УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СКВАЖИН Российский патент 2000 года по МПК E21B43/25 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]. Оно состоит из кабельной головки, полого корпуса с отверстием в нижней части, закрываемым разрушаемой крышкой. На разрушаемой крышке размещен электродетонатор с токоведущей жилой. В корпусе над электродетонатором установлен по меньшей мере хотя бы один демпфер с отверстием, который делит полость корпуса на отдельные камеры. Устройство спускают в скважину на каротажном кабеле до продуктивного горизонта. По кабелю на электродетонатор подается электрический импульс. Электродетонатор взрывается и разрушает крышку. Скважинная жидкость устремляется внутрь пустотелого корпуса, где давление равно атмосферному. Продуктивный пласт через перфорационные отверстия обсадной колонны подвергается резкой разгрузке от гидростатического столба жидкости в скважине. Пластовым давлением, которое стало значительно больше скважинного, производится выброс флюида, кольматанта, остатков бурового раствора из пласта в зону пониженного давления, в полость корпуса. Происходит очистка пласта, раскрываются новые трещины, пласт повышает продуктивность.

Однако применение электродетонатора представляет опасность для обслуживающего персонала.

Известно устройство для обработки призабойной зоны [2], принимаемое за прототип, которое также состоит из кабельной головки, полого корпуса с впускным отверстием в нижней части, через которое происходит заполнение внутренней полости корпуса. В отличие от известного аналога впускное отверстие перекрыто клапаном, который открывается при подаче импульса тока с поверхности по кабелю. Клапан выполнен в виде полого корпуса с отверстиями, в которых установлены сухарики, упирающиеся в скошенный буртик корпуса камеры и предотвращающие перемещение корпуса клапана во внутреннюю полость камеры. Внутрь полости корпуса клапана входит боек, нижний конец которого утолщен и препятствует выпадению из отверстий сухариков. В верхней части полого корпуса на легкоплавкой сгорающей опоре подвешен ударник. При подаче по кабелю импульса тока опора расплавляется и ударник устремляется вниз, ударяя по бойку. При ударе боек своей нижней утолщенной частью опускается ниже сухариков, освобождая им пространство внутри корпуса клапана. Под действием усилия, развиваемого давлением столба жидкости в скважине, сухарики со скошенного буртика смещаются внутрь полости клапана и корпус клапана, перемещаясь вверх, открывает впускное отверстие. Скважинная и пластовая жидкость устремляется внутрь пустотелого корпуса, где давление соответствует атмосферному. При этом происходит очистка пор пласта, раскрытие новых трещин и как следствие повышение производительности скважины.

Однако под действием усилия, развиваемого давлением столба жидкости на клапан, сухарики клапана достаточно сильно оказываются прижатыми к утолщенной нижней части бойка (усилие прижатия сухариков может достигать 100 кг/мм² и более), и требуется достаточно сильный (1000 кг и более) удар для их освобождения. Такие удары приводят к деформации бойка и корпуса клапана, что снижает надежность устройства. При этом с увеличением площади поперечного сечения впускного отверстия и гидростатического давления в скважине возрастает усилие, необходимое для открытия клапана, и соответственно снижается надежность устройства.

Задачей изобретения является создание более надежного устройства для обработки скважин методом имплозии, у которого усилие, необходимое для открытия клапана, уменьшено по сравнению с прототипом и не зависит от площади поперечного сечения впускного отверстия и гидростатического давления в скважине.

Поставленная задача решается тем, что клапан выполнен в виде рабочего цилиндра со сквозными окнами, герметизируемыми от внешнего давления наружной симметричной обоймой с резиновыми уплотнениями. В стенках обоймы жестко закреплен пропущенный сквозь окна рабочего цилиндра палец. На пальце закреплен верхний конец пружины, сдвигающей обойму с окон вниз, и нижний конец гибкой тяги, закрепленной верхним концом на срезаемом штифте и удерживающей обойму в исходном закрытом состоянии окон рабочего цилиндра.

Сопоставительный анализ существенных признаков предложенного устройства и прототипа показал, что заявленное устройство отличается от известного следующими признаками:
- клапан выполнен в виде рабочего цилиндра со сквозными окнами, герметизируемыми от внешнего давления наружной симметричной обоймой с резиновыми уплотнениями;
- в стенках обоймы жестко закреплен пропущенный сквозь окна рабочего цилиндра палец;
- на пальце закреплен верхний конец пружины, сдвигающей обойму с окон вниз, и нижний конец гибкой тяги, закрепленной верхним концом на срезаемом штифте и удерживающей обойму в исходном закрытом состоянии окон рабочего цилиндра.

