СКВАЖИННЫЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПУЛЬСАТОР ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F04F5/02 F04F5/10 

Изобретение относится к оборудованию, используемому в нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам для освоения и эксплуатации скважин.

Известно устройство для освоения и обработки скважин, включающее корпус с осевым каналом, пакер, установленный в корпусе струйный насос, смесительная камера которого сообщается с осевым каналом корпуса [1].

Однако резкие изменения направления движения жидкости обуславливают высокие гидравлические сопротивления, что в целом снижает КПД устройства.

Известен также наддолотный эжекторный гидронасос, включающий в себя корпус с выполненным в нем вертикальным каналом для подачи к соплам струйных насосов рабочего агента, от одного и более активных сопел, расположенных в корпусе по окружности вокруг вертикального канала и сообщающихся с ним при помощи подводящих каналов, и соосные с соплами камеры смешения, при этом последние сообщены с торцевой частью корпуса посредством сквозных соединительных каналов, выполненных прямолинейными, и камер смешения, расположенных под углом к оси вертикального канала [2].

Данное устройство позволяет регулировать величину депрессии на пласт только лишь изменением диаметра активных сопел и/или изменением количества подаваемого на них рабочего агента до максимальной величины 6,0-7,0 МПа, что обусловлено его конструктивным исполнением.

В процессе освоения скважин или добычи нефти часто возникает необходимость в широком регулировании депрессии на пласт, что очень трудно сделать, особенно если насос, подающий рабочий агент, не обладает регулируемым приводом. Также во многих случаях при освоении скважин необходимо создать циклические депрессии на пласт от 10 МПа и выше с последующими гидроударами, это приводит к возникновению усталостных напряжений в пласте и образованию в нем трещин, что современными техническими средствами практически не достижимо.

Техническим результатом при использовании изобретения будет сокращение времени освоения скважины за счет очистки призабойной зоны пласта путем циклического создания мгновенной регулируемой депрессии на пласт с последующим гидроударом, снижение себестоимости добычи нефти за счет возможности широкого регулирования депрессии на пласт, снижения давления нагнетания рабочей жидкости по сравнению с существующими устройствами и увеличения срока работы подземного оборудования.

Технический результат достигается тем, что гидродинамический пульсатор давления (ГПД), содержащий корпус с выполненным в нем вертикальным каналом для подачи к соплам струйных насосов рабочего агента, от одного и более активных сопел, расположенных в корпусе и сообщающихся с вертикальным каналом при помощи подводящих каналов, и соосные с соплами камеры смешения, выполненные под углом α относительно оси вертикального канала, лежащем в интервале 1^o...12^o59', причем отношение диаметра сопла d₁ к диаметру камеры смешения d₂ составляет 0,05...1,0, а отношение диаметра сопла d₁ к диаметру подводящего канала d₃ составляет 10...0,1. Выполнение технического результата также обеспечивается тем, что корпус ГПД соединен с камерой разрежения, внутренняя полость которой сообщается с камерами смешения посредством подводящих каналов.

Именно выполнение осей камеры смешения и вертикального канала под углами 1^o...12^o59', отношение диаметра сопла к диаметру камеры смешения 0,05...1,0, отношение диаметра сопла к диаметру подводящего канала 10...0,1, а также соединение корпуса ГПД с камерой разряжения посредством подводящих каналов, обеспечивает реализацию технического результата.

Предлагаемый гидродинамический пульсатор давления также возможно использовать для очистки скважин от песка и парафина.

На фиг. 1 представлен общий вид гидродинамического пульсатора давления; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 представлена схема его работы (стрелками указано направление движения струй жидкости).

Устройство содержит корпус 1 с выполненным в нем вертикальным каналом 2 для подачи к соплам струйных насосов рабочего агента. С вертикальным каналом 2 соединены выполненные в корпусе 1 наклоненные подводящие каналы 3, заканчивающиеся соплами 4 и смесительными камерами 5, корпус также содержит обратный клапан 6.

Каждое из сопел 4, снабженных наклонным подводящим каналом 3, в совокупности со смесительной камерой 5 образует струйный насос, предназначенный для транспортировки жидкости из пространства, расположенного под пакером, в пространство над ним. Каждая из смесительных камер 5 сообщается с камерой разрежения 9 прямолинейными соединительными каналами 7, конец каждого канала 7 выходит на нижний торец 8 корпуса 1 гидродинамического пульсатора давления.

