ПУЛЬСАТОР ДАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИЙ Российский патент 2003 года по МПК E21B43/25 

Изобретение относится к устройствам в нефтегазодобывающей промышленности, а именно для барообработки и очистки приствольной зоны пласта в автоматическом режиме с целью увеличения производительности скважин.

Известен забойный пульсатор давления, который работает от вращения колонны насосно-компрессорных труб, на которой это устройство спускают в скважину (1. Авторское свидетельство 1456540, Е 21 В 43/25, 1989 г. "Забойный пульсатор давления").

Недостатком известного забойного пульсатора давления является то, что для его управления требуется вращать всю колонну насосно-компрессорных труб, что приводит к нарушению герметичности резьбовых соединений, интенсивному износу труб и обсадной колонны.

Известен забойный пульсатор давления, который работает от осевой манипуляции колонны труб. При сжатии устройства происходит сообщение пласта с полостью пустых труб (депрессия), а при растяжении устройства происходит сообщение пласта с затрубным пространством (репрессия) (2. Патент 2137900, Е 21 В 43/25, 1999 г. "Забойный пульсатор давления").

Недостатком известного забойного пульсатора давления является то, что для его управления требуются осевые манипуляции колонны труб, что может привести к разгрузке пакера, разгермитезации его, и не достигается равномерность чередования циклов депрессия-репрессия.

Известен забойный пульсатор давления (принятый за прототип), который работает в компоновке с испытателем пластов, с открытием впускного клапана которого автоматизация пульсирующей депрессии на пласт происходит от перемещения подпружиненного клапана, открывающегося от давления жидкости притока и закрывающегося от выравнивания давления над и под клапаном (3. Авторское свидетельство 939737, Е 21 В 43/25, 1982 г. "Забойный пульсатор давления").

Недостатком известного забойного пульсатора давления является то, что для обеспечения первоначальной депрессии он работает в компоновке с испытателем пластов. Кроме того, в скважинах с низкой продуктивностью энергия притока пластовой жидкости является недостаточной для длительной работы пульсатора.

Задачей изобретения является создание пульсатора давления (в дальнейшем пульсатор), обеспечивающего автоматический режим барообработки и очистки скважины путем пульсирующего воздействия на пласт депрессии и репрессии в ритме 1-2 мин.

Поставленная задача достигается тем, что пульсатор состоит из корпуса с радиальными каналами и неподвижного штока с радиальными каналами, между которыми в отличие от прототипа размещается втулка, выполненная с продольными каналами и выполняющая функции впускного и уравнительного клапана (клапан ВКУ), с помощью которого производится автоматически последовательное закрытие радиальных каналов в корпусе и открытие радиальных каналов в штоке и наоборот, создавая попеременно депрессию и репрессию на пласт. Клапан ВКУ жестко связан со штоком гидропривода, включающего цилиндр с силовым поршнем, работающим под действием перепада наружного (Р_нар) и внутритрубного (Р_вн) давлений, когда Р_нар>Р_вн. Цилиндр соединен системой трубопроводов, сообщающейся с зонами наружного и внутритрубного давлений, и снабжен реверсивным краном, изменяющим направление потока затрубной жидкости для поступательно-возвратного движения силового поршня гидропривода. Для обеспечения циклов депрессия-репрессия в ритме 1-2 мин гидропривод снабжен гидротормозным реле времени.

Для включения пульсатора в автоматический режим работы корпус содержит краны запуска гидропривода и выравнивания давления в нем, взаимодействующие со штоком пакера.

Новыми признаками, отличающими изобретение от прототипа, являются:
- наличие в корпусе пульсатора на неподвижном штоке втулки с продольными каналами, выполняющей функции впускного и уравнительного клапана,
- наличие гидропривода, включающего цилиндр с силовым поршнем, шток которого жестко связан с втулкой на неподвижном штоке,
- выполнение гидропривода в соединении с трубопроводами, сообщающими его с зонами наружного и внутритрубного давлений,
- наличие реверсивного крана, обеспечивающего изменение направления потока затрубной жидкости в цилиндре гидропривода,
- наличие гидротормозного реле времени, включающего камеру с обводными каналами и тормозной поршень, жестко связанный со штоком силового поршня гидропривода и с толкателем рычага реверсивного крана,
- наличие в корпусе пульсатора кранов запуска гидропривода и выравнивания давления в нем, взаимодействующих со штоком пакера.

Взаимосвязь указанных признаков обеспечивает полную автоматизацию периодов депрессии и репрессии на пласт скважины без вмешательства оператора с поверхности.

