УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕКОЛЬМАТАЦИИ СКВАЖИН Российский патент 2018 года по МПК E21B37/00 E21B21/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для проведения работ по очистке и промывке ствола скважины преимущественно в интервале перфорации и восстановлению проницаемости интервала перфорации.

Известен вибратор (см. а.с. 832067 СССР. М кл. Е21В 43/00; №2692855/22-03; заявл. 08.12.1978; опубл. 23.05.1981. Бюл. №19), предназначенный для создания гидродинамических импульсов при обработке скважин для увеличения притока в скважину пластовой жидкости. Устройство состоит из полого корпуса с наконечником на конце. Вдоль оси корпуса размещены гидравлический генератор импульсов. Корпус через переводник связан с лифтовой колонной труб.

К недостаткам конструкции можно отнести следующее:

- низкая эффективность воздействия струи рабочей жидкости, поскольку генерируемые гидравлические удары, воздействующие на слой отложений на обрабатываемой поверхности, малоэффективны при отсутствии прямого воздействия струей на их поверхность.

Известна насадка (см. "Сборник лучших предложений, премированных на гидрогеологическом и горнобуровом конкурсах". - М.: Недра, 1964, стр. 15-17). Конструкция насадки представляет собой корпус с каналами для подвода жидкости, цилиндр с сопловым каналом, тангенциально наклоненным к оси вращения.

Недостатки:

- давление рабочей жидкости воспринимается подшипником с превышением допустимых нагрузок;

- насадка жестко закреплена на оси вращения, что не позволяет перемещать ее в сторону обрабатываемой поверхности.

Известно устройство для промывки скважины (см. "Справочное пособие по газлифтному способу эксплуатации скважин" / Ю.В. Зайцев, Р.А. Максутов, О.В. Чубанов и др. - М.: Недра, 1984. - стр. 210-211).

Устройство состоит из переводника, патрубка, седла на срезных штифтах в осевом канале. С переводником связан кожух с промывочным фрезером или пером. Патрубок имеет заглушку на конце и снабжен боковыми отверстиями для подачи промывочной жидкости. Устройство спускается в скважину на лифтовой колонне труб, которую опрессовывают при установке шара на седло. При подъеме давления выше давления опрессовки осуществляют срез штифтов и сброс седла с шаром вниз с расположением на заглушке ниже места выполнения боковых отверстий. Проводят операцию по воздействию на пробку.

Недостатки:

- устройство может вращаться вокруг своей оси только вместе с колонной труб, самостоятельно устройство вращаться не может, что не дает возможность применить это устройство в составе гибкой колонны труб;

- поток промывочной жидкости воздействует на обрабатываемую поверхность через боковые отверстия, но эффективность воздействия низка из-за достаточно большого и неизменного расстояния до обрабатываемой поверхности.

Известна конструкция промывочного устройства (см. пат. 2529460, Росс. Федерация. МПК Е21В 37/00. №2012155986/03; заявл. 24.12.2012; опубл. 27.06.2014. Бюл. №18), принятого авторами за прототип. Устройство состоит из корпуса с каналом подвода рабочей жидкости, цилиндра с кольцевой камерой и тангенциально выполненными отводящими каналами. Корпус снабжен присоединительным ниппелем, донышком в осевом канале со сквозным отверстием. В корпусе, перпендикулярно оси ниппеля, выполнена цилиндрическая расточка, в которой размещен стакан с насадкой и крышкой. Расточка перекрыта днищем с дренажной трубкой, снабженной выступом и радиальными отверстиями для обеспечения гидравлической связи продольных каналов на крышке, с осевым каналом дренажной трубки.

Стакан вместе с дренажной трубкой образует кольцевую камеру, в которой размещена пружина, с опорой на выступ. Цилиндр через переходник жестко связан с присоединительным ниппелем. Переходник снабжен продольными пазами и перепускными отверстиями для связи кольцевой камеры цилиндра с его осевым каналом, в котором размещен поршень и фиксаторы.

Устройство на гибкой колонне труб спускается в скважину на заданную глубину, с последующей подачей под давлением рабочей жидкости. Струя последней истекает из тангенциальных каналов цилиндра, который вместе с корпусом приводится во вращение относительно переходника. Рабочее давление промывочной жидкости достаточно, чтобы обеспечить разрушение слоя отложений на стенке обсадной колонны.

