Способ сооружения гравийного фильтра на забое скважины и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК E21B43/08 

t

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей и, в частности, к технологии и устройствам для.сооружения гравийных фильтров в зоне продуктивного пласта скважины.

Известен способ намыва гравийного фильтра на забое скважины, включающий подачу в расширенную зону скважины гравийной пульпы. Гравий оседает в расширенной зоне, жидкость-гравиеноситель проходит через щелевой фильтр и возвращается на поверхность. Подача гравийной пульпы ведется до полного заполнения расширенной зоны гравием. Заполнение расширенной зоны контролируется по скачку давления на поверхности на нагнетательной линии насоса.

Обратной промывкой осуществляют вымыв излишков гравия из инструмента и колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Качество гравийной набивки зависит от плотности укладки

частиц гравия: чемплотнее укладывается гравий, тем выше качество гравийной набивки.

Способ реализуется в устройстве,

J которое содержит щелевой фильтр, инструмент для намыва с узлом перекрестных потоков и промывочной трубой. Узел перекрестных notoKoa содержит корпус с расположенным внут,Q ри его подводящим патрубком, нижний конец которого выходит на боковую поверхность корпуса между двумя встречными уплотнителями. Корпус узла перекрестных потоков своим верх,5 ним концом жестко связан с колонной НКТ, а нижним концом соединен с промывочной трубой, проходящей свободно внутри щелевого хвостовика и содержащей на внешней стороне де20 флекторные кольца, выполненные, например, из резины и служащие в качестве местных гидравлических сопротивлений, контактирующих с внутренней поверхностью щелевого фильтра. 390 Жидкость-гравиеноситель при встрече с дефлекторным кольцом обтекает его по гравийной набивке, тем самым уплотняя последнюю ГП. Недостаток данного способа и устройства для его осуществления - невозможность надежного получения гравийной набивки удовлетворительной плотности. Наиболее близким к предлагаемому является способ сооружения гравийного фильтра на забое скважины, вклю чающий закачку гравия и воздействие на его частицы путем изменения давле ния и расхода в потоке жидкости, дви жущейся через гравийную набивку.Устройство для сооружения гравийного фильтра на забое скважины, включает хвостовик с щелевым фильтром, над фильтровой трубой с циркуляционным отверстием, узлом подвески и башмаком, узел переключения с прямой промывки на обратную и промывочную трубу 2. Однако известный способ и устройство для его осуществления характери зуются недостаточно высокой плотностью гравийного фильтра, что спосо ствует проникновению внутрь гравийно го фильтра пластового песка и тем са мым снижению проницаемости гравийной набивки и, как следствие, приводит к уменьшению дебита. Цель изобретения - повышение качества гравийной набивки. . Поставленная цель достигается тем что воздействие на частицы гравия ведут одновремен но с закачкой гравия, причем давление в процессе закачки гравия поддерживают выше пластового. Устройство для осуществления пред лагаемого способа снабжено гидравли еским пульсатором, установленнымна нижнем конце промывочной трубы. При этом пульсатор выполнен в виде полого корпуса, в верхней части которого установлен подпружиненный клапан с осевым каналом, перекрытым в нижней части штоком, подпружненный клапан и шток образуют с корпусом камеры, сообщающиеся через радиальные каналы корпуса с полостью фильтра. На фиг. 1 показано устрьйство для намыва гравийных фильтров в расширен ной зоне скважины, общий вид, исходное положение; на фиг. 2 - то же, в положении открытого перетока жидкостигравиеносителя из расширенной зоны в межтрубное пространство над хвостовиком. Устройство для намыва гравийных фильтров в расширенной зоне скважины содержит корпус 1 с подводящим патрубком 2, нижний конец которого выходит на наружную поверхность корпуса 1 между закрепленными на нем навстречу друг другу уплотнителями 3Нижним концом корпус 1 соединительной муфтой k жестко связан с промывочной трубой 5. Корпус 1, подводящий патрубок 2 и уплотнители 3 образуют узел переключения с прямой промывки на обратную. Корпус 1 верхним концом жестко соединен с колонной НКТ 6 и выполнен заодно с ниппелем 7 с левой резьбой, которым в исходном положении связан с хвостовиком, состоящим из узла 8 подвески, надфильтровой трубы 9 с циркуляционным отверстием 10, щелевого фильтра 11 и башмака 12. Хвостовик с помоцью подвески 8 крепится