Заявителю неизвестны технические решения, содержащие сходные признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа. Таким образом, заявляемый пульсатор давления соответствует критериям изобретения "Новизна" и "Изобретательский уровень").

На фиг. 1 показан пульсатор давления в транспортном положении с закрытыми радиальными каналами на штоке и открытыми радиальными каналами в корпусе, на фиг. 2 - пульсатор давления с закрытыми радиальными каналами на штоке в момент начала работы гидропривода, на фиг. 3 - пульсатор давления с открытыми радиальными каналами на штоке и закрытыми радиальными каналами в корпусе.

Пульсатор давления (фиг. 1) состоит из корпуса 1, жестко связанного с ним штока 2 и втулки 3 с продольными каналами "a", выполняющей функции впускного и уравнительного клапана (клапан ВКУ). Втулка 3, подвижно установленная на штоке 2 и в корпусе 1, уплотнениями 4, 5 перекрывает радиальные впускные каналы "б" на штоке 2, а при необходимости перекрывает уплотнениями 6, 7 радиальные уравнительные каналы "в" в корпусе 1.

Корпус 1 содержит гидропривод, состоящий из цилиндра 8, силового поршня 9, пружины 10 и штока 11, жестко связанного с втулкой 3.

Цилиндр 8 соединен трубопроводами 12, 13, 14, 15, 16, 17 через фильтр 18 и реверсивный кран 19 с переточными каналами "г", "д" с зоной наружного давления (Р_нар) в кране 20 и с зоной внутреннего давления (Р_вн) в полом штоке 2.

Гидропривод снабжен гидротормозным реле времени, содержащим камеру 21, заполненную минеральным маслом, тормозной поршень 22 с капиллярным каналом "ж" через шток 23 жестко соединен с силовым поршнем 9 цилиндра 8 и толкателем 24, поворачивающим рычаг 25 реверсивного крана 19. Обводные каналы "е" в камере 21 обеспечивают ускорение движения тормозного поршня 22 для переключения рычага 25 крана 19 в конечные положения.

Кран 26 в корпусе 1 выравнивает давление в системе гидропривода и трубопроводов во время спуска и подъема пульсатора. Краны 20 и 26 взаимодействуют с торцом подвижного штока 27 пакера (на фиг. 1 не показан).

Пульсатор работает следующим образом.

Пульсатор спускается в скважину в компоновке с пакером на пустых или частично заполненных трубах.

В транспортном положении радиальные каналы "б" в штоке 2 (фиг. 1) перекрыты уплотнениями 4, 5 втулки 3, а радиальные каналы "в" открыты. При растянутом пакере торец штока 27 не взаимодействует с кранами 20 и 26. При этом кран 20 закрыт и разобщает наружное давление Р_нар с системой гидропривода и трубопроводов, сообщающихся через открытый кран 26 с внутритрубным пространством в штоке 2.

С достижением заданной глубины производится пакерование (сжатие пакера). При этом подвижный шток 27 пакера перемещается вверх на величину свободного хода и своим торцом закрывает кран 26 и открывает кран 20 (фиг.2).

В таком положении затрубная жидкость с давлением ΔP=P_нар-P_вн через фильтр 18 и реверсивный кран 19 по трубопроводам 16, 15 и 12 воздействует на силовой поршень 9, который штоком 11 движет втулку 3 на закрытие радиальных каналов "в" в корпусе 1 и открытие радиальных впускных каналов "б" в штоке 2 (фиг. 3).

При таком положении пульсатора пласт (подпакерное пространство) сообщается с внутритрубным пространством через каналы "б", давление на пласт снижается (депрессия), вызывая приток пластового флюида.

С достижением силовым поршнем 9 верхнего положения в цилиндре 8 толкатель 24 поворачивает рычаг 25 реверсивного крана из положения фиг. 2 в положение, показанное на фиг. 3. При этом верхняя полость цилиндра сообщается по трубопроводам 13, 14, канал "г" крана 19, по трубопроводу 16 с краном 20 наружного давления Р_нар, а нижняя полость цилиндра 8 сообщается по трубопроводам 12, 15, канал "д" крана 19 и по трубопроводу 17 с внутритрубным пространством в штоке 2 с давлением Р_вн. Поршень 9 с усилием от ΔP движется вниз, увлекая через шток 11 втулку 3. Радиальные впускные каналы "б" закрываются, а радиальные каналы "в" в корпусе 1 открываются. Давление внутри корпуса по каналам "а", "в" выравнивается с гидростатическим давлением столба жидкости в скважине, и на пласт создается репрессия.