При этом давлении поршень перемещается в осевом канале переходника с созданием гидравлической связи через продольные пазы в крышке стакана и радиальные отверстия в теле дренажной трубки в ее осевой канал, откуда через дросселирующий канал в насадке выбрасывается на стенку обсадной колонны. Под действием перепада давления, воспринимаемого крышкой стакана, он перемещается в осевом канале корпуса к стенке обсадной колонны с воздействием струей жидкости на минимальном расстоянии от обрабатываемой поверхности.

При сохранении вращения корпуса с насадкой возможно перемещение всего устройства вдоль оси скважины.

После сброса давления стакан с насадкой возвращаются в исходное положение, при остановке вращения корпуса с цилиндром. Далее устройство извлекается из скважины.

К недостаткам конструкции устройства следует отнести:

- нерациональные потери части рабочей жидкости, направляемой на вращение корпуса с насадкой, что при малой пропускной способности гибкой трубы колтюбинговой установки значительно снижает эффективность процесса очистки отложений;

- по окончании процесса промывки пластовая жидкость попадает внутрь устройства через тангенциальные каналы и насадку, что снижает надежность и долговечность ее работы.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения:

- возможность увеличения эффективности воздействия струи рабочей жидкости на отложения за счет использования полного ее расхода, направляемого через насадку;

- изоляция внутренней полости устройства от попадания внутрь пластовой жидкости по окончании процесса промывки.

Технический результат достигается тем, что устройство для декольматации скважин состоит из корпуса с цилиндрическим осевым каналом, переходника, стакана с дренажной трубкой в осевом канале, снабженной насадкой и кольцевым выступом, в которой выполнены радиальные отверстия, пружины, стопорной гайки, механизма привода с тангенциальными каналами. Переходник снабжен глухим донышком с коническим выступом, выходящим в цилиндрический осевой канал корпуса, переходящий в конический осевой канал, в котором размещен полый патрубок с кольцевым выступом и упорной втулкой, верхний конец которого расположен свободно между внутренней стенкой цилиндрического осевого канала корпуса и коническим выступом глухого донышка. Нижний конец полого патрубка снабжен торцовым клапаном со сферической поверхностью, соединенным с подающей трубкой и установленным с возможностью опоры на ответную сферическую поверхность седла, размещенного в расточке конического канала корпуса. Подающая трубка связана с гильзой, снабженной внутренней кольцевой расточкой, охватывающей стакан с гайкой, установленной с возможностью торцового контакта с кольцевым выступом дренажной трубки и образованием с дренажной трубкой подвижного соединения. Кольцевой выступ дренажной трубки снабжен уплотнительным кольцом и образует подвижное соединение со стаканом. Тангенциальные каналы механизма привода выполнены в переходнике над глухим донышком. Радиальные отверстия дренажной трубки размещены под гайкой. Осевой канал стакана между гайкой и кольцевым выступом дренажной трубки связан отверстиями с внутренней кольцевой расточкой гильзы, связанной перепускным отверстием с осевым каналом подающей трубки.

Конструкция устройства поясняется чертежами, где:

- фиг. 1 - конструкция устройства в разрезе, в исходном положении деталей (продольный разрез);

- фиг. 2 - вид устройства в разрезе в месте расположения тангенциальных каналов (поперечный разрез);

- фиг. 3 - нижняя часть устройства в разрезе в статическом (исходном) положении;

- фиг. 4 - нижняя часть устройства в разрезе при подаче под давлением рабочей жидкости (в процессе работы).

Устройство состоит из корпуса 1 с цилиндрическим осевым каналом 2, перекрытым сверху переходником 3 с глухим донышком 4 с коническим выступом 5, выходящим в цилиндрический осевой канал 2, переходящий в конический осевой канал 6, угол образующей которого равен углу наклона конического выступа 5.

В теле переходника 3 над глухим донышком 4 выполнено несколько тангенциальных каналов 7 (см. фиг. 2), гидравлически соединяющих осевой канал 8 переходника 3 с цилиндрическим осевым каналом 2 корпуса 1. На нижнем конце корпуса 1 выполнена расточка, в которой установлено опорное седло 9. Внутри осевых каналов, цилиндрического 2 и конического 6, размещен полый патрубок 10, снабженный кольцевым выступом 11, на который опирается упорная втулка 12, установленная с возможностью контакта с внутренними поверхностями конического 6 и цилиндрического 2 осевых каналов корпуса 1. Верхний конец полого патрубка 10 расположен свободно между внутренней стенкой цилиндрического осевого канала 2 корпуса 1 и коническим выступом 5.

