УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СКВАЖИН Российский патент 1999 года по МПК E21B43/25 E21B28/00 E21B43/18 

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных, газовых, водяных и технологических скважин, а именно к устройствам для обработки скважин с целью повышения их производительности.

Известно устройство для обработки скважин /1/, представляющее собой стеклянный баллон, заполненный воздухом при атмосферном давлении, который спускают в скважину до фильтровой части пласта. Путем увеличения давления в скважине или с помощью накалывающего устройства стеклянный баллон разрушают. При этом скачкообразно снижается давление в стволе скважины, что вызывает приток жидкости из пласта с одновременным выносом кольматирующих частиц из пласта. Пласт очищается от кольматанта, снижается гидравлическое сопротивление притоку флюида из пласта в ствол скважины, в результате повышается производительность скважины. Однако объем баллонов недостаточно велик. При большом количестве баллонов скважина может оказаться засыпанной стеклом. В связи с этим значительного практического эффекта обработка скважин с применением стеклянного баллона не дает.

Известны способ обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления /2/. Известное устройство - прототип содержит депрессионную камеру с впускным клапаном, удерживающимся в закрытом состоянии с помощью сухариков, опирающихся с одной стороны на пологие упоры корпуса клапана, а с другой стороны - на больший диаметр бойка, открываемым с помощью сбрасываемого толкателя, подвешиваемого на управляемом разъеме, при подаче импульса тока по кабелю и медленно горящий пиротехнический заряд, обеспечивающий выделение газов с повышенной температурой. При обработке скважины сначала сжигают медленно горящий пиротехнический заряд, в результате чего кольматант в призабойной зоне скважины расплавляется. Далее по кабелю подают импульс тока, в результате воздействия которого освобождается толкатель, подвешиваемый на разъеме, который, падая вниз, ударяет по бойку, с помощью которого освобождаются от упора на корпус клапана сухарики и открывается впускной клапан. Жидкость из ствола скважины заполняет депрессионную камеру, создавая депрессию на пласт. В результате из пласта в ствол скважины происходит приток жидкости, вместе с которой выносится и расплавленный кальматант, очищая призабойную зону пласта.

Недостатком устройства является малый объем депрессионной камеры, низкая надежность клапана из-за возможности расклинивания сухариков, невозможность многоцикловой обработки призабойной зоны пласта без подъема устройства на поверхность, отсутствие импульсов давления при создании депрессии на пласт, невозможность разобщения пласта и скважины, невозможность разделения и выноса осадка из пласта.

Задачей изобретения является создание устройства с увеличенным объемом имплозивной камеры, обеспечивающего многоцикловое воздействие пониженным давлением без подъема корпуса камеры на поверхность. При этом воздействие на пласт в течение одного цикла должно осуществляться многократными импульсами пониженного давления, обрабатываемый пласт должен быть разобщен с остальной частью скважины, выносимый из пласта осадок должен отделяться от притекающей жидкости и извлекаться на поверхность.

Поставленная задача решается тем, что рабочий клапан выполнен подпружиненным, общая длина герметичной разборной колонны труб не превышает глубины статического уровня жидкости в скважине, а сбрасываемый толкатель выполнен с возможностью его захватывания ловильной головкой. Устройство дополнительно снабжено клапаном-вибратором, уплотнительными манжетами и отстойником.

Сопоставительный анализ существенных признаков предложенного устройства и прототипа показал, что заявленное устройство отличается от известного следующими признаками:
- корпус выполнен в виде разборной колонны труб общей длиной, не превышающей глубины статического уровня жидкости в скважине;
- сбрасываемый толкатель выполнен с возможностью его захватывания ловильной головкой;
- рабочий клапан выполнен подпружиненным;
- устройство дополнительно содержит клапан-вибратор, уплотнительные манжеты и отстойник.

В связи с тем, что корпус выполнен в виде разборной колонны труб общей длиной, не превышающей глубины статического уровня жидкости в скважине, существенно в 10-15 раз по сравнению с прототипом увеличен объем имплозивной камеры. Это позволяет увеличить объем откачиваемой из пласта жидкости и улучшить очистку пласта. Так как сбрасываемый толкатель выполнен с возможностью его захватывания ловильной головкой, обеспечивается возможность проведения многоцикловой обработки скважины без подъема устройства на поверхность. Выполнение клапана подпружиненным повышает надежность его открытия, т.к. исключает возможность заклинивания. Дополнительное снабжение устройства клапаном-вибратором, уплотнительными манжетами и отстойником соответственно обеспечивает проведение обработки импульсами давления при разобщении пласта от остальной части скважины и извлечении на поверхность выносимого из пласта осадка.

