Устройство для воздействия на призабойную зону обсаженной скважины Советский патент 1984 года по МПК E21B43/25 

Изобретение относится к разведке и добыче нефти и газа, в частности к устройствам, повышающим производительность скважин путем звуковой обработки призабойной зоны.

Известен аэрогидродинамический вибровозбудитель, содержащий соединенный с атмосферой полый корпус с каналами для подачи в него рабочей среды и размещенный в нем на гибкой связи ударник, имеющий на одном из концов поверхность соударения с боковой поверхностью корпуса, а на другом - поверхность контакта ij .

Недостатком этого вибровозбудителя является низкий коэффициент полезного действия, когда скорость перемещения ударника много ниже скорости истечения рабочей среды.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для воздействия на призабойную зону обсаженной скважины, содержащее подъемную трубу с закрепленными на ней полыми ударниками, имеющими поверхности контакта и соударения с обсадной колонной, горизонтальные эластичные элементы, расположенные перпендикулярно плоскости колебания удаНИКОВ 21 .

Недостатком устройства является низкая эффективность на малодебитных скважинах, в обработке которых прежде всего заинтересована промышленность, в частности геологоразведочные экспедиции.

Цель изобретения - увеличение мощности воздействия за счет уменьшения эффективного проходного сечения ударника, а также обеспечение возможности одновременной закачки и откачки обрабатывающего раствора, минуя ударное устройство. I

Поставленная цель достигается тем

что в устройстве для воздействия на призабойную зону обсаженной скважины, содержащем подъемную трубу с закрепленными на ней полыми ударниками, имеющими поверхности контакта и соударения с обсадной колонной, горизонтальные эластичные элементы, расположенные перпендикулярно плоскоти колебания ударников, каждый ударник выполнен плоским с направляющими ребрами, на которых установлены продольные уплотнительные элементы, а на торцовой поверхности со стороны

входа рабочего агента ударник имеет фильтрующий элемент.

Причем продольные уплотнительные элементы выполнены в виде уголков.

Кроме того, направляющие ребра ударника выполнены с продольными каналами, гидравлически связанными с полостью подъемной трубы и с полост обсадной колонны ниже ударника.

На фиг. 1 изображена одна секция (остальные аналогичны) устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2 (ударник отклонился от вертикальной оси); на фиг. - ударник; на фиг.5 сечение В-В на фиг. k; на фиг. 6 сечение Г-Г на фиг. Ц; на фиг. 7 вариант устройства (фрагмент); на фиг. 8 - то же, вид сбоку; на фиг. 9 - сечение Д-Д на фиг. 8.

Устройство для воздействия на призабойную зону обсаженной скважины состоит из одинаковых секций, соединенных друг с другом последовательно посредством резьбовых муфт 1 С помвщью такой же муфты устройство, при размещении его в эксплуатационной колонне 2 скважины, крепится к насосно-компрессорным трубам 3- Количество секций выбирается в зависимости от мощности продуктивного пласта. Каждая секция состоит из жестко связанных между собой направляющих ребер k, снабженных по торцам патрубками 5 и 6 с фланцами. Направляющие ребра k образуют щелевой канал, в котором с гарантированным заэором для свободного движения подвешен ударник 7. Подвеска ударника осуществлена на тяге 8, шарнирно закрепленной на ударнике и в патрубке 5, имеющем форму сжатого с боков усеченного конуса. Ударник 7 выполнен в виде плиты с выступами, образующими поверхности соударения 9 и контакта 10. На боковых плоскостях ударника выполнены продольные пазы, а в торце со стороны поступления текучей среды сообщенные с ними каналы, снабженные фильтрующей сеткой 11.