С достижением поршнем 9 нижнего положения толкатель 24 поворачивает рычаг 25 крана 19 в положение, как показано на фиг. 2, вновь сообщая нижнюю полость цилиндра 8 с областью наружного давления по трубопроводам 15, 16 с краном 20. При этом верхняя полость цилиндра 8 сообщается с внутритрубным пространством с давлением Р_вн. Поршень 9 вновь с усилием от ΔP перемещается вверх, перемещая втулку 3 на закрытие радиальных каналов "в" и открытие радиальных каналов "б". Давление на пласт снижается (депрессия), вызывая приток новой порции пластового флюида.

При непрерывном поступательно-возвратном перемещении втулки 3 на пласт создается попеременно депрессия и репрессия. Таким образом, на пласт воздействует пульсирующее давление с наибольшей амплитудой колебания от возможно минимального до возможно максимального.

Частоту колебания давления на забое (приствольной зоне пласта) задают торможением перемещения силового поршня 9 с помощью гидротормозного реле времени в камере 21, заполненной минеральным маслом. В камере 21 поршень 22, шток которого жестко соединен со штоком силового поршня 9, имеет капиллярный канал "ж", пропускающий масло из одной полости камеры в другую полость с гидравлическим сопротивлением. Обводные каналы "е", свободно пропуская масло в камере 21, способствуют продвижению поршня 22 без сопротивления в конечных участках поворота рычага 25. При этом достигается оптимальное время (1-2 мин) циклов депрессии-репрессии, необходимое для эффективного дренирования и очистки пласта.

При завершении работ с пульсатором трубы приподнимают, шток 27 перестает воздействовать на краны 20, 26, которые возвращаются в исходное положение. Кран 20 отсекает наружное давление, а кран 26 выравнивает давление во всей системе гидропривода и трубопроводов. Если в этот момент поршень 9 оказался в верхнем положении, то он под воздействием пружины 10 переходит в нижнее положение, передвигая втулку 3 на закрытие радиальных впускных каналов "б" и открытие радиальных уравнительных каналов "в".

По сравнению с известным пульсатором использование предлагаемого пульсатора обеспечивает создание достаточного количества циклов воздействия на пласт в режиме депрессия-репрессия от постоянного давления гидростатического столба жидкости. При этом достигается автоматизация процесса и полностью исключаются какие-либо манипуляции с трубами, на которых спущен пульсатор в скважину.

Предназначен для использования в нефтедобывающей промышленности и позволяет в автоматическом режиме осуществлять барообработку и очистку скважины путем пульсирующего воздействия на пласт, депрессии и репрессии. В пульсаторе втулка с продольными каналами подвижно размещена на полом неподвижном штоке, имеющем радиальные каналы. Втулка выполняет функции впускного и уравнительного клапанов, осуществляя последовательное закрытие каналов корпуса и открытие каналов штока, создавая попеременно депрессию и репрессию на пласт с помощью гидротормозного реле времени, связанного с гидроприводом. Втулка жестко связана со штоком гидропривода, цилиндр которого соединен с системой трубопроводов, сообщающейся с зонами наружного и внутритрубного давлений. Цилиндр связан с реверсивным краном, обеспечивающим изменение направления потока затрубной жидкости для возвратно-поступательного движения силового поршня гидропривода. Краны запуска гидропривода и выравнивания давления в нем обеспечивают включение пульсатора в автоматический режим и взаимодействуют со штоком пакера. Техническим результатом является обеспечение полной автоматизации периодов депрессии и репрессии на пласт скважины без вмешательства оператора с поверхности. 3 ил.

Пульсатор давления, содержащий полый корпус с радиальными каналами, неподвижный полый шток с радиальными каналами и впускной клапан, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью спуска в скважину в компоновке с пакером и снабжен реверсивным краном, гидроприводом, цилиндр которого соединен с системой трубопроводов, сообщающейся с зонами наружного и внутритрубного давлений, и связан с реверсивным краном, обеспечивающим изменение направления потока затрубной жидкости для поступательно-возвратного движения силового поршня гидропривода, шток гидропривода жестко соединен с впускным клапаном, выполненным в виде втулки с продольными каналами, выполняющей функции и уравнительного клапана, гидропривод снабжен гидротормозным реле времени для обеспечения циклов депрессия-репрессия, а для включения пульсатора в автоматический режим корпус содержит краны запуска гидропривода и выравнивания давления в нем, взаимодействующие со штоком пакера.