и каверн в потоке рабочей жидкости и их количества.

Одновременно рабочую жидкость из входного канала 5 направляют в осевой канал 27 обтекателя 21 и далее в соосно размещенный генератор 13, т.е. в конфузор 14, критическое отверстие 15 и диффузор 16, где в потоке происходят процессы образования разрыва струи, пустот и каверн, заполненных паром, газом и парогазовой смесью.

На выходе из диффузоров 16 и 20 поток рабочей жидкости попадает в область повышенного давления, где пустоты и каверны схлопываются, смыкаются, т. е. идет процесс кавитации, сопровождающийся гидравлическими ударами, волновыми явлениями, вибрацией.

Струи рабочей жидкости из дополнительных генераторов 17 размещенных по периферии устройства, направлены под острым углом на стенки скважины. Эти струи пересекаются между собой и при этом пустоты и каверны в них сталкиваются, объединяются в увеличенные по объему пустоты и каверны, которые в следующее мгновение схлопываются в области высокого давления ствола скважины, вызывая многократно увеличенные гидравлические удары и вибрации, увеличивающие срезывающий, скалывающий, дробящий и диспергирующий эффект устройства.

Пересечение струй рабочей жидкости имеет место по всему сечению ствола скважины, как между струями дополнительных генераторов, так и со струями соосно размещенного генератора 13, образуя трехкратное и более сталкивание и увеличение объемов пустот и каверн. Эти пустоты и каверны, попадая в область повышенного давления, схлопываются, смыкаются, вызывая многократно увеличенные гидравлические удары высокой частоты, провоцируя колебательные процессы и увеличение гидравлических ударов в жидкой среде в стволе скважины.

Песчаная пробка высотой 60 м на глубине 3000 м была размыта за 0,3 ч.

При этом продуктивность скважины выросла в 1,8 раза относительно первоначальной продуктивности.

Устройство позволяет повысить эффективность промывки скважин, размыв, скол, срез и диспергирование пробкообразующих осадков.

Использование: для очистки и промывки ствола скважины гидродинамическими импульсами рабочей жидкости. Сущность изобретения: в полом корпусе с входным и кольцевым каналами установлен наконечник с осевым каналом. Наконечник жестко прикреплен к корпусу. Соосно с наконечником в корпусе установлен генератор гидродинамических импульсов. Дополнительные генераторы гидродинамических импульсов размещены в наконечнике по окружности относительно осевого канала и гидравлически связаны с входным каналом. Генератор гидравлических импульсов выполнен в виде последовательно размещенных конфузора, критического отверстия и диффузора. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОМЫВКИ СКВАЖИНЫ, содержащее полый корпус с входным каналом, жестко прикрепленный к полому корпусу наконечник с осевым каналом и соосно с ним размещенный генератор гидродинамических импульсов, гидравлически связанный через осевой канал с входным каналом, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными генераторами гидродинамических импульсов, размещенными в наконечнике по окружности относительно осевого канала и гидравлически связанными с входным каналом, при этом каждый генератор гидродинамических импульсов выполнен в виде последовательно размещенных конфузора, критического отверстия и диффузора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено обтекателем, установленным в наконечнике, а на внутренней поверхности корпуса в зоне расположения обтекателя выполнен многозаходный винтовой канал. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что многозаходный винтовой канал выполнен трехзаходным. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе выполнены наклонные направляющие каналы, гидравлически связанные с входным каналом и конфузорами дополнительных генераторов.