Предлагаемое устройство показано на фиг. 1 и 2 соответственно при спуске в скважину и при открытии рабочего клапана. Устройство содержит корпус 1 - имплозивную камеру в виде колонны труб, общая длина которой не превышает глубины статического уровня жидкости в скважине. К нижней части корпуса прикреплен клапанный отсек 2, в котором размещен рабочий клапан 3. Через рабочий клапан 3 пластовая жидкость при обработке скважины заполняет имплозивную камеру и при подъеме к устью скважины изливается в ствол скважины. Рабочий клапан 3 подпружинен пружиной 4, обеспечивающей необходимое усилие прижатия клапана 3 для обеспечения герметичности имплозивной камеры. Ниже рабочего клапана 3 размещен клапан-вибратор 5. Он содержит канал, гнездо, опорную сетку и запорный элемент в виде шара, который под действием потока через канал совершает возвратно-поступательные движения, перекрывая на некоторый промежуток времени канал. В результате вырабатываются импульсы давления, воздействующие на обрабатываемый пласт. Ниже клапана-вибратора 5 в отсеке 2 имеются фильтровые отверстия 6, которые перекрываются сеткой-фильтром для предотвращения попадания крупных кусков породы в рабочий клапан 3. Выше и ниже отверстий 6 на наружной поверхности клапанного отсека 2 размещены уплотнительные манжеты 7, с помощью которых осуществляется разобщение пласта с остальной частью скважины. Манжеты 7 выполнены в виде колец из тонких листов прорезиненной ткани, что обеспечивает, благодаря их эластичности, свободный проход в стволе скважины с одновременным созданием значительного гидравлического сопротивления между пластом и остальной частью скважины. В нижней части клапанный отсек 2 заканчивается отстойником 8, который предназначен для осаждения и складирования в нем механического осадка, выпадающего из пластовой жидкости. В корпусе 1 размещен толкатель 9, который предназначен для открытия рабочего клапана 3. Толкатель 9 предварительно, перед спуском устройства в интервал фильтра подвешивают на управляемом разъеме (фиг. 1), выполненном в виде легкоплавкого несущего элемента 10 с электрическим нагревателем 11. В исходном состоянии легкоплавкий несущий элемент 10 закреплен в верхней части корпуса 1.

На фиг.2 показано состояние устройства, когда толкатель 9, оторвавшись с легкоплавким несущим элементом 10 от крепления его в верхней части корпуса 1, падает вниз, ударяя по рабочему клапану 3. При ударе толкателя 9 по рабочему клапану 3 последний открывается и остается открытым под действием усилия, развиваемого массой толкателя 9. Поступление жидкости из скважины через фильтровые отверстия 6, клапан-вибратор 5, рабочий клапан 3 внутрь имплозивной камеры показано стрелками на фиг. 2. Устройство на каротажном кабеле 12 спускают в скважину 13.

