УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СКВАЖИН Российский патент 2006 года по МПК E21B43/16 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для гидродинамического воздействия высокоскоростными струями различных технологических жидкостей на продуктивные пласты, не перекрытые обсадной колонной.

Известно устройство для гидравлической перфорации обсадных колонн на буровом растворе, включающее гидравлический узел, выполненный в виде полого корпуса. В его радиальных каналах размещены насадки прямоугольной формы и узел фиксации, содержащий полый корпус, в радиальных каналах которого размещены подпружиненные штоки. Внутренние полости разделены эластичным стаканом-разделителем с фильтром, изготовленным по форме стакана-разделителя. Узел фиксации имеет, как минимум, три маслонаполненных канала, в которых размещены подпружиненные штоки (Патент РФ №2184215, Кл. Е 21 В 43/114, 2000).

Недостатками этого устройства являются: отсутствие системы промывки забоя от шлама, расположение гидромониторных насадок перпендикулярно продольной оси корпуса, не обеспечивающих максимального разрушения горных пород, при этом отраженные от породы струи бурового раствора размывают корпус. В случае использования этого устройства для гидродинамической обработки в горизонтальной не перекрытой обсадной колонной скважине оно будет плохо центрироваться из-за каверн в стволе скважины.

Известен импульсный гидроперфоратор, включающий секционный гидромониторный корпус с продольным каналом, вал, размещенный в корпусе, элемент открытия-закрытия боковых отверстий корпуса и насадки, размещенные в боковых отверстиях корпуса, оси которых смещены относительно горизонтальной плоскости на угол α. Сверху установлен амортизатор с резиновыми элементами прямоугольного сечения. Они разделены кольцевым уступом патрубка, помещенного в двухступенчатой втулке с возможностью осевого перемещения, и удерживаются верхним упором. Снизу вверх установлен гидравлический фиксатор-центратор с выдвижными штоками и гидроцилиндры, помещенные в диаметрально противоположных сторонах и во взаимно перпендикулярных плоскостях на разных уровнях (Патент РФ №2061849, Кл. Е 21 В 43/114, 1993).

Недостатками этого импульсного гидроперфоратора являются: сложность конструкции из-за наличия вращающихся элементов, работающих в абразивной среде жидкости гидроперфорации, отсутствие системы промывки забоя от шлама, а также не определены оптимальные углы размещения насадок и расстояние от среза насадки до породы, что не позволяет проводить оптимальный режим разрушения горных пород при перфорации горизонтальных скважин, не перекрытых обсадной колонной. Данное устройство плохо также будет фиксироваться от перемещения при пульсации жидкости гидроперфорации от поршневых насосных агрегатов, что потребует большего времени на достижение результата.

В устройстве не предусмотрена система размещения гидромониторных узлов относительно друг друга при перфорации больших интервалов продуктивных пластов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству (прототипом) является устройство для гидродинамической обработки скважин, преимущественно горизонтальных, не перекрытых обсадной колонной, включающее гидромониторный корпус с насадками, размещенными в его боковых отверстиях, оси которых смещены относительно горизонтальной плоскости на угол α (патент РФ №2205950, Кл. Е 21 В 43/27, 2001 г.).

Недостатком прототипа является то, что гидроперфоратор жестко не фиксируется в стволе скважины. При пульсирующем потоке жидкости в этом случае гидроперфоратор перемещается как вдоль оси скважины, так и в пространстве. В конечном итоге для получения каверны большой глубины при прочих равных условиях (одинаковый перепад давления в насадках, одинаковая жидкость истечения, воздействие на одну и туже породу и т.д.) необходимо увеличивать время обработки, что снижает производительность обработки скважины.

Техническая задача - повышение производительности работы устройства при гидродинамической обработке преимущественно горизонтальных скважин, не перекрытых обсадной колонной, различными технологическими жидкостями.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для гидродинамической обработки скважин, включающее гидромониторный корпус с насадками, размещенными в его боковых отверстиях, оси которых смещены относительно горизонтальной плоскости на угол α, в отличие от прототипа, снабжено фиксатором-центратором, выполненным в виде полого корпуса, на внутренней поверхности которого размещен фильтр, а по кольцевой поверхности - уплотнительный резиновый элемент, при этом в корпусе выполнены проходящие через уплотнительный резиновый элемент, по крайней мере, три сквозных отверстия, в которых завулканизированы металлические патрубки с возможностью свободного перемещения относительно вертикальной оси корпуса, а также устройство снабжено резиновым амортизатором, расположеным над фиксатором-центратором, и, по крайней мере, одним дополнительным гидромониторным корпусом с насадками, размещенными в его боковых отверстиях, или с одной стороны размещенной насадкой, с другой - заглушкой, оси насадок смещены относительно горизонтальной плоскости на угол α, насадки в обоих гидромониторных корпусах выполнены прямоугольной формы и расположены на расстоянии 6-10 эквивалентных диаметров насадок от среза насадки до породы, а угол α выбран 7-8°, а также снабжено соединенным с дополнительным гидромониторным корпусом и расположенным под ним фиксатором-центратором, к которому закреплен обратный клапан с хвостовиком, указанный фиксатор-центратор выполнен в виде полого корпуса, на внутренней поверхности которого размещен фильтр, а по кольцевой поверхности - уплотнительный резиновый элемент, при этом оба гидромониторных корпуса соединены между собой регулируемой по длине стальной трубой.

