УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СКВАЖИННОГО ФИЛЬТРА Российский патент 2010 года по МПК E21B37/08 E21B43/08 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при освоении нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство для очистки скважинного фильтра по патенту РФ на полезную модель №65958, которое содержит трубчатый корпус, частично заполненный электролитом, электрод, кабельный наконечник и геофизический кабель, подстыкованный к нему для подвода электроэнергии. Устройство предназначено для очистки внутренней поверхности труб нефтяных и газовых скважин от гидратных и парафиновых отложений методом нагрева этих отложений до температур выше температуры плавления.

Недостатком этого устройства является то, что оно не способно очистить скважинный фильтр от механических отложений.

Известно устройство для очистки скважинного фильтра по патенту РФ №2261986, прототип, содержащее установленный в корпусе, ультразвуковой излучатель, соединенный через кабельный наконечник и кабель с источником электроэнергии, находящимся на поверхности земли.

Недостатком устройства является невозможность его перемещения по горизонтальному участку скважины или участку, имеющему небольшой наклон, т.к. его перемещение осуществляется под действием собственного веса.

Задача создания изобретения - обеспечение очистки скважинного фильтра и доставки устройства для очистки в горизонтальный участок скважины.

Устройство для очистки скважинного фильтра, включающее генератор колебаний, установленный в корпусе, и средства доставки генератора колебаний на забой скважины и подвода электроэнергии, отличающееся тем, что в качестве средства подвода электроэнергии используется геофизический кабель, а средство доставки генератора колебаний содержит электродвигатель с гидравлическим движителем, при этом электродвигатель и генератор колебаний установлены в герметичном корпусе, при этом гидравлический движитель выполнен с двумя гребными винтами, соединенными с электродвигателем через механизм передачи для обеспечения возможности вращения в противоположные стороны. В качестве генератора колебаний может быть применен ультразвуковой генератор. В качестве генератора колебаний может быть применен вибратор. На герметичном корпусе могут быть выполнены ребра, выполняющие функцию центратора. Геофизический кабель может быть подключен через кабельный наконечник к генератору колебаний и электродвигателю. Снаружи ребра могут быть закрыты оболочкой в виде трубы. Гидравлический движитель может содержать, по меньшей мере, один гребной винт. Механизм передачи может быть выполнен с одним ведущим и двумя ведомыми валами. Гребные винты могут быть установлены на ведомых валах, выполненных параллельно или на соосных ведомых валах, а механизм передачи выполнен в виде планетарной дифференциальной передачи. Герметичный корпус может быть выполнен с компенсатором давления и температурного расширения.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…12, где:

на фиг.1 приведен первый вариант исполнения устройства,

на фиг.2 приведено устройство, имеющее гидравлический движитель с приводом, выполненный в виде двух тянущих гидравлических винтов,

на фиг.3 приведено устройство, имеющее гидравлический движитель с приводом, выполненный в виде двух толкающих гидравлических винтов,

на фиг.4 приведено устройство с внешним защитным кожухом,

на фиг.5 приведен разрез А-А,

на фиг.6 приведен разрез Б-Б,

на фиг.7 приведен первый вариант гидравлического движителя,

на фиг.8 приведен вид В для первого варианта гидравлического движителя,

на фиг.9 приведен второй вариант гидравлического движителя,

на фиг.10 приведен вид Г для второго варианта гидравлического движителя,

на фиг.11 приведен второй вариант исполнения устройства,

на фиг.12 приведен третий вариант исполнения устройства.

Существующие методы восстановления дебита скважины трудоемкие, и дорогостоящие, и требуют прекращения добычи нефти или газа на значительное время. Кроме того, доставка устройства очистки фильтра в горизонтальную скважину является технически сложной задачей.

Устройство (фиг.1) предназначено для спуска в обсадную колонну 1 внутрь скважинного фильтра 2, установленного в продуктивном пласте 3 для очистки скважинного фильтра 2 при кольматации акустическими или механическими колебаниями, например звуком, ультразвуком, вибрацией или сочетанием этих видов колебаний.

Скважинный фильтр 2, как правило, выполнен в виде перфорированной трубы 4 с отверстиями «Д» и фильтрующим элементом 5. Фильтрующий элемент 5 может быть сетчатым, щелевым или из пористого материала. При эксплуатации фильтрующий элемент 5 забивается (происходит кольматация) посторонними частицами, в результате чего дебит скважины резко уменьшается.

Первый вариант устройства (фиг.1…10) содержит установленные в герметичном корпусе 6 генератор колебаний 7 и средство доставки 8. Устройство имеет на одном из торцов кабельный наконечник 9, к которому подключен геофизический кабель 10. Геофизический кабель 10 намотан на катушку 11 и подключен к пульту управления 12, к которому в свою очередь подключен источник питания электроэнергией 13 - аккумулятор или электрическая сеть. На кабеле 10 установлен датчик измерения длины кабеля 14.

