Система для очистки скважины и прискважинного пространства Российский патент 2024 года по МПК E21B37/00 

Изобретение относится к добыче нефти и газа из скважин и может быть использовано для очистки скважин в процессе эксплуатации и капитального ремонта.

Любое засорение скважины различными видами отложений, например песком, солевыми отложениями, парафином, побочными продуктами коррозии и другими, может вызвать снижение притока флюида в полость скважины, что приводит к сокращению производительности. Кроме того, скопление песка и отложений внутри скважины могут помешать продвижению внутрискважинного оборудования, в частности спровоцировать преждевременную посадку пакеров, закупорку фильтров, отказ как внутрискважинного, так и наземного оборудования. Также крайне негативное влияние на качественное сообщение скважины с продуктивным пластом и объёмы добычи флюида оказывает засорение порового пространства призабойной зоны пласта трудноизвлекаемыми кольматирующими отложениями. Для успешного проведения технологических мероприятий по очистке скважин необходимо обеспечить эффективную очистку призабойной зоны пласта от кольматантов, стенок скважины от асфальтопарафиновых отложений, перекрывающих просвет скважины, очистку забоя скважины от песчаных пробок. Используемые в настоящее время методы очистки основаны на циркуляции очищающих жидкостей в скважине, накоплении отходов в контейнерах и транспортировке их на поверхность и направлены на очистку ствола скважины и её забоя, а также включают в себя мероприятия по очистке прилегающих к скважине зон продуктивного пласта, непосредственно участвующих в фильтрации флюида в полость скважины. Однако очистка призабойной зоны пласта вызовом через неё циркуляции жидкости не эффективна, так как не предпринимается никаких мероприятий, способствующих выносу механических примесей и разрушению кольматантов, а сама физика процесса повторяет вызов притока из пласта при обычной добыче нефти.

Известно устройство для очистки стенок эксплуатационной колонны и забоя скважины (патент РФ на изобретение №2453676, Е21В 27/00, опубл. 20.06.2012), содержащее последовательно соединенные колонну насосно-компрессорных труб, гидрожелонку, обратный клапан, перо с клапаном в виде заслонки, контейнеры-накопители мусора и щетки-скребки, фильтр-отстойник, нижний и верхний фильтр для перетока жидкости, подвижный герметизатор межтрубного пространства. Внутренние полости контейнера-накопителя гидрожелонки и колонны насосно-компрессорных труб гидравлически связаны трубой, которая расположена внутри фильтра-отстойника, нижнего и верхнего фильтра для перетока жидкости, которые выполнены в виде перфорированных труб. На наружной поверхности фильтра-отстойника установлена мелкоячеистая сетка. На наружной поверхности нижнего фильтра для перетока жидкости размещен с возможностью перемещения в продольном направлении подвижный герметизатор межтрубного пространства, перекрывающий перфорационные отверстия нижнего фильтра. Соотношение объема контейнера крупного мусора к объему контейнера мелкого мусора составляет 1:(4-6), а нижний и верхний фильтры имеют отверстия диаметром от 8 до 10 мм.

Недостатком известного устройства является недостаточная эффективность очистки, которая выражается в том, что известное устройство не удаляет из скважины взвешенные в жидкости загрязнения из-за отсутствия в верхнем фильтре мелкоячеистой сетки, которая мешала бы перемещению подвижного герметизатора. В связи с этим не определена функциональная необходимость в перемещении подвижного герметизатора, так как при перекрытии им отверстий верхнего фильтра гидравлическое сообщение полостей скважины над и под подвижным герметизатором остаётся через нижний фильтр. При этом отсутствует герметичность, которую должен обеспечивать герметизатор. При открытом же верхнем фильтре тяжёлым и крупным частицам ничто не мешает пройти через его крупные отверстия при наличии через них потока жидкости, обеспечиваемого спуском устройства по направлению к забою скважины. Проникновение загрязнений в полость скважины над подвижным герметизатором может привести к их оседанию на герметизатор сверху, что повышает вероятность прихвата устройства в скважине, а также снижает эффективность очистки скважины.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является комплекс многофункциональной очистки скважин, предназначенный для очистки стенок эксплуатационной колонны от асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), фильтрации скважинной жидкости от плавающих отложений и механических примесей (евразийский патент на изобретение EA 037854, Е21В 37/00, опубл. 27.05.2021), включающий манжетный пакер с проходным каналом между верхним выводящим перфорированным патрубком и нижним щелевым фильтром, внутреннюю соединительную трубу, сохраняющую герметичность всей компоновки, на верхнем конце которой установлены дроссель и клапан сбивной, на нижнем конце через регулируемую гидравлическую желонку и систему клапанов установлено устройство ликвидации плотных пробкообразований. Для фильтрации скважинной жидкости используется нижний фильтр. Для очистки стенок скважины и создания барьера для загрязнений установлен манжетный пакер. Устройство содержит гидрожелонку, препятствующую заполнению полости устройства скважинной жидкостью при его спуске в скважину и сбивной клапан, служащий для слива излишков жидкости из труб НКТ при подъёме устройства на поверхность после окончания работ по очистке скважины. Дроссель используется для ограничения скорости заполнения устройства во время очистки при срабатывании гидрожелонки. Комплекс спускается в скважину в составе с технологическими трубами НКТ. Скважинная жидкость, загрязненная плавающими отходами, посредством манжетного пакера продавливается вниз к забою и при прохождении через нижний фильтр и проходной канал между верхним выводящим перфорированным патрубком и нижним фильтром очищается от плавающих отходов и попадает в верхнюю часть эксплуатационной колонны скважины. По мере продвижения устройства вниз к забою, скважинная жидкость полностью очищается от плавающих отходов. Плавающие отходы, собранные в скважине устройством вместе с забойным шламом после срабатывания гидрожелонки, через устройство ликвидации плотных пробкообразований и за счет перепада гидростатического давления жидкости всасываются в контейнер. Обратные клапаны не дают возможности собранным отходам высыпаться обратно в скважину. Дроссель снижает скорость потока жидкости, увеличивая время всасывания скважинной жидкости при срабатывании гидрожелонки.

