УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СКВАЖИННОГО ФИЛЬТРА Российский патент 2020 года по МПК E21B37/08 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности.

Известен акустический метод декольматации фильтра при помощи магнитострикционных или пьезоэлектрических излучателей ультразвуковых колебаний (см. кн. «Восстановление дебита водозаборных скважин» М.: Агропромиздат, 1987 г. Авторы B.C. Алексеев, В.Г. Гребенников. Стр. 156). Способ обладает широким спектром частот излучаемых колебаний, возможностью генерировать кавитационный поток жидкости высокой энергии, что позволяет разрушать кольматанты различных типов. Кроме этого, при генерировании ультразвуковых колебаний в жидкой среде имеет место эффект ее обеззараживания и подавления развития биологических организмов. Недостатком способа является то, что для его применения требуется демонтаж водоподъемного оборудования каждый раз, когда производительность скважины снижается до критического уровня.

Известны способ и устройство для регулярной очистки прифильтровой зоны вертикальных скважин без демонтажа водоподъемного оборудования по патенту РФ №2612046. Устройство содержит акустический излучатель и средство его доставки в виде лифтового оборудования, которые расположены внутри фильтрового пространства и соединены соответственно кабелем электрической связи с пультом управления лифтовым оборудованием и генератором высокочастотных электрических колебаний. Пульт управления и генератор электрических колебаний находятся на поверхности земли. Лифтовое оборудование закреплено на нижней части погружного насоса и производит возвратно-поступательное перемещение (верх-вниз и обратно) акустического излучателя вдоль оси скважинного фильтра.

Акустический излучатель состоит из цепочки связанных между собой секторов (блоков), расположенных вдоль оси фильтра и выполненных из герметичных цилиндрических корпусов, оси симметрии которых перпендикулярны оси фильтра. В корпусе каждого блока установлены две ультразвуковые колебательные системы, работа которых основана на применении пьезоэлектрических (пьезокерамических) или магнитострикционных преобразователей электрических колебаний в механические. Рабочие поверхности волноводов-инструментов (источники ультразвуковых колебаний) направлены в противоположные стороны на внутреннюю поверхность фильтра. Оси. симметрии блоков относительно друг друга расположены под углом равным кратному от деления 180° на их количество (по типу кругового веера). В зависимости от размера проекции ультразвукового потока (от одного источника) на внутреннюю поверхность фильтра устанавливают такое количество блоков, при котором суммарный ультразвуковой поток (от всех источников) при перемещении акустического излучателя воздействует на всю внутреннюю поверхность фильтра. Цепочка блоков в виде гирлянды фиксируется вдоль оси фильтра с помощью двух веерных наборов гибких стержней-центраторов расположенных перпендикулярно оси фильтра в верхней и нижней части гирлянды.

Недостаток данного акустического излучателя заключается в том, что при малых размерах внутреннего диаметра скважинного фильтра возможно применение только малогабаритных ультразвуковых колебательных систем с ограниченными размерами рабочей поверхности волновода-инструмента. Такие источники ультразвуковых колебаний имеют небольшие размеры проекции ультразвукового потока на фильтр, поэтому требуется большое количество блоков ультразвуковых преобразователей, что значительно усложняет конструкцию акустического излучателя.

Известно устройство для очистки скважинного фильтра по патенту РФ №2672074, МПК Е21В 37/08, опубл. 09.11.2018 г., прототип.

Это устройство содержит один блок ультразвуковых преобразователей, сверху и снизу блока устанавливают опорные плиты, узел вращения и электродвигатель. Устройство имеет вид гирлянды из следующих последовательно соединенных между собой элементов: верхняя опорная плита, узел вращения, блок ультразвуковых преобразователей, электродвигатель и нижняя опорная плита. Опорные плиты расположены перпендикулярно оси фильтра и по периметру имеют гибкие стержни-центраторы. С помощью электродвигателя производят вращательные колебания блока на угол равный 180° по типу часового маятника, при этом ультразвуковые потоки жидкости от рабочих поверхностей волноводов-инструментов сканируют внутреннюю поверхность фильтра по всей окружности фильтра на 360°. Одновременно с этим процессом, с помощью средства доставки осуществляют возвратно-поступательные перемещения акустического излучателя вдоль оси фильтра. Таким образом, обеспечивают последовательную обработку всей внутренней поверхности скважинного фильтра направленными ультразвуковыми потоками жидкости и регулярную очистку прифильтровой зоны скважины без демонтажа водоподъемного оборудования.

