УСТАНОВКА ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ СКВАЖИНЫ Российский патент 2008 года по МПК E21B28/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при воздействии на призабойную зону для повышения производительности скважин.

Известна установка для вибросейсмического воздействия на залежь, содержащая груз для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины подъемное устройство, связанное с грузом, и наковальню, причем подъемное устройство выполнено в виде корпуса, в котором находятся поршень с проходным каналом, клапан и верхний ограничитель подъема поршня, при этом пространство между внешней поверхностью корпуса подъемного устройства и внутренней поверхностью скважины перекрыто пакером, а пространство над поршнем подъемного устройства имеет гидравлическую связь с всасывающей линией скважинного насоса (патент РФ №2164287, кл. Е21В 28/00, 43/25, 2001). Известное устройство, как показали экспериментальные стендовые испытания, имеет низкую надежность и ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является установка для вибросейсмического воздействия, содержащая наковальню и цементный мост на забое, скважинный забойный агрегат для нанесения ударов по наковальне, колонну насосно-компрессорных труб и пакер, причем скважинный забойный агрегат содержит груз и подъемное устройство, выполненное в виде корпуса, в котором находятся сквозной плунжер, клапан и верхний ограничитель подъема плунжера с выходной линией, при этом клапан является нижним ограничителем падения плунжера и соединен с грузом посредством штока (патент РФ № 2206729, кл. Е21В 43/25, 28/00, 2003). Известное устройство применимо только при эксплуатации добывающих скважин и не дает возможности проведения воздействия на призабойную зону при ремонте скважин. Известная установка, как показали промысловые испытания, имеет низкую надежность вследствие быстрого выхода из строя штока, соединяющего клапан и груз, при нанесении ударов по пласту, а также недостаточно четкой работы при посадке плунжера на клапан. Кроме того, воздействие осуществляется только путем генерации сейсмических волн при нанесении ударов по наковальне, что ограничивает эффективность известного технического решения.

Задачей изобретения является расширение области применения, а также повышение эффективности и надежности установки.

Расширение области применения, эффективности и надежности в установке для воздействия на призабойную зону скважины достигается тем, что в установке для воздействия на призабойную зону скважины, содержащей наковальню и цементный мост на забое, скважинный забойный агрегат для нанесения ударов по наковальне, колонну насосно-компрессорных труб и пакер, причем скважинный забойный агрегат содержит груз и подъемное устройство, выполненное в виде корпуса, в котором находятся сквозной плунжер, клапан и верхний ограничитель подъема плунжера с выходной линией, при этом клапан является нижним ограничителем падения плунжера, согласно изобретению, груз имеет ступенчатую форму, причем клапан соединен непосредственно с верхней ступенью груза, при этом скважинный забойный агрегат снабжен внешней трубой, верхний конец которой сообщен с колонной насосно-компрессорных труб, а нижний конец соединен с наковальней, причем корпус подъемного устройства и груз размещены внутри внешней трубы, при этом выходная линия подъемного устройства снабжена пружинно-клапанным пульсатором, выходные каналы которого сообщены с пространством скважины, а колонна насосно-компрессорных труб снабжена телескопическим компенсатором перемещений установки при нанесении ударов.

В вариантах установки клапан снабжен в верхней части штоком, причем внутри плунжера расположен направляющий элемент для штока клапана, а поперечное сечение верхней ступени груза меньше, чем поперечное сечение нижележащей ступени груза.

Указанная совокупность отличительных признаков заявляемого изобретения дает возможность проведения обработки призабойной зоны скважины при совместном воздействии на пласт гидравлическими пульсациями давления и ударами грузом по скелету породы, повышает надежность установки и ее функциональные возможности.

На фиг.1 представлена общая схема установки для воздействия на призабойную зону скважины, на фиг.2 - скважинный забойный агрегат.

Установка для воздействия на призабойную зону 1 скважины 2, пробуренной на пласт 3, содержит спущенный на колонне насосно-компрессорных труб 4 скважинный забойный агрегат 5, состоящий из генератора сейсмических волн 6 и пружинно-клапанного пульсатора 7, пакер 8, перекрывающий затрубное пространство, и телескопический компенсатор 9 перемещений установки при нанесении ударов. Скважинный забойный агрегат 5 установлен с опорой на цементный мост 10 на забое скважины 2.

Генератор сейсмических волн 6 содержит груз 11 для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины 2 подъемное устройство 12, связанное с грузом 11, и наковальню 13. Подъемное устройство 12 выполнено в виде корпуса 14, в котором находятся сквозной плунжер 15, клапан 16 и верхний ограничитель 17 подъема плунжера 15. Клапан 16 является нижним ограничителем падения плунжера 15. Нижняя часть сквозного плунжера 15 снабжена седлом 18. Наковальня 13 стоит на цементном мосту 10.