На нижнем конце полого патрубка 10 установлен торцовый клапан 13 со сферической поверхностью, с опорой на ответную сферическую поверхность в опорном седле 9.

При этом торцовый клапан 13 снабжен подающей трубкой 14, пропущенной через осевой канал опорного седла 9 и связанной с гильзой 15, охватывающей стакан 16.

В осевом канале стакана 16 установлена дренажная трубка 17, снабженная кольцевым выступом 18, в осевом канале 19 которой установлена насадка 20. Между дренажной трубкой 17 и внутренней поверхностью стакана 16 образована кольцевая камера 21, в которой размещена пружина 22, поджимающая кольцевой выступ 18 дренажной трубки 17 к торцу гайки 23, связанной со стаканом 16.

В теле гильзы 15 выполнена внутренняя кольцевая расточка 24, связанная перепускным отверстием 25 с осевым каналом 26 подающей трубки 14 и отверстиями 27 в теле стакана 16 с его осевым каналом 28 между гайкой 23 и кольцевым выступом 18 дренажной трубки 17, в теле которой выполнены радиальные отверстия 29 (см. фиг. 3) для гидравлической связи осевого канала 28 стакана 16 с осевым каналом 19 дренажной трубки 17 и находящиеся в исходном положении под гайкой 23.

Стакан 16 зафиксирован в гильзе 15 стопорной гайкой 30. Осевой канал 19 дренажной трубки 17, выходящей за пределы стакана 16, перекрыт заглушкой 31.

В теле переходника 3 выполнена резьба для подсоединения к колонне гибких труб 32 колтюбинговой установки.

Внутренняя кольцевая расточка 24 в гильзе 15 изолирована от внешней среды уплотнительными кольцами 33 и 34 (см. фиг. 3). Кольцевой зазор между дренажной трубкой 17 и стаканам 16 изолирован уплотнительным кольцом 35 (см. фиг. 3), установленном на кольцевом выступе 18. Кольцевой зазор между гайкой 23 и дренажной трубкой 17 перекрыт уплотнением 36 (см. фиг. 3).

Работа устройства

Через резьбу в переходнике 3 осуществляют подсоединение к нижнему концу колонны гибких труб 32 колтюбинговой установки и вводят в скважину с допуском до расчетной глубины.

Осуществляют подачу под давлением промывочной жидкости в осевой канал 8 переходника 3, откуда жидкость по тангенциальным каналам 7 в теле переходника 3 подается с вращением потока в осевой цилиндрический канал 2 корпуса 1. Направленный динамический напор потока промывочной жидкости воздействует на площадь сечения полого патрубка 10 и упорной втулки 12, которая обкатывается по внутренней поверхности конического канала 6 корпуса 1. При этом конический выступ 5 на глухом донышке 4 играет роль направляющего ограничителя для верхнего конца полого патрубка 10, обеспечивая его движение по окружности, ограниченной образующей цилиндрического осевого канала 2 и поверхностью конического выступа 5.

При этом торцовый клапан 13 на нижнем конце полого патрубка 10 своей сферической поверхностью проворачивается в ответной сферической поверхности опорного седла 9 с сохранением герметичности осевого канала 6 корпуса 1 от внешней среды.

При вращении полого патрубка 10 с упорной втулкой 12 внутри осевого канала 6 корпуса 1 промывочная жидкость поступает в полый патрубок 10 и далее через перепускное отверстие 25 в теле гильзы 15 подается внутрь кольцевой расточки 24, откуда через отверстия 27 в теле стакана 16, в его осевой канал 28, с воздействием на площадь кольцевого выступа 18 дренажной трубки 17.

Под действием перепада давления дренажная трубка 17 с кольцевым выступом 18 отходит от торца гайки 23 с открытием подачи через радиальные отверстия 29 в теле дренажной трубки 17 в ее осевой канал 19. Дренажная трубка 17 перемещается внутри осевого канала 28 стакана 16, с выходом за его пределы в направлении к обрабатываемой поверхности с одновременным сжатием пружины 22.