Гидродинамический пульсатор давления работает следующим образом. Над зоной перфорации устанавливается компоновка, состоящая из хвостовика - I, пакера - II, гидродинамического пульсатора давления - III и колонны труб НКТ - IV. Производится посадка пакера. При этом в скважине образуется три гидравлически взаимосвязанные зоны, зона А - внутреннее пространство труб НКТ, находящихся над ГПД, зона Б - кольцевое пространство между НКТ и стенкой скважины, находящееся над пакером, зона В - пространство под пакером. Зона А через сопло и камеру смешения сообщается с зоной Б и через камеру смешения, подводящий канал и камеру разрежения - с зоной В. При подаче рабочей жидкости в зону А она поступает на сопло струйного насоса, далее в камеру смешения, где, расширяясь, передает свою энергию жидкости, находящейся в камере смешения, и смесь выходит в зону Б. За счет этого в месте соединения камеры смешения и подводящего канала создается разрежение и жидкость в зонах А, Б и В приобретает определенное направление движения.

Зона А сообщается с зоной Б только через камеру смешения и сопло струйного насоса, исходя из того, что плотность жидкости в этих зонах одинакова и они фактически являются сообщающимися сосудами, гидростатические давления в них будут одинаковы и затраты энергии при движении жидкости в этих зонах будут идти только на преодоление гидравлических сопротивлений. Зоны Б и В друг с другом не сообщаются, т.к. они разделены шаровым клапаном. Зоны А и В могут сообщаться только лишь через камеру смешения, подводящий канал и камеру разрежения. Но т.к. движение жидкости имеет определенное направление: из зоны Б через камеру смешения в зону А, то движение жидкости из зоны А в зону В невозможно (при условии неограниченного притока жидкости из пласта). В реальных условиях приток жидкости из пласта ограничен, поэтому при удалении ее из зоны В энергии струи рабочей жидкости, вытекающей из сопла, не хватает для того, чтобы компенсировать гидростатическое давление столба жидкости, находящегося в зоне А, и она через камеру смешения, подводящий канал и камеру разрежения поступает в зону В. При этом возникает гидравлический удар в зоне В. Затем цикл повторяется.

Для проверки эффективности заявляемого устройства при различных значениях конструктивных элементов были проведены исследования с целью определения величины создаваемой депрессии на пласт.

Например, при обработке призабойной зоны пласта предлагаемым устройством на скважине N 4938 Повховского месторождения при создании периодической депрессии до 10,0 МПа дебит скважины увеличился с 7 до 21 м³/сут.

В приведенных ниже таблицах обобщены результаты исследования гидродинамического пульсатора давления предлагаемой конструкции при различных углах наклона камеры смешения и отношениях диаметров каналов.

В табл. 1 представлена зависимость величины депрессии (P, МПа) от величины угла наклона осей струйных насосов (α, град.) к оси вертикального канала.

В табл. 2 представлены данные, характеризующие изменение депрессии на пласт в зависимости от соотношения d₁/d₂.

В табл. 3 представлены данные, характеризующие изменение депрессии на пласт в зависимости от соотношения d₁/d₃.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет создавать в скважине гидродинамические колебания с большой амплитудой от -10,0 МПа (депрессия) до +10,0 МПа (репрессия), что приводит к существенному увеличению дебита скважины после обработки.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 874995, кл. E 21 B 43/18, 1981.

2. Патент СССР N 1736345, кл. F 04 F 5/10, E 21 B 21/00, 1992 (прототип).

Пульсатор давления предназначен для освоения и эксплуатации скважин. Оси струйных насосов пульсатора давления выполнены под углами 1^o - 12^o59', отношение диаметра сопла к диаметру камеры смешения составляет 0,05 - 1,0. Отношение диаметра сопла к диаметру подводящего канала составляет 10,0 - 0,1. В результате сокращается время освоения скважины. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 ил.

1. Гидродинамический пульсатор давления, содержащий корпус, с выполненными в нем центральным каналом, от одного и более струйных насосов, оси которых выполнены под углом к оси центрального канала, сообщающихся с камерой смешения и торцом корпуса, отличающийся тем, что оси струйных насосов выполнены под углами 1-12^o59', отношение диаметра сопла к диаметру камеры смешения составляет 0,05 - 1,0, а отношение диаметра сопла к диаметру подводящего канала составляет 10,0 - 0,1. 2. Пульсатор по п. 1, отличающийся тем, что корпус соединен с камерой разряжения, внутренняя полость которой сообщается с камерами смешения посредством подводящих каналов.