внутри обсадной колонны 13. В теле ниппеля 7 корпуса 1 узла переключения с прямой промывки на обратную выполнень сливные отверст1/Гя 1, в исходном положении перекрытые хэостовиком. На нижнем конце промывочной трубы 5 установлен гидравлический пульсатор с разъемным корпусом 15, имеющим сквозное осесимметричное отверстие 16 переменного по длине поперечного сечения. В верхней части корпуса 15 в отверстии 16 установлен подпружиненный клапан 17 со сливным осевым отверстием 18; в нижней части разъемного корпуса 15 установлен с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с подпружиненным клапаном 17 шток 19. В месте разъема корпуса 15 У нижнего рабочего торца клапана 17 имеется цилиндрическая камера 20, связанная радиальным отверстием 21 с внутренней полостью щелевого фильтра П. В закрытом положении клапан 17 прижимается к седлу 22 корпуса 15. При этом осевое отверстие 18 клапана 17 разоб-в щается с камерой 20 и отверстием 21 корпуса 15 и внутренней полостью щелевого фильтра 11. В нижней части корпуса 15 размещены гоЛовка 23 штока 19 и пробка 2k. Отверстие 16 в нижней части корпуса, где, размещен шток 19 соединено с внутренней по5 9 лостью щелевого фильтра П отверстием 25. Способ осуществляют следующим образом. В предварительно обработанную скважину на колонне НКТ 6, связанной через ниппель 7 с .хвостовиком и кор пусом 1 узла переключения с прямой промывки на обратную, опускают хвостовик и расположенный внутри его инструмент для намыва гравийного фильтра. С помощью узла 8 подвески осущест вляют подвеску хвостовика внутри обсадной колонны 13 с одновременным перекрытием кольцевого зазора пакером, входящим в узел 8 подвески {не показан). После подвески хвостовика в обсадной колонне 13 правым вращением колонны НКТ 6 выкручивают ниппель 7 с левой резьбой из хвостовика на витков. При этом сливные отверстия 14 выходят из хвостовика и соединяют межтрубное пространство над хвостовиком с кольцевой полостью узла переключения и промывочной трубой 5 Выходное отверстие подводящего патрубка 2 располагается на уровне циркуляционного отверстия 10 в надфильтровой трубе Э хвостовика. По колонне НКТ 6 подают промывочную жидкость, которая проходит по подводящему патрубку 2 через циркуляционное отверстие Ю в расширенную зону скважины и через щелевой фильтр 11, гидравлический пульсатор по промывочной трубе 5 возвращается в межтрубное пространство над хвостовиком и далее на поверхность. Правильность установки узла перекрестных потоков относительно циркуляционного отверстия 10 контролирует ся по наличию циркуляции жидкости. Затем в расширенную зону по колонне НКТ б подают гравийную пульпу. Гравий под действием гравитацион ных сил оседает в расширенной зоне скважины за щелевым фильтром 11. Подпружиненный клапан 17 гидравли ческого пульсатора в начальный момент закрыт. Давление в расширенной зоне скважины и внутри щелевого филь ра 11 растет и действует в направлении снизу вверх на площадь поперечного сечения штока 19- Шток 19 преодолевает сопротивление пружин клапанов и перемещается вверх в осевом отверстии 16 разъемного корпуса 15. При этом сзоим верхним торцом он взаимодействует с клапаном 17 и перемещает его вверх, отрывая от седла 22. Снизу на кольцевую площадь поперечного сечения клапана 17, заключенную между наружными диаметрами клапана 17 и штока 19, действует давление жидкости-гравиеносителя, под действием которого клапан 17 резко движется вверх в осевом отверстии 16 разъемного корпуса 15 тем самым открывая переток жидкости - гравиеносителя из внутренней полости щелевого фильтра 11 через радиальные отверстия 21, сливное осевое отверстие 18 и осевое отверстие 16 во внутреннюю полость промывочной трубы 5, откуда через кольцевое пространство между патрубком 2 и корпусом 1, оливные отверстия 1 жидкость направляется в кольцевую полость между НКТ 6 и обсадной колонной и далее на поверхность. Одновременно с открыванием клапана 17 шток 19 пружиной возвращается в исходное положение. Ход штока 19 вверх ограничен головкой 23, которой он упирается в торцовую поверхность корпуса 15. Расход жидкости-гравиеносителя через клапан 17 превышает производительность назем- . ной насосной установки, поэтому давление жидкости во внутренней полости щелевого фильтра 11 и расширенной зоне скважины падает. Клапан 17 при определенном перепаде давления пружиной перемещаются , замыкаясь на седло 22 корпуса 15, т.