УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН Российский патент 1997 года по МПК E21B28/00 E21B43/25 E21B47/01 

Изобретение относится к эксплуатации горизонтальных нефтяных скважин.

Известен способ циклического воздействия на призабойную зону пласта (Аллахвердиев Р. А. Интенсификация притока методом циклического импульсного воздействия на призабойную зону пласта. РНТС, 1985, N 3, с.10-12). Способ основан на циклическом нагнетании и стравливании давления из скважины. В качестве рабочей жидкости используется жидкость с добавлением ПАВ. Однако способ требует значительных трудозатрат и малоэффективен при большой длине фильтра, т. к. оказывает воздействие только на более проницаемую часть пласта. Низкопроницаемая или закольматированная часть пласта, как правило, остается не затронутой обработкой.

Известен способ воздействия на призабойную зону пласта многократными депрессиями (Ю. Г. Ананович, Р.С. Яремийчук, В.М. Кифор. Воздействие на призабойную зону пласта многократными депрессиями. Н.Х. 1985, N 4, апрель). По известному способу многократные депрессии создаются с помощью испытателей пластов, специальных устройств с клапанами или с помощью струйных аппаратов. Способ позволяет эффективно очищать призабойную зону пласта и повысить производительность скважин. Однако в пластах большой мощности, а также в горизонтальных скважинах известный способ требует значительных трудозатрат, т. е. для обработки всего интервала фильтра требуется многократно перемещать забойное устройство, опускаемое в скважину на НКТ.

Известен способ обработки нефтяных скважин свабированием (Муравьев И.М. и др. Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений. М. Недра, 1070, с. 142-143). Реализуется способ с помощью простого устройства сваба или поршня, спускаемого в скважину на тросе. Устройство принято за прототип. Поршень известного устройства снабжен обратными клапанами, который обеспечивает свободный спуск поршня к забою скважины. При движении поршня к устью скважины создается депрессия на пласт, посредством которой очищается призабойная зона пласта.

Недостаток известного устройства состоит в том, что при перемещении поршня создается только один импульс депрессии. Для создания следующего импульса депрессии необходимо произвести спуск поршня на забой и повторить подъем. Кроме того, выносимые из пласта механические частицы засоряют ствол скважины, что может привести к заклиниванию поршня. А для того, чтобы спустить поршень в горизонтальный ствол скважины, требуется специальное устройство, т. к. под своим весом поршень может спускаться в скважину только при зенитных углах не более 55^o.

Целью изобретения является создание устройства, обеспечивающего многократные депрессии на пласт за один спуско-подъем поршня с доставкой последнего на забой горизонтальной скважины и повышение надежности работы устройства за счет сбора выносимых из пласта механических частиц с последующей их эксплуатацией.

Цель достигается тем, что в устройстве для гидродинамической обработки горизонтальных скважин, содержащем поршень с обратным клапаном, спускаемый в скважину на кабеле, поршень выполнен в виде отдельных идентичных полых цилиндрических секций, соединенных по продольной оси тонкой трубой, по передней торцовой поверхности каждой из секций выполнены окна, образующие с полостью секции карман, обратный клапан выполнен управляемым, и дополнительно устройство снабжено толкателем в виде колонны труб с плотностью материала, равной плотности скважинной жидкости, подвешенным на кабеле выше обратного клапана, и грузом, закрепленным на кабеле выше толкателя.

Сопоставительный анализ предложенного устройства с прототипом показал, что заявляемое устройство отличается от известного следующими признаками:
поршень выполнен в виде набора отдельных идентичных секций;
секции снабжены карманами;
обратный клапан выполнен управляемым;
поршень снабжен толкателем в виде колонны труб с плотностью материала, равной плотности скважинной жидкости;
толкатель прикреплен к грузу, подвешенному на кабеле.

В связи с тем, что обратный клапан выполнен управляемым, обеспечивается возможность перекрытия канала и выработки гидроимпульсов с заданной частотой, что способствует очистке пор пласта, а в связи с тем, что поршень выполнен в виде множества отдельных секций, создаются многократные депрессии в каждой точке пласта при перемещении поршня по стволу скважины. Их частота обратно пропорциональна длине секции. Наличие карманов внутри секций поршня обеспечивает накопление в них выносимых из пласта механических частиц, засоряющих поры пласта, и последующий подъем их на поверхность. Наличие толкателя в виде колонны труб, имеющих среднюю плотность, равную плотности жидкости в скважине, с грузом, подвешиваемом на кабеле, позволяет доставлять поршень на забой горизонтальной скважины.

Таким образом, предложенное устройство позволяет воздействовать на пласт, вскрытый горизонтальной скважиной, многократными депрессиями с заданной частотой управляемого клапана и с частотой, обратно пропорциональной длине секции, поднимать на поверхность выносимые из пор пласта механические частицы. Устройство спускают в скважину на каротажном кабеле. Применение его не требует дополнительных затрат или специальных технологий. В совокупности высокая производительность, простота и надежность устройства позволяют снизить материальные и трудовые затраты, повысить эффективность обработки и, в конечном счете, производительность горизонтальных скважин.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг.2 график изменений перепадов давления ΔP.

