СПОСОБ ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ И ФИЛЬТРОВ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК E21B43/25 E21B37/08 

Предложения относятся к импульсной обработке продуктивных пластов и фильтров скважин.

Известны работающие в режиме периодически срывной кавитации генераторы колебаний давления жидкости в виде трубки Вентури с входным соплом и диффузором [1].

Известен способ импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин путем подачи насосом потока рабочего агента через размещенную в скважине колонну труб и преобразование указанного потока в импульсный поток и механические колебания вибратора, состоящего из работающего в режиме периодически срывной кавитации генератора колебаний давления жидкости в виде трубки Вентури с входным соплом и диффузором, ствола и выходного устройства [2, 3].

Известно устройство для импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин, включающее колонну труб, вибратор, состоящий из генератора колебаний давления жидкости с входным соплом и диффузором с углом раскрытия более 15^o, ствола, внутренний диаметр которого превышает не менее чем в 4 раза внутренний диаметр входного сопла, и выходного устройства, причем входное сопло сообщено с колонной труб и диффузором, а выходное устройство - со стволом и затрубным пространством [2, 3].

Однако известный способ и устройство имеют следующие недостатки.

При проведении импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин не учитывают возможность создания различных статических давлений жидкостей в подводящем трубопроводе и затрубном пространстве, что не позволяет, во многих случаях, обеспечить оптимальные режимы работы вибраторов в режиме периодически срывной кавитации.

При обработке пластов и фильтров на относительно больших глубинах требуемое обеспечение высокого давления перед входом в вибратор вызывает необходимость подачи большого количества жидкого рабочего агента. Это в свою очередь приводит к росту гидравлических сопротивлений в подводящем трубопроводе и соответствующему повышению затрат мощности, и даже к отказу от обработки из-за невозможности обеспечить нужные режимы работы насоса.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эффективности обработки продуктивных пластов и фильтров скважин за счет обеспечения оптимальных параметров работы вибраторов в режиме периодически срывной кавитации, снижение гидравлических сопротивлений в колонне труб и связанного с ними уменьшение энергозатрат, а также уменьшение обводненности продуктивных пластов.

Указанный результат достигается за счет того, что в способе импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин путем подачи насосом потока жидкого рабочего агента через размещенную в скважине колонну труб и преобразование указанного потока в импульсный поток и механические колебания вибратора, состоящего из работающего в режиме периодически срывной кавитации генератора колебаний давления жидкости в виде трубки Вентури с входным соплом и диффузором, ствола и выходного устройства, предварительно определяют статические давления рабочего агента внутри колонны труб над входным соплом и жидкостей в затрубном пространстве, задают расход потока рабочего агента Q и сечение выходного устройства для поддержания значения коэффициента кавитации τ, равным:

P_1ст=Y₁•H₁,
P_2ст=Y₂•H₂,
где P_1ст - статическое давление над входным соплом;
Y_2ст - статическое давление в затрубном пространстве;
Р_1дин - гидродинамические сопротивления перед входным соплом;
Р_2дин - гидродинамические сопротивления перед и после выходного устройства (сумма гидродинамических сопротивлений движения потока в выходном устройстве и в затрубном пространстве;
Y₁ - удельный вес рабочего агента, подаваемого по колонне труб к вибратору;
Y₂ - удельный вес жидкости, находящейся в затрубном пространстве;
H₁ - уровень жидкости в колонне труб;
Н₂ - уровень жидкости в затрубном пространстве.

Дополнительно к рабочему агенту в вибратор подают жидкость из затрубного пространства. Количество подаваемой жидкости в вибратор регулируют путем изменения ее удельного веса.

Определяют значение дебита D и пластового давления по статическому давлению в затрубном пространстве, и при численном значении расхода рабочего агента Q, большем значения дебита D, подачу рабочего агента производят циклически, останавливая подачу рабочего агента при достижении значения коэффициента кавитации τ, превышающего 0,5, и возобновляя ее при снижении статического давления в затрубном пространстве до значения, равного пластовому давлению Р_пл.

