СТРУЙНЫЙ ВИХРЕВОЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК F04F5/42 

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к струйным вихревым аппаратам для обработки призабойной зоны пласта скважины гидродинамическими импульсами рабочей среды.

Известен струйный аппарат, который содержит установленный на колонне насосно-компрессорных труб генератор выработки гидродинамического импульса для воздействия на призабойную зону пласта скважины в области перфорации (см. например, авт. св. СССР, N 1096405, кл. F 04 F 5/02, 1984).

Однако данный аппарат обеспечивает одноразовое импульсное воздействие на пласт, что сужает область его использования.

Наиболее близким к описываемому является струйный аппарат, содержащий спускаемый на колонне труб полый корпус с осевым и боковыми каналами и генератор импульсов (см. например, авт. св. СССР, N 1694865, кл. Е 21 В 43/00, 1991).

Однако данный аппарат не позволяет получать значительный эффект от воздействия на призабойную зону пласта, особенно при сильном загрязнении в долго простаивающих или бездействующих скважинах, что связано со слабым воздействием на повышение фазовой проницаемости для нефти в призабойной зоне пласта.

Задачей настоящего изобретения является повышение продуктивности нефтяных и газовых скважин, вводимых в эксплуатацию после бурения, повышение приемистости нагревательных скважин, вводимых после бурения и капремонта, восстановление и повышение коэффициента продуктивности и начальной проницаемости нефтяных и газовых скважин после их ремонта.

Указанная задача достигается тем, что в струйном вихревом аппарате, содержащем спускаемый на колонне труб полый корпус с осевым и боковыми каналами и генератор импульсов, последний образован путем установки в корпусе соосно ему обтекателя и втулки с винтовыми каналами на ее внутренней поверхности, а в корпусе выполнены последовательно на ходу потока среды конфузорный канал и вихревая камера и со стороны наружной поверхности в корпусе выполнен кольцевой расширяющийся в радиальном направлении канал, образованный двумя коническими соосными корпусу поверхностями с углом раскрытия кольцевого канала в плоскости осевого продольного сечения от 6 до 7^o, при этом втулка установлена в корпусе с возможностью замены и размещена между выходным сечением колонны труб и конфузорным каналом, обтекатель установлен в корпусе с возможностью замены, выполнен разборным и состоит из съемных входного конуса и центрального тела, наружная поверхность которого образована винтовыми каналами, а вихревая камера сообщена с кольцевым расширяющимся каналом посредством боковых тангенциальных каналов, причем выходные сечения последних расположены в зоне наименьшего проходного сечения кольцевого расширяющегося канала.

Кроме того, винтовые каналы втулки и центрального тела могут быть выполнены многозаходными, например трехзаходными, основание входного конуса может лежать в плоскости входного сечения втулки, а винтовые каналы втулки и центрального тела могут быть выполнены с одинаковым или разным шагом.

Выполнение струйного вихревого аппарата описанным выше способом позволяет добиться резкого повышения скорости рабочего потока в горизонтальной плоскости с подачей рабочего потока через боковые каналы по касательной к поверхности кольцевого расширяющегося канала, что позволяет дополнительно резко увеличить скорость потока с образованием в последнем полостей и кавитационных каверн. По мере движения рабочего потока по расширяющемуся каналу нарастает скорость рабочего потока, что ведет к дальнейшему увеличению полостей и каверн по объему и количеству в потоке. Разрыв полостей и каверн, т. е. кавитация, идет интенсивно и лавинообразно, приобретает колебательный характер с резонансными явлениями. Кроме того, указанные выше явления приводят к выносу полостей и каверн в потоке за фокус струйного аппарата в каналы, поры и трещины продуктивного пласта, причем радиус такой обработки призабойной зоны пласта может достигать десятков метров и может регулироваться путем изменения давления нагнетания и скорости потока рабочей среды. Схлопывание полостей и каверн в зоне пласта сопровождается звуковыми волнами и сильными гидравлическими ударами с возникновением вибрации, что создает высокую разрушающую силу в пласте.

Результатом создания в призабойной зоне пласта описанных выше явлений является эффективное повышение продуктивности нефтяных и газовых скважин, восстановление начальной проницаемости скважин после их капремонта, кроме того, повышается фазовая проницаемость для нефти и достигается возможность удаления воды и гидратных слоев с поверхности пород призабойной зоны пласта.

На чертеже схематически представлен продольный разрез описываемого струйного вихревого аппарата.

Струйный вихревой аппарат содержит спускаемый на колонне труб 1 полый корпус 2 с боковыми каналами 3 и генератор импульсов, образованный путем установки в корпусе 2 соосно последнему обтекателя 4 и втулки 5 с винтовыми каналами на ее внутренней поверхности, а в корпусе 2 выполнены последовательно по ходу потока среды конфузорный канал 6 и вихревая камера 7 и со стороны наружной поверхности в корпусе 2 выполнен кольцевой расширяющийся в радиальном направлении канал 8, образованный двумя коническими соосными корпусу поверхностями с углом α раскрытия кольцевого канала 8 в плоскости осевого продольного сечения от 6 до 7^o, при этом втулка 5 установлена в корпусе 2 с возможностью замены и размещена между выходным сечением колонны труб 1 и конфузорным каналом 6, обтекатель 4 установлен в корпусе 2 с возможностью замены, выполнен разборным и состоит из съемного входного конуса 9 и центрального тела 10, наружная поверхность которого образована винтовыми каналами, а вихревая камера 7 сообщена с кольцевым расширяющимся каналом 8 посредством боковых тангенциально выполненных каналов 3, причем выходные сечения последних расположены в зоне наименьшего проходного сечения кольцевого расширяющегося канала 8.

Винтовые каналы втулки 5 и центрального тела 10 выполнены многозаходными, основание входного конуса 9 может лежать в плоскости входного сечения втулки 5, винтовые каналы втулки 5 и центрального тела могут быть выполнены с одинаковым или разным шагом.

Струйный вихревой аппарат работает следующим образом.

Рабочую среду по колонне труб 1 подают в полый корпус 2, где она набегает на входной конус 9, который направляет ее в кольцевой винтовой канал или винтовые каналы (в зависимости от многозаходности), образованные винтовыми каналами втулки 5 и центрального тела 10 обтекателя 4. В винтовых каналах рабочая среда приобретает вращательное движение с резким увеличением скорости рабочего потока. Из винтовых каналов рабочая среда поступает в вихревую камеру 7, где поток рабочей среды докручивается с дальнейшим увеличением скорости и скорость стабилизируется с организацией движения рабочего потока в горизонтальной плоскости. Раскрученный стабилизированный поток под действием центробежных сил и давления непрерывно истекает через боковые каналы 3 в кольцевой расширяющийся канал 8. В канале 8, выполненном с углом раскрытия a от 6 до 7^o, достигается очень резкое увеличение скорости потока рабочей среды с возникновением локального разрыва сплошности потока с образованием полостей и каверн, заполненных паром и газом. Поскольку поток направлен по касательной в кольцевом канале 8, он движется по кривой и чем больше время прохождения потока через зону пониженного давления в канале 8, тем более укрупняются каверны и полости и увеличивается их количество. Движение потока рабочей среды в кольцевом расширяющемся канале 8 происходит с нарастанием скорости и, соответственно, с созданием условий для отрыва потока от стенок и образования каверн и пустот, что приводит к возникновению колебательного процесса, резонансных явлений и гидравлических ударов. Как результат, поток выносит полости и каверны за пределы аппарата в каналы и поры продуктивного пласта, в которых происходит мгновенная конденсация пара и газа и полости и каверны схлопываются, создавая гидравлические удары и, как следствие, вибрации в призабойной зоне пласта. Поскольку описанные выше процессы происходят многократно, мгновенно и, как правило, через равные периоды времени, то и сопровождающие их звуковые волны, гидравлические удары приводят к гармоничным явлениям, резонансу с большей разрушающей силой.

Таким образом, достигается поставленная задача повышение проницаемости призабойной зоны продуктивного пласта с соответствующим повышением или восстановлением продуктивности скважины.

Использование: в области струйной техники. Сущность изобретения: струйный вихревой аппарат содержит генератор импульсов, образованный корпусом и установленными в нем соосно втулкой с винтовыми каналами на ее внутренней поверхности и разборным обтекателем с входным конусом и центральным телом, на наружной поверхности которого выполнены винтовые каналы, а корпус со стороны его наружной поверхности выполнен с кольцевым расширяющимся каналом, угол раскрытия которого в радиальном направлении составляет от 6 до 7^o. 4 з. п.ф-лы, 1 ил.

1. Струйный вихревой аппарат, содержащий спускаемый на колонне труб полый корпус с осевым и боковым каналами и генератор импульсов, отличающийся тем, что генератор импульсов образован путем установки в корпусе соосно последнему обтекателя и втулки с винтовыми каналами на ее внутренней поверхности, а в корпусе выполнены последовательно по ходу потока среды конфузорный канал и вихревая камера и со стороны наружной поверхности в корпусе выполнен кольцевой расширяющийся канал, образованный двумя коническими соосными корпусу поверхностями с углом раскрытия в радиальном направлении кольцевого канала в плоскости осевого продольного сечения от 6 до 7^o, при этом втулка установлена в корпусе с возможностью замены и размещена между выходным сечением колонны труб и конфузорным каналом, обтекатель установлен в корпусе с возможностью замены, выполнен разборным и состоит из съемных входного конуса и центрального тела, наружная поверхность которого образована винтовыми каналами, а вихревая камера сообщена с кольцевым расширяющимся каналом посредством боковых тангенциальных каналов, причем выходные сечения последних расположены в зоне наименьшего проходного сечения кольцевого расширяющегося канала. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что винтовые каналы втулки и центрального тела выполнены многозаходными. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что основание входного конуса лежит в плоскости входного сечения втулки. 4. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что винтовые каналы втулки и центрального тела выполнены с одинаковым шагом. 5. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что винтовые каналы втулки и центрального тела выполнены с разным шагом.