В качестве ультразвукового преобразователя используют ультразвуковую колебательную систему с большой амплитудой колебания, описанную в патенте РФ №2465071. Конструкция колебательной системы имеет форму тела вращения и состоит из, по крайней мере, двух дисковых пьезоэлементов расположенных между отражающей и концентрирующей накладкой с волноводом-инструментом на конце в форме диска. Пьезоэлементы и накладки размещены в цилиндрическом стакане с резьбовыми стяжками по торцам. При подаче на пьезоэлементы электрических импульсов формируются механические ультразвуковые колебания, которые через концентрирующую накладку передаются на рабочую поверхность волновода-инструмента.

Недостатки: отсутствие контроля работы устройства, выполнения очистки и эффективного управления процессом очистки.

Задача создания изобретения: обеспечение визуального контроля положения устройства и обеспечение контроля и управления процессом очистки.

Достигнутый технический результат: обеспечение контроля положения устройства параметров работы и эффективного управления процессом очистки.

Решение указанных задач достигнуто в устройстве для очистки скважинного фильтра, включающее блок управления на поверхности, и скважинную часть устройства, содержащую блок щеток с приводом блока и генератор колебаний, установленный в герметичном корпусе и средство доставки на забой скважины и подвода электроэнергии, при этом в качестве средства доставки и подвода электроэнергии используют геофизический кабель, тем, что блок управления выполнен в виде системного блока с монитором, а в скважинной части устройства установлены фиксирующий блок, блок щеток, скважинные датчики и скважинный контроллер датчиков, к входу в который они присоединены, и выход которого соединен через геофизический кабель с системным блоком, а также установлен скважинный контроллер управления, соединенный скважинной линией управления и геофизическим кабелем с контроллером управления.

Блок щеток может быть выполнен в виде щеток в форме сектора с проволокой, и держателем, в котором выполнено отверстие продолговатой формы, через которое проходит цилиндрический шарнир, блок щеток содержит радиальные штоки, установленные внутри цилиндров и имеющих упоры, концентрично радиальным штокам установлены пружины, упирающиеся в упоры и держатели.

В качестве генератора колебаний может быть применен ультразвуковой генератор.

В качестве генератора колебаний может быть применен вибратор.

Геофизический кабель может быть подключен через кабельный наконечник к генератору колебаний, приводу блока щеток и блоку фиксации.

Герметичный корпус может быть выполнен с компенсатором давления и температурного расширения.

Блок щеток может быть выполнен с возможностью создания вращательного и колебательного движений.

На поверхности может быть установлен модем, соединенный с системным блоком и сетью «Интернет».

Сущность изобретения поясняется на чертежах (фиг. 1…4), где:

- на фиг. 1 приведен общая схема устройства очистки скважинного фильтра, включая часть на поверхности и скважинную часть.

- на фиг. 2 приведена скважинная часть устройства, первый вариант,

- на фиг. 3 приведена схема измерения и управления,

- на фиг. 4 - чертеж блока щеток.

Перечень обозначений, принятых в описании.

1. обсадная колонна 1

2. скважинный фильтр 2,

3. продуктивный пласт 3,

4. перфорированная труба 4.

5. фильтрующий элемент 5,

6. скважинная часть устройства 6,

7. герметичном корпусе 7,

8. генератор колебаний 8,

9. средство доставки 9,

10. кабельный наконечник 10,

11. геофизический кабель 11,

12. катушка 12.

