устройство для обработки и исследования скважин

Формула изобретения

Устройство для обработки и исследования скважин, содержащее спускаемый в скважину полый корпус с впускным клапаном, выполненным в виде рабочего цилиндра с герметизируемыми сквозными окнами, открывающегося посредством сбрасываемого ударника, отличающееся тем, что герметизируемые сквозные окна перекрыты от внешнего давления поршнем с уплотнениями, размещенным в закрытом состоянии впускного клапана так, что верхнее уплотнение находится выше, а нижнее ниже герметизируемых сквозных окон, и фиксируемым в этом положении с помощью фиксатора-штифта, срезаемого при ударе сбрасываемого ударника о поршень, при этом поршень выполнен пустотелым с возможностью заполнения его внутреннего объема через штуцер жидкостью, которой частично заполнена внутренняя полость рабочего цилиндра, а в нижней части к рабочему цилиндру подсоединен приборный контейнер.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных скважин, а именно к устройствам для обработки и исследований эксплуатационных скважин.

Известно устройство для обработки призабойной зоны [1], которое состоит из полого корпуса с впускным отверстием в нижней части, через которое происходит заполнение внутренней полости корпуса. Впускное отверстие перекрыто клапаном. Клапан выполнен в виде полого корпуса с отверстиями, в которых установлены сухарики, упирающиеся в скошенный буртик корпуса камеры и предотвращающие перемещение корпуса клапана во внутреннюю полость камеры. Внутрь полости корпуса клапана входит боек, нижний конец которого утолщен и препятствует выпадению из отверстий сухариков. В верхней части полого корпуса на легкоплавкой сгорающей опоре подвешен ударник. При подаче по кабелю импульса тока опора расплавляется, и ударник устремляется вниз, ударяя по бойку. При ударе боек своей нижней утолщенной частью опускается ниже сухариков, освобождая им пространство внутри корпуса клапана. Под действием усилия, развиваемого давлением столба жидкости в скважине, сухарики со скошенного буртика смещаются внутрь полости клапана, и корпус клапана, перемещаясь вверх, открывает впускное отверстие. Скважинная и пластовая жидкость устремляется внутрь пустотелого корпуса, где давление соответствует атмосферному. При этом происходит очистка пор пласта, раскрытие новых трещин и, как следствие, повышение производительности скважины.

Однако под действием усилия, развиваемого давлением столба жидкости на клапан, сухарики клапана достаточно сильно оказываются прижатыми к утолщенной нижней части бойка (усилие прижатия бойка может достигать 100 кг/мм² и более) и требуется достаточно сильный удар для их освобождения. Такие удары приводят к деформации бойка и корпуса клапана, что снижает надежность устройства.

Известно устройство для обработки скважин [2], принимаемое за прототип, у которого усилие, необходимое для открытия клапана, уменьшено и не зависит от площади поперечного сечения впускного отверстия и гидростатического давления в скважине. Устройство содержит корпус в виде колонны труб, в нижней части которого размещен впускной клапан, состоящий из рабочего цилиндра, имеющего сквозные окна, вырезанные симметрично на его противоположных боковых стенках. От внешнего давления окна герметизируются наружной симметричной обоймой с резиновыми уплотнениями, выполненными на рабочем цилиндре. Обойма имеет симметрию верхнего и нижнего конца по внутреннему диаметру, что обеспечивает взаимное уравновешивание всех усилий, связанных с наружным гидростатическим давлением в скважине. В стенках обоймы жестко закреплен пропущенный сквозь окна рабочего цилиндра палец, обеспечивающий возможность открытия наружной обоймы из внутренней полости корпуса. Обойма приводится в действие пружиной, закрепленной на пальце, где также закреплен нижний конец гибкой тяги, которая своим верхним концом закрепляется на срезаемом штифте. Ниже рабочего цилиндра на корпусе закреплен обратный клапан и отстойник с фильтрационными отверстиями. В верхней части корпуса на легкоплавком держателе, размещенном внутри нагревателя, подвешен ударник. При подаче по каротажному кабелю импульса тока происходит разогрев нагревателя, под действием которого держатель расплавляется, освобождая ударник, который под собственным весом начинает падать вниз, ударяя по бойку. В результате срезается штифт, освобождая верхний конец гибкой тяги. Далее под действием пружины обойма сдвигается вниз до упора пальца в нижние края окон. При этом жидкость устремляется через окна во внутреннюю полость корпуса. Устройство требует для открытия клапана усилие не более 20-30 кг, которое не зависит от площади поперечного сечения впускного отверстия и от гидростатического давления в скважине.

