Способ создания гравийного фильтра в скважинах и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для создания гравийного фильтра в скважине.

Известен способ создания гравийного фильтра в скважине, заключающийся в закачке гравия в скважину с помощью жидкости-носителя.

Известен также способ создания гравийного фильтра в скважине путем воздействия на гравий гидродинамическими импульсами.

Кроме того, известен способ создания гравийного фильтра в скважине, заключающийся в укладке гравия при воздействии на частицы гравия гидродинамическими импульсами, возникающими при закачке рабочей жидкости по направлению из скважины в пласт.

Наиболее близко к предлагаемому устройство для осуществления известного способа, содержащее промывочную трубу с гидравлическим пульсатором, установленным на нижнем ее конце.

Однако известное техническое решение не обеспечивает плотную укладку гравия, а также промывку кольматажа, так же воздействие на частицы гравия гидродинамически-0 ми импульсами осуществляется в основном с интенсивностью по направлению из скважины в пласт.

Цель изобретения - повышение плотности укладки гравия с одновременной промывкой кольматажа прифильтровой зоны.

Поставленная цель достигается тем, что согласно созданию гравийного фильтра в скважине гидравлические импульсы формируют путем создания импульсов с интенсивVJ

01 4 00 00 W

ностью по направлению из пласта в скважи- ну больше интенсивности из скважины в пласт.

Устройство для создания гравийного фильтра в скважине, содержащее последовательно установленные фильтровую и эксплуатационную колонны, соединенные между собой переходником с внутренними отверстиями, перекрывающий узел, выполненный в виде зафиксированной внутри перехода втулки с отверстиями, размещенными против выпускных отверстий, колонну бурильных труб, распредели- тельный узел с радиальными и продольными каналами и упорное кольцо, размещенное в нижней части переходника, снабжено активным соплом, соединенным с камерой смешения, и подпружиненным приемным клапаном, а продольные каналы распределительного узла имеют нагнетательные клапаны, на участке конического соединения распределительного и перекрывающего узлов выполнен кольцевой канал, при этом активное сопло соединено с колонной труб, на входе камеры смешения размещен подпружиненный приемный клапан, а выход камеры смешения гидравлически связан с кольцевым каналом.

Пример. Устройство для осуществле- ( мя способа создания гравийного фильтра в скважине на колонне бурильных труб опускают о эксплуатационную колонну диаметром 200 мм на глубину 60 м от поверхности земли. Закачку гравийной пульпы в скважину производят с поверхности земли по колонне бурильных труб насосом марки НБ-50 с подачей 10 л/с. Производительность струпного аппарата устройства по подсасы- чанию внешней среды составляет 10 л/с. Объем клапанной полости струйного аппа- ррта составляет 1 дм3. Абсолютное давление в струйном аппарате, при котором открывается приемный клапан, принимают разным 0,2 кгс/см2. Диаметр входного отверстая приемного клапана равен 50 мм.

Определяют усилие PL действующее на приемный клапан снаружи:

Р1(Рн- Рв) СО,

где Рн абсолютное давление на приемный клапан снизу, кгс/см ,

Рв - абсолютное давление в клапанной полости струйного аппарата, кгс/см2;

а) - площадь живого сечения входного отверстия приемного клапана, см2.

Pi

«(Рн-Р.)«(7-0,2)«

о л л , с 2

X 4 133,3 кгс .

Принимают жесткость пружины прием- ного клапана zi равной 10 кгс/мм. Тогда перемещение приемного клапана

Pi 13 3мм

Гидродинамическое давление Др в фильтровой колонне после резкого закрытия приемного клапана определяют по формуле

Ар а/ (vi -V2),

где а - скорость распространения звука в жидкости; для воды а - 1425 м/с; р- плотность воды;

Vi и V2 - скорость движения воды в фильтровой колонне соответственно в момент открытия и после закрытия клапана,

V2 0.