Устройство содержит поршень, состоящий из набора секций 1, представляющий собой полые цилиндрические элементы с наружным диаметром, близким к внутреннему диаметру обсадной колонны. Секции 1 соединены между собой посредством трубы 2 со сквозным каналом, через который обеспечивается свободная циркуляция жидкости. Наружный диаметр трубы 2 значительно (в 2-3 раза) меньше наружного диаметра секции 1, в связи с чем каждую из секций 1 можно рассматривать как отдельно взятый поршень. Внутренние полости секции 1 с окнами на передней торцовой поверхности образуют карманы 3 для накопления выносимых из пласта механических частиц. Над набором секции 1 закреплен управляемый клапан 4, перекрывающий сквозной канал трубы 2, выше которого размещен толкатель 5. Толкатель 5 представляет собой колонну труб, имеющих среднюю плотность, равную плотности скважинной жидкости. Длина толкателя 5 близка к длине горизонтального ствола и обеспечивает проталкивание секций 1 поршня к забою скважины, верхней частью толкатель 5 крепится к грузу 6, подвешенному на кабеле 7.

Работает устройство следующим образом.

Секции 1 поршня в сборе с трубой 2 и управляемым клапаном 4, с толкателем 5 и грузом 6 на кабеле 7 спускают в скважину. При достижении искривленной части ствола скважины под действием груза 6 толкатель 5 с секциями 1 поршня соскальзывают в горизонтальный ствол скважины. В связи с тем, что средняя плотность труб толкателя 5 близка к плотности скважинной жидкости, толкатель 5 находится во взвешенном состоянии в жидкости и практически не касается стенок скважины. То есть трение труб толкателя 5 о стенки скважины мало и требуется незначительное усилие для проталкивания толкателя 5 в горизонтальном стволе большей длины. Под действием усилия груза 6 на толкатель 5 секции 1 поршня достигают забоя скважины. После достижения поршнем забоя скважины производят подъем сборки на кабеле на поверхность. В этот момент приводят в действие (по кабелю или автоматически) управляемый клапан 4, обеспечивающий перекрытие сквозного канала трубы 2 с заданной частотой. В результате этого при прохождении секций 1 мимо любой точки пласта возникает перепад давления ΔP между пластом и стволом скважины. Управляемый клапан 4 обеспечивает изменение перепадов давления ΔP в заданном режиме. График изменения ΔP приведен на фиг.2, частота импульсов соответствует частоте срабатывания клапана 4. Огибающая графика изменения ΔP близка к синусоиде. Так, в первом полупериоде наблюдается незначительная депрессия, а далее во втором полупериоде более интенсивная депрессия. Длительность всего периода колебаний ΔP определяется из соотношения T li/V, где Т период колебаний ΔP li длина i-й секции поршня; V скорость движения поршня.

Под действием импульсов давления происходит открытие трещин и пор пласта, из которых выносятся закупоривающие их механические примеси. Последние улавливаются карманами 3 секции 1, очищая скважинную жидкость, и выносятся затем на поверхность вместе со сборкой.

Наличие нескольких секций в поршне обеспечивает многократные депрессии в каждой точке пласта, значительно повышая проницаемость призабойной зоны пласта и повышая его нефтеотдачу.

Операции спуска-подъема кабеля с устройством гидродинамической обработки горизонтальных скважин повторяют многократно.

Использование: при эксплуатации нефтяных горизонтальных скважин. Сущность изобретения: поршень закреплен на кабеле и выполнен из набора идентичных секций, соединенных трубой. Обратный клапан выполнен управляемым. Устройство снабжено толкателем, выполненным в виде колонны труб из материала с плотностью, равной плотности скважинной жидкости, и грузом. Секции имеют карманы. Каждая из секций является самостоятельным поршнем, что обеспечивает создание одновременной депрессии несколькими поршнями во время циклической работы управляемого клапана при подъеме устройства из скважины. Выносимые из пласта механические частицы захватываются карманами при подъеме устройства. Толкатель с грузом позволяет использовать данное устройство в сильно наклоненных и горизонтальных скважинах. 2 ил.

Устройство для гидродинамической обработки горизонтальных скважин, содержащее поршень с обратным клапаном, спускаемый в скважину на кабеле, отличающееся тем, что поршень выполнен в виде отдельных идентичных полых цилиндрических секций, соединенных по продольной оси тонкой трубой, по передней торцевой поверхности каждой из секций выполнены окна, образующие с полостью секции карман, обратный клапан выполнен управляемым, дополнительно устройство снабжено толкателем в виде колонны труб с плотностью материала, равной плотности скважинной жидкости, подвешенным на кабеле выше обратного клапана, и грузом, закрепленным на кабеле выше толкателя.