Введение в устройство для гидродинамической обработки скважин дополнительного гидромониторного корпуса, а при решении технологических задач устанавливают и больше, позволяет существенно сократить время гидродинамической обработки различными технологическими жидкостями горизонтальных скважин, длина горизонтальной части которых может составлять несколько сот метров. Так, например, в закольматированной призабойной зоне пласта глинистыми частичками, фильтратом бурового раствора с образованием эмульсии на границе контакта с нефтью в процессе первичного вскрытия бурением можно провести дополнительную гидроперфорацию жидкостями с абразивными добавками. Скважины, призабойная зона которых содержит, например, карбонаты и в процессе эксплуатации закольматирована эмульсиями, парафинами и асфальтосмолистыми веществами, могут гидродинамически обрабатываться растворителями, кислотами и щелочами.

Применение между гидромониторными корпусами регулируемой по длине трубы позволяет их устанавливать в соответствии с геолого-техническими задачами.

Горизонтальные скважины, не перекрытые обсадной колонной, имеют, как правило, каверны, что не позволяет надежно фиксировать устройства для гидродинамической обработки скважин с выдвигаемыми штоками по сравнению с установкой их внутри обсадной колонны. Фиксатор-центратор с уплотнительным резиновым элементом позволяет центрировать его в любом месте такой скважины и тем самым повышать эффективность гидродинамической обработки ствола скважины. Применение фиксатора-центратора с проходящими через уплотнительный резиновый элемент сквозными отверстиями, в которых завулканизированы стальные патрубки, позволяет циркулировать жидкости по затрубному пространству при гидродинамической обработке скважины. Фильтр фиксатора-центратора предотвращает накопление шлама при промывке и гидродинамической обработке скважины. Применение насадок, имеющих прямоугольную форму сечения каналов, позволяет сократить время гидродинамического воздействия на пласт по сравнению с насадками, имеющими круглую форму сечения каналов при одном и том же перепаде давления на насадках, за счет того, что скорость истечения из насадок при забойных условиях скважины, как показали стендовые испытания по разрушению горных пород высоконапорными струями различных жидкостей, сохраняется до 10 эквивалентных (площадь сечения, пересчитанная в диаметры круглых насадок) диаметров насадок, а для круглых - только до 5, а затем уменьшается.

Установка среза насадок на таком расстоянии существенно уменьшает абразивное воздействие отраженных от породы струй жидкости на гидромониторный корпус. При установке их менее 6 эквивалентных диаметров абразивное воздействие отраженных от породы струй жидкости на гидромониторный корпус усиливается. При установке таких насадок под углом 7-8°, как показали стендовые испытания по разрушению горных пород высоконапорными струями жидкостей с абразивными добавками, достигается максимальный объем разрушенной породы по сравнению с установкой под углом 0°, т.к. под этим углом отраженные струи жидкости создают гидравлические сопротивления для истекающей струи из насадки. При увеличении угла больше 8°^{объем разрушенной породы начинает снижаться, т.к. уменьшается сила давления струи на породу. Если возможности по гидравлической мощности насосных агрегатов для гидродинамической обработки ограничены, то вместо насадок устанавливают заглушки.}

При прокачке жидкости для гидродинамической обработки продуктивного пласта поршневыми насосами наземных агрегатов возникают пульсации давления, а при истечении их из гидромониторных насадок возникают высокочастотные колебания, улучшающие вместе со скоростным напором струи жидкости проникновение ее по порам или трещинам коллектора на большую глубину, и тем самым повышается эффективность обработки продуктивного пласта.

Наличие подпружиненного обратного клапана, соединенного снизу с фиксатором-центратором, позволяет ему открываться и производить циркуляцию жидкости по затрубному пространству при промывке забоя в скважинах с горизонтальным окончанием, а при гидродинамической обработке закрывается.