Скорость Vi определяют по формуле

Vi-Ј

V1 со

где Q - производительность струйного аппарата по подсасыванию внешней среды, м3/с;

(Л- площадь живого сечения фильтровой колонны, м2.

Vl 0-318 м/с. 3,14 f40

Гидродинамическое давление Ap a/ovi 1425 102 -0,318 4,6 кгс/см2

Время t одного цикла (открытие и закрытие) работы приемного клапана определяют по формуле

t - W Рн к О(Рн-Рв)

где W - объем клапанной полости, м3;

К - коэффициент запаса, учитывающий возможность проникновения некоторого количества жидкости через неплотность прилегания приемного клапана к посадочной поверхности, К 1,05- 1.1.

t . K aS9U-7- 4 0 11 С

: )

Частота гидравлических ударов при этом составляет 1:0,11 9,0 уд/с.

Как видно из рассмотренного примера, укладку гравия предлагается производить в сопровождении гидравлических ударов сравнительно небольшой величины с частотой 9 уд./с. Это позволяет создать более плотный гравийный фильтр и предотвратить пескование скважин, а следовательно, и значительно продлить срок службы погружного артезианского электронасоса,

На фиг.1 показана схема укладки гравия в зафильтровое пространство с помощью предлагаемого устройства; на фиг.2 - сечение А - А на фиг.1.

Устройство для создания гравийного фильтра в скважине содержит колонну 1 бурильных труб, эксплуатационную колонну 2, переходник 3. фильтровую колонну 4, распределительный узел 5. В распределительном узле 5 выполнен подводящий канал б, соединяющий колонну 1 бурильных труб с активным соплом 7. Соосно с активным соплом 7 расположена камера 8 смешения, выход которой сообщен с каналом 9 распределительного узла 5. а также с кольцевым каналом 10 и через выпускные отверстия 11 с зафильтровым пространством. К переходнику 3 с помощью срезных штифтов 12 прикреплена втулка 13, соединяющаяся с распределительным узлом герметично благодаря коническим посадочным поверхностям. В нижней части распределительного узла 5 на входе камеры 8 смешения выполнена проточка, в которой установлен приемный клапан 14. Этот клапан 14 с помощью упругого элемента 15 плотно прижат к основанию 16. В распределительном узле 5 выполнены каналы 17, с помощью которых полости фильтровой колонны 4 и эксплуатационной колонны 2 сообщаются одна с другой. На некотором расстоянии от нижнего торца втулки 13 в переходнике 3 неподвижно закреплено упорное кольцо 18. Устройство для создания гравийного фильтра размещено в скважине, закрепленной обсадной колонной 19. Продольные каналы 17 распределительного узла 5 снабжены нагревательными клапанами 20

После установки фильтровой 4 и эксплуатационной 2 колонн, соединенных переходником 3, в них на колонне 1 бурильных труб опускают распределительный узел 5 до посадки его во втулку 13 с помощью бурового насоса (не показан) производят закачку гравийной пульпы по колонне 1 бурильных труб в скважину. Пульпа по подводящему каналу 6 поступает к активному соплу 7 и далее с большой скоростью в камеру 8 смешения. При этом давление в камере 8 смешения снижается и становится меньше атмосферного. Под действием разности внешнего и внутреннего давлений прием0 ный клапан 14 поднимается, упругий элемент 15 деформируется, а клапан 20 закрывается. В образовавшийся зазор между приемным клапаном 14 и основанием 16 в камеру 8 смешения из фильтровой колон5 ны 4 поступает жидкость, заполняющая скважину и пласт с коэффициентом эжекции больше единицы. Давления на входе в камеру 8 смешения и в фильтровой колонне 4 при этом сравниваются, и под действием упру0 гого элемента 15 приемный клапан 14 резко закрывает входное отверстие, затем давление ниже распределительного узла 5 повышается и открывается клапан 20. Движение,, жидкости в фильтровой колонне 4 резко тор5 мозится, и возникает гидравлический удар, действие которого распространяется по всему объему, занятому жидкостью. При закрытии входного отверстия приемным клапаном давление на входе в приемную

0 камеру 8 смешения вновь снижается и цикл по формированию гидравлических ударов повторяется. Под действием гидравлических ударов происходит равномерная подача и укладка гравия в зафильтровое

5 пространство без закупорки прох одных каналов и образования сводов. По окончании закачивания гравия в скважину на колонну 1 бурильных труб воздействуют осевой силой, под действием которой срезные штиф0 ты 12 срезаются, втулка 13 перемещается вниз до упорного кольца 18 и выпускные отверстиями при этом перекрываются. Колонна 1 бурильных труб вместе с распреде- лительным узлом 5 поднимается на

5 поверхность; скважина готова к эксплуатации.

Использование предлагаемого способа создания гравийного фильтра в скважине позволяет по сравнению с известным резко

0 снизить энергозатраты. По известному способу закачку гравия ведут при высоком давлении (30 кгс/см2 и более), чтобы продавить закупорку каналов. Предлагаемый способ обеспечивает плотную укладку гравия в за5 фильтровое пространство при более низком давлении (10 - 15 кгс/см2). т.е. энергетические затраты при этом снижаются в 2 раза, Кроме этого, известный способ не обеспечивает плотной укладки гравия в зафильтровое пространство. При эксплуатации такой

скважины через пустоты в гравийном фильтре в скважину вместе с водой поступает песок, в результате чего погружной центробежный насос, установленный в скважине для подъема воды, преждевременно выходит из строя из-за износа трущихся поверхностей. За время эксплуатации такой скважины производят 10 - 15 замен погружных насосов. Предлагаемый способ обеспечивает плотную укладку гравия и исключает пескование скважины.

Формула изобретен и я

1.Способ создания гравийного фильтра в скважинах, включающий закачку и укладку гравия при воздействии на частицы гравия гидравлическими импульсами, отличающийся тем, что, с целью повышения плотносп укладки гравия с одновременной промывкой, кольматажа прифильтровой зоны, гидравлические импульсы формируют путем создания импульсов с интенсивностью по направлению из пласта в скважину больше интенсивности из скважины в пласт.

2.Устройство для создания гравийного фильтра s скважине, содержащее последо/

вательно установленные фильтровую л эксплуатационные колонны, соединенные между собой переходником с внутренними отверстиями, перекрывающий узел, выполненный в виде зафиксированной внутри переходника втулки с отверстиями, размещенными против выпускных отверстий, колонку бурильных труб с размещенным в ней распределительным узлом с

радиальными и продольными каналами и упорное кольцо, размещенное в нижней части переходника, отличающееся тем, что, с целью повышения плотности укладки гравия с одновременной промывкой от

кольматажа прифильтровой зоны, оно снабжено активным соплом, соединенным с камерой смешения, и подпружиненным приемным клапаном, а продольные каналы распределительного узла имеют нагнетательные к лапаны, на участке конического соединения распределительного и перекрывающего узлов выполнен кольцевой канал, при этом активное сопло соединено с колонной бурильных труб, на входе камеры смещения размещен подпружиненный клапан, а выход камеры смещения гидравлически связан с кольцевым каналом.

М S7

It

8

//

17

Изобретение позволяет производить плотную укладку в зафильтровом пространстве. Укладку гравия осуществляют гидравлическими импульсами, действующими в зоне укладки. Для этого распределительный узел имеет активное сопло, соединенное с° колонной бурильных труб, и камеру смешения, на выходе которой размещен подпружиненный приемный клапан. Выход камеры смешения гидравлически связан с кольцевым каналом, выполненным на участке конического соединения распределительного и перекрывающего узлов, и с зафильтровым пространством с помощью выпускных отверстий. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2