Струя промывочной жидкости истекает через канал насадки с воздействием на слой отложений, при нахождении от него на минимальном расстоянии.

При постоянной подаче промывочной жидкости происходит вращение сборки относительно обрабатываемой поверхности. По мере очистки стенки трубы осуществляют плавное перемещение устройства вверх или вниз движением гибкой трубы колтюбинговой установки. После прекращения подачи промывочной жидкости усилием пружины 22 дренажная трубка 17 с кольцевым выступом 18 перемещается в осевом канале 28 стакана 16 до торцового контакта с гайкой 23, с перекрытием сечения радиальных отверстий 29 и прекращением гидравлической связи осевого канала 19 дренажной трубки 17 с внутренней полостью устройства. При необходимости, для обеспечения более надежного возврата дренажной трубки 17 в исходное положение усилием сжатой пружины 22, возможна установка дополнительной пружины между гайкой 23 и заглушкой 31.

Изобретение предназначено для проведения работ по очистке и промывке ствола скважины. Устройство для декольматации скважин состоит из корпуса с цилиндрическим осевым каналом, переходника для связи с гибкой трубой, стакана, дренажной трубки с радиальными отверстиями, насадкой и кольцевым выступом, пружины, стопорной гайки, механизма привода с тангенциальными каналами. Переходник снабжен глухим донышком с коническим выступом, выходящим в цилиндрический осевой канал корпуса. Полый патрубок с кольцевым выступом и упорной втулкой размещен в коническом осевом канале. Верхний конец полого патрубка расположен свободно между внутренней стенкой цилиндрического осевого канала корпуса и коническим выступом глухого донышка. Нижний конец полого патрубка снабжен торцовым клапаном со сферической поверхностью, опирающейся на ответную сферическую поверхность опорного седла, установленного в расточке конического канала корпуса, и соединен с подающей трубкой. Подающая трубка связана с гильзой с внутренней кольцевой расточкой, охватывающей стакан с гайкой. Гайка установлена с возможностью торцового контакта с кольцевым выступом дренажной трубки и образованием подвижного соединения с дренажной трубкой. Кольцевой выступ дренажной трубки снабжен уплотнительным кольцом и образует подвижное соединение со стаканом. Тангенциальные каналы выполнены в переходнике над глухим донышком. Радиальные отверстия дренажной трубки размещены под гайкой. Осевой канал стакана между гайкой и кольцевым выступом дренажной трубки связан отверстиями с внутренней кольцевой расточкой гильзы, связанной перепускным отверстием с осевым каналом подающей трубки. Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность работ по промывке и очистке скважин, способствует восстановлению проницаемости в интервале перфорации. 4 ил.

Устройство для декольматации скважин, состоящее из корпуса с цилиндрическим осевым каналом, переходника для связи с гибкой трубой, стакана, дренажной трубки с радиальными отверстиями, насадкой и кольцевым выступом, пружины, стопорной гайки, механизма привода с тангенциальными каналами, отличающееся тем, что переходник снабжен глухим донышком с коническим выступом, выходящим в цилиндрический осевой канал корпуса, переходящий в конический осевой канал, в котором размещен полый патрубок с кольцевым выступом и упорной втулкой, верхний конец которого расположен свободно между внутренней стенкой цилиндрического осевого канала корпуса и коническим выступом глухого донышка, на нижнем конце полого патрубка установлен торцовый клапан со сферической опорной поверхностью, с возможностью его опоры на ответную сферическую поверхность опорного седла, размещенного в расточке конического канала корпуса, соединенный с подающей трубкой, связанной с гильзой, снабженной внутренней кольцевой расточкой и охватывающей стакан с гайкой, установленной с возможностью торцового контакта с кольцевым выступом дренажной трубки и образованием подвижного соединения с дренажной трубкой, причем кольцевой выступ дренажной трубки снабжен уплотнительным кольцом и образует подвижное соединение со стаканом, тангенциальные каналы выполнены в переходнике над глухим донышком, радиальные отверстия дренажной трубки размещены под гайкой, а осевой канал стакана между гайкой и кольцевым выступом дренажной трубки связан отверстиями с внутренней кольцевой расточкой гильзы, связанной перепускным отверстием с осевым каналом подающей трубки.