ИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОМЫВКИ ОТКРЫТОГО СТВОЛА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2015 года по МПК E21B21/00 E21B37/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для промывки горизонтальных скважин с открытым стволом.

Известно устройство для промывки скважины (патент RU №2047740, МПК Е21В 37/00, опубл. 10.11.1995 г.), содержащее полый корпус с входным каналом, жестко прикрепленный к полому корпусу наконечник с осевым каналом и соосно с ним размещенный генератор гидродинамических импульсов, гидравлически связанный через осевой канал с входным каналом, при этом устройство снабжено дополнительными генераторами гидродинамических импульсов, размещенными в наконечнике по окружности относительно осевого канала и гидравлически связанными с входным каналом, при этом каждый генератор гидродинамических импульсов выполнен в виде последовательно размещенных конфузора, критического отверстия и диффузора, при этом устройство снабжено обтекателем, установленным в наконечнике, а на внутренней поверхности корпуса в зоне расположения обтекателя выполнен многозаходный винтовой канал, многозаходный винтовой канал выполнен трехзаходным, а в корпусе выполнены наклонные направляющие каналы, гидравлически связанные с входным каналом и конфузорами дополнительных генераторов.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая эффективность промывки, связанная с тем, что устройство создает слабые гидравлические удары низкой частоты и не обладает эффектом среза отложений и наплывов с поверхности обсадной колонны и стенок скважины, а также не способствует образованию устойчивых высокодиспергированных суспензий, которые легко и без последствий могут быть удалены из скважины;

- во-вторых, низкая надежность устройства в работе, связанная со сложной конструкцией с большим количеством движущихся деталей генератора гидродинамических импульсов, что часто приводит к отказу генератора, и как следствие, подъему колонны труб и извлечению генератора из скважины, его ревизии и повторного спуска в скважину.

Импульсное промывочное устройство (патент RU №2208124, МПК Е21В 21/00, 37/00, опубл. 10.07.2003 г.), содержащее корпус с отводящим и тангенциальным подводящим каналами, насадку в отводящем канале, установленный с возможностью свободного вращения в корпусе центрированный ротор с чередующимися пазами и выступами, взаимодействующий с потоком жидкости, а также отводящий канал выполнен тангенциальным, в подводящем и отводящем тангенциальных каналах между корпусом и ротором образованы щели за счет смещения упомянутых подводящего и отводящего каналов, причем тангенциальный подводящий канал смещен на большую величину, чем тангенциальный отводящий канал, и площадь сечения щели тангенциального подводящего канала больше площади сечения щели тангенциального отводящего канала для обеспечения проворота ротора за счет воздействия потока жидкости в отводящем тангенциальном канале на выступ ротора, которой установлен в корпусе на шариковых опорах с помощью заглушек.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая эффективность работы, обусловленная не возможностью вращения промывочного устройства в скважине в процессе промывки, при этом подача промывочной жидкости через насадку отводящего канала устройства происходит только в заданную точку, а не по всему периметру открытого ствола горизонтальной скважины;

- во-вторых, низкое качество выноса твердых отложений, шлама, песка и других загрязнений из открытого ствола горизонтальной скважины в результате их оседания в скважине в интервале устройства, а также высокая вероятность прихвата устройства, спущенного в открытый ствол горизонтальной скважины на колонне промывочных труб;

- в-третьих, длительный процесс проведения спуско-подьемных операций в процессе промывки, так как устройство спускается в скважину на колонне промывочных труб.

Технической задачей предложения является повышение эффективности работы устройства, а также повышения качества выноса твердых отложений, шлама, песка и других загрязнений из открытого ствола горизонтальной скважины, снижение вероятности прихвата устройства в скважине, а также сокращения длительности проведения спуско-подьемных операций с устройством в процессе промывки горизонтальных скважин с открытым стволом.

Поставленная техническая задача решается импульсным устройством для промывки открытого ствола горизонтальной скважины, содержащим корпус с отводящим и подводящим каналами, выполненными тангенциальным, насадку в отводящем канале, установленный с возможностью свободного вращения в корпусе центрированный ротор с чередующимися пазами и выступами, взаимодействующий с потоком жидкости, в подводящем и отводящем тангенциальных каналах между корпусом и ротором образованы щели за счет смещения подводящего и отводящего каналов, причем тангенциальный подводящий канал смещен на большую величину, чем тангенциальный отводящий канал, а площадь сечения щели тангенциального подводящего канала больше площади сечения щели тангенциального отводящего канала для обеспечения проворота ротора за счет воздействия потока жидкости в отводящем тангенциальном канале на выступ ротора, ротор установлен в корпусе на шариковых опорах с помощью заглушек, а верхняя часть корпуса соединена с колонной промывочных труб.

Новым является то, что сверху в корпус установлен шток с проходным каналом, при этом шток снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, разделенных глухой перегородкой, установленной в проходном канале штока, и сообщающихся между собой посредством перепускных продольных каналов, выполненных на внутренней поверхности корпуса, причем на наружной поверхности корпуса тангенциально размещены лопатки, позволяющие в рабочем положении корпусу вращаться относительно штока, перекрывая и изменяя проходные сечения верхнего и нижнего рядов радиальных отверстий штока, при этом в качестве колонны промывочных труб используют колонну гибких труб.

На фигуре 1 схематично изображено импульсное устройство для промывки открытого ствола горизонтальной скважины.

На фигуре 2 изображено сечение А-А предлагаемого устройства.

На фигуре 3 изображено сечение Б-Б предлагаемого устройства.

На фигуре 4 изображено сечение В-В предлагаемого устройства.

Импульсное устройство для промывки открытого ствола горизонтальной скважины (на фиг. 1, 2, 3, 4 не показано) содержит корпус 1 (см фиг. 1) с подводящим 2 и отводящим 3 каналами, выполненными тангенциальным, насадку 4 в отводящем канале 3, а также установленную с возможностью свободного вращения в корпусе 1, центрированный ротор 5 с чередующимися пазами 6 и выступами 7, взаимодействующий с потоком жидкости.

В подводящем 2 и отводящем 3 тангенциальных каналах между корпусом 1 и ротором 5 образованы соответственно щели 8 (см. фиг. 2) и 9 (см. фиг. 3) за счет смещения подводящего 2 (см. фиг. 1) и отводящего 3 каналов.

Тангенциальный подводящий канал 2 смещен на большую величину, чем тангенциальный отводящий канал 3, при этом площадь сечения щели 8 тангенциального подводящего канала 2 больше площади сечения щели 9 тангенциального отводящего канала 3 для обеспечения проворота ротора 5 за счет воздействия потока жидкости в тангенциальном отводящем канале 3 на выступ 7 ротора 5.

Ротор 5 установлен в корпусе 1 на шариковых опорах 10 (см. фиг. 2) с помощью заглушек 11, которые ввинчиваются в корпус 1. Заглушки 11 снабжены также канавками 12 под резиновые уплотнительные кольца 13.

Сверху в корпус 1 (см. фиг. 1) установлен шток 14 с проходным каналом 15. Шток 14 снабжен верхним 16 и нижним 17 рядами радиальных отверстий, разделенных глухой перегородкой 18, установленной в проходном канале 15 штока 14 и сообщающихся между собой посредством перепускных продольных каналов 19 (см. фиг. 1 и 4), выполненных на внутренней поверхности корпуса 1 (см. фиг. 1).

На наружной поверхности корпуса 1 тангенциально размещены лопатки 20, позволяющие в рабочем положении корпусу 1 вращаться относительно штока 14, перекрывая и изменяя проходные сечения верхнего 16 и нижнего 17 рядов радиальных отверстий штока 14.

Верхняя часть корпуса 1 соединяется с колонной промывочных труб, в качестве которых используется колонна гибких труб 21. Полый шток 14 в корпусе 1 установлен на шариковых опорах 22, позволяющих корпусу 1 вращаться вокруг штока 14.

Устройство работает следующим образом.

Импульсное устройство для промывки открытого ствола горизонтальной скважины на конце колонны гибких труб 21 (см. фиг. 1) спускается в интервал промывки открытого ствола горизонтальной скважины.

Спуск устройства на колонне гибких труб 21 по сравнению со спуском устройства на колонне промывочных труб позволяет ускорить процесс проведения спуско-подьемных операций в процессе проведения промывки, например, в качестве колонны гибких труб применяют колонну гибких труб наружным диаметром 38,1 мм.