В связи с тем что клапан выполнен в виде рабочего цилиндра со сквозными окнами, герметизируемыми от внешнего давления наружной симметричной обоймой с резиновыми уплотнениями, обеспечивается взаимное уравновешивание всех усилий, связанных с наружным гидростатическим давлением жидкости в скважине на поверхность обоймы. Благодаря этому обойма остается в неподвижном исходном состоянии, перекрывая окна рабочего цилиндра вне зависимости от величины наружного гидростатического давления и от размера сквозных окон рабочего цилиндра, которые играют роль впускного отверстия имплозивной камеры. Для того чтобы сдвинуть обойму с окон рабочего цилиндра, необходимо только преодолеть усилие трения обоймы о резиновые уплотнения, что обеспечивается усилием пружины. В связи с тем что в стенках обоймы жестко закреплен пропущенный сквозь окна рабочего цилиндра палец, обеспечивается возможность открытия наружной обоймы из внутренней полости камеры. Благодаря тому что на пальце закреплен верхний конец пружины, сдвигающей обойму с окон вниз, и нижний конец гибкой тяги, закрепленной верхним концом на срезаемом штифте и удерживающей обойму в исходном закрытом состоянии окон рабочего цилиндра, обеспечивается удержание обоймы в исходном закрытом состоянии и открытие клапана, происходящее при ударе сбрасываемого ударника о боек и срезании штифта. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность устройства для обработки скважин имплозивным методом за счет уменьшения усилия, необходимого для открытия впускного клапана, и устранения его зависимости от площади поперечного сечения впускного отверстия и давления в скважине, что в конечном счете повышает эффективность обработки скважин.

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что предложенное устройство отвечает критерию изобретения "новизна".

Заявителю неизвестны технические решения, содержащие сходные признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое устройство показано на фиг. 1 и 2 соответственно при закрытом и открытом клапане.

Устройство содержит корпус 1 в виде колонны труб, в нижней части которого размещен впускной клапан, состоящий из рабочего цилиндра 2, имеющего сквозные окна 3, вырезанные симметрично на его противоположных боковых стенках. От внешнего гидростатического давления окна 3 герметизируются наружной симметричной обоймой 4 с резиновыми уплотнениями 5, выполненными на рабочем цилиндре. Обойма 4 представляет собой полый цилиндр, выполненный с постоянным внутренним диаметром и скользящей посадкой на рабочий цилиндр 2 с возможностью перемещения по поверхности рабочего цилиндра 2, составляя с ним поршневую пару. Обойма 4 имеет симметрию верхнего и нижнего конца по внутреннему диаметру, что обеспечивает взаимное уравновешивание всех усилий, связанных с наружным гидростатическим давлением жидкости в скважине. Благодаря симметричности обоймы 4 площади поперечного сечения ее верхнего и нижнего торцов равны, и в связи с этим результирующая составляющая усилий, действующая на корпус обоймы вдоль ее оси, равна 0 и не зависит от величины гидростатического давления и диаметра обоймы 4 или рабочего цилиндра 2. В стенках обоймы 4 жестко закреплен пропущенный сквозь окна рабочего цилиндра палец 6, обеспечивающий возможность открытия наружной обоймы 4 из внутренней полости корпуса 1. На пальце 6 закреплен верхний конец пружины 7, которая предназначена для сдвигания обоймы 4 вниз при открытии окон 3. Усилие пружины 7 выбирается из условия преодоления силы трения обоймы 4 об уплотнения 5. На пальце 6 закреплен и нижний конец гибкой тяги 8, которая своим верхним концом закрепляется на срезаемом штифте 9. Штифт 9 с бойком 10 фиксируются в проушинах перемычки 11. Ниже рабочего цилиндра 2 на корпусе 1 закреплен обратный клапан 12 и отстойник 13 с фильтрационными отверстиями 14. В верхней части корпуса 1 на легкоплавком держателе 15, размещенном внутри нагревателя 16, подвешен ударник 17. Корпус 1 подсоединен к каротажному кабелю 18.