Работает устройство следующим образом. Первоначально в скважину спускают клапанный узел 2. Наращивают его трубами корпуса 1, общая длина которых не должна превышать глубины статического уровня жидкости в скважине. Как правило, длина колонны труб составляет 100 - 150 м, что обеспечивает отбор из пласта жидкости за один цикл в объеме до 1 - 1,5 м³. Далее в верхней части корпуса 1 подвешивают толкатель 9 с помощью управляемого разъема, выполненного в виде легкоплавкого несущего элемента 10 с электрическим нагревателем 11. После этого на каротажном кабеле 12 устройство спускают в скважину 13 до установки фильтровых отверстий 6 против продуктивного пласта. Включают ток питания электрического нагревателя 11, который разогревает легкоплавкий несущий элемент 10. При разогревании элемента 10 выше температуры плавления заполняющий его легкоплавкий сплав (например, ПОС или сплав Вуда) расплавляется, и управляемый разъем, разъединяясь, отпускает толкатель 9, который начинает падать вниз по колонне труб. В процессе падения толкатель 9 развивает необходимое усилие для открывания клапана 3, прижатого к гнезду наружным давлением. Под действием толкателя 9 рабочий клапан 3 открывается, а жидкость из скважины через фильтровые отверстия 6, клапан-вибратор 5 и рабочий клапан 3 начинает поступать внутрь корпуса 1 (на фиг.2 показано стрелками). При этом благодаря уплотнительным манжетам 7 происходит разобщение пласта с остальной частью скважины, снижается отбор жидкости из ствола скважины и увеличивается отбор из пласта. Под действием потока жидкости подвижный элемент клапана-вибратора 5 совершает возвратно-поступательное движение. В тот момент, когда он находится в крайнем верхнем положении, происходит перекрытие канала. При этом вырабатываются воздействующие на пласт импульсы давления, которые показаны на фиг. 3. Это импульсы понижения давления. Эффект возникновения импульсов повышения давления или гидроудар в предлагаемом устройстве выражен незначительно, т.к. поток жидкости демпфируется в зазоре между внутренней стенкой корпуса 1 и шероховатой поверхностью толкателя 9. Вырабатываемые устройством гидроимпульсы более интенсивны и резки по сравнению с колебаниями давления, генерируемыми прототипом. Амплитуда их в начальный момент открытия клапана может достигать 0,5 P_г, где P_г - гидростатическое давление в скважине. Скорость потока жидкости, притекающей через фильтровые отверстия 6 в отстойнике 8, снижается за счет его большого объема, что приводит к выпадению в осадок и накоплению в нижней части отстойника 8 механических примесей, выносимых из пласта. После заполнения внутренней полости корпуса 1 устройство поднимают к устью скважины. Подвешивают его на устье с помощью элеватора. В связи с тем, что длина колонны труб корпуса 1 не превышает глубины статического уровня жидкости в скважине, фильтровые отверстия 6 находятся выше уровня жидкости и через них жидкость из корпуса 1 вытекает в ствол скважины 13. После истечения жидкости из корпуса 1 разгерметизируют его верхнюю часть, спускают внутрь корпуса на тросе ловильную головку, которая, захватывая толкатель, поднимает его на поверхность. При этом под действием пружины 4 клапан 3 перекрывает входное отверстие. Далее подвешивают толкатель на управляемом разъеме (фиг. 1), герметизируют верхнюю часть корпуса 1 и вновь спускают устройство в скважину на глубину продуктивного пласта, повторяя все перечисленные операции. Таким образом без подъема устройства на поверхность обеспечивается проведение многоцикловой обработки скважины. После окончания обработки устройство извлекается на поверхность. При этом осадок удаляют из отстойника 8. Применение предлагаемого устройства позволяет повысить производительность и безопасность работ, сократить время непроизводительного простоя и снизить затраты на обработку скважин. Устройство промышленно применимо, т.к. все его узлы и детали не требуют для изготовления и применения специальных технологий.

Источники информации
1. Лаврушко П.Н., Муравьев В.М. - Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений. - М., Недра, 1971, стр. 292-293.

2. Патент Российской Федерации N 2072423 "Способ обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления". E 21 В 43/25, 27.01.97.

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных, газовых, водных и технологических скважин, а именно к устройствам для обработки скважин с целью повышения их производительности. Устройство для обработки скважин содержит полый корпус с впускным отверстием в нижней части, перекрытым рабочим клапаном. В устройстве корпус выполнен в виде разборной колонны труб общей длиной, не превышающей глубины статического уровня жидкости в скважине. Впускное отверстие перекрыто рабочим клапаном, открываемым с помощью сбрасываемого толкателя, подвешенного на управляемом разъеме. Сбрасываемый толкатель захватывается ловильной головкой. Устройство может быть дополнительно оборудовано клапаном-вибратором, уплотнительными манжетами и отстойником. Устройство обеспечивает многоцикловое воздействие без подъема корпуса камеры на поверхность. Оно более производительно и безопасно. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для обработки скважин, содержащее спускаемый в скважину на каротажном кабеле полый корпус в виде герметичной разборной колонны труб с впускным отверстием в нижней части, перекрытым рабочим клапаном, открываемым с помощью сбрасываемого толкателя, подвешенного на управляемом разъеме, при подаче импульса тока по кабелю, отличающееся тем, что рабочий клапан выполнен подпружиненным, общая длина герметичной разборной колонны труб не превышает глубину статического уровня жидкости в скважине, а сбрасываемый толкатель выполнен с возможностью его захватывания ловильной головкой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно оборудовано дополнительно клапаном-вибратором, уплотнительными манжетами и отстойником.