КАВИТАТОР ИБРАГИМОВА Российский патент 1998 года по МПК F04F5/42 

Изобретение относится к струйной технике, 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 [1] .

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 [2].

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

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

Задача достигается тем, что в кавитаторе, содержащем спускаемый на колонне труб полый корпус с осевым и боковыми каналами и генератор импульсов, при этом последний 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 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.

Особенностью данного кавитатора также является то, что боковые тангенциальные каналы выполнены в установленных в корпусе с возможностью замены насадках, при этом профиль каналов может быть расширяющимся и может быть образован коноидальной поверхностью, конической поверхностью, конической поверхностью, переходящей в цилиндрическую поверхность, конической поверхностью с входным цилиндрическим участком, а конические поверхности могут быть выполнены с различными углами раскрытия и различной длины.

Выполнение кавитатора описанным выше способом позволяет добиться резкого повышения скорости рабочего потока в горизонтальной плоскости с подачей 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 интенсивно и лавионообразно, приобретает колебательный характер с резонансными явлениями. Кроме того, указанные выше явления производят 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 камеры в зоне пласта сопровождается звуковыми волнами и сильными гидравлическими ударами с возникновением вибрации, что создает высокую разрушающую силу в пласте. Выполнение боковых тангенциальных каналов в установленных с воможностью замены насадках позволяет оперативно по мере необходимости устанавливать в корпусе насадки с требуемым профилем боковых каналов, что позволяет устанавливать различные режимы истечения среды из аппарата и, кроме того, позволяет быстро менять насадки в случае эрозионного износа и соответственно изменения профиля боковых каналов.

Как результат от создания в призабойной зоне пласта описанных выше явлений достигается эффективное повышение продуктивности нефтяных и газовых скважин, восстанавливается начальная проницаемость скважин после их капремонта, повышается фазовая проницаемость для нефти и достигается возможность удалять воду и гидратные слои с поверхности пород призабойной зоны пласта, причем достигается достаточно высокая надежность работы аппарата.

На фиг. 1 схематически представлен продольный разрез описываемого кавитатора; на фиг. 2 - варианты насадков с различным профилем проходного сечения.

Кавитатор 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 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 съемных входного конуса 9 и центрального тела 10, наружная поверхность которого образована винтовыми каналами, а вихревая камера 7 сообщена с кольцевыми расширяющимся каналом 8 посредством боковых тангенциально выполненных каналов 3, причем выходные сечения последних расположены в зоне наименьшего проходного сечения кольцевого расширяющегося канала 8, а сами каналы 3 выполнены в установленных с возможностью замены насадках 11 и снабжены износоустойчивым покрытием.

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 одинаковыми или разными шагами.

Боковые тангенциальные каналы 3, выполненные в насадках 11, могут иметь различный профиль их проходного сечения, например, коноидальный 12, конический, расширяющийся с выходным цилиндрическим участком 13, конический, расширяющийся с входным цилиндрическим участком 14, а также иметь плавно расширяющийся профиль, при котором достигается разное ускорение потоков вдоль канала 15. Длина насадок в зависимости от угла раскрытия конического канала может быть также различной, например удлиненная или укороченная насадка.

Кавитатор 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 давлении непрерывно истекает через боковые каналы 3 в кольцевой расширяющийся канал 8, причем в каналах 3, в зависимости от их профиля формируется требуемый по характеру эксплуатации режим истечения. В канале 8, выполненном с углом раскрытия α 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 камеры 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 вибрацию 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 большой разрушающей силой.

Устанавливая в корпусе 2 насадки 11 с различными проходными сечениями, достигается возможность регулировать скоростные характеристики потока в канале 8, а следовательно, и режим образования каверн и полостей, что в свою очередь влияет на режим создания звуковых волн и гидравлических ударов. В результате достигается возможность в зависимости от сложившихся условий в скважине, например от геологических характеристик, устанавливать в скважине струйный аппарат с необходимыми для работы режимными характеристиками.

Кроме того, выполнение насадок, в которых боковые тангенциальные каналы покрыты износоустойчивым покрытием, например полимерным или металлическим, позволяет использовать в качестве рабочей среды жидкость с механическими включениями, а по мере износа каналов насадок 11 представляется возможность быстро и легко менять насадки 11.

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

Кавитатор предназначен для обработки призабойной зоны пласта скважины. Кавитатор содержит полый корпус и генератор импульсов. Последний образован путем установки в корпусе обтекателя и втулки с винтовыми каналами. В корпусе выполнены конфузорный канал и вихревая камера. Со стороны наружной поверхности корпуса выполнен кольцевой расширяющийся канал, образованный двумя коническими поверхностями с углом раскрытия канала от 6 до 7^o. Втулка установлена с возможностью замены. Обтекатель также установлен с возможностью замены и выполнен разборным. Вихревая камера сообщена с расширяющимся каналом боковыми тангенциальными каналами, которые выполнены в сменных насадках, установленных в корпусе. 10 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Кавитатор, 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 расширяющий канал, образованный двумя коническими соосными корпусу поверхностями с углом раскрытия в радиальном направлении кольцевого канала в плоскости осевого продольного сечения 6 - 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, вихревая камера сообщена с кольцевым расширяющимся каналом посредством боковых тангенциальных каналов, причем выходные сечения последних расположены в зоне наименьшего проходного сечения кольцевого расширяющегося канала, а сами боковые тангенциальные каналы выполнены в установленных в корпусе с возможностью замены насадках. 2. Кавитатор по п.1, отличающийся тем, что винтовые каналы втулки и центрального тела выполнены многозаходными. 3. Кавитатор по п. 1, отличающийся тем, что основание входного конуса лежит в плоскости входного сечения втулки. 4. Кавитатор по п.1, отличающийся тем, что винтовые каналы втулки и центрального тела выполнены с одинаковым шагом. 5. Кавитатор по п.1, отличающийся тем, что винтовые каналы втулки и центрального тела выполнены с разным шагом. 6. Кавитатор по п.1, отличающийся тем, что боковые тангенциальные каналы выполнены расширяющимися вдоль по потоку и их боковая поверхность образована коноидальной образующей. 7. Кавитатор по п.1, отличающийся тем, что боковые тангенциальные каналы выполнены коническими расширяющимися по ходу потока с выходным цилиндрическим участком. 8. Кавитатор по п.1, отличающийся тем, что боковые тангенциальные каналы выполнены коническими расширяющимися по ходу потока с входным расширяющимся участком. 9. Кавитатор по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность боковых тангенциальных каналов покрыта износоустойчивым покрытием, например полимерным или металлическим. 10. Кавитатор по п.1, отличающийся тем, что насадки выполнены керамическими или металлокерамическими. 11. Кавитатор по п.1, отличающийся тем, что насадки выполнены из монокристалла.