Направляющие ребра i снабжены уплотнением, состоящем из четырех продольных эластичных уголковых элементов 12 и двух поперечных эластичных элементов 13- При размещении секции ударного устройства в эксплуатационной колонне скважины она образует со стенками колонны три п лости а , S и . Полость образована направляющей 4, уголковым уплотнительным эл ментом 12 и стенкой колонны 2. Полостьб образует уголковый элемент со стенкой колонны 2. Для уравнива ния давления в полостях Q и 6 .в уг ковом уплотнительном элементе 12 имеются окна Ь, расположенные над ударником. В полости размещен уд ник 7 - щелевой канал для движения ударника. Конфигурация ударника 7 такова, что его центр удара расположен дал ше по направлению потока поднимающегося газа, чем поверхность соуда рения 9Положение центра удара г.ц оп ределяется из равенства момента кол чества движения нулю относительно центра удара, т.е. . .г.д 0 момент количества движе ния относительно горизонтальной оси вращения лежащей на поверхности контакта 10; масса ударника; скорость центра масс ударника. L 3-60 , где 3 - момент инерции; U) - угловая скорость. Таким образом, преобразуя первое уравнение, имеем 0-ц m VU.M- М Ц-ЧА. m . г Для ударника сложной конфигура 3; . Smr 3;0 с.. Ц,М. ) где 3ci -собственный момент ине ции i-ой части ударник -переносной момент инер ции i-ой масти ударник На фиг. 7-9 изображен вариант вы полнения секции ударного устройства в котором направляющие выполнены в виде двух сегментов , закрепленных на трубах 3 и стянутых между со бой шпильками 15 с проставочными втулками 16, обеспечивающими щелевой канал для колебаний ударника 7. Трубы 3 до и после ударника 7 жестко связаны с НКТ с помощью переходников (не показаны) так, что их внутренние полости гидравлически сообщены с внутренней полостью НКТ. Ударник 7 с помощью шарнирной тяги 8 крепится на трубах 3 и имеет отверстия 19 ДЛЯ пропуска втулок 16 и шпилек 15, скрепляющих сегменты 1. Уплотнение сегментов 1 относительно стенки эксплуатационной колонны 2, а также уплотнение ударника 7 с сегментами 14 выполнено поперечными и продольными эластичными элементами 17 и 18 соответственно. Сеткой, в случае необходимости, могут быть оборудованы ударники только в первом варианте, когда поверхности направляющих, контактирующие с поверхностями ударника выполнены жесткими. Во втором варианте условий для заклинивания ударника нет вслед ствие значительного зазора между ударником и сегментными направляющими. Достоинством этого варианта является то, что устройство работает при выходе газа через затрубное пространство. Это позволяет производить закачку и откачку промывочного раствора, минуя ударное устройство. Ударное устройство работает следующим образом. Текучая среда, например газ, из призабойной зоны через перфорационные отверстия поступает в эксплуатационную колонну 2 скважины и попадает в полости а, 8 и 2 Поскольку скважина заглушена и выход газа идет только через НКТ, поток газа по полости А движется вниз и через последнюю, нижнюю секцию устройства поступает в полость -г. - щелевой канал, сообщенный с полостью насоснокомпрессорных труб. Под действием поднимающегося по олости 1 газа ударник 7 вследствие есимметричности потока газа слева справа от него отклоняется от ертикали и поворачивается, наприер, против часовой стрелки до конакта со стенкой эксплуатационной олонны 2 с одной стороны поверхS1ностью контакта 10, ас другой поверхностью соударения 9- При этом ударник 7 занимает наклонное положение, запирает щелевой канал (полость 2 ) и перекрывает поток газа, образуя камеру, в которой накапливается газ. По мере накопления давление газа в камере возрастает и действует на ударник, поворачивая его (уже в противоположную сторону) вокруг горизонтальной оси, на поверхности контакта 10. Нанеся удар по колонне 2 поверхностью соуд рения 9, ударник продолжает вращени вокруг горизонтальной оси, лежащей на этой поверхности, до соприкосновения со стенкой эксплуатационной колонны поверхностью контакта 10. Так, контактируя со стенкой эксплуатационной колонны с одной сторо ны поверхностью соударения, а с дру гой - поверхностью контакта, ударник 7 вновь запирает полость 1 , перекрывая поток поднимающегося газа только уже другой своей стороной, т.е. занимает положение, симметричное предыдущему. Дальнейшее движени ударника аналогично описанному. Вращение ударника после соударения происходит вследствие того, что поверхность соударения 9 отнесена о центра удара ударника, а именно рас положена между ним и поверхностью контакта 10, поэтому после соударения со стенкой колонны поверхностью 9 ударник 7 сохраняет вращательный импульс и направление враще ния. В процессе работы часть очищенно го газа, проходя через фильтровальную сетку 11 и каналы, поступает в продольные пазы и омывает плоскости ударника, препятствуя засорению зазора между направляющими элементами и ударником. Полость под сеткой не засоряется, так как при каждом ударе сетка встряхивается и часть загрязнений проскакивает в боковой канал между ударником и стенкой эксплуатационной колонны. Тем самым полость под сеткой самоочищается. Остальные ударники работают аналогично. Удары, наносимые ударником по эксплуатационной колонне, возбуждают Ез ней колебания звуковой частоты, которые передаются в зону продуктивного пласта, увеличивая его проницаемость и тем самым отдачу. Вариант устройства {фиг. 7-9) работает как и предыдущий с той только разницей, что газ поднимается не по насосно-компрессорным трубам, а по затрубному пространству эксплуатационной колонны 2, проходя через щелевой канал i , образованный двумя сегментами 1. Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет максимально использовать поток газа, исходящий из скважины, что достигается уменьшением проходного сечения скважины в зоне действия ударника до размеров щелевого канала, в котором размещен последний. Забойное давление при этом растет незначительно, так при дебите 50 тыс.м /сут перепад давления на ударнике составляет около 10 Па, что практически не влияет на параметры процесса, так как забойное давление составляет 3-5 МПа. Использование изобретения дает возможность проводить эффективную обработку скважин с дебитом ниже 30 тыс.м /сут и ставить на государственный баланс месторождения газа, разработка которых в настоящее время считает нерентабельной.

Фи1.1

Фи1.2

Е-б

ФигЗ

ч г1

«Г

В

11

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ОБСАЖЕННОЙ СКВАЖИНЫ, содержащее подъемную трубу с закрепленными на ней полыми ударниками, имеющими поверхности контакта и соударения с обсадной колонной, горизонтальные эластичные элементы, расположенные перпендикулярно плоскости колебания ударников, отличающееся тем„ что, с целью увеличения мощности воздействия за счет уменьшения эффективного проходного сечения ударника, каждый ударник выполнен плоским с направляющими ребрами, на которых установлены продольные уплотнитель- hfcte элементы, а на торцовой поверхности со стороны входа рабочего агента ударник имеет фильтрующий элемент.2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что продольные уплотнительные элементы выполненыв виде уголков.3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности одновременной закачки и откачки обрабатывающего раствора, минуя ударное устройство, направляющие ребра ударника выполнены с продольными каналами, гид-- равлически связанными с полостью подъемной трубы и с полостью обсадной колонны ниже ударника.г(Л

Фиг.6