Первый недостаток комплекса касается эффективности работы и заключается в создании недостаточной величины депрессии на пласт и недостаточной скорости притока жидкости из пласта возникающих в результате снижения уровня жидкости в скважине при заполнении устройства и труб НКТ после срабатывания гидравлической желонки. Снижение уровня жидкости и гидростатического давления на забое относительно пластового давления происходит на величину всего около 33% от первоначального, так как заполняемый объём устройства и труб НКТ от объёма затрубного пространства скважины составляет примерно 1/3 часть. Низкий уровень депрессии является следствием того, что манжетный пакер негерметично разделяет зоны скважины над и под ним, поэтому депрессия непосредственно под манжетным пакером не может быть создана, так как между надпакерным и подпакерным пространством скважины имеется прямое гидравлическое сообщение через нижний щелевой фильтр и верхний выводящий перфорированный патрубок - тем же путём, которым проходит очищенная скважинная жидкость в процессе спуска устройства. Другим недостатком ближайшего является отсутствие иных воздействий (физических или химических) на пласт, что не гарантирует извлечения из призабойной зоны пласта кольматантов и механических примесей, так как чистка призабойной зоны пласта в этом случае будет повторять процесс добычи нефти, при котором кольматация и возникает.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении эффективности очистки скважины и прискважинного пространства.

Технический результат достигается тем, что в системе для очистки скважин и прискважинного пространства, содержащей разрушающий элемент, соединенный с контейнером через обратный клапан, отсекающий клапан, установленный над контейнером, манжетный пакер, над которым установлен сбивной узел, согласно изобретению, разрушающий элемент выполнен в виде участка трубы с зубчатым краем, отсекающий клапан содержит полый корпус с установленным в нем полым штоком с радиальными отверстиями, при этом пакер выполнен чашечным, включает полый корпус, в верхней части которого разнонаправленно установлены две эластичные чашки, причем верхняя чашка установлена краем вверх, а нижняя краем вниз, снаружи на корпусе под нижней чашкой выполнена кольцевая проточка, в которой установлен фильтр с зазором относительно стенки корпуса, в стенке корпуса пакера, выше кольцевой проточки, выполнен хотя бы один продольный канал, сообщающийся с зазором, снабжённый обратным клапаном, а между пакером и отсекающим клапаном установлен виброакустический узел, содержащий полый корпус с проточными каналами, выполненными в его верхней и нижней частях, установленные в корпусе неподвижные лопатки, ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения, включающий лопатки, расположенные с наклоном к оси вращения, и радиальные выступы. Кроме того, в системе фильтр может быть выполнен сетчатым. Кроме того, в системе фильтр может быть выполнен щелевым. Кроме того, в системе неподвижные лопатки могут быть установлены в корпусе с наклоном относительно оси вращения ротора в направлении, противоположном наклону лопаток ротора.

