УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ВОДОНОСНЫХ И НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН Российский патент 2015 года по МПК E21B37/00 E21B43/25 

Изобретение относится к гидрокавитационной обработке продуктивных пластов и фильтров скважин и может быть использовано для очистки и восстановления работоспособности водоносных и нефтегазовых скважин.

Известно устройство для импульсной обработки продуктивных пластов и фильтров скважин (патент РФ №2211320, МПК Е21В 43/25, опубл. 2004 г.), включающее соединенный с высоконапорным насосом возбудитель кавитации, состоящий из диффузора и конфузора, связанных между собой соединительным элементом, включающее колонну труб, вибратор, состоящий из генератора колебаний давления жидкости с входным соплом и диффузором с углом раскрытия более 15° ствола, внутренний диаметр которого превышает не менее чем в 4 раза внутренний диаметр входного сопла, и выходного устройства, причем входное сопло сообщено с колонной труб и диффузором, а выходное устройство - со стволом и затрубным пространством; кроме того, оно снабжено размещенным над вибратором струйным насосом, состоящим из сопла, приемной камеры, камеры смешения и диффузора, причем вход сопла струйного насоса сообщен с колонной труб, камера смешения через обратный клапан и приемную камеру - с затрубным пространством, а его диффузор - с входным соплом вибратора.

Известное устройство имеет сложную конструкцию, включающую дополнительный насос, что снижает надежность этого устройства, и требует использования энерготехнологического оборудования высокой мощности, что обуславливает значительные энергозатраты при эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является известное устройство для гидрокавитационной обработки продуктивных пластов и фильтров (патент РФ на изобретение №2318115, МПК Е21В 43/25 от 16.11.2005), включающее высоконапорный насос, подводящую магистраль и возбудитель кавитации, состоящий из диффузора и конфузора, связанных между собой соединительным элементом, корпус, в котором расположен возбудитель кавитации, виброрезонатор, размещенный в полости соединительного элемента, представляющей собой расширительную камеру, выполненного в виде тела вращения, диаметр которого выбирают больше диаметра наименьшего проходного отверстия диффузора, при этом возбудитель кавитации установлен в корпусе с возможностью осевого перемещения.

Это устройство обладает недостаточной производительностью и качеством очистки внутренних поверхностей в затопленном состоянии, т.е. под водой. Истекающие из сопел струи в затопленную полость теряют большую часть кинетической энергии за счет сопротивления окружающей струйные потоки воды.

В результате снижается эффективность воздействия этих потоков на отложения и тем самым снижается качество очистки.

Технический результат, заключающийся в повышении эффективности и производительности при обработке продуктивных пластов и фильтров скважин в широком диапазоне изменения внешних условий за счет обеспечения максимальной степени развития кавитации без использования дополнительного энергоемкого оборудования, достигается в предлагаемом устройстве для очистки и восстановления работоспособности водоносных и нефтегазовых скважин, содержащем корпус с входным штуцером и кавитаторы, сопла которых направлены на обрабатываемую поверхность скважин, отличающемся тем, что оно содержит ротор с крыльчаткой и два шнека, при этом корпус выполнен из плотно соединенных между собой верхней и нижней частей с образованием внутренней полости, входной штуцер расположен по центральной оси в верхней части корпуса, внутри которого на входе в упомянутую внутреннюю полость закреплен первый шнек с обеспечением завихрения рабочей жидкости, внутри указанного ротора по центральной оси установлен второй шнек с обеспечением вращения ротора, причем встречные концы шнеков выполнены конусообразными, в роторе выполнены боковые каналы, кавитаторы установлены в нижней части корпуса, а оси кавитаторов расположены в одной плоскости с осями боковых каналов ротора с обеспечением гидродинамической пульсации истекающих из кавитаторов потоков рабочей жидкости.