Указанный результат достигается также за счет того, что устройство для импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин, включающее колонну труб, вибратор, состоящий из генератора колебаний давления жидкости с входным соплом и диффузором с углом раскрытия более 15^o, ствола, внутренний диаметр которого превышает не менее чем в 4 раза внутренний диаметр входного сопла, и выходного устройства, причем входное сопло сообщено с колонной труб и диффузором, а выходное устройство - со стволом и затрубным пространством, снабжено размещенным над вибратором струйным насосом, состоящим из сопла, приемной камеры, камеры смешения и диффузора, причем вход сопла струйного насоса сообщен с колонной труб, камера смешения через обратный клапан и приемную камеру с затрубным пространством, а его диффузор - с входным соплом вибратора.

Предлагаемые изобретения поясняются чертежами, где на фиг.1, 2 изображены схемы работы вибратора и размещенного над ним струйного насоса в скважине без проявления и с проявлением пластового давления; на фиг.3 - низ компоновки с прямоточным выходным устройством преимущественно для скважин; на фиг. 4 - вибратор, в выходном устройстве которого выполнены боковые каналы, преимущественно для обработки продуктивных пластов и фильтров скважин и на фиг.5 - разрез по А-А на фиг.4.

Устройство для импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин включает колонну труб 1, вибратор 2, состоящий из генератора колебаний давления жидкости с входным соплом 3 и диффузором 4 с углом раскрытия более 15^o, ствола 5, внутренний диаметр d_ств которого превышает не менее чем в 4 раза внутренний диаметр d_кр входного сопла 3, и выходного устройства 6. Входное сопло 3 сообщено с колонной труб 1 и диффузором 4, а выходное устройство 6 - со стволом 5 и затрубным пространством 7.

Устройство для импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин снабжено размещенным над вибратором струйным насосом 8, состоящим из сопла 9, приемной камеры 10, камеры смешения 11, рабочей камеры 12 и диффузора 13. Вход сопла 9 струйного насоса 8 сообщен с колонной труб 1, камера смешения 11 через обратные клапаны 14 и приемную камеру 10 - с затрубным пространством 7, а его диффузор 13 - с входным соплом 3 вибратора 2. На входе приемной камеры 10 установлен фильтр 15.

При осуществлении способа предварительно определяют статические давления внутри колонны труб по вертикальной составляющей скважины 16 от вертлюга 17 установки 18 до входного сопла 3 вибратора 2 с учетом удельного веса γ рабочего агента.

В затрубном пространстве статическое давление Р_2ст определяют любым известным способом с учетом удельных весов γ всех видов жидкостей, например, вода и нефть, в том числе, и с газом. Затем задают значение коэффициента кавитации τ в пределах 0,1÷0,5 и, подбирая различные вибраторы с соответствующими значениями площадей сечений входного сопла, определяют необходимое давление и расход рабочего агента и сравнивают с параметрами насоса, принимая во внимание гидравлические сопротивления в колонне труб. Для их снижения изменяют удельный вec γ₁ подаваемой жидкости или в скважину подают меньшее количество рабочего агента, дополняя его жидкостью из скважины, подавая в вибратор их суммарное количество и обеспечивая необходимое давление Р_1дин.

Учет и регулирование соотношения статических давлений позволяет реально оценивать возможность применения вибратора с учетом параметров имеющихся насосов.

В случае скважин без проявления пластового давления статический уровень жидкости в затрубном пространстве равен глубине скважины и практически не меняется. При проявлении пластового давления в затрубном пространстве за исключением самоизлива в период подачи рабочего агента статический уровень жидкости в затрубном пространстве постоянен и определяется пластовым давлением (в период до эксплуатации), а статическое давление при подаче рабочего агента может меняться.

При проведении работ согласно данному способу это обстоятельство учитывают. Определив дебит, подают в скважину рабочий агент, если этого достаточно, в количестве, не превышающем дебит, в том числе с учетом возможности его уменьшения за счет изменения удельного веса или подавая в вибратор необходимое количество жидкости, включая добавленную к рабочему агенту из затрубного пространства. В этом случае динамический уровень в затрубном пространстве не превысит статический.