По колонне гибких труб 21 промывочная жидкость подается в устройство, в котором через проходной канал 15 штока 14 (см. фиг. 1 и 4) выше глухой перегородки 18 промывочная жидкость поступает в верхний ряд радиальных отверстий 16 штока 14 в перепускной канал 19 (благодаря глухой перегородке 18, выполненной в проходном канале 15 штока 14), откуда жидкость сквозь нижний ряд радиальных отверстий 17 штока 14 попадает в проходной канал 15 штока 14 ниже глухой перегородки 18. Из проходного канала 15 штока 14 ниже глухой перегородки 18 промывочная жидкость поступает в подводящий канал 2 корпуса 1.

В качестве промывочной жидкости используют любую известную промывочную жидкость, например пресную воду плотностью 1010 кг/м³.

В момент перекрытия подводящего канала 2 ротором 5 промывочная жидкость проходит через щели 8, 9, отводящий канал 3 (см. фиг. 1, 2, 3) и выходит из устройства через насадку 4, в которой формируется в струю для разрушения твердых отложения, шлама, песка и других загрязнений, отложившихся на стенках открытого ствола горизонтальной скважины.

В результате неравности площадей сечения щелей 8 и 9 поток жидкости, воздействуя в отводящем канале 3 на выступ 7 ротора 5, проворачивает его по часовой стрелке и открывает подводящий канал 2, сообщая его с пазом 6 ротора 5.

Промывочная жидкость заполняет паз 6 ротора 4, который под напором жидкости продолжает вращаться, и направляется через отводящий канал 3 в насадку 4.

После этого выступ 7 ротора 5 перекрывает подводящий канал 2 и в этот момент в подводящем канале 2 происходит гидравлический удар, так как площадь сечения щели 8 в несколько раз меньше площади сечения паза 6 ротора 5.

При гидравлическом ударе повышается давление в полости подводящего канала 2, а также скорость и сила удара струи жидкости, вытекающей через насадку 4. После фазы повышенного давления в подводящем канале 2 наступает фаза пониженного давления и цикл в дальнейшем повторяется.

Таким образом, происходит импульсное воздействие струей жидкости на открытый ствол горизонтальной скважины, при этом струя промывочной жидкости выходит из насадки 4 корпуса 1 и ударяет в открытый ствол горизонтальной скважины. Далее промывочная жидкость поднимается вверх и по достижению корпуса 1 воздействует на тангенциально размещенные на наружной поверхности корпуса 1 лопатки 20, что приводит к вращению корпуса 1 относительно штока 14.

В результате происходит вращение всех деталей устройства за исключением полого штока 14, жестко соединенного с колонной гибких труб 21.

Повышается эффективность работы устройства за счет вращения устройства в скважине под действием напора восходящего потока жидкости, при этом воздействие струей промывочной жидкости через насадку 4 отводящего канала 3 происходит по всему периметру открытого ствола горизонтальной скважины, а не только в заданную точку, как описано в прототипе.

Далее поток жидкости поднимается на устье скважины и появляется циркуляция, после чего промывку открытого ствола горизонтальной скважины продолжают с перемещением колонны гибких труб 21.

В процессе циркуляции промывочной жидкости поток жидкости по колонне гибких труб 21 и далее по проходному каналу 15 штока 14 выше глухой перегородки 18 достигает верхнего ряда радиальных отверстий 16 штока 14, при этом вращающийся корпус 1 относительно штока 14 сначала увеличивает проходное сечение верхнего ряда радиальных отверстий 16 (см. фиг. 1 и 4) штока 14 до полного их открытия, а затем уменьшает проходное сечение верхнего ряда радиальных отверстий 16 штока 14 до полного их закрытия.

В результате поток промывочной жидкости опускается вниз по перепускному каналу 19 и достигает нижнего ряда радиальных отверстий 17 штока 14, при этом корпус 1 продолжает вращаться относительно штока 2, сначала увеличивая проходное сечение нижнего ряда радиальных отверстий 17 штока 14 до полного их открытия, а затем уменьшая проходное сечение нижнего ряда 17 радиальных отверстий штока 2 до полного их закрытия. В результате в процессе перемещения колонны гибких труб 21 устройством в устройстве создается вибрация устройства, при этом поток жидкости попадает в проходной канал 15 штока 14 ниже глухой перегородки 18, откуда импульсный поток жидкости попадает в подводящий канал 2 корпуса 1.