Указанный технический результат достигается также и тем, что входной штуцер выполнен с возможностью перемещения по центральной оси с обеспечением регулировки частоты и амплитуды пульсаций истекающих из кавитаторов потоков рабочей жидкости.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами,

где на фиг. 1 представлена конструкция устройства в разрезе,

на фиг. 2 приведен вид устройства в рабочем состоянии с образованием суперкавитационных каверн в истекающих из кавитаторов струй жидкости,

на фиг. 3 приведена фотография, иллюстрирующая процесс истечения из кавитаторов пульсирующих кавитационных струй жидкости,

фиг. 4 иллюстрирует растекание кавитационных пульсирующих струй жидкости по поверхности обсадной трубы и фильтров скважины.

Устройство (фиг. 1) содержит корпус, выполненный из плотно соединенных между собой верхней 1 и нижней 2 частей с образованием внутренней полости.

По центральной оси устройства в верхней части 1 корпуса ввинчен входной штуцер 3, положение которого зафиксировано контргайкой 4.

Внутри штуцера 3 на входе в упомянутую внутреннюю полость закреплен первый шнек 5, выполненный с входным и выходным конусами для обеспечения завихрения потока рабочей жидкости.

В нижней части 2 корпуса смонтирован ротор 6 с крыльчаткой, выполненный в виде колеса центробежного насоса с возможностью свободного вращения его на центральной оси 7 в подшипнике 8.

Кавитаторы 9 (от 2 до 8) вмонтированы в соответствующие отверстия в нижней части 2 корпуса. Кавитаторы 9 выполнены по конструкции гидрокавитационных генераторов (патент РФ №2376193, МПК B63B 59/08, опубл. 20.12.2009).

По центральной оси в нижней части 2 корпуса установлен второй шнек 10 для обеспечения вращения ротора 6 под воздействием завихреннного потока рабочей жидкости.

При этом встречные концы шнеков 5 и 10 выполнены конусообразными.

Ротор 6 выполнен с боковыми каналами, оси которых расположены в одной плоскости с осями кавитаторов 9.

Входной штуцер 3 выполнен с возможностью перемещения по центральной оси для обеспечения регулировки частоты и амплитуды пульсаций истекающих из кавитаторов 9 потоков рабочей жидкости.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Высоконапорный поток рабочей жидкости (вода, эмульсия или другая жидкость) от насоса высокого давления (на чертежах не показан) по гибкому высоконапорному шлангу (не показан) поступает во входной штуцер 3 (показано стрелкой) и попадает на первый шнек 5, с помощью которого закручивается и истекает во внутреннюю полость устройства в виде закрученного потока.

Закрученный поток после шнека 5, взаимодействуя со вторым шнеком 10, поступает на вход ротора 6 и создает вращательный момент для ротора 6. Закрученный поток жидкости поступает на крыльчатку ротора 6 и поступает далее в виде вращающихся струй на кавитаторы 9. При этом при вращении ротора 6 вокруг центральной оси создается пульсация гидродинамического давления в потоке жидкости, поступающей на входы кавитаторов 9. Пульсация сохраняется и в струях жидкости, истекающих из кавитаторов 9.

Сопла кавитаторов 9 направлены на обрабатываемую поверхность скважин.

Рабочая жидкость, истекающая из кавитаторов 9 в окружающую среду 11 (фиг. 2 и фиг. 3), образует суперкавитационные пульсирующие отрывные от кавитаторов 9 полости 12, заполненные газопаровыми пузырьками, которые всхлопывая производят эрозионное разрушение наслоений на обрабатываемой поверхности и в отверстиях фильтра обсадной водозаборной трубы.

Масса схлопывающихся и истекающих из кавитаторов 9 пузырьков, находящихся в суперкавитационной каверне 12 (фиг. 4), переносится потоком на очищаемую поверхность 13, разрушая имеющиеся на ней наслоения и наслоения в отверстиях фильтра 14.

Пульсации динамического давления в струйных кавитационных потоках, истекающих из кавитаторов 9, приводят к гидравлическим ударам в микрообъемах, в результате чего происходит эрозионное разрушение наслоений, на которые производится воздействие.