Технический результат обеспечивается тем, что система для очистки скважинного и прискважинного пространства включает виброакустический узел, конструкция которого создает необходимое гидравлическое сопротивление потоку жидкости, ограничивающее скорость заполнения полости системы и полости НКТ, что увеличивает полезное время работы системы, а также оказывает дополнительное гидроакустическое воздействие на поровое пространство призабойной зоны пласта, что повышает эффективность очистки скважин и прискважинного пространства и позволяет отказаться от использования дополнительных дросселирующих поток жидкости устройств. Жидкость в виброакустическом узле протекает снизу вверх через нижние проточные каналы на неподвижные лопатки, задающие жидкости вращение, попадает на лопатки ротора, задавая в свою очередь вращение ротору. Радиальные выступы ротора вращаются относительно верхней группы проточных каналов, поочерёдно их открывая или перекрывая, что создаёт необходимое сопротивление току жидкости, преобразующееся в гидроакустические колебания, направленные из гидроакустического узла вверх и вниз в пласт.

Использование чашечного пакера обусловлено тем, что манжета в форме чашки из эластичного материала при контакте со стенками скважины или при перепаде давления в надпакерном и подпакерном пространстве способна дополнительно раскрываться, увеличиваясь в диаметре, за счет чего края чашки плотнее прижимаются к стенкам скважины. Установка нижней чашки пакера краем вниз обусловлена тем, что при спуске системы в скважину за счет трения краев эластичной чашки о стенки скважины она раскрывается, увеличиваясь в диаметре, и более плотно прилегает к внутренней поверхности скважины, собирая асфальтосмолопарафиновые отложения, одновременно проталкивая вниз к забою скважинную жидкость с имеющимися в ней мусором и асфальтосмолопарафиновыми отложениями, что способствует более эффективной очистке скважины. Применение в системе чашечного пакера, снабженного разнонаправленными эластичными чашками и каналом с обратным клапаном, обеспечивает герметичное отделение подпакерного пространства от остального объёма скважины и, как следствие, создание депрессии большей величины, чем вследствие снижения уровня жидкости в скважине по сравнению с ближайшим аналогом, в результате чего повышается эффективность очистки скважин и прискважинного пространства. Перепад давления жидкости над и под пакером скважины, образующийся в начальный момент заполнения внутренней полости системы и полости НКТ жидкостью, способствует раскрытию верхней чашки пакера, направленной краем вверх, что обеспечивает наиболее герметичное прилегание края чашки пакера к внутренней поверхности скважины, изолируя подпакерное пространство от воздействия гидростатического давления в скважине, продолжительное время сохраняя установившуюся депрессию на забое скважины. Обратный клапан в канале пакерного узла перекрывает ток жидкости из затрубного пространства над пакером. Все это обеспечивает величину депрессии на забое до 100% от величины первоначального гидростатического давления. Таким образом, за счет применения виброакустического узла заявляемой конструкции в совокупности с чашечным пакером, содержащим хотя бы один канал с обратным клапаном, обеспечивается высокий уровень депрессии одновременно с созданием гидроакустических колебаний, что позволяет повысить эффективность очистки порового пространства призабойной зоны пласта.

На фиг. 1 представлен общий вид (продольный разрез) системы для очистки скважины и прискважинного пространства при спуске в скважину с одновременной очисткой стенок скважины. Стрелками указано направление течения жидкости через систему.

На фиг. 2 представлен продольный разрез системы для очистки скважины и прискважинного пространства с указанием движения скважинной жидкости при работе разрушающего элемента и очистке забоя скважины от песчаной пробки.

На фиг. 3 представлен чашечный пакер с указанием движения жидкости через него при спуске в скважину с одновременной очисткой стенок скважины.

На фиг. 4 представлен виброакустический узел в процессе работы и направление течения жидкости через него.

На фиг. 5 представлен сбивной узел в момент разрушения разрушаемого элемента.

На фиг. 6 представлен поперечный разрез виброакустического узла с указанием количества открытых для тока жидкости каналов.

Система для очистки скважины и прискважинного пространства содержит установленные на НКТ 1 (снизу вверх) разрушающий элемент 2, который соединен с обратным клапаном 3 в составе шара 4, размещенного в седле 5. Разрушающий элемент 2 предназначен для разрушения и разрыхления плотных пробок на забое скважины. Разрушающий элемент 2 представляет собой короткую трубу с зубчатым краем.

Обратный клапан 3 связан с контейнером 6, служащим для сбора мусора и отложений, выполненным в виде фрагмента насосно-компрессорных труб. Контейнер 6 соединен с отсекающим клапаном 7, состоящим из полого корпуса 8, в котором с возможностью осевого перемещения установлен полый шток 9, снабженный радиальными отверстиями 10, предназначенными для сообщения полости системы над и под отсекающим клапаном 7. Отсекающий клапан 7 служит для периодического соединения и разъединения заполненной жидкостью полости системы, расположенной ниже него с пустой полостью над клапаном 7. Отсекающий клапан 7 установлен под виброакустическим узлом 11.

