СКВАЖИННАЯ СТРУЙНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОСВОЕНИЯ И ИСПЫТАНИЯ СКВАЖИН С НИЗКИМИ ПЛАСТОВЫМИ ДАВЛЕНИЯМИ Российский патент 2008 года по МПК F04F5/54 E21B47/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для освоения и испытания скважин с низкими пластовыми давлениями.

Известна скважинная струйная установка для испытания и освоения скважин /Патент РФ №2181445, МПК F04F 5/02, опубл. 2002.04.20/, содержащая пакер, колонну труб и струйный насос, в корпусе которого соосно установлены активное сопло с камерой смешения и выполнен проходной канал с посадочным местом для установки герметизирующего узла с осевым каналом, при этом установка снабжена излучателем и приемником-преобразователем физических полей, размещенным со стороны входа в струйный насос откачиваемой из скважины среды и установленным на кабеле, пропущенном через осевой канал герметизирующего узла.

Данная скважинная струйная установка позволяет производить воздействие на скважину физическими полями и проводить промыслово-геофизические исследования (ПГИ) скважин на притоке путем контроля параметров откачиваемой пластовой среды с возможностью перемещения геофизических приборов вдоль продуктивного пласта скважины. Однако данная установка не позволяет производить циклическое гидродинамическое воздействие на пласт, проводить гидродинамические исследования (ГДИ) путем регистрации кривой восстановления пластового давления в подпакерном пространстве скважины.

При проведении ПГИ на притоке непредвиденная остановка насосного агрегата приводит к нарушению процесса испытаний, а жидкость глушения при этом неизбежно попадает в продуктивные пласты, ухудшая их коллекторские свойства, что снижает качество выполняемых работ.

Известна также скважинная струйная установка для испытания и освоения скважин /Патент РФ №2190779, МПК F04F 5/02, F04F 5/44, опубл. 2002.10.10/, содержащая пакер, колонну труб и струйный насос. В корпусе насоса установлено активное сопло и выполнен ступенчатый проходной канал с посадочным местом между ступенями для установки герметизирующего узла с осевым каналом. Установка снабжена излучателем и приемником-преобразователем физических полей. Выход насоса подключен к пространству, окружающему колонну труб, вход откачиваемой среды - к полости колонны труб ниже герметизирующего узла, а вход в активное сопло - к полости колонны труб выше герметизирующего узла. Проходной канал насоса выполнен параллельно оси колонны труб. Герметизирующий узел установлен с возможностью его замены поочередно на функциональные вставки: блокирующую, депрессионную, опрессовочную, вставку для записи кривых восстановления пластового давления и вставку для гидродинамического воздействия на пласт. Вставки выполнены с возможностью установки на них глубинных автономных приборов и пробоотборников и имеют приспособление для доставки и извлечения их из насоса с помощью канатной техники. Герметизирующий узел установлен с возможностью его перемещения вдоль каротажного кабеля выше наконечника, на котором установлен приемник-преобразователь физических полей.

Данная скважинная струйная установка позволяет производить опрессовку, воздействие на пласт при выполнении интенсификации притока и проводить ПГИ на депрессии и ГДИ. Однако для выполнения указанных работ необходима замена герметизирующего узла на другие функциональные вставки: опрессовочную, вставку для гидродинамического воздействия на пласт, вставку для записи кривых восстановления пластового давления. При проведении ПГИ на притоке непредвиденная остановка насосного агрегата приводит к нарушению процесса испытаний, а жидкость глушения при этом неизбежно попадает в продуктивные пласты, ухудшая их коллекторские свойства. Такие же негативные последствия происходят при смене функциональных вставок, что снижает качество выполняемых работ.

При проведении ГДИ отсутствует оперативная информация о забойном давлении, а после проведения ГДИ на скважинах с низкими пластовыми давлениями (ниже гидростатического) затруднен или невозможен срыв вставки из корпуса струйного насоса из-за перепада давления над и под вставкой для записи кривых восстановления пластового давления, что снижает надежность струйной установки.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является струйная скважинная установка /Патент РФ №2129672, МПК F04F 5/02, опубл. 1999.04.27/, содержащая пакер и установленный на колонне труб струйный насос с корпусом, активным соплом, камерой смешения, диффузором и запорным элементом с седлом, причем седло запорного элемента выполнено в корпусе струйного насоса, а запорный элемент выполнен с осевым каналом. Корпус струйного насоса снабжен несколькими посадочными местами для установки заглушек или сопел с камерами смешения и диффузорами, запорный элемент выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с кольцевыми уплотнительными манжетами со стороны внешней поверхности этого корпуса, а в цилиндрическом корпусе запорного элемента установлены верхний и нижний упорные элементы, между которыми размещены поочередно промежуточные упорные шайбы и эластичные прокладки.

Данная скважинная струйная установка позволяет производить ПГИ и ГДИ на различных депрессиях на пласт. Однако указанные исследования и работы по ремонту скважины проводят с применением поочередно сменяемых герметизирующего узла и других функциональных вставок. Остановки в процессе проведения испытаний для смены вставок снижают достоверность и качество получаемой информации. При проведении ПГИ на притоке непредвиденная остановка насосного агрегата приводит к нарушению процесса испытаний, а жидкость глушения при этом неизбежно попадает в продуктивные пласты, ухудшая их коллекторские свойства. Такие же негативные последствия происходят при смене функциональных вставок, что снижает качество выполняемых работ.

При проведении ГДИ отсутствует оперативная информация о забойном давлении, а после проведения ГДИ на скважинах с низкими пластовыми давлениями (ниже гидростатического) затруднен или невозможен срыв вставки из корпуса струйного насоса из-за перепада давления над и под вставкой для записи кривых восстановления пластового давления.

Особенностью проведения исследований в скважинах с низкими пластовыми давлениями является необходимость значительного снижения давления (создание депрессии) для обеспечения устойчивого притока в скважину пластового флюида, что создает значительный перепад давления в надпакерном и подпакерном пространстве скважины.

При исследовании скважины требуется многократное перемещение вверх и вниз геофизических приборов и запись их показаний в зоне продуктивного пласта на различных значениях депрессии для получения более достоверной информации. Так как в данной скважинной установке процесс испытаний на депрессии возможен только при непрерывной подаче жидкости под давлением в струйный насос, каротажный кабель постоянно обжат в самом нежелательном варианте эластичными прокладками под действием разницы суммарного давления (гидростатического и рабочего давления активной среды) в надпакерной зоне скважины и депрессии в подпакерной зоне скважины. Таким образом, кроме гидростатического давления, во время движения каротажного кабеля в запорном элементе действует добавочное давление, необходимое для работы струйного насоса. При этом каротажный кабель и эластичные прокладки интенсивно изнашиваются. Причем из-за значительного трения зажатого эластичными прокладками в запорном элементе каротажного кабеля под действием суммарного давления движение вниз геофизического прибора может не происходить при недостаточном суммарном весе геофизического прибора и части каротажного кабеля, находящейся ниже запорного элемента.

В случае упора выступов друг в друга при интенсивном износе нарушается герметичность запорного элемента, образуя перетечки скважинной среды из надпакерной зоны в подпакерную, снижая производительность установки. Вышеперечисленные недостатки снижают надежность работы струйной установки.

Задачей создания изобретения является повышение надежности и качества выполняемых работ.

Поставленная задача решается за счет того, что в скважинной струйной установке для освоения и испытания скважин с низкими пластовыми давлениями, содержащей установленные на колонне труб пакер и в затрубном пространстве скважины над пакером струйный насос, в корпусе которого размешены по меньшей мере одно активное сопло с камерой смешения и диффузором, выход которого сообщен с затрубным пространством скважины над пакером, выполнены канал подвода откачиваемой среды, проходной канал с седлом и перепускной канал, сообщающий канал подвода откачиваемой среды со входом в камеру смешения, а в седле проходного канала установлен герметизирующий узел, снабженный упорными и упругими элементами, с выполненным в нем осевым каналом под каротажный кабель с комплексным геофизическим прибором, расположенным со стороны канала подвода откачиваемой среды, согласно изобретению в корпусе струйного насоса выполнен разгрузочный канал, сообщающий затрубное пространство скважины над пакером и канал подвода откачиваемой среды, в перепускном канале установлен обратный клапан, а в разгрузочном канале - цилиндрический клапан, перекрывающий его в исходном положении и имеющий связанную с перепускным каналом надклапанную полость с размещенной в ней пружиной.

На выходе диффузора может быть размещена вставная заглушка.

На фиг.1 представлен продольный разрез описываемой скважинной струйной установки, на фиг.2 - вид А-А на фиг.1.

Струйная скважинная установка для освоения и испытания скважин с низкими пластовыми давлениями содержит установленные на колонне 1 труб пакер 2 и в затрубном пространстве 3 скважины над пакером 2 струйный насос, в корпусе 4 которого размещены по меньшей мере одно активное сопло 5 с камерой смешения 6 и диффузором 7. Выход диффузора 7 сообщен с затрубным пространством 3 скважины над пакером 2. В корпусе 4 выполнены канал 8 подвода откачиваемой среды, проходной канал 9 с седлом 10 и перепускной канал 11, сообщающий канал 8 подвода откачиваемой среды со входом в камеру смешения 6, а в седле 10 проходного канала 9 установлен герметизирующий узел 12 с выполненным в нем осевым каналом 13 под каротажный кабель 14. В герметизирующем узле 12 размещены упорные элементы 15 и эластичные прокладки 16. Со стороны канала 8 подвода откачиваемой среды к каротажному кабелю 14 крепится комплексный геофизический прибор 17. В корпусе струйного насоса также выполнен разгрузочный канал 18, сообщающий затрубное пространство 3 скважины над пакером 2 и канал 8 подвода откачиваемой среды. В перепускном канале 11 установлен обратный клапан 19, а в разгрузочном канале 18 - цилиндрический клапан 20, перекрывающий его в исходном положении и имеющий связанную каналом 21 с перепускным каналом 11 надклапанную полость 22 с размещенными в ней пружиной 23 и регулировочными шайбами 24.

На выходе диффузора размещена вставная заглушка 25.

Скважинная струйная установка работает следующим образом.

Струйный насос и пакер 2 скважинной струйной установки опускают в скважину на колонне 1 труб и располагают над продуктивным пластом. Приводят пакер 2 в рабочее положение, разобщая затрубное пространство 3 скважины. На каротажном кабеле 14 спускают герметизирующий узел 12 и комплексный геофизический прибор 17, при этом герметизирующий узел 12 располагают в седле 10 проходного канала 9, а комплексный геофизический прибор 17 располагают ниже струйного насоса в изучаемой зоне продуктивного пласта.

Герметизирующий узел 12 с упорными элементами 15 и эластичными прокладками 16 разобщает колонну 1 труб и одновременно за счет наличия осевого канала 13 не препятствует движению каротажного кабеля 14. В скважине комплексным геофизическим прибором 17 производят фоновые замеры давления, температуры и других физических полей в пространстве до забоя скважины (продуктивного пласта).

Подачей давления в затрубное пространство 3 скважины над пакером 2 производят опрессовку пакера 2 и колонны 1 труб, при этом вставная заглушка 25, размещенная на выходе диффузора 7, герметизирует струйный насос со стороны затрубного пространства 3 скважины. В колонну 1 труб нагнетают активную рабочую среду, которая, истекая из сопла 5 в камеру смешения 6, под действием создаваемого давления выталкивает установленную в диффузоре 7 вставную заглушку 25 и потоком жидкости выносит ее из скважины. Одновременно, при нагнетании активной среды в колонну 1 труб под давлением, превышающем давление в подпакерном пространстве, упорные элементы 15 разжимают эластичные прокладки 16 в герметизирующем узле 12, обжимая каротажный кабель 14, что позволяет герметично разделить подпакерное пространство от пространства колонны 1 труб.