Кавитация осуществляется на значительном протяжении потока рабочей жидкости. Струйные вращающиеся потоки жидкости, истекающие из каналов ротора 6, при совпадении с входным отверстием кавитаторов 9 на определенные доли секунды увеличивают динамическое давление и скорость истекающего из кавитаторов струй, а затем на доли секунды снижают гидродинамическое давление и скорость потока в кавитаторе, что приводит к высокочастотной пульсации кавитационной каверны 12 и гидродинамического давления в струйных потоках, истекающих из кавитаторов. Это приводит к еще большей интенсивности эрозионного воздействия струйных кавитационных потоков, истекающих из кавитаторов 9, на наслоения и окружающую затрубное пространство породу 15 (фиг 4). Наслоения активно разрушаются и уносятся потоком, а за счет высокочастотной пульсации потока жидкости, передающейся в затрубное пространство через отверстия 14 в фильтре обсадной трубы 13, увеличивается дебит скважины.

Регулировка частоты и амплитуды пульсации струйных потоков, истекающих из кавитаторов 9, осуществляется путем перемещения штуцера 3 и изменением расстояния между первым 5 и вторым 10 шнеками. Изменение расстояние между шнеком 5 и шнеком 10 приводит к изменению скорости вращения ротора 6 вокруг центральной оси 7 и тем самым к изменению частоты и амплитуды пульсации гидродинамического давления в струйных потоках.

Предлагаемое устройство позволяет использовать его как при незатопленных, так и в затопленных условиях.

Проведенные опытные испытания устройства показали высокую производительность и эффективность при очистке и восстановлении работоспособности водоносных и нефтегазовых скважин и оно может изготавливаться в промышленном масштабе.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности, к гидрокавитационной обработке продуктивных пластов и фильтров скважин. Устройство содержит корпус с входным штуцером и кавитаторы, сопла которых направлены на обрабатываемую поверхность скважин, ротор с крыльчаткой и два шнека. Корпус выполнен из плотно соединенных между собой верхней и нижней частей с образованием внутренней полости, входной штуцер расположен по центральной оси в верхней части корпуса, внутри которого на входе во внутреннюю полость закреплен первый шнек с обеспечением завихрения рабочей жидкости. Внутри ротора по центральной оси установлен второй шнек с обеспечением вращения ротора. Встречные концы шнеков выполнены конусообразными. В роторе выполнены боковые каналы. Кавитаторы установлены в нижней части корпуса, их оси расположены в одной плоскости с осями боковых каналов ротора с обеспечением гидродинамической пульсации рабочей жидкости. Входной штуцер выполнен с возможностью перемещения по центральной оси с обеспечением регулировки частоты и амплитуды пульсаций истекающих из кавитаторов потоков рабочей жидкости. Повышается эффективность и производительность при обработке продуктивных пластов и фильтров скважин. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для очистки и восстановления работоспособности водоносных и нефтегазовых скважин, содержащее корпус с входным штуцером и кавитаторы, сопла которых направлены на обрабатываемую поверхность скважин, отличающееся тем, что оно содержит ротор с крыльчаткой и два шнека, при этом корпус выполнен из плотно соединенных между собой верхней и нижней частей с образованием внутренней полости, входной штуцер расположен по центральной оси в верхней части корпуса, внутри которого на входе в упомянутую внутреннюю полость закреплен первый шнек с обеспечением завихрения рабочей жидкости, внутри указанного ротора по центральной оси установлен второй шнек с обеспечением вращения ротора, причем встречные концы шнеков выполнены конусообразными, в роторе выполнены боковые каналы, кавитаторы установлены в нижней части корпуса, а оси кавитаторов расположены в одной плоскости с осями боковых каналов ротора с обеспечением гидродинамической пульсации истекающих из кавитаторов потоков рабочей жидкости.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что входной штуцер выполнен с возможностью перемещения по центральной оси с обеспечением регулировки частоты и амплитуды пульсаций истекающих из кавитаторов потоков рабочей жидкости.