13. системный блок 13,

14. электрическая связь 14,

15. источник питания электроэнергией 15,

16. монитор 16,

17. датчик измерения длины кабеля 17,

18. поверхность 18,

19. привод 19,

20. выключателем привода 20,

21. тормозом 21,

22. включатель тормоза 22,

23. контроллер управления 23,

24. верхний контроллер датчиков 24,

25. блок щеток 25,

26. вал 26,

27. привод щеток 27,

28. компенсатор давления и температурного расширения 28,

29. акустический излучатель 29,

30. датчик частоты вращения щеток 30,

31. датчик амплитуды колебаний 31,

32. датчик частоты колебания 32,

33. скважинный контроллер датчиков 33,

34. скважинный контроллер управления 34,

35. скважинные провода управления 35,

36. скважинные силовые кабели 36,

37. скважинные связи измерения 37,

38. блок фиксации 38,

39. фиксаторы 39,

40. модем 40,

41. сеть Интернет 41,

42. щетки 42,

43. сектор 43,

44. проволока 44,

45. держатель 45,

46. отверстие 46,

47. цилиндрический шарнир 47,

48. радиальный шток 48,

49. цилиндр 49,

50. упор 50,

51. пружина 51.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для очистки скважинного фильтра. Оно 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 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.

Устройство содержит скважинную часть устройства 6.

Основной вариант устройства (фиг. 1) содержит, установленные скважинную часть устройства 6 в герметичном корпусе 7, генератор колебаний 8 и средство доставки 9. Устройство имеет на одном из торцов кабельный наконечник 10, к которому подключен геофизический кабель 11.

В основном варианте геофизический кабель используют как средство доставки. Геофизический кабель 11 намотан на катушку 12 и подключен к блоку управления, роль которого выполняет системный блок 13, к которому в свою очередь, электрическими связями 14 подключен источник питания электроэнергией 15 - аккумулятор или электрическая сеть и монитор 16. На геофизическом кабеле 11 установлен датчик измерения длины кабеля 17.

Устройство содержит на поверхности 18 системный блок 13 и монитор 16 для осуществления контроля места положения генератора колебаний 8 и параметров процесса очистки и управления ими.

Для доставки забойной части устройства 6 и подачи электроэнергии в нее и снятия скважинных параметров используют геофизический кабель 11.

Наземное оборудование на поверхности 18 содержит катушку 12 с приводом 19 и выключателем привода 20, тормозом 21 и включателем тормоза 22. Выключатель привода 20 и включатель тормоза 22 соединены с котроллером управления 23. Устройство содержит верхний контроллер датчиков 24, к входу которого присоединен геофизический кабель 11, а к выходу системный блок 13.

Скважинная часть устройства 6 содержит блок щеток 25, выполненных с возможностью вращения в противоположном направлении. Блок щеток 25 валом 26 соединен с приводом щеток 27, установленном в герметичном корпусе 7.

Привод щеток 27 выполнен с возможность создания для вала 26 вращательного движения и одновременно возвратно-поступательного движения.

Герметичный корпус 7 заполнен смазывающей жидкостью. Внутри герметичного корпуса 7 выполнен компенсатор давления и температурного расширения 28 (фиг. 2…4). Компенсатор давления и температурного расширения 28 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 28 компенсирует расход смазывающей жидкости и предотвращает попадание компонентов окружающей среды в смазывающую жидкость.

Генератор колебаний 8 также установлен внутри герметичного корпуса 7. В качестве генератора колебаний 8 может быть использован ультразвуковой генератор, вибратор и т.д. К генератору колебаний 8 радиально подстыкованы акустические излучатели 29.

Устройство для очистки скважинного фильтра содержит (фиг. 2) скважинные датчики, в том числе датчик частоты вращения щеток 30, датчик амплитуды колебаний 31 и частоты колебания 32, соединенные со скважинным контроллером датчиков 33, установленным в герметичном корпусе 7 и соединенным с геофизическим кабелем 11.

В герметичном корпусе 7 также установлены скважинный контроллер управления 34, к которому подсоединены скважинные провода управления 35, а ко всей аппаратуре внутри скважинной части устройства 6 присоединены скважинные силовые кабели 36. Скважинные связи измерения 37 соединяют датчики 30…32 со скважинным контроллером датчиков 33,

Устройство может содержать блок фиксации 38 с фиксаторами 39, установленные радиально, для временной фиксации внутри скважинного фильтра 2 (фиг. 2). Схема электрических соединений скважинной части устройства 6 приведена на фиг. 3.

К одному из портов системного блока 13 может быть подключен модем 40, соединенный с сетью Интернет 41 (фиг. 1) для дистанционного контроля и управления очисткой.

На фиг. 4 приведен чертеж блока щеток 25. Блок щеток 25 содержит: щетки 42 в форме сектор 43 со стальной проволокой 44 (в виде отрезков) и держателем 45, в котором выполнено отверстие 46 продолговатой формы, через которое проходит цилиндрический шарнир 47 для соединения с радиальными штоками 48.

Радиальные штоки 48 (от 3 до 12 шт.) установлены в цилиндрах 40. На каждом радиальном штоке 48 выполнен упор 49. Радиальные штоки 48 установлены в цилиндры 50 и концентрично им установлены пружина 50. Пружины 50 упираются одним концом в упоры 49, а другим в держатели 45.

Работа устройства (фиг. 1…4).

После длительной эксплуатации скважины в результате кольматации скважинного фильтра 2 резко уменьшается дебит добываемого продукта. В обсадную колонну 1 спускают скважинную часть устройства 6 на геофизическом кабеле 11. Вертикальный участок скважины устройство проходит под действием силы тяжести, при этом геофизический кабель 11 разматывается с катушки 12, и датчик длины кабеля 17 определяет глубину, на которую спущен скважинная часть устройства 6. По горизонтальному участку скважины или по участку, имеющему уклон меньше чем 5…7 градусов, перемещение устройства без посторонних сил невозможно. Для этого могут быть использованы известные средства доставки, например, известные из пат. РФ №2392178, МПК Е21В 37/08, опубл. 27.09.2009 г.

При вхождении скважинной части устройства 6 внутрь скважинного фильтра 2 (первого из скважинных фильтров, если их установлено несколько) с системного блока 13 включается блок фиксации 38 и выдвигаются фиксаторы 39 для предотвращения дальнейшего перемещения скважинной части устройства 6 в процессе очистки текущего участка скважинного фильтра 2.

Включают генератор колебаний 8, который посредством акустических излучателей 29 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.

Одновременно включают привод щеток 27 и задействуют блок щеток 25. Щетки 42 (фиг. 4) совершают вращательное движение и одновременно осевое возвратно-поступательное перемещение на 3…5 мм. Один участок скважинного фильтра 2 очищается, потом расфиксируют фиксаторы 39 блока фиксации 38 и скважинная часть устройства 6 перемещается еще далее на 3…5 мм. Этот процесс повторяется многократно. В итоге скважинный фильтр 2 полностью очищается.

Положение забойной части устройства 6 в скважине и привязку к интервалу установки скважинных фильтров 2 ориентировочно определяют при помощи датчика измерения длины кабеля 17.

Появилась возможность обеспечить оперативное управление работой устройства для очистки скважинного фильтра, за счет изменения режимных параметров контролируемых датчиками 17, 30, 31 и 32 и по результатам контроля

Датчики 30, 31 и 32 передают информацию на скважинный контроллер датчиков 33 и далее по скважинной связи измерения 37 и геофизическому кабелю 11 на верхний контроллер датчиков 24 и далее - на системный блок 13.

Системный блок 13 вырабатывает и передает информацию на контроллер управления 23, и далее на выключатель привода 20, соединенный с приводом 19, для раскрутки катушки 12 с геофизическим кабелем 11, а к третьему - включатель тормоза 22, для включения или выключения тормоза 21 катушки 12 (фиг. 1).

Используя информацию, полученную с датчиков 30, 31 и 32 системный блок 13 по заранее заданной программе вырабатывает сигналы на коррекцию работы генератора колебаний 8 и привод щеток 27. Этот сигнал через контроллер управления 23 и геофизический кабель 11 подается в скважинный контроллер управления 34 и далее к генератору колебаний 8 и приводу щеток 27.

После проведения очистки с системного блока 13 отключают привод щеток 27 и генератор колебаний 8. Расфиксируют блок фиксации 38. Наматывая геофизический кабель 11 на катушку 12, извлекают скважинную часть устройства 6 из скважины. Скважину вновь вводят в эксплуатацию.

Блок щеток 25 содержит (фиг. 4): щетки 42 в виде сектора 43 с проволокой 44, и держателем 45, в котором выполнено отверстие 46 продолговатой формы, для изменения диаметра D_щ от действия центробежных сил, через которое проходит цилиндрический шарнир 47. Блок щеток 25 одержит радиальные штоки 48, установленные внутри цилиндров 49 и имеющих упоры 50. Концентрично радиальным штокам 48 установлены пружины 45. Пружины 45 создают давление на щетки 42 для их эффективной работы и компенсации колебаний внутреннего диаметра скважинного фильтра 2 в пределах допусков и из-за кольматации.

Доставка генератора колебаний 8 внутрь скважинного фильтра 2, установленного на горизонтальном участке скважины, может быть выполнена при помощи колонны НКТ (насосно-компрессорных труб) или транспортной колонны или помощи штанг (на фиг. 1…4 такие варианты не показаны.)

При необходимости информация по процессу очистки скважинного фильтра может быть передана через модем 40 (фиг. 1) с использованием сети «Интернет» 41 на значительное расстояние и использоваться для контроля или управления.

Применение предложенного технического решения позволило:

1. Обеспечить полностью автоматизированную и качественную очистку скважинного фильтра от механических отложений, в том числе внутренних поверхностей за счет одновременного применения механической и виброакустйческой очистки.

2. Обеспечить точную доставку устройства в скважинный фильтр.

3. Предотвратить скручивание геофизического кабеля из-за вращения блока щеток за счет применения блока фиксации.

4. Обеспечить оперативное управление работой устройства для очистки скважинного фильтра, за счет контроля скважинных параметров и автоматического или ручного изменения режимных параметров блока щеток и генератора колебаний по результатам контроля забойных параметров на экране мониторе.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Устройство для очистки скважинного фильтра включает блок управления на поверхности и скважинную часть устройства, содержащую блок щеток с приводом блока и генератор колебаний, установленный в герметичном корпусе, и средство доставки на забой скважины и подвода электроэнергии, при этом в качестве средства доставки и подвода электроэнергии используют геофизический кабель. Блок управления выполнен в виде системного блока с монитором, а в скважинной части устройства установлены фиксирующий блок, блок щеток, скважинные датчики и скважинный контроллер датчиков, к входу в который они присоединены и выход которого соединен через геофизический кабель с системным блоком, а также установлен скважинный контроллер управления, соединенный скважинной линией управления и геофизическим кабелем с контроллером управления. Техническим результатом изобретения является обеспечение контроля положения устройства и параметров очистки и управление процессом очистки. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для очистки скважинного фильтра, включающее блок управления на поверхности и скважинную часть устройства, содержащую блок щеток с приводом блока и генератор колебаний, установленный в герметичном корпусе, и средство доставки на забой скважины и подвода электроэнергии, при этом в качестве средства доставки и подвода электроэнергии используют геофизический кабель, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде системного блока с монитором, а в скважинной части устройства установлены фиксирующий блок, блок щеток, скважинные датчики и скважинный контроллер датчиков, к входу в который они присоединены и выход которого соединен через геофизический кабель с системным блоком, а также установлен скважинный контроллер управления, соединенный скважинной линией управления и геофизическим кабелем с контроллером управления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок щеток выполнен в виде щеток в форме сектора с проволокой и держателем, в котором выполнено отверстие продолговатой формы, через которое проходит цилиндрический шарнир, блок щеток содержит радиальные штоки, установленные внутри цилиндров и имеющие упоры, концентрично радиальным штокам установлены пружины, упирающиеся в упоры и держатели.

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

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

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что геофизический кабель подключен через кабельный наконечник к генератору колебаний, приводу блока щеток и блоку фиксации.

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

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок щеток выполнен с возможностью создания вращательного и колебательного движений.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем. что на поверхности установлен модем, соединенный с системным блоком и сетью «Интернет».