е. в исходное положение, перекрывая переток жидкости-гравиеносителя из полости щелевого фильтра 11 в межтрубное пространство. Давление в расширенной зоне скважины вновь возрастает и через отверстие 25 передается на площадь поперечного сечения штока 19. Процесс открытия и .закрытия клапана 17 гидравлического пульсатора повторяется в течение всего процесса намыва гравийного фильтра в автоматическом режиме. При работе гидравлического пульсатора, т.е. при периодическом открытии и закрытии перетока жидкости-гравиеносителя из внутренней полости щелевого фильтра 11 в межтрубное пространство скважины, направление движения потока гравийной пульпы в расширенной зоне скважины периодически изменяется от направления к оси скважины (при открытом 7 клапане 17 гидравлического пульсато ра) на направление к пласту (при за крытом клапане 17). Величина скорос ти потока в течение каждого периода также изменяется в расчетных пределах. При этом на частицы гравия в п токе, кроме гравитационных сил, дей ствуют переменные гидродинамические силы, совпадающие по направлению с потоком и зависящие по величине от его скорости, что обеспечивает равномерную и плотную укладку гравия по сечению расширенной зоны. Аналогично переменные гидродинамические силы воздействуют и на час тицы гравия, уже осажденные в виде гравийной набивки, что способствует дополнительному уплотнению последней. Таким образом, при намыве гравийного фильтра по предлагаемому способу, во-первых, на частицы гравия, кроме гравитационных сил, воздействуют гидродинамические силы, переменные не только по величине, но и по направлению, во-вторых, эти силы воздействуют как на уже осажденные частицы гравия, так и на находящиеся в потоке пульпы, причем в равной степени на частицы, находящиеся вблизи щелевого фильтра 11 и на удаленные от него в сторону стенок расширенной зоны скважины. Намыв гравийной набивки ведут до полного заполнения гравием расширенной зоны скважины. Окончание процесса намыва гравийного фильтра фиксиру ется по скачку давления на нагнетательной .лишний насоса. При этом гравий заполняет полностью расширенную зону скважины и кольцевую полость между обсадной колонной 13 и надфильтровой трубой 9 до уровня цирку ляционного отверстия 10. Обратной пpo)ывкoй осуществляют вымыв излишков гравия из инструмента и колонны НКТ 6. Предварительно ниппель 7 правым вращением НКТ 6 полностью выкручивают из хвостовика и приподнимают над ним на см,образую кольцевой зазор между корпусом 1 узла перекрестных потоков и хвостовиком. Промывочная жидкость проходит через зазор между ниппелем 7 и хвостовиком отжимает верхний уплотнитель 3 и по подводящему патрубку 2 и колонне НКТ 6 возвращается на поверхность, вымывая остатки гравия из инструмента и НКТ 6. Промывку прекращают при 2 отсутствии частиц гравия в потоке. Затем осуществляют подъем на поверхность инструмента для намыва гравийного фильтра. В скважину опускают оборудование для эксплуатации и вы- зывают приток пластовой жидкости. Экономический эффект от использования предлагаемых способа и устройства заключается в более высоком дебите скважин, оборудованных гравийными фильтрами, сокращении количества остановок скважины для удаления песчаных пробок, увеличении срока службы наземного и подземного оборудования. Формула изобретения 1.Способ сооружения, гравийного фильтра на забое скважины, включающий закачку гравия и воздействие на частицы гравия путем изменения давления и расхода в потоке жидкости, движущейся через гравийную набивку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества гравийной набивки, воздействие на частицы гравия ведут одновременно с закачкой гравия, причем давление в процессе закачки гравия поддерживают выше пластового. 2.Устройство для сооружения гравийного фильтра на забое скважины, включающее хвостовик с щелевым фильтром, надфильтровой трубой с циркуляционным отверстием, узлом подвески и башмаком, узел переключения с прямой промывки на обратную и промывочную трубу, отличающееся тем, что оно снабжено гидравлическим пульсатором, установленным на нижнем конце промывочной трубы. 3.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что гидравлический пульсатор выполнен в виде полого корпуса, в, верхней части которого установлен подпружиненный клапан с обевым каналом, перекрытым в нижней части подпружиненным штоком, причем подпружиненный клапан и шток образуют с корпусом камеры, сообщающиеся через радиальные каналы в корпусе с полостью фильтра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3637010, кл. 166-51, опублик. 1972. 2.Патент США № .3661209, кл. 166-278, опублик. 197 (прототип) .