Для доставки генератора колебаний 7 в горизонтальную скважину использован гидравлический движитель 15 с электродвигателем 16. Возможны несколько вариантов гидравлического движителя 15, например с одним или двумя гребными винтами.

Для предотвращения скручивания кабеля 10 можно использовать движитель 15 (фиг.2…4) с двумя гребными винтами 17 и 18, установленными на ведомых валах 19 и 20 и имеющих возможность вращения в противоположные стороны. Герметичный корпус 6 установлен на ребрах 21, выполняющих роль центратора. Между электродвигателем 16 и гребными винтами 17 и 18 должен быть установлен механизм передачи 22 (редуктор или мультипликатор) для согласования частот вращения ротора электродвигателя 16 и гребных винтов 17 и 18. Внутренняя полость герметичного корпуса 6 и механизма передачи 22 заполнена смазывающей жидкостью и уплотнена по ведомым валам 19 и 20. Внутри герметичного корпуса 6 выполнен компенсатор давления и температурного расширения 23 (фиг.2…4). Компенсатор давления и температурного расширения 23 предназначен для компенсации разных коэффициентов температурного расширения металла, из которого выполнены корпуса, и смазывающей жидкости, а также предотвращения смятия герметичного корпуса высоким давлением, действующим в скважине. Гидростатическое давление в скважине может достигать, в зависимости от ее глубины, 60…80 МПа. Кроме того, компенсатор давления и температурного расширения 23 компенсирует расход смазывающей жидкости и предотвращает попадание компонентов окружающей среды в смазывающую жидкость.

Электродвигатель 16 и генератор колебаний 7 установлены внутри герметичного корпуса 6. В качестве генератора колебаний могут быть использованы ультразвуковой генератор, вибратор и т.д. К генератору колебаний 7 радиально подстыкованы акустические излучатели 24.

На торце герметичного корпуса 6, противоположном торцу, установлены гребные винты 17 и 18 закреплен выходной обтекатель 25 со стабилизаторами 26.

В устройстве может быть применена оболочка 27, выполненная цилиндрической, в виде трубы и закрепленная на ребрах 21 (фиг.3 и 4). Внутри оболочки 27 образован кольцевой зазор «Е». Оболочка 27 может закрывать устройство частично, например, только гребные винты (фиг.3) или полностью (фиг.4).

Возможен вариант исполнения средства доставки 8 с толкающими гидравлическими винтами (фиг.3). В этом случае провода 28 проложены в защитном пазе 29 (фиг.3), а геофизический кабель 10 подсоединен к кабельному наконечнику 9, установленному на торце выходного обтекателя 25.

Возможны два варианта исполнения гидравлического движителя:

Первый вариант гидравлического движителя приведен на фиг.7 и 8. Гребные винты 17 и 18 установлены в одной плоскости, а ведомые валы 19 и 20 параллельны. Механизм передачи 22 содержит ведущий вал 30, ведущую шестерню 31, установленную на нем. В зацеплении с ведущей шестерней 31 механизма передачи 22 находится промежуточная шестерня 32, установленная на одном из ведомых валов 19, вторая промежуточная шестерня 33 установлена на этом же валу и входит в зацепление с ведомой шестерней 34, установленной на ведомом валу 20. Это обеспечивает противоположное вращение гидравлических винтов 17 и 18 и предотвращает вращение герметичного корпуса 6 и закручивание геофизического кабеля 10.

Второй вариант гидравлического движителя приведен на фиг.9 и 10.

Гребные винты 17 и 18 установлены соосно (фиг.9) на ведомых валах 19 и 20, выполненных концентрично, при этом ведомый вал 19 проходит внутри ведомого вала 20. Наиболее предпочтительное исполнение передачи в противоположное вращение двух соосных ведомых валов 19 и 20 - это применение редуктора или мультипликатора в виде эпициклического зубчатого механизма, например дифференциального планетарного редуктора. Механизм передачи 22 содержит (фиг.9) установленное на ведущем валу 30 центральное колесо 35, солнечное колесо 36, сателлиты 37, установленные на водиле 38.

Второй вариант устройства (фиг.11) содержит колону насосно-компрессорных труб 39, на которой закреплен герметичный корпус 6 генератора колебаний 7.

Третий вариант устройства (фиг.12) содержит штанги 40, на нижнем конце которых закреплен герметичный корпус 6 генератора колебаний 7.

Работа первого варианта устройства (фиг.1…10).