В тех же условиях, то есть при проявлении пластового давления, когда подаваемое в скважину количество рабочего агента Q, больше значения дебита D, импульсную обработку продуктивных пластов и фильтров скважин производят с учетом изменения статического давления в затрубном пространстве Р_2ст, которое можно определить по формуле:

где Р_пл - статическое (пластовое) давление в затрубном пространстве до начала подачи рабочего агента;
F_зп - площадь сечения затрубного пространства скважины выше статического уровня;
t - время с начала подачи жидкости в рассматриваемом цикле работ.

При этом подачу рабочего агента можно производить циклически, останавливая подачу рабочего агента при достижении коэффициента кавитации τ, превышающего значение 0,5, и возобновляя ее при снижении статического давления в затрубном пространстве до значения, равного пластовому давлению Р_пл.

При поступлении рабочего агента вибратор начинает работать в режиме периодически срывной кавитации, если обеспечено соотношение давлений перед выходным устройством 6 из вибратора 2 и перед входным соплом 3, соответствующих значению коэффициента кавитации в пределах

где P_1ст, Р_2ст, и Р_1дин, Р_2дин - соответственно статические давления над входным соплом и в затрубном пространстве и гидродинамические сопротивления перед входным соплом, перед и после выходного устройства (сумма гидродинамических сопротивлений движения потока в выходном устройстве и в затрубном пространстве).

По сумме значений P_1ст+Р_1дин определяют необходимое количество рабочего агента Q.

При этом манометр насоса 19 будет фиксировать давление, равное сумме Р_1дин (перепад давлений на входном сопле) плюс сумма гидравлических сопротивлений движения потока от насоса до входа в вибратор (без Р_1дин). Чтобы снизить эти сопротивления, над вибратором 2 размещен струйный насос 8 с соплом 9, приемной камерой 10, камерой смешения 11, рабочей камерой 12 и диффузором 13. Камера смешения 11 сообщена с затрубным пространством 7 через обратные клапаны 14, приемную камеру 10 и фильтр 15.

Поток рабочего агента разгоняется в сопле 9, вокруг него снижается давление и из затрубного пространства в камеру смешения 11 поступает жидкость, которая смешивается с рабочим агентом и из диффузора 13 направляется во входное сопло 3 вибратора 2.

Учитывая высокое пульсирующее подпорное давление для струйного насоса 8 со стороны вибратора 2, и для исключения возможности в связи с этим поступления рабочего агента в затрубное пространство, перед камерой смешения установлены обратные клапаны 14.

При этом жидкость из затрубного пространства 7 в приемную камеру 10 поступает через фильтр 15, который постоянно очищается под действием знакопеременных импульсов, генерируемых вибратором.

Таким образом, данные технические решения позволят:
- Повысить эффективность обработки продуктивных пластов и фильтров скважин за счет обеспечения оптимальных параметров работы вибраторов в режиме периодически срывной кавитации.

- Обеспечить снижение гидравлических сопротивлений в колонне труб и связанное с ними уменьшение энергозатрат, а также расширить область эффективного применения вибраторов по глубинам скважин.

Источники информации
1. Пилипенко В. В. Кавитационные автоколебания. - Киев: Наукова думка, 1989.

2. Меламед Ю.А, Гидроимпульсная технология: большие возможности и широкий спектр применения. "Разведка и охрана недр". - М.: Недра, 6, 1993, с. 19.

3. Патент РФ 2070286, МКИ Е 21 В 43/26, 1997.