Скважинный забойный агрегат 5 снабжен внешней трубой 19. Корпус 14 подъемного устройства 12 и груз 11 размещены внутри внешней трубы 19, верхний конец которой сообщен с колонной насосно-компрессорных труб 4 посредством каналов 20, а нижний конец соединен с наковальней 13.

Выходная линия 21 подъемного устройства 12 снабжена пружинно-клапанным пульсатором 7, выходные каналы 22 которого сообщены с пространством скважины 2. Пружинно-клапанный пульсатор 7 содержит клапан 23 со штоком 24, седло 25, пружину 26, винт 27, стопорную гайку 28 и крышку 29. Прижатие клапана 23 к седлу 25 обеспечивается пружиной 26, натяжение которой регулируется винтом 27. Стопорная гайка 28 предназначена для фиксации винта 27, а крышка 29 - для герметизации полости пульсатора 7 от колонны насосно-компрессорных труб 4.

Клапан 16 снабжен в верхней части штоком 30, а внутри сквозного плунжера 15 расположен направляющий элемент 31 для штока 30 клапана 16.

Груз 11 имеет ступенчатую форму. Поперечное сечение верхней ступени 32 груза 11 может быть меньше, чем поперечное сечение нижележащей ступени 33 груза 11. Клапан 16 соединен непосредственно с верхней ступенью 32 груза 11.

Установка для воздействия на призабойную зону скважины работает следующим образом.

Технологическая жидкость (например, вода с ПАВ, кислотный раствор, раствор химических реагентов и др.) нагнетается по колонне НКТ 4 и через каналы 20 поступает во внутреннюю полость скважинного забойного агрегата 5. Далее, через кольцевое пространство между внешней трубой 19 и корпусом 14 жидкость подается во внутреннюю полость корпуса 14.

Для нормального функционирования скважинного забойного агрегата 5 наковальня 13 должна опираться на цементный мост 10. Во время работы возникновение зазора между скважинным забойным агрегатом 5 и цементным мостом 10 исключается за счет телескопического компенсатора 9, обеспечивающего возможность перемещения скважинного забойного агрегата 5 вниз при неподвижном пакере 8.

В начале фазы хода вверх сквозной плунжер 15 и груз 11 располагаются в нижнем положении. При этом груз 11 опирается на наковальню 13, а плунжер 15 под действием силы собственной тяжести прижимает седло 18 к клапану 16. Давление технологической жидкости воздействует снизу на груз 11, клапан 16 и торцевую поверхность сквозного плунжера 15. Все перечисленные детали перемещаются вверх как единое целое. Во время хода груза 11 вверх скорость его подъема определяется расходом технологической жидкости, подаваемой с поверхности насосным агрегатом по колонне насосно-компрессорных труб 4. Жидкость, находящаяся над сквозным плунжером 15, вытесняется вверх в выходную линию 21 подъемного устройства 12 и попадает на вход пружинно-клапанного пульсатора 7.

Процесс подъема продолжается до тех пор, пока шток 30 не упрется в верхний ограничитель 17. При этом сквозной плунжер 15 по инерции продолжает подъем вверх, поскольку его перемещение ничем не ограничено. В результате между седлом 18 плунжера 15 и клапаном 16 образуется зазор. Силы давления жидкости, действующие на груз 11 сверху и снизу, выравниваются. Груз 11 с клапаном 16 и штоком 30 останавливается, а затем начинает падать вниз. Вслед за ним с меньшей скоростью перемещается сквозной плунжер 15. Падая, в нижнем положении груз 11 бьет по наковальне 13. При этом кинетическая энергия груза 11 преобразуется в энергию сейсмических волн.

После падения груза 11 на него опускается сквозной плунжер 15, совершая дополнительный удар по пласту через груз 11 с клапаном 16 и наковальню 13. Поскольку удар плунжером 15 передается непосредственно на груз 11, а не через гибкий, часто ломающийся шток, как в прототипе изобретения, удается избежать преждевременных отказов при проведении воздействия. Соосность сквозного плунжера 15 и груза 11 обеспечивается штоком 30 и направляющим элементом 31. Это позволяет повысить надежность работы установки вследствие лучшей посадки седла 18 на клапан 16. После того как сквозной плунжер 15 опустится на груз 11, клапан 16 закроет проход в седле 18 и давление технологической жидкости обеспечит выполнение хода вверх.

Во время хода груза 11 вниз технологическая жидкость идет, обтекая его, через проход в седле 18 по внутреннему каналу сквозного плунжера 15 и попадает на вход пружинно-клапанного пульсатора 7.

Таким образом, имеет место чередование фаз подъема груза 11 и его падения. Возникающие при ударе сейсмические волны, которые распространяются от наковальни 13 через цементный мост 10 и эксплуатационную колонну скважины 2 в призабойную зону 1 и пласт 3, интенсифицируют процесс декольматации пор и трещин. Это приводит к существенному увеличению проницаемости и повышению продуктивности скважины 2. Число ударов составляет 15-30 раз в минуту, т.е. частота воздействия сейсмическими волнами находится в диапазоне 0,25-0,5 Гц, в зависимости от конструктивных параметров генератора 6.

