ДВУХКАСКАДНЫЙ ПУЛЬСАТОР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА Российский патент 1998 года по МПК E21B28/00 E21B43/25 

Изобретение относится к струйной технике, преимущественно к устройствам для обработки призабойной зоны пласта нефтяной скважины гидродинамическим импульсным воздействием.

Известно устройство для воздействия на призабойную зону скважины, содержащее корпус с окнами и генератор импульсного действия, выполненный в виде баллона высокого давления с окислителем, соединенного гидравлически через перепускной клапан с топливораспыляющим элементом, к которому подсоединена емкость с жидким горючим [1].

Однако устройство обладает повышенной пожаро- и 0взрывоопасностью, что в условиях нефтедобычи усложняет реализацию данного устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является пульсатор - устройство воздействия на призабойную зону пласта, содержащее спускаемый на трубах генератор импульсов, выполненный в виде расположенных в полом корпусе последовательно по ходу движения рабочего агента соосно корпусу обтекателя, конфузора и вихревой кольцевой камеры, причем полый корпус на наружной поверхности выполнен с расширяющимся от оси корпуса к периферии кольцевым каналом со ступенчатой поверхностью, образованной кольцевыми выточками, и имеет в сечении параболу, расположенную с продольной осью корпуса в одной плоскости, боковые каналы корпуса выполнены тангенциальными и гидравлически сообщают вихревую камеру с расширяющимся кольцевым каналом, а корпус на внутренней поверхности имеет винтовые каналы для сообщения полости труб с конфузором, причем винтовые каналы могут быть многозаходными [2].

Однако данное устройство обладает ограниченной зоной воздействия, что обусловлено габаритами генератора и жесткой ориентацией выходных боковых каналов.

Кроме того, выполнение выходных боковых каналов на наружной поверхности корпуса не обеспечивает формирование кавитационного процесса в широком диапазоне амплитуд и частот.

Задачей изобретения является создание пульсатора для обработки призабойной зоны пласта, обеспечивающего управление волновым процессом гидровоздействия, повышение надежности работы устройства, повышение эффективности воздействия рабочего агента пульсатора через перфорационные отверстия обсадной или эксплуатационной колонны.

Задача решается тем, что пульсатор выполнен двухкаскадным и содержащим основной генератор импульсов, выполненный в виде полого корпуса с установленным в нем распределителем потока с образованием между их поверхностями последовательно расположенных и сообщенных между собой кольцевой камеры, сообщенной посредством многозаходных винтовых каналов, выполненных на внутренней поверхности корпуса, с его входным осевым каналом, и вихревой кольцевой камеры, сообщенной посредством выходных боковых тангенциальных каналов с диффузорным кольцевым каналом, выполненным со стороны наружной поверхности корпуса, и по крайней мере один дополнительный генератор импульсов, установленный последовательно и гидравлически связанный с входным осевым каналом основного генератора импульсов, при этом дополнительный генератор импульсов выполнен с возможностью изменения продольного расстояния между выходными боковыми тангенциальными каналами смежных генераторов импульсов и смещения их относительно друг друга в поперечной плоскости для изменения расположения упомянутых выходных боковых тангенциальных каналов смежных генераторов импульсов относительно образующей, основной и дополнительный генераторы импульсов снабжены насадками, установленными в соответствующих корпусах с возможностью их замены, выходные тангенциальные каналы выполнены в указанных насадках, а количество боковых тангенциальных каналов составляет в основном генераторе - 6 и в дополнительном генераторе импульсов - 3.

Кроме того, насадки могут быть выполнены из керамики, металлокерамики и из монокристалла износостойкого материала, угол наклона боковых тангенциальных выходных каналов каждого из генераторов в тангенциальном направлении может быть выполнен одинаковым и различным для каждого из каналов.

Выполнение пульсатора двухкаскадным, как описано выше, позволяет в зависимости от внешних условий в скважине регулировать воздействие как на пласт, так и на обсадную или эксплуатационную колонну в зоне их перфорации. Истечение рабочей среды из боковых тангенциальных каналов под различными углами позволяет дополнительно турбулизировать поток в зоне диффузорного кольцевого канала и одновременно создавать требуемый скоростной режим течения рабочей среды в диффузорном кольцевом канале, что в конечном итоге позволяет регулировать процесс кавитации, а следовательно, и гидродинамического воздействия на окружающее двухкаскадный пульсатор пространство. Создавая регулируемый режим воздействия на пласт, можно значительно эффективнее проводить работу по выводу скважины на рабочий режим ее эксплуатации.