Устройство для импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин включает колонну труб, вибратор, состоящий из генератора колебаний давления жидкости с входным соплом и диффузором. Угол раскрытия диффузора более 15^o. Внутренний диаметр ствола превышает не менее чем в 4 раза внутренний диаметр входного сопла. Имеется выходное устройство. Входное сопло сообщено с колонной труб и диффузором, а выходное устройство - со стволом и затрубным пространством. Устройство снабжено размещенным над вибратором струйным насосом, состоящим из сопла, приемной камеры, камеры смешения, рабочей камеры и диффузора. Вход сопла струйного насоса сообщен с колонной труб. Камера смешения через обратный клапан и приемную камеру - с затрубным пространством, а его диффузор - с входным соплом вибратора. На входе приемной камеры установлен фильтр. При осуществлении способа предварительно определяют статическое давление внутри колонны труб над входным соплом вибратора. В затрубном пространстве также определяют статическое давление жидкости. Затем задают расход рабочего агента и сечение выходного устройства для поддержания значения коэффициента кавитации τ в пределах 0,1÷0,5. Подбирая различные вибраторы с соответствующими значениями площадей сечений входного сопла, определяют необходимое давление и расход рабочего агента и сравнивают с параметрами насоса, принимая во внимание гидравлические сопротивления в колонне труб. Для их снижения в скважину подают меньшее количество рабочего агента Дополняют рабочий агент жидкостью из скважины, подавая ее в вибратор. Количество подаваемой жидкости в вибратор регулируют путем изменения ее удельного веса. Повышается эффективность обработки продуктивных пластов и фильтров скважин путем обеспечения оптимальных параметров работы вибраторов в режиме периодически срывной кавитации, снижаются гидравлические сопротивления в колонне труб и уменьшаются энергозатраты. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин путем подачи насосом потока рабочего агента через размещенную в скважине колонну труб и преобразование указанного потока в импульсный поток и механические колебания вибратора, состоящего из работающего в режиме периодически срывной кавитации генератора колебаний давления жидкости в виде трубки Вентури с входным соплом и диффузором, ствола и выходного устройства, отличающийся тем, что предварительно определяют статические давления рабочего агента внутри колонны труб над входным соплом и жидкостей в затрубном пространстве, задают расход рабочего агента Q и сечение выходного устройства для поддержания значения коэффициента кавитации τ равным

P_1ст = γ₁•H₁,
P_2ст = γ₂•H₂,
где P_1ст - статическое давление над входным соплом;
Р_2ст - статическое давление в затрубном пространстве;
Р_1дин - гидродинамические сопротивления перед входным соплом;
Р_2дин - гидродинамические сопротивления перед и после выходного устройства (сумма гидродинамических сопротивлений движения потока в выходном устройстве и в затрубном пространстве);
γ₁ - удельный вес рабочего агента, подаваемого по колонне труб к вибратору;
γ₂ - удельный вес жидкости, находящейся в затрубном пространстве;
H₁ - уровень жидкости в колонне труб;
Н₂ - уровень жидкости в затрубном пространстве. 2. Способ импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно к рабочему агенту в вибратор подают жидкость из затрубного пространства. 3. Способ импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин по п. 1, отличающийся тем, что количество подаваемой жидкости в вибратор регулируют путем изменения ее удельного веса. 4. Способ импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин по п. 1, отличающийся тем, что в случае проявления пластового давления определяют значение дебита D и пластового давления по статическому давлению в затрубном пространстве и при численном значении расхода рабочего агента Q, большем значения дебита D, подачу рабочего агента производят циклически, останавливая подачу рабочего агента по достижении значения коэффициента кавитации τ, превышающего 0,5, и возобновляя ее при снижении статического давления в затрубном пространстве до значения, равного пластовому давлению Р_пл. 5. Устройство для импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин, включающее колонну труб, вибратор, состоящий из генератора колебаний давления жидкости с входным соплом и диффузором с углом раскрытия более 15^o, ствола, внутренний диаметр которого превышает не менее чем в 4 раза внутренний диаметр входного сопла, и выходного устройства, причем входное сопло сообщено с колонной труб и диффузором, а выходное устройство - со стволом и затрубным пространством, отличающееся тем, что оно снабжено размещенным над вибратором струйным насосом, состоящим из сопла, приемной камеры, камеры смешения и диффузора, причем вход сопла струйного насоса сообщен с колонной труб, камера смешения через обратный клапан и приемную камеру - с затрубным пространством, а его диффузор - с входным соплом вибратора.