Пружинно-клапанный пульсатор 7 работает за счет энергии потока жидкости, поступающей к нему после прохождения генератора сейсмических волн 6. Давление технологической жидкости воздействует на нижний торец клапана 23 и увеличивается до тех пор, пока он не поднимется, преодолевая натяжение пружины 26, и пропустит порцию технологической жидкости. После этого давление жидкости под торцем клапана 23 снижается, клапан 23 закрывается и повторяется процесс увеличения давления, поскольку поток жидкости, нагнетаемой с поверхности насосным агрегатом, непрерывен.

Жидкость, пройдя через клапан 23, по выходным каналам 22 поступает в полость скважины 2. Поскольку затрубное пространство перекрыто пакером 8, далее технологическая жидкость нагнетается в призабойную зону 1. Вибрация клапана 23 приводит к появлению гидравлических пульсаций давления, которые распространяются в пласт 3, способствуя более интенсивной очистке призабойной зоны 1 от загрязнений при реагировании с технологической жидкостью. Частота колебаний при этом зависит от усилия предварительного натяжения пружины 26, расхода и свойств технологической жидкости.

Конструктивные параметры устройства обеспечивают частоту гидравлических пульсаций давления в диапазоне 5-25 Гц, т.е. на порядок выше, чем частота ударов груза 11. Поэтому режимы работы генератора сейсмических волн 6 и пружинно-клапанного пульсатора 7 не зависят друг от друга и за счет варьирования подачи технологической жидкости, а также регулировки предварительного натяжения пружины 26 могут быть изменены в широком диапазоне.

Совместное воздействие на призабойную зону сейсмическими волнами и гидравлическими пульсациями давления позволяет добиться большего увеличения продуктивности скважины, чем применение какого-либо из этих видов воздействия по отдельности. Помимо этого, предложенная конструкция установки обладает более высокой надежностью, что исключает преждевременные отказы при проведении воздействия.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет существенно расширить область применения, а также повысить эффективность и надежность установки для воздействия на призабойную зону по сравнению с известными изобретениями.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при воздействии на призабойную зону для повышения производительности скважин. В установке для воздействия на призабойную зону скважины, содержащей наковальню и цементный мост на забое, скважинный забойный агрегат для нанесения ударов по наковальне, колонну насосно-компрессорных труб (КНКТ) и пакер, скважинный забойный агрегат содержит груз и подъемное устройство, выполненное в виде корпуса, в котором находятся сквозной плунжер, клапан и верхний ограничитель подъема плунжера с выходной линией, клапан является нижним ограничителем падения плунжера, груз имеет ступенчатую форму, клапан соединен непосредственно с верхней ступенью груза, скважинный забойный агрегат снабжен внешней трубой, верхний конец которой сообщен с колонной насосно-компрессорных труб, а нижний конец соединен с наковальней, корпус подъемного устройства и груз размещены внутри внешней трубы, выходная линия подъемного устройства снабжена пружинно-клапанным пульсатором, выходные каналы которого сообщены с пространством скважины, а КНКТ снабжена телескопическим компенсатором перемещений установки при нанесении ударов. Клапан снабжен в верхней части штоком, внутри плунжера расположен направляющий элемент для штока клапана. Поперечное сечение верхней ступени груза может быть меньше, чем поперечное сечение нижележащей ступени груза. Технический результат - расширение области применения, повышение эффективности и надежности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для воздействия на призабойную зону скважины, содержащая наковальню и цементный мост на забое, скважинный забойный агрегат для нанесения ударов по наковальне, колонну насосно-компрессорных труб и пакер, причем скважинный забойный агрегат содержит груз и подъемное устройство, выполненное в виде корпуса, в котором находятся сквозной плунжер, клапан и верхний ограничитель подъема плунжера с выходной линией, при этом клапан является нижним ограничителем падения плунжера, отличающаяся тем, что груз имеет ступенчатую форму, причем клапан соединен непосредственно с верхней ступенью груза, при этом скважинный забойный агрегат снабжен внешней трубой, верхний конец которой сообщен с колонной насосно-компрессорных труб, а нижний конец соединен с наковальней, причем корпус подъемного устройства и груз размещены внутри внешней трубы, при этом выходная линия подъемного устройства снабжена пружинно-клапанным пульсатором, выходные каналы которого сообщены с пространством скважины, а колонна насосно-компрессорных труб снабжена телескопическим компенсатором перемещений установки при нанесении ударов.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что клапан снабжен в верхней части штоком, причем внутри плунжера расположен направляющий элемент для штока клапана.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что поперечное сечение верхней ступени груза меньше, чем поперечное сечение нижележащей ступени груза.