Повышению надежности работы пульсатора способствует выполнение выходных боковых тангенциальных каналов в сменных насадках, изготовленных из керамики, металлокерамики или из монокристалла износостойкого материала.

Данное техническое решение позволяет оперативно менять насадки по мере износа проточной части каналов, а также устанавливать насадки с различными профилями боковых тангенциальных каналов, причем за счет создания различных поверхностей вдоль боковых тангенциальных каналов и выходного диффузорного кольцевого канала можно оказывать различное воздействие на течение рабочей среды в пристеночном слое, что в свою очередь оказывает воздействие на развитие кавитационного процесса в указанных выше каналах и позволяет дополнительно регулировать данный процесс. Дополнительное воздействие на развитие кавитационного процесса в пульсаторе и за счет этого регулирование этого процесса достигается путем выполнения тангенциальных боковых каналов с различными углами наклона в тангенциальном направлении. Выполнение двухкаскадного пульсатора с возможностью регулирования продольного расстояния между выходными боковыми тангенциальными каналами предоставляет возможность по мере необходимости расширять зону воздействия или, наоборот, сужая зону воздействия, концентрировать воздействие путем создания более мощного рабочего потока, при этом существенное значение имеет количественное соотношение боковых тангенциальных каналов основного и дополнительного генераторов импульсов, а проведенные экспериментальные работы показали, что наиболее оптимальным является выполнение в основном генераторе и импульсов шести боковых тангенциальных каналов и в дополнительном генераторе импульсов трех аналогичных каналов.

Таким образом, достигается выполнение поставленной технической задачи, а именно повышение эффективности воздействия рабочей среды в призабойной зоне, повышение надежности работы и обеспечение управления волновым процессом гидровоздействия при работе двухкаскадного пульсатора.

На чертеже представлен продольный разрез описываемого двухкаскадного пульсатора.

Двухкаскадный пульсатор содержит основной генератор импульсов, выполненный в виде полого корпуса 1 с установленным в нем распределителем потока 2. Поверхности корпуса 1 и распределителя потока 2 образуют последовательно расположенные и сообщенные между собой кольцевую камеру 3, сообщенную посредством многозаходных винтовых каналов 4, выполненных на внутренней поверхности корпуса 1, с его входным осевым каналом 5, и вихревую кольцевую камеру 6. В корпусе 1 выполнены выходные боковые тангенциальные каналы 7. На наружной поверхности корпуса 1 выполнен диффузорный кольцевой канал 8, имеющий конусную поверхность с углом конусности 8 - 15^o. Длина и диаметр выходных боковых тангенциальных каналов 7 связаны между собой соотношением, при котором их длина в 3 - 5 раз больше их диаметра.

Вихревая кольцевая камера 6 сообщена посредством выходных боковых тангенциальных каналов 7 с диффузорным кольцевым каналом 8. Корпус 1 связан с колонной труб 9 с резьбовым переходником 10.

Дополнительный генератор импульсов имеет конструкцию, аналогичную основному генератору. Дополнительный генератор импульсов установлен последовательно и гидравлически связан с входным осевым каналом 5 основного генератора. Эта гидравлическая связь реализована за счет сквозного канала 11, выполненного в распределителе потока 2 основного генератора импульсов. Корпус дополнительного генератора импульсов может быть цельным или может быть выполнен из наружной и внутренней частей 12, 13, как это показано на чертеже. Части 12 и 13 связаны друг с другом с возможностью разъема, причем многозаходные винтовые каналы 14 в этом случае выполнены на внутренней поверхности внутренней части 13 корпуса.

В дополнительном генераторе импульсов многозаходные винтовые каналы 14 могут иметь направление, противоположное направлению аналогичных каналов 4 основного генератора импульсов или совпадающее. Выходные боковые тангенциальные каналы 15 могут быть смещены в поперечной плоскости относительно образующей, проходящей через аналогичные каналы 7 смежного основного генератора импульсов. Это достигается за счет использования сменного кольца 16, которое может быть резьбовым и размещается между торцевыми поверхностями корпусов смежных генераторов импульсов. За счет изменения толщины сменного кольца 16 достигается изменение продольного расстояния между выходными боковыми тангенциальными каналами 7, 15. В случае выполнения корпуса дополнительного генератора импульсов из наружной и внутренней частей 12, 13 между их торцевыми поверхностями размещают сменную шайбу 17, толщина которой взаимоувязана с толщиной сменного кольца 16. Во избежание возможного произвольного развинчивания резьбовых соединений могут быть предусмотрены элементы фиксации резьбовых соединений, например контргайка 18, и др.

Основной и дополнительный генераторы импульсов снабжены насадками 23 в основном генераторе и насадками 24 - в дополнительном. Каналы 7 выполнены в насадках 23 и каналы 15 в насадках 24. Насадки 23, 24 установлены с возможностью их замены и выполнены из керамики, металлокерамики или монокристалла износостойкого материала.

Количество боковых тангенциальных каналов 7 в основном генераторе импульсов - шесть, а в количество боковых тангенциальных каналов 15 в дополнительном генераторе импульсов - три.

Пульсатор работает следующим образом.

При подаче рабочего агента в зоне расположения распределителя потока 2 во входном осевом канале 5 происходит разделение потока рабочей среды (агента) на два, один из которых поступает в основной генератор импульсов, а другой через сквозной канал 11 в дополнительный генератор импульсов. В генераторах импульсов потоки рабочего агента в многозаходных винтовых каналах 4, 14 закручиваются и далее поступают в конфузорные кольцевые камеры 3, 19, в которых еще больше увеличивается скорость потоков рабочего агента с сохранением вращательного движения. В вихревых кольцевых камерах 6, 20 происходит стабилизация движения потоков рабочего агента в горизонтальной плоскости и под действием центробежных сил осуществляется выброс рабочего агента через выходные боковые тангенциальные каналы 7, 15 и диффузорные кольцевые каналы 8, 21 в призабойную зону пласта, причем в каналах 8, 21 начинается процесс кавитации с выбросом через перфорационные отверстия обсадной или эксплуатационной колонны кавитационных каверн с рабочим агентом в призабойную зону пласта, что вызывает там гидродинамические удары. Пульсатор в процессе работы вращают и перемещают в осевом направлении по мере обработки призабойной зоны пласта.

Использование изобретения позволяет управлять процессом гидродинамического воздействия путем изменения расположения выходных боковых тангенциальных каналов 7, 15 как в продольном, так и в поперечном направлениях, добиваясь более эффективного воздействия на пласт.

Устройство предназначено для обработки призабойной зоны пласта нефтяной скважины гидродинамическим импульсным воздействием. Пульсатор содержит по меньшей мере два последовательно установленных и гидравлически сообщенных между собой генератора импульсов. Каждый генератор импульсов содержит расположенные последовательно кольцевые конфузорную и вихревую камеры. Первая через многозаходные винтовые каналы сообщена с входным осевым каналом, а другая через боковые тангенциальные выходные каналы, выполненные в сменных насадках, - с диффузорным кольцевым каналом. Взаимное расположение выходных боковых тангенциальных каналов смежных генераторов импульсов может изменяться в продольной и поперечной плоскостях. Количество тангенциальных каналов в одном генераторе - 3, в другом - 6. Использование изобретения увеличивает зону одновременного воздействия и повышает эффективность воздействия. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Двухкаскадный пульсатор для обработки призабойной зоны пласта, содержащий основной генератор импульсов, выполненный в виде полого корпуса с установленным в нем распределителем потока с образованием между их поверхностями последовательно расположенных и сообщенных между собой кольцевой камеры, сообщенной посредством многозаходных винтовых каналов, выполненных на внутренней поверхности корпуса, с его входным осевым каналом, и вихревой кольцевой камеры, сообщенной посредством выходных боковых тангенциальных каналов с диффузорным кольцевым каналом, выполненным со стороны наружной поверхности корпуса, отличающийся тем, что пульсатор снабжен по крайней мере одним дополнительным генератором импульсов, установленным последовательно и гидравлически связанным с входным осевым каналом основного генератора импульсов, при этом дополнительный генератор импульсов выполнен с возможностью изменения продольного расстояния между выходными боковыми тангенциальными каналами смежных генераторов импульсов и смещения их относительно друг друга в поперечной плоскости для изменения расположения упомянутых выходных боковых тангенциальных каналов смежных генераторов импульсов относительно образующей, основной и дополнительный генераторы импульсов снабжены насадками, установленными в соответствующих корпусах с возможностью их замены, выходные тангенциальные каналы выполнены в указанных насадках, а количество боковых тангенциальных каналов составляет: в основном генераторе импульсов 6 и в дополнительном генераторе импульсов 3. 2. Пульсатор по п. 1, отличающийся тем, что насадки выполнены из керамики или металлокерамики. 3. Пульсатор по п. 1, отличающийся тем, что насадки выполнены из монокристалла износостойкого материала. 4. Пульсатор по п. 1, отличающийся тем, что угол наклона боковых тангенциальных каналов каждого из генераторов в тангенциальном направлении выполнен одинаковым. 5. Пульсатор по п. 1, отличающийся тем, что угол наклона боковых тангенциальных каналов каждого из генераторов в тангенциальном направлении выполнен различным для каждого из каналов.