В дальнейшем вышеописанный процесс повторяется, при этом происходит импульсная промывка скважины, при этом частота пульсаций прямо пропорциональна расходу жидкости.

Повышается качество выноса твердых отложений, шлама, песка и других загрязнений из открытого ствола горизонтальной скважины за счет вибрации устройства, при этом исключается их оседание в скважине в интервале устройства. Также в результате вибрации устройства и применения колонны гибких труб, имеющей сравнительно меньший (наружный диаметр 38,1 мм) диаметр по сравнению с диаметром колонны промывочных труб (наружный диаметр 60 мм), снижается вероятность прихвата устройства в открытом стволе горизонтальной скважины.

Предлагаемое импульсное устройство для промывки открытого ствола горизонтальной скважины позволяет:

- повысить эффективность работы устройства;

- повысить качество выноса твердых отложений, шлама, песка и других загрязнений из открытого ствола горизонтальной скважины;

- снизить вероятность прихвата устройства в скважине;

- сократить длительность проведения спуско-подьемных операций с устройством в процессе промывки горизонтальных скважин с открытым стволом.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для промывки горизонтальных скважин с открытым стволом. Устройство содержит корпус с отводящим и подводящим каналами, выполненными тангенциальными, насадку в отводящем канале, установленный с возможностью свободного вращения в корпусе центрированный ротор с чередующимися пазами и выступами, взаимодействующий с потоком жидкости. В подводящем и отводящем тангенциальных каналах между корпусом и ротором образованы щели за счет смещения подводящего и отводящего каналов. Тангенциальный подводящий канал смещен на большую величину, чем тангенциальный отводящий канал. Площадь сечения щели тангенциального подводящего канала больше площади сечения щели тангенциального отводящего канала. Ротор установлен в корпусе на шариковых опорах с помощью заглушек. Верхняя часть корпуса соединена с колонной промывочных труб. Сверху в корпус установлен шток с проходным каналом. Шток снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, разделенных глухой перегородкой, установленной в проходном канале штока, и сообщающихся между собой посредством перепускных продольных каналов, выполненных на внутренней поверхности корпуса. На наружной поверхности корпуса тангенциально размещены лопатки, позволяющие в рабочем положении корпусу вращаться относительно штока. В качестве колонны промывочных труб используют колонну гибких труб. Повышается эффективность работы устройства, снижается вероятность прихвата, снижается длительность спуско-подъемных операций. 4 ил.

Импульсное устройство для промывки открытого ствола горизонтальной скважины, содержащее корпус с отводящим и подводящим каналами, выполненными тангенциальным, насадку в отводящем канале, установленный с возможностью свободного вращения в корпусе центрированный ротор с чередующимися пазами и выступами, взаимодействующий с потоком жидкости, в подводящем и отводящем тангенциальных каналах между корпусом и ротором образованы щели за счет смещения подводящего и отводящего каналов, причем тангенциальный подводящий канал смещен на большую величину, чем тангенциальный отводящий канал, а площадь сечения щели тангенциального подводящего канала больше площади сечения щели тангенциального отводящего канала для обеспечения проворота ротора за счет воздействия потока жидкости в отводящем тангенциальном канале на выступ ротора, ротор установлен в корпусе на шариковых опорах с помощью заглушек, а верхняя часть корпуса соединена с колонной промывочных труб, отличающееся тем, что сверху в корпус установлен шток с проходным каналом, при этом шток снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, разделенных глухой перегородкой, установленной в проходном канале штока, и сообщающихся между собой посредством перепускных продольных каналов, выполненных на внутренней поверхности корпуса, причем на наружной поверхности корпуса тангенциально размещены лопатки, позволяющие в рабочем положении корпусу вращаться относительно штока, перекрывая и изменяя проходные сечения верхнего и нижнего рядов радиальных отверстий штока, при этом в качестве колонны промывочных труб используют колонну гибких труб.