Обработка скважин с помощью предлагаемого устройства осуществляется в следующей последовательности. Корпус 1 с закрытым впускным клапаном (фиг. 1) спускают на каротажном кабеле 18 на заданную глубину, так, чтобы фильтрационные отверстия 14 находились против обрабатываемого интервала глубин. При закрытом состоянии впускного клапана обойма 4 находится в крайнем верхнем положении, удерживаемая тягой 8, верхний конец которой закреплен в проушинах перемычки 11 с помощью срезаемого штифта 9, на котором установлен боек 10. При этом пружина 7 растянута и создает усилие для сдвигания обоймы 4 с окон 3 рабочего цилиндра 2. Обратный клапан 12 закрыт. Ударник 17 находится в исходном положении - подвешен на легкоплавком держателе 15, размещенном внутри нагревателя 16. Обойма 4 с помощью резиновых уплотнений 5 герметизирует окна 3 рабочего цилиндра 2 от внешнего гидростатического давления, сохраняя пустой внутреннюю полость корпуса 1. При подаче по каротажному кабелю 18 импульса тока происходит разогрев нагревателя 16. В результате держатель 15 расплавляется, освобождая ударник 17, который под действием собственного веса начинает падать вниз, ударяя по бойку 10. В результате удара штифт 9, вставленный в проушины перемычки 11 срезается, освобождая верхний конец гибкой тяги 8. Далее под действием пружины 7 обойма 4 с пальцем 6 сдвигается вниз до упора пальца 6 в нижние края окон 3. При этом окна 3 открываются и жидкость из пласта через фильтрационные отверстия 14, обратный клапан 12, через окна 3 и отверстия в перемычке 11 устремляется во внутреннюю полость корпуса 1, как показано стрелками на фиг. 2. После заполнения всего объема корпуса 1 клапан 12 закрывается, препятствуя вытеканию жидкости в обратном направлении из внутренней полости корпуса 1 в скважину. Далее корпус 1 на кабеле 18 поднимают на поверхность. Разбирают его, удаляя жидкость и твердый осадок. Передвигают обойму 4 в крайнее верхнее положение, закрепляют верхний конец гибкой тяги 8 с помощью штифта 9 и обоймы 10 на перемычке 11. Подвешивают ударник 17 в исходное состояние с помощью легкоплавкого держателя 15 и далее, повторяя все перечисленные операции, производят последующие спуски, обрабатывая призабойную зону продуктивного пласта. При этом, как было показано выше, усилие, необходимое для открытия клапана, не зависит от гидростатического давления в скважине и от диаметра обоймы 4 и рабочего цилиндра 2. А с увеличением диаметра рабочего цилиндра 2 увеличивается и площадь поперечного сечения окон 3, являющихся впускными отверстиями, следовательно, усилие открытия клапана не зависит и от площади поперечного сечения впускного отверстия. Кроме того, предлагаемое устройство требует для открытия клапана усилия не более 20-30 кг, что значительно меньше по сравнению с прототипом. Таким образом, поставленная задача повышения надежности устройства за счет уменьшения усилия, необходимого для открытия впускного клапана, а также независимости его от гидростатического давления в скважине и от площади поперечного сечения впускного отверстия решена.

Внедрение предложенного устройства позволит за счет повышения его надежности сократить количество непроизводительных спусков-подъемов в скважину и в конечном счете повысить эффективность обработки скважин методом имплозии.

Источники информации
1. Патент РФ N 2039221, E 21 B 43/18, 3/25 09.07.95.

2. Патент РФ N 2072423, E 21 B 43/25, 28/00 от 12.04.96.

Используется при эксплуатации нефтяных, газовых, водяных и технологических скважин. Устройство содержит спускаемый в скважину на каротажном кабеле пустотелый корпус в виде колонны труб с впускным клапаном. Клапан выполнен в виде рабочего цилиндра со сквозными окнами, герметизируемыми от внешнего давления наружной симметричной обоймой с резиновыми уплотнениями. В стенках обоймы жестко закреплен пропущенный сквозь окна рабочего цилиндра палец. Обойма подпружинена и удерживается в закрытом состоянии окон гибкой тягой, закрепленной на срезаемом с помощью сбрасываемого ударника штифте. Симметричность торцевых концов обоймы позволяет взаимно уравновесить силы давления жидкости в скважине на обойму и рабочий цилиндр и за счет этого уменьшить усилие, необходимое для открытия клапана. Усилие, необходимое для открытия клапана, уменьшено и не зависит от площади поперечного сечения впускного отверстия и гидростатического давления в скважине. 2 ил.

Устройство для обработки скважин, содержащее спускаемый на каротажном кабеле полый корпус с впускным клапаном, открывающимся при подаче импульса тока по кабелю, под воздействием которого расплавляется держатель ударника, подвешиваемого в верхней части корпуса, который, падая вниз, приводит в действие механизм открытия клапана, отличающееся тем, что клапан выполнен в виде рабочего цилиндра со сквозными окнами, герметизируемыми от внешнего давления наружной симметричной обоймой с резиновыми уплотнениями, в стенках которой жестко закреплен пропущенный сквозь окна рабочего цилиндра палец, на котором закреплен верхний конец пружины, сдвигающей обойму с окон вниз, и нижний конец гибкой тяги, закрепленной верхним концом на срезаемом штифте и удерживающей обойму в исходном закрытом состоянии окон рабочего цилиндра.