Устройство может быть также использовано для проведения исследований скважин. В этом случае к нижней части отстойника прикрепляется аппаратурный контейнер с установленным в нем автономным геофизическим прибором, позволяющим регистрировать геофизические и гидродинамические параметры при воздействии депрессией на пласт.

Однако в скважинах с вязкой нефтью и при значительных зенитных углах наклона ствола скважины происходит слабый удар по бойку ударником за счет значительного трения ударника о стенки колонны. При увеличении веса ударника сила ударника становится достаточной для срезания штифта, однако зачастую ударник разгоняется так сильно, что при ударе деформирует боек и проушины перемычки, что приводит к смятию штифта и отказу устройства.

Задачей изобретения является создание более надежного устройства для обработки скважин методом имплозии и гидродинамических исследований с возбуждением скважины методом имплозии, у которого усилие, развиваемое при падении ударника с большой скоростью, не приводит к каким-либо деформациям деталей впускного клапана и к отказу устройства.

Поставленная задача решается тем, что герметизируемые сквозные окна перекрыты от внешнего давления поршнем с уплотнениями, размещенным в закрытом состоянии впускного клапана так, что верхнее уплотнение находится выше, а нижнее ниже герметизируемых сквозных окон, и фиксируемым в этом положении с помощью фиксатора-штифта, срезаемого при ударе сбрасываемого ударника о поршень, при этом поршень выполнен пустотелым с возможностью заполнения его внутреннего объема через штуцер жидкостью, которой частично заполнена внутренняя полость рабочего цилиндра, а в нижней части к рабочему цилиндру подсоединен приборный контейнер.

Сопоставительный анализ существенных признаков предложенного устройства и прототипа показал, что заявляемое устройство отличается от известного следующими признаками:

- герметизируемые сквозные окна перекрыты от внешнего давления поршнем с уплотнениями, размещенным в закрытом состоянии впускного клапана так, что верхнее уплотнение находится выше, а нижнее ниже герметизируемых сквозных окон, и фиксируемым в этом положении с помощью фиксатора-штифта, срезаемого при ударе сбрасываемого ударника о поршень;

- поршень выполнен пустотелым с возможностью заполнения его внутреннего объема через штуцер жидкостью, которой частично заполнена внутренняя полость рабочего цилиндра;

- в нижней части к рабочему цилиндру подсоединен приборный контейнер.

В связи с тем, что герметизируемые сквозные окна перекрыты от внешнего давления поршнем с уплотнениями, размещенным в закрытом состоянии впускного клапана так, что верхнее уплотнение находится выше, а нижнее ниже герметизируемых сквозных окон, и фиксируемым в этом положении с помощью фиксатора-штифта, срезаемого при ударе сбрасываемого ударника о поршень, обеспечивается открытие герметизируемых сквозных окон путем непосредственного взаимодействия ударника с поршнем и исключается возможность деформации при ударе каких-либо промежуточных деталей. При движении поршня вниз под действием ударника атмосферный воздух, заполняющий объем рабочего цилиндра под поршнем, сжимается, амортизируя удар и исключая деформацию поршня при ударе. При этом в закрытом состоянии клапана обеспечивается взаимное уравновешивание всех действующих на поршень усилий, связанных с наружным гидростатическим давлением, и для перемещения поршня достаточно только преодолеть усилие срезания штифта. В связи с тем, что поршень выполнен пустотелым с возможностью заполнения его внутреннего объема через штуцер жидкостью, которой частично заполнена внутренняя полость рабочего цилиндра, достигается эффект замедления перемещения поршня. Это позволяет погасить удар поршня о нижнюю стенку рабочего цилиндра. А благодаря тому, что в нижней части к рабочему цилиндру подсоединен приборный контейнер, обеспечивается возможность проведения исследований скважины с помощью прибора, размещаемого в приборном контейнере. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет устранить деформацию деталей клапана за счет пневматической и гидравлической амортизации перемещения поршня и проводить измерения в скважине, что повышает надежность устройства и, в конечном счете, повышает эффективность обработки и исследования скважин.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что предложенное устройство отвечает критерию изобретения "новизна".