Виброакустический узел 11 содержит полый корпус 12, в нижней и верхней частях которого выполнены группы проточных каналов 13 и 14 соответственно. При этом группа каналов 14 состоит из двенадцати каналов, находящихся в четырёх подгруппах по 3 канала. В корпусе 12 с возможностью вращения установлен ротор 15, снабжённый лопатками 16, расположенными под углом к оси вращения ротора 15, и пятью радиальными выступами 17, расположенными напротив каналов группы 14. В корпусе 12 установлены неподвижные лопатки 18 расположенные с наклоном относительно оси вращения ротора в направлении, противоположном направлению наклона лопаток 16. Каналы из группы 13 расположены по окружности, ориентированы вдоль оси вращения ротора 15 и направлены на неподвижные лопатки 18. Виброакустический узел 11 связан с расположенным над ним чашечным пакером 19.

Чашечный пакер 19 содержит полый трубчатый корпус 20, в верхней части которого неподвижно установлены две эластичные чашки: верхняя 21 и нижняя 22, направленные краями в противоположные стороны. Верхняя чашка 21 расположена краями вверх, а нижняя чашка 22 распложена краями вниз. Снаружи на корпусе 20 под нижней чашкой 22 выполнена кольцевая проточка 23, в которой установлен сетчатый, либо щелевой фильтр 24 для удержания загрязнений с образованием зазора 25 между фильтром 24 и корпусом 20. В стенке корпуса 20 выше кольцевой проточки 23 выполнен по меньшей мере один продольный канал 26, соединяющий затрубное пространство над чашкой 21 с зазором 25 между корпусом 20 и фильтром 24. В продольном канале 26 установлен по меньшей мере один обратный клапан 27 в составе шарика 28 и седла 29, пропускающий жидкость только в направлении снизу вверх и препятствующий перетоку жидкости из затрубного пространства над пакером в затрубное пространство под пакером.

Над чашечным пакером 19 установлен сбивной узел 30 в составе полого корпуса 31, снабженного отверстием 32, в котором установлен разрушаемый элемент 33.

Корпуса всех узлов системы соединены между собой резьбовым соединением, образуя единый корпус с общей внутренней полостью в системе.

Система для очистки скважины и прискважинного пространства работает следующим образом.

Установленную на НКТ 1 систему спускают в заполненную жидкостью скважину. При спуске системы нижняя чашка 22 пакера контактирует с внутренней поверхностью стенок скважины и собирает асфальтосмолопарафиновые отложения, дополнительно раскрываясь и сильнее прижимаясь к стенкам скважины, при этом чашечный пакер 19 с помощью чашки 22 одновременно проталкивает вниз к забою скважинную жидкость с имеющимися в ней мусором и асфальтосмолопарафиновыми отложениями. Скважинная жидкость проходит через фильтр 24, очищается и через зазор 25 между фильтром 24 и корпусом 20 попадает в канал 26, поднимает шарик 28 из седла 29 обратного клапана 27 и перетекает в затрубное пространство над верхней чашкой 21. По мере продвижения системы к забою вся скважинная жидкость очищается, а мусор и асфальтосмолопарафиновые отложения скапливаются на забое, при этом внутренняя полость системы и всех НКТ 1 над системой остаются незаполненными скважинной жидкостью вплоть до активации отсекающего клапана 7.

При достижении системой забоя и разгрузке веса НКТ на пробку 34 активируют отсекающий клапан 7, полый шток 9 которого перемещается вниз относительно неподвижного корпуса 8, открывая радиальные отверстия 10, через которые внутренняя полость системы и полость НКТ 1 над отсекающим клапаном 7 заполняется жидкостью. При этом гидростатическое давление жидкости в подпакерном пространстве скважины в начальный момент заполнения падает до атмосферного давления, а перепад давления жидкости над и под пакером 19 способствует раскрытию и герметичному прилеганию верхней чашки 21 к внутренней поверхности стенки скважины, изолируя подпакерное пространство от воздействия гидростатического давления в скважине, продолжительное время сохраняя установившуюся депрессию на забое скважины и вызывая усиленный приток жидкости из пласта. Шарик 28 обратного клапана 27 садится в седло 29, перекрывая канал 26 для тока жидкости. При этом величина депрессии на забое составляет до 100% от величины первоначального гидростатического давления.

Действие веса НКТ распространяется на систему и разрушающий элемент 2, что способствует разрушению пробки 34, при этом скопленные вблизи забоя мусор и асфальтосмолопарафиновые отложения, а также фрагменты песчаной пробки 34 с началом заполнения полости НКТ 1 скважинной жидкостью всасываются через полый разрушающий элемент 2, проходят через обратный клапан 3 и оседают в контейнере 6.

Во время заполнения системы и полости НКТ 1 скважинной жидкостью она протекает снизу вверх через виброакустический узел, при этом, проходя через группу каналов 13, жидкость попадает на неподвижные лопатки 18, задающие жидкости своим направлением вращение, передаваемое ротору 15 через лопатки 16. Радиальные выступы 17 ротора 15 вращаясь, передвигаются относительно группы каналов 14, поочерёдно их перекрывая и открывая, причём в процессе поворота ротора 15, одновременно открытыми для тока жидкости оказываются девять или шесть каналов поочерёдно, что создаёт переменное сопротивление току жидкости, преобразующееся в гидроакустические колебания, направленные из гидроакустического узла вверх и вниз в пласт. Таким образом, призабойная зона пласта подвергается воздействию повышенной депрессии (до 100% от первоначального гидростатического давления), а усиленный приток жидкости из пласта, вызванный депрессией, осуществляется при одновременном воздействии гидроакустических колебаний, способствующих разрушению и эффективному выносу из порового пространства призабойной зоны пласта кольматантов, механических примесей и частиц.

Выравнивание уровня жидкости в затрубном пространстве и в НКТ означает, что контейнер 6 заполнен. Далее в НКТ сбрасывают груз, под действием которого разрушаемый элемент 33 сбивного узла 30 разрушается и открывает отверстие 32, через которое происходит слив чистой скважинной жидкости в скважину при подъеме системы на поверхность. На поверхности из контейнера 6 извлекают скважинные загрязнения и утилизируют их.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет повысить эффективность очистки скважины и прискважинного пространства.

Изобретение относится к добыче нефти и газа из скважин и может быть использовано для очистки скважин в процессе эксплуатации и капитального ремонта. Система содержит разрушающий элемент, соединенный с контейнером через обратный клапан, отсекающий клапан, установленный над контейнером, манжетный пакер, над которым установлен сбивной узел. Разрушающий элемент выполнен в виде участка трубы с зубчатым краем, отсекающий клапан содержит полый корпус с установленным в нем полым штоком с радиальными отверстиями. Пакер выполнен чашечным, включает полый корпус, в верхней части которого разнонаправленно установлены две эластичные чашки, причем верхняя чашка установлена краем вверх, а нижняя - краем вниз. Снаружи на корпусе под нижней чашкой выполнена кольцевая проточка, в которой установлен фильтр с зазором относительно стенки корпуса. В стенке корпуса пакера выше кольцевой проточки выполнен хотя бы один продольный канал, сообщающийся с зазором, снабжённый обратным клапаном. Между пакером и отсекающим клапаном установлен виброакустический узел, содержащий полый корпус с проточными каналами, выполненными в его верхней и нижней частях, установленные в корпусе неподвижные лопатки, ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения, включающий лопатки, расположенные с наклоном к оси вращения, и радиальные выступы. Повышается эффективность очистки скважины и прискважинного пространства. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система для очистки скважины и прискважинного пространства, содержащая разрушающий элемент, соединенный с контейнером через обратный клапан, отсекающий клапан, установленный над контейнером, манжетный пакер, над которым установлен сбивной узел, отличающаяся тем, что разрушающий элемент выполнен в виде участка трубы с зубчатым краем, отсекающий клапан содержит полый корпус с установленным в нем полым штоком с радиальными отверстиями, при этом пакер выполнен чашечным, включает полый корпус, в верхней части которого разнонаправленно установлены две эластичные чашки, причем верхняя чашка установлена краем вверх, а нижняя - краем вниз, снаружи на корпусе под нижней чашкой выполнена кольцевая проточка, в которой установлен фильтр с зазором относительно стенки корпуса, в стенке корпуса пакера выше кольцевой проточки выполнен хотя бы один продольный канал, сообщающийся с зазором, снабжённый обратным клапаном, а между пакером и отсекающим клапаном установлен виброакустический узел, содержащий полый корпус с проточными каналами, выполненными в его верхней и нижней частях, установленные в корпусе неподвижные лопатки, ротор, установленный в корпусе с возможностью вращения, включающий лопатки, расположенные с наклоном к оси вращения, и радиальные выступы.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что фильтр выполнен сетчатым.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что фильтр выполнен щелевым.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что неподвижные лопатки установлены в корпусе с наклоном относительно оси вращения ротора в направлении, противоположном наклону лопаток ротора.