Применение стальной трубы между гидромониторными корпусами позволяет устанавливать их напротив наиболее нефтенасыщенных пропластков, проходить без посадок инструмента интервал перехода от вертикальной или наклонной части скважины в горизонтальный ствол. Хвостовик со скошенным под углом концом не позволяет устройству забиваться шламом при спуске его в скважину и улучшает условия ее промывки.

Таким образом, совокупность признаков заявляемого устройства позволяет использовать его преимущественно в горизонтальных скважинах, не перекрытых обсадной колонной, повысить производительность его работы при обработке горизонтальных скважин различными технологическими жидкостями (например, жидкостями для гидромониторного разрушения горных пород, для обработки пластов кислотами, для удаления с призабойной зоны эмульсий, смолистых веществ, парафинов и т.д.), что в итоге позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».

На Фиг.1. показан продольный разрез нижней части устройства для гидродинамической обработки скважин, на фиг.1а - разрез верней части устройства, на фиг.2 - сечение по АА, на фиг.3 - форма каверны в продуктивном пласте при истечении струй жидкости из насадки под углом 7-8°.

Устройство для гидродинамической обработки скважин включает снизу вверх: хвостовик 1, закрепленный в корпусе 2 обратного клапана, содержащего клапан 3 с пружиной 4, фиксатор-центратор 5, выполненный в виде полого корпуса, на внутренней поверхности которого размещен фильтр 6, а по кольцевой поверхности - уплотнительный резиновый элемент 7. Устройство включает также расположенный над фиксатором-центратором 5 дополнительный гидромониторный корпус 8, выполненный с боковыми отверстиями 9, в которых размещены с одной стороны насадка 10, установленная в корпусе насадки 11 с конической резьбой, а с другой стороны установлена заглушка 12. Между корпусом 8 и корпусом насадки 11 установлена шайба 13. Дополнительный гидромониторный корпус 8 соединен посредством стальной трубы 14 с верхним гидромониторным корпусом 15, содержащим в боковых отверстиях 16 насадки 17. Насадки 17 установлены в корпусе 18 с конической резьбой, между гидромониторным корпусом 15 и корпусом насадки 18 установлена шайба 19. Насадки 10 и 17 выполнены прямоугольной формы из абразивно-стойкого материала, например сплава ВК, и расположены на расстоянии 6-10 эквивалентных диаметров насадок от среза насадки до породы 20. Оси насадок смещены относительно горизонтальной плоскости на угол, равный 7°-8°. Над гидромониторным корпусом 15 размещен фиксатор-центратор 21, выполненный в виде полого корпуса, на внутренней поверхности которого размещен фильтр 22, а по кольцевой поверхности - уплотнительный резиновый элемент 23. В корпусе фиксатора-центратора 21 выполнены три сквозных отверстия 24, проходящие через уплотнительный резиновый элемент 23, в которых завулканизированы металлические патрубки 25. Над фиксатором-центратором 21 размещен резиновый амортизатор, включающий корпус 26 и концентрично расположенный в нем с возможностью осевого перемещения патрубок 27, выполненный с кольцевым уступом 28 в средней части. Между кольцевым уступом 28 и корпусом 26 амортизатора как ниже, так и выше кольцевого уступа 28 размещены резиновые элементы 29 прямоугольного сечения. Верхний резиновый элемент удерживается торцевым упором 30. Хвостовик 1, корпус 2 обратного клапана, фиксатор-центратор 5, гидромониторный корпус 8, стальная труба 14, гидромониторный корпус 15, фиксатор-центратор 21, корпус 26 резинового амортизатора соединены между собой трубной резьбой.

Процесс гидродинамической обработки стенок горизонтальной скважины происходит в следующей последовательности. После спуска устройства в зону обработки путем нагнетания промывочной жидкости в затрубное пространство она движется вдоль НКТ, корпуса 26 резинового амортизатора, не раскрытого фиксатора-центратора 21 и через его патрубки 25 частично поступает в насадки 17 верхнего гидромониторного корпуса 15. Затем - вдоль трубы 14 и частично поступает в насадку 10 гидромониторного корпуса 8, далее вдоль не раскрытого фиксатора-центратора 5, вымывает шлам из забоя за счет большего расхода по сравнению с расходом через насадки 10 и 17 и через хвостовик 1 поступает во внутреннее пространство устройства и НКТ. При обработке пласта жидкость закачивают в НКТ. При этом при повышении давления при закрытом корпусе 2 обратного клапана при истечении жидкости из насадок 10 и 17 фиксаторы-центраторы 5 и 21 раскрываются и центрируют гидромониторные корпуса 8 и 15. За счет гидромониторного эффекта жидкость разрушает горные породы или более глубоко проникает по капиллярам или трещинам в пласт. Установка шайб 19 позволяет дополнительно защитить гидромониторные корпуса 8 и 15 от воздействия отраженных струй жидкости от породы 20, содержащей абразивные добавки. Применение резинового амортизатора позволяет улучшить условия работы фиксаторов-центраторов 5 и 21 при гашении вибраций, которые устанавливают срез насадок гидромониторных корпусов на оптимальном расстоянии от породы и фиксируют насадки от перемещения по стволу скважины при пульсации жидкости от насосных агрегатов, что повышает эффективность воздействия высоконапорной струи технологической жидкости. При помощи стальной трубы 14 и путем перемещения НКТ регулируют интервалы обработки пласта. При отключении насосных агрегатов давление падает, фиксаторы-центраторы занимают транспортное положение и устройство перемещается на новое место установки.

Создан промышленный образец, проведены стендовые испытания фиксаторов-центраторов и гидромониторных насадок прямоугольной формы.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для гидродинамического воздействия высокоскоростными струями различных технологических жидкостей на продуктивные пласты, не перекрытые обсадной колонной. Обеспечивает возможность использования устройства для гидродинамической обработки преимущественно в горизонтальных скважинах, не перекрытых обсадной колонной, упрощение конструкции, повышение надежности и производительности. Сущность изобретения: устройство для обработки скважин, преимущественно горизонтальных, не перекрытых обсадной колонной, включает гидромониторный корпус с насадками, размещенными в его боковых отверстиях, оси которых смещены относительно горизонтальной плоскости. Согласно изобретению устройство снабжено фиксатором-центратором. Он выполнен в виде полого корпуса. На его внутренней поверхности размещен фильтр, а по кольцевой поверхности - уплотнительный резиновый элемент. В корпусе выполнены проходящие через уплотнительный резиновый элемент, по крайней мере, три сквозных отверстия. В них завулканизированы металлические патрубки с возможностью свободного перемещения относительно вертикальной оси корпуса. Устройство снабжено также резиновым амортизатором. Он расположен над фиксатором-центратором. Имеется один дополнительный гидромониторный корпус с насадками, размещенными в его боковых отверстиях, или с одной стороны размещенной насадкой, с другой - заглушкой, оси насадок смещены относительно горизонтальной плоскости. Насадки в обоих гидромониторных корпусах выполнены прямоугольной формы и расположены на расстоянии 6-10 эквивалентных диаметров насадок от среза насадки до породы. Угол выбран 7°-8°. Имеется также фиксатор-центратор, к которому закреплен обратный клапан с хвостовиком. Фиксатор-центратор выполнен в виде полого корпуса, на внутренней поверхности которого размещен фильтр, а по кольцевой поверхности - уплотнительный резиновый элемент. Оба гидромониторных корпуса соединены между собой регулируемой по длине стальной трубой. 3 ил.

Устройство для гидродинамической обработки скважин, преимущественно горизонтальных, неперекрытых обсадной колонной, включающее гидромониторный корпус с насадками, размещенными в его боковых отверстиях, оси которых смещены относительно горизонтальной плоскости на угол α, отличающееся тем, что оно снабжено фиксатором-центратором, выполненным в виде полого корпуса, на внутренней поверхности которого размещен фильтр, а по кольцевой поверхности - уплотнительный резиновый элемент, при этом в корпусе выполнены проходящие через уплотнительный резиновый элемент, по крайней мере, три сквозные отверстия, в которых завулканизированы металлические патрубки с возможностью свободного перемещения относительно вертикальной оси корпуса, а также устройство снабжено резиновым амортизатором, расположенным над фиксатором-центратором, и, по крайней мере, одним дополнительным гидромониторным корпусом с насадками, размещенными в его боковых отверстиях или с одной стороны размещенной насадкой, с другой - заглушкой, оси насадок смещены относительно горизонтальной плоскости на угол α, насадки в обоих гидромониторных корпусах выполнены прямоугольной формы и расположены на расстоянии 6-10 эквивалентных диаметров насадок от среза насадки до породы, а угол α выбран 7-8°, а также снабжено соединенным с дополнительным гидромониторным корпусом и расположенным под ним фиксатором-центратором, к которому закреплен обратный клапан с хвостовиком, указанный фиксатор-центратор выполнен в виде полого корпуса, на внутренней поверхности которого размещен фильтр, а по кольцевой поверхности - уплотнительный резиновый элемент, при этом оба гидромониторных корпуса соединены между собой регулируемой по длине стальной трубой.