Авторам не известны технические решения, содержащие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого изобретения, соответствующего, по нашему мнению, критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое устройство показано на фиг.1 и 2, соответственно при открытом и закрытом впускном клапане. Устройство содержит полый корпус 1 в виде отрезка трубы, соединенного в верхней части с насосно-компрессорными трубами и спускаемого на них в скважину. С корпусом 1 соединен рабочий цилиндр клапана 2 с герметизируемыми сквозными окнами 3. Внутри рабочего цилиндра 2 размещен поршень 4 с уплотнениями 5 и фиксатором-штифтом 6. Поршень 4 выполнен с возможностью перемещения его вдоль оси рабочего цилиндра 2. В закрытом состоянии клапана, когда герметизируемые сквозные окна 3 находятся между верхним и нижним уплотнениями 5, поршень 4 удерживается с помощью фиксатора-штифта 6. Поршень 4 выполнен пустотелым. Внутренняя полость поршня 4 закрыта крышкой 7 со штуцером 8. Внутренняя полость рабочего цилиндра 2 частично заполнена жидкостью 9 (масло, дистиллированная вода и т.п.). В нижней части к рабочему цилиндру 2 подсоединен приборный контейнер 10, в котором установлен автономный геофизический прибор 11.

При проведении обработки или исследований скважины устройство с поршнем 5, находящимся в исходном состоянии, соответствующем закрытому состоянию впускного клапана (фиг. 1), на насосно-компрессорных трубах спускают в скважину так, чтобы при обработке скважины герметизируемые сквозные окна 3 находились против продуктивного пласта, а при проведении исследований - выше продуктивного пласта, но при этом контейнер 10 с геофизическим прибором 11 должен находиться в заданной точке измерений интервала перфорации. Далее сбрасывают в насосно-компрессорные трубы ударник 12 (фиг.2), который, падая вниз, ударяет по поршню 4. От удара по поршню 4 ударником 12 фиксатор-штифт 6 срезается и поршень 4 начинает двигаться вниз. При этом, когда верхнее уплотнение 5 достигнет герметизируемого сквозного окна 3, на поршень 4 начинает действовать давление скважинного столба жидкости. Под давлением столба жидкости поршень 4, двигаясь вниз, сжимает атмосферный воздух, которым заполнена внутренняя полость рабочего цилиндра 2. При сжатии атмосферного воздуха под поршнем 4 происходит увеличение усилия, действующего на поршень снизу, которое, возрастая, уравновешивает усилие, действующее на поршень 4 сверху и обусловленное действием сбрасываемого ударника 12 и давлением скважинного столба жидкости. Когда поршень опустится до уровня частично заполняющей внутреннюю полость рабочего цилиндра 2 жидкости 9, последняя, вследствие своей несжимаемости, начинает препятствовать перемещению поршня 4 вниз и через штуцер 8 начинает заполнять внутреннюю полость поршня 4. При этом поршень 4 движется вниз, но с меньшей скоростью. Таким образом скорость движения поршня 4 снижается и исключается возможность его деформации при ударе о нижнюю стенку рабочего цилиндра 2. В тот момент, когда при перемещении поршня 4 вниз его верхнее уплотнение 5 минует, герметизируемые сквозные окна 3, через них во внутреннюю полость рабочего цилиндра 2, корпуса 1 и труб НКТ начинается приток скважинной и пластовой жидкости. В том случае, когда ведется обработка скважины и герметизируемые сквозные окна 3 находятся против продуктивного пласта, заполнение внутренней полости колонны труб НКТ происходит преимущественно пластовой жидкостью. При этