ГРЯЗЕВЫЙ НАСОС ДЛЯ ОЧИСТКИ ЗАБОЯ СКВАЖИН ОТ ПЕСЧАНЫХ И ШЛАМОВЫХ ПРОБОК Российский патент 2010 года по МПК E21B37/00 

Изобретение относится к эксплуатации и ремонту скважин и может быть использовано для очистки скважин от забойных песчаных и шламовых пробок с применением специальной технологии и манжетного грязевого насоса в условиях аномально низких пластовых давлений (АНПД).

На месторождениях при поздних стадиях разработки при гравитационном режиме с аномально низкими пластовыми давлениями и гидродинамическими уровнями из-за отсутствия системы поддержания пластового давления, особенно со скважинами с открытыми (необсаженными) частями продуктивной части ствола, вопрос очистки забойных пробок всегда оставался актуальным.

Анализ существующего уровня технологий в данной области показал, что известно удаление песчаных пробок желонками. Этот метод заключается в последовательном спуске на забой и подъеме желонки с применением тартально-канатной системы. При очистке скважины от рыхлых пробок и небольшом статическом уровне столба жидкости применяются простые желонки и автоматические.

Двухкамерная желонка гидравлического действия ЖД-89 конструкции АзИНМАШ (фиг.1) состоит из полого штока (3), корпуса (4), представляющего собой воздушную сверху и песочные камеры, межкамерного клапана (5), заслонки (6), поворотного обратного клапана 7, съемного наконечника (8) и ушка (1) с шариковым клапаном (2). Тартальный канат прикрепляют к желонке за ушко (1) и перед спуском в скважину закрывают окно песочной камеры заслонкой (6). Во время спуска желонки в скважину воздушная камера герметично закрывается с одного конца межкамерным клапаном (5) и в верхней части - уплотнителем между полым штоком (3) и головкой желонки. Полый шток (3) с наконечником (8) опускается в песочную пробку и, упершись в шток клапана (5), открывает сообщение между воздушной и песочными камерами. В это время жидкость с песком под действием перепада давления устремляется из скважины в песочную камеру желонки. После выравнивания давления в камерах желонки клапаны (5) и (7) закрываются. Тогда желонку извлекают из скважины и, открыв заслонку (6), освобождают ее от песка (Аминов А.Д. и др. Справочная книга по текущему и капитальному ремонту нефтяных скважин. - М.: Недра, 1979).

Наиболее близкой к изобретению в части устройства, как объекта изобретения, по технической сущности и достигаемому результату является технология удаления песчаных пробок с применением гидробура (фиг.2). Гидробур «ГБ-90 состоит: из долота (9); желонки (5); поршневого насоса (3); штока с поршнем 2 в нижней части и с ушком верхней части для соединения тартальным канатом (1); корпуса насоса; бокового клапана - перепускного отверстия (11); корпуса желонки; шарикового клапана (4); центральной трубы (6). Гидробур спускают в скважину (10) до забойной пробки (7), после удара приподнимают на 2-3 метра и вновь ударяют долотом о поверхность пробки. При ударе поршень со штоком (2) за счет массы движется вниз, шариковый клапан (4) закрывает проходное отверстие между насосом (3) и желонкой (5), при движении штока с поршнем (2) вверх шариковый клапан (4) приподнимается и закрывает боковое перепускное отверстие (11). При очередном подъеме плунжер засасывает жидкость с песком (7) из-под долота (9), затем песок попадает в желонку, а жидкость - в поршневой насос (3). Гидробур на тартальном канате (1) поднимается на поверхность, очищают от песка и грязи. Процесс повторяют многократно до прекращения проходки, то есть до достижения наиболее плотной части забойной пробки (Аминов А.Д. и др. Справочная книга по текущему и капитальному ремонту нефтяных скважин. - М.: Недра, 1979).

Недостатками удаления забойных песчаных пробок гидробуром и желонками с применением тартального каната являются:

1. Длительность процесса.

2. Необходимость приобретения тартального каната необходимой длины по специальному заказу, так как заводы-изготовители выпускают канаты стандартной длины 1000 м.

3. Необходимость в использовании второго барабана с лебедкой (подъемной установки) для намотки и вымотки тартального каната.

4. Малоэффективность из-за удаления только рыхлых песчаных пробок, невозможность разрушения и удаления уплотненных пробок.

5. Возможность истирания эксплуатационной колонны трением каната о стенки эксплуатационной колонны.

6. Возможность обрыва тартального каната, образование петель и жучков при работе на скважинах с открытыми стволами продуктивной части, а также обрыва каната при входе желонки в башмак колонны.

7. Недопустимость чистки забойных пробок желонками при наличии сломов и смятий в колонне.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является увеличение нефтеотдачи пласта, увеличение производительности и межремонтного периода работы скважин.

Поставленная задача достигается тем, что в грязевом насосе для очистки забоя скважин от песчаных и шламовых пробок, включающем цилиндр насоса, к нижней части которого жестко присоединен рыхлитель с зубьями, согласно изобретению между рыхлителем с зубьями и цилиндром насоса установлен узел широкопроходного всасывающего клапана, состоящий из седла, шара и клетки, в цилиндре насоса расположен манжетный плунжер с узлом широкопроходного нагнетательного клапана, манжетный плунжер состоит из широкопроходного патрубка с резьбовыми частями с обоих концов, на которые навинчены стяжная муфта снизу и соединительная муфта, к которой присоединен узел широкопроходного нагнетательного клапана, состоящий из седла с шаром и клетки, рабочая - уплотняющая часть манжетного плунжера выполнена из секций-манжет резинотканевого материала, между секциями-манжетами установлены металлические кольца, кольца и секции-манжеты сжимаются муфтами, чем достигается уплотнение рабочих элементов плунжера в цилиндре насоса.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, обеспечивает полное разрушение и вынос песчаных и шламовых пробок с использованием специальной технологии и грязевого насоса с манжетным плунжером.

Очистка скважин от забойных песчаных и шламовых пробок проводится поэтапно: 1 этап - разрушение и разрыхление забойных пробок любой плотности с применением забойных двигателей с долотом, работы на этом этапе ведутся без выхода циркуляции жидкости; 2 этап - частичное удаление, разрушение крупных частиц шлама, увеличение проницаемости призабойной зоны пласта соляно-кислотной обработкой кислотой малой концентрации 5-7% и в большом объеме 30-50 м³. Малая концентрация кислоты замедляет процесс реагирования, и кислота проникает глубоко в пласт, после реагирования образует растворимые соли, которые легко извлекаются в процессе эксплуатации; 3 этап - извлечение шлама и песка, а также неразрушенных крупных частиц с применением грязевого насоса заявляемой конструкции, позволяющего производить откачку в неограниченном объеме на скважинах до 1150-1200 м.

Конструкция заявленного грязевого насоса для очистки скважин от забойных песчаных и шламовых пробок поясняется чертежами (фиг.3, фиг.4, фиг.5).

На фиг.3 представлена общая схема основных узлов грязевого насоса.

На фиг.4 представлена общая схема манжетного плунжера, продольный разрез.

На фиг.5 представлен общий вид работы насоса.

1 - переводник, 2 - соединительная муфта, 3 - широкопроходной патрубок, 4 - металлические кольца, 5 - стяжная муфта, 6 - рыхлитель с зубьями, 7 - узел широкопроходного всасывающего клапана, состоящий из седла и шара, 8 - клетка, 9 - (уплотняющая) часть плунжера, 10 - узел широкопроходного нагнетательного клапана, состоящий из седла с шаром, 11 - клетка, 12 - цилиндр насоса, 13 - переводник, 14 - скважина, 15 - колонна НКТ, 16 - колонна штанг, 17 - шток, 18 - манжетный плунжер, 19 - забойная пробка.

Грязевый насос (фиг.3) состоит из цилиндра насоса 12, к нижней части жестко присоединен рыхлитель с зубьями 6. Между рыхлителем и цилиндром насоса установлен узел широкопроходного всасывающего клапана 7, состоящий из седла, шара и клетки 8, в цилиндре насоса расположен манжетный плунжер 18 (общий вид на фиг.5) с узлом широкопроходного нагнетательного клапана 10, для соединения с колонной штанг 16 к манжетному плунжеру, соединен шток 17, цилиндр насоса 12 присоединяется к колонне НКТ 15 через переводник 13. Грязевый насос спускается в скважину 14 в собранном виде.

Манжетный плунжер (фиг.4) состоит из широкопроходного патрубка 3 (НКТ 60 мм) с резьбовыми частями с обоих концов, на которые навинчены стяжная муфта 5 снизу и соединительная муфта 2, к которой присоединен узел широкопроходного нагнетательного клапана, состоящий из седла с шаром 10 и клетки 11. Для соединения манжетного плунжера с колонной штанг служат муфта 2 и переводник 1. Рабочая - уплотняющая часть манжетного плунжера 9 состоит из секций-манжет резинотканевого материала, количество секций манжет зависит от толщины резинотканевого материала, для передачи жесткости между секциями установлены металлические кольца 4. Металлические кольца 4 и секции манжеты сжимаются муфтами 5 и 2, чем достигается уплотнение рабочих элементов плунжера в цилиндре насоса.

Насос в сборе спускается в скважину 14, на колонне НКТ 15 диаметром 73 или 89 мм, затем для передачи возвратно-поступательного движения от талевой системы подъемного агрегата к манжетному плунжеру насоса спускается колонна штанг 16 и соединяется со штоком 17 манжетного плунжера.

При удалении песчаных пробок на водяных, артезианских и нефтяных скважинах, имеющих чисто песчаную пробку (без сцементированного шлама), насос спускается до забойной пробки 19, посадкой рыхлителя с зубьями 6 через колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 15 на определенную нагрузку на песчаную пробку и приподъемом рыхлителя с зубьями 6 производится разрушение и рыхление пробки, после прохождения определенной глубины производится откачка песчано-жидкостной смеси грязевым насосом, подачей смеси выше насоса в колонну НКТ 15. Процесс повторяется до достижения запланированной глубины или забоя скважины.

При удалении забойных пробок с применением вышеуказанной технологии разрушения забойных пробок и кислотной обработкой на скважинах с открытым стволом продуктивной части пласта, обсаженных колоннами и перфорированных в продуктивной части, насос спускается до погружения в шламо-жидкостную смесь выше забоя на 10-15 м (в зависимости от мощности пробки), производится промежуточная откачка и откачка грязи с допуском насоса до запланированной глубины или на 2-3 м выше забоя. Откачка грязи производится с выходом жидкости через колонну НКТ 15 на поверхность в неограниченном объеме или до роста нагрузки на колонну штанг 16 до приведенной - в данном случае при необходимости производится дополнительный подъем-спуск насоса и откачка грязи.

Грязевый насос работает следующим образом: при ходе манжетного плунжера 18 вверх приводимый в движение от талевой системы грузоподъемного агрегата через колонну штанг 16 широкопроходной нагнетательный клапан 10 закрывается, жидкость (смесь), находящаяся выше манжетного плунжера, подается в колонну НКТ 15, широкопроходной всасывающий клапан 7 открывается, в нижней части цилиндра (ниже плунжера) создается вакуум и происходит заполнение цилиндра 12 шламо-жидкостной смесью. При ходе манжетного плунжера 18 вниз широкопроходной всасывающий клапан 7 закрывается, плунжер 18 погружается в шламо-жидкостную смесь, находящуюся в нижней части цилиндра 12 с открытым нагнетательным клапаном 10. Процесс повторяется до извлечения необходимого объема смеси.

Широкопроходной всасывающий клапана 7, широкопроходной нагнетательный клапан 10 и манжетный плунжер 18 предотвращают преждевременный отказ насоса или заклинивание плунжера 18 в цилиндре насоса 12, с также высокая производительность насоса (до 60-70 л за 1 ход плунжера) позволяет откачивать шламо-жидкостные смеси с крупными частицами.

Предлагаемая конструкция грязевого насоса позволяет изготавливать его в условиях мастерских из общедоступных материалов, без особых затрат. Испытания изготовленных опытных образцов и технологии очистки забойных пробок на практике показали высокую эффективность, многократное увеличение дебитов скважин и МРП.

Изобретение относится к эксплуатации и ремонту скважин и используется для очистки скважин от забойных песчаных и шламовых пробок с применением специальной технологии и манжетного грязевого насоса в условиях аномально низких пластовых давлений. Техническим результатом является увеличение нефтеотдачи пласта, производительности и межремонтного периода работы скважин. Насос включает цилиндр, к нижней части которого жестко присоединен рыхлитель с зубьями. Между рыхлителем и цилиндром насоса установлен узел широкопроходного всасывающего клапана, состоящий из седла, шара и клетки. В цилиндре насоса расположен манжетный плунжер с узлом широкопроходного нагнетательного клапана. Манжетный плунжер состоит из широкопроходного патрубка с резьбовыми частями с обоих концов, на которые навинчены стяжная муфта снизу и соединительная муфта, к которой присоединен узел широкопроходного нагнетательного клапана, состоящий из седла с шаром и клетки. Рабочая - уплотняющая часть манжетного плунжера выполнена из секций-манжет резинотканевого материала. Между секциями-манжетами установлены металлические кольца. 5 ил.

Грязевый насос для очистки забоя скважин от песчаных и шламовых пробок, включающий цилиндр насоса, к нижней части которого жестко присоединен рыхлитель с зубьями, отличающийся тем, что между рыхлителем и цилиндром насоса установлен узел широкопроходного всасывающего клапана, состоящий из седла, шара и клетки, в цилиндре насоса расположен манжетный плунжер с узлом широкопроходного нагнетательного клапана, манжетный плунжер состоит из широкопроходного патрубка с резьбовыми частями с обоих концов, на которые навинчены стяжная муфта снизу и соединительная муфта, к которой присоединен узел широкопроходного нагнетательного клапана, состоящий из седла с шаром и клетки, рабочая - уплотняющая часть манжетного плунжера выполнена из секций-манжет резинотканевого материала, между секциями-манжетами установлены металлические кольца.