Под действием истекающей из сопла 5 струи активной среды в камере смешения 6 образуется смесь активной среды и откачиваемой среды с передачей последней части кинетической энергии активной среды. В диффузоре 7 кинетическая энергия смеси сред частично преобразуется в потенциальную энергию давления, под действием которого из струйного насоса смесь сред по затрубному пространству 3 истекает из скважины. Увлекаемая в камеру смешения 6 откачиваемая среда вызывает снижение давления (депрессию) сначала на входе в камеру смешения 6, а затем, после открытия обратного клапана 19, в перепускном канале 11, канале 8 подвода откачиваемой среды и, наконец, в подпакерном пространстве скважины.

В результате пластовая среда по подпакерному пространству и каналу 8 подвода откачиваемой среды через перепускной канал 11 и установленный в нем обратный клапан 19 поступает на вход камеры смешения 6, где смешивается с активной средой и, выйдя из диффузора 7 по затрубному пространству 3 скважины над пакером, поступает из скважины на поверхность.

В ходе откачки пластовой среды создают последовательно несколько значений депрессии на продуктивный пласт и фиксируют на каждой депрессии комплексным геофизическим прибором 17 изменение забойного давления, температуры, расхода и других параметров вдоль изучаемого интервала пласта. При этом, создав необходимое значение депрессии, прекращают подачу по колонне 1 труб активной среды, останавливая работу струйного насоса. Гидростатическим давлением столба жидкости над струйным насосом закрывается обратный клапан 19, разобщая надпакерную зону от подпакерной зоны. Затем для получения более достоверной информации необходимое количество раз на различных скоростях перемещают комплексный геофизический прибор 17 вверх и вниз вдоль изучаемого интервала пласта.

Во время перемещений комплексного геофизического прибора 17 на упругие элементы 15 герметизирующего узла 12, обжимающие каротажный кабель 14, сверху действует только гидростатическое давление (без дополнительного давления активной среды), снижая усилие обжатия каротажного кабеля 14 и силу трения в герметизирующем узле 12 и, как следствие, уменьшая износ упругих элементов 15 и каротажного кабеля 14, а также снижая усилие перемещения комплексного геофизического прибора 17 не только вверх, но и, особенно, вниз.

Непредвиденная остановка насосного агрегата не приводит к нарушению процесса испытаний, а жидкость глушения (или активная среда) не создает репрессию на пласт и не загрязняет его.

Таким образом, установка обратного клапана 19 в перепускном канале 11 повышает надежность струйной установки и качество выполняемой работы.

После проведения ПГИ возможно выполнение гидродинамического воздействия на пласт с целью очистки призабойной зоны пласта и возможного приобщения неработающих интервалов пласта.

Для проведения гидродинамического воздействия (гидроударов) на пласт струйным насосом снижают давление в подпакерном пространстве до расчетного, определяемого настройкой пружины 23 цилиндрического клапана 20 с помощью регулировочных шайб 24.

Снижение давления в канале 8 подвода откачиваемой среды и перепускном канале 11, а также связанной с ними каналом 21 надклапанной полости 22 дает возможность под действием силы, создаваемой гидростатическим давлением в затрубном пространстве скважины, сместить клапан 20, сжимая пружину 23. При этом открывается разгрузочный канал 18, сообщающий затрубное пространство скважины и канал 8 подвода откачиваемой среды. Гидростатическое давление мгновенно передается в подпакерное пространство, создавая гидроудар на призабойную зону пласта. После этого цилиндрический клапан 20 закрывается, а струйный насос, продолжая работать, вновь понижает давление в подпакерном пространстве скважины до следующего гидроудара. Создаваемые на призабойную зону пласта чередующиеся депрессии и репрессии позволяют очищать ее от кальматирующих частиц.

На этой же компоновке оборудования выполняют гидродинамические испытания с целью определения фильтрационных характеристик продуктивного пласта. Для этого снижают давление в подпакерном пространстве скважины до расчетного и останавливают работу струйного насоса. Обратный клапан 19 гидростатическим давлением закрывается. После этого производится запись кривой восстановления пластового давления. Комплексным геофизическим прибором 17 осуществляют оперативный контроль как процесса снижения давления, так и его восстановления, что помогает качественно выполнить исследования. Запись кривых восстановления пластового давления может быть проведена многократно при оперативно-контролируемых различных депрессиях.

После восстановления пластового давления, которое при низких пластовых давлениях ниже гидростатического, на герметизирующий узел действует указанный перепад давления и, соответственно, сила, прижимающая герметизирующий узел 12 к седлу 10 проходного канала 9 и препятствующая срыву герметизирующего узла 12 из корпуса 4 струйного насоса.

Подачей давления в затрубное пространство скважины создают усилие, действующее на цилиндрический клапан 20, который, сжимая пружину 23, открывает разгрузочный канал 18, связывая затрубное пространство скважины над пакером 2 с подпакерным пространством, выравнивая таким образом давление над и под герметизирующим узлом 12. После этого возможен подъем герметизирующего узла 12.

Выполнение в корпусе 4 струйного насоса разгрузочного канала 18 с установленным в нем цилиндрическим клапаном 20, сообщающего затрубное пространство скважины над пакером 2 и канал 8 подвода откачиваемой среды, позволяет повысить надежность работы струйной установки.

Размещение на выходе диффузора 7 вставной заглушки 25 позволяет повысить надежность работы струйной установки, исключив дополнительный спуск и установку в седло 10 проходного канала 9 опрессовочной вставки.

Установка предназначена для освоения и испытания скважин с низкими пластовыми давлениями. На колонне 1 труб установлен пакер 2. В затрубном пространстве (ЗП) 3 скважины над пакером 2 установлен струйный насос (СН). В корпусе 4 СН размещены активное сопло 5 с камерой смешения 6 и диффузором 7. Выход диффузора 7 сообщен с ЗП 3 скважины над пакером 2. В корпусе 4 выполнены канал 8 подвода откачиваемой среды, проходной канал 9 с седлом 10 и перепускной канал (ПК) 11, сообщающий канал 8 со входом в камеру смешения 6. В седле 10 установлен герметизирующий узел 12 с выполненным в нем осевым каналом 13 под каротажный кабель 14. В герметизирующем узле 12 размещены упорные элементы 15 и эластичные прокладки 16. Со стороны канала 8 к каротажному кабелю 14 крепится комплексный геофизический прибор 17. В корпусе 4 СП также выполнен разгрузочный канал 18, сообщающий ЗП 3 и канал 8. В ПК 11 установлен обратный клапан 19, а в разгрузочном канале 18 - цилиндрический клапан 20, перекрывающий его в исходном положении. Разгрузочный канал 18 имеет связанную каналом 21 с ПК 11 надклапанную полость 22 с размещенными в ней пружиной 23 и регулировочными шайбами 24. На выходе диффузора 7 размещена вставная заглушка 25. Выполнение разгрузочного канала 18 и установка обратного клапана 19 в ПК 11 повышает надежность струйной установки и качество выполняемой работы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Скважинная струйная установка для освоения и испытания скважин с низкими пластовыми давлениями, содержащая установленные на колонне труб пакер и в затрубном пространстве скважины над пакером струйный насос, в корпусе которого размещены, по меньшей мере, одно активное сопло с камерой смешения и диффузором, выход которого сообщен с затрубным пространством скважины над пакером, выполнены канал подвода откачиваемой среды, проходной канал с седлом и перепускной канал, сообщающий канал подвода откачиваемой среды со входом в камеру смешения, а в седле проходного канала установлен герметизирующий узел, снабженный упорными и упругими элементами, с выполненным в нем осевым каналом под каротажный кабель с комплексным геофизическим прибором, расположенным со стороны канала подвода откачиваемой среды, отличающаяся тем, что в корпусе струйного насоса выполнен разгрузочный канал, сообщающий затрубное пространство скважины над пакером и канал подвода откачиваемой среды, в перепускном канале установлен обратный клапан, а в разгрузочном канале - цилиндрический клапан, перекрывающий его в исходном положении и имеющий связанную с перепускным каналом надклапанную полость с размещенной в ней пружиной.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на выходе диффузора размещена вставная заглушка.