После длительной эксплуатации скважины в результате кольматации скважинного фильтра 2 резко уменьшается дебит добываемого продукта. В обсадную колонну 1 спускают устройство на геофизическом кабеле 10. Вертикальный участок скважины устройство проходит под действием силы тяжести, при этом геофизический кабель 10 разматывается с катушки 11, и датчик длины кабеля 14 определяет глубину, на которую спущено устройство. По горизонтальному участку скважины или по участку, имеющему уклон меньше чем 5…7 градусов, перемещение устройства без посторонних сил невозможно. Поэтому с пульта управления 12 включают подачу электроэнергии на электродвигатель 16, который вращает, например, гребные винты 17 и 18 гидравлического движителя 15. За счет противоположного вращения гребных винтов 17 и 18 на герметичный корпус 6 не действует вращающий момент, и он не вращается, и геофизический кабель 10 не закручивается.

Промывочная жидкость гребными винтами 17 и 18 отбрасывается через кольцевой зазор «Е». При этом создается реактивная сила, перемещающая устройство вперед. При прохождении устройства внутри скважинного фильтра 2 (скважинных фильтров, если их установлено несколько) с пульта управления 12 включается генератор колебаний 7, который посредством акустических излучателей 24 направляет энергию акустических колебаний радиально по отношению к фильтрующему элементу 5. Акустическое или вибрационное воздействие на фильтрующий элемент 5 и вызывает отслоение твердых частиц, засоривших фильтрующие ячейки или щели. Скважинный фильтр 2 в результате этого очищается.

Положение устройства в скважине и привязку к интервалу установки скважинных фильтров определяют при помощи датчика измерения длины кабеля 14.

После проведения очистки с пульта управления 12, отключают электродвигатель 16 и генератор колебаний 7. Наматывая геофизический кабель 10 на катушку 11, извлекают устройство из скважины. Скважину вновь вводят в эксплуатацию.

Работа второго варианта устройства (фиг.12).

Доставку генератора колебаний 7 внутрь скважинного фильтра 2, установленного на горизонтальном участке скважины, выполняют при помощи колонны НКТ (насосно-компрессорных труб) или транспортной колонны 39. Потом с пульта управления 12 включают генератор колебаний 7. Подвод энергии осуществляется по геофизическому кабелю 10.

Работа третьего варианта устройства (фиг.12)

Доставку генератора колебаний 7 внутрь скважинного фильтра 2, установленного на горизонтальном участке скважины, выполняют при помощи штанг 40. Далее выполняют очистку скважинного фильтра 2.

Применение предложенного технического решения (вариантов) позволило:

1. Обеспечить очистку скважинного фильтра от механических отложений.

2. Обеспечить доставку устройства в горизонтальный участок скважины.

3. Предотвратить скручивание геофизического кабеля из-за вращения устройства очистки скважинного фильтра при его продвижении в горизонтальной скважине.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при освоении нефтяных и газовых скважин. Устройство для очистки скважинного фильтра включает генератор колебаний, установленный в корпусе, и средства доставки генератора колебаний на забой скважины и подвода электроэнергии. В качестве средства подвода электроэнергии используется геофизический кабель. Средство доставки генератора колебаний содержит электродвигатель с гидравлическим движителем. Электродвигатель и генератор колебаний установлены в герметичном корпусе. Гидравлический движитель выполнен с двумя гребными винтами, соединенными с электродвигателем через механизм передачи для обеспечения возможности вращения в противоположные стороны. Техническим результатом является обеспечение очистки скважинного фильтра и доставки устройства для очистки в горизонтальный участок скважины, предотвращение скручивания геофизического кабеля из-за вращения устройства. 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для очистки скважинного фильтра, включающее генератор колебаний, установленный в корпусе и средства доставки генератора колебаний на забой скважины и подвода электроэнергии, отличающееся тем, что в качестве средства подвода электроэнергии используется геофизический кабель, а средство доставки генератора колебаний содержит электродвигатель с гидравлическим движителем, при этом электродвигатель и генератор колебаний установлены в герметичном корпусе, при этом гидравлический движитель выполнен с двумя гребными винтами, соединенными с электродвигателем через механизм передачи для обеспечения возможности вращения в противоположные стороны.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве генератора колебаний применен ультразвуковой генератор.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве генератора колебаний применен вибратор.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на герметичном корпусе выполнены ребра, выполняющие функцию центратора.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что геофизический кабель подключен через кабельный наконечник к генератору колебаний и электродвигателю.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снаружи ребра закрыты оболочкой в виде трубы.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм передачи выполнен с одним ведущим и двумя ведомыми валами.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что гребные винты установлены на ведомых валах, выполненных параллельно.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что гребные винты установлены на соосных ведомых валах, а механизм передачи выполнен в виде планетарной дифференциальной передачи.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что герметичный корпус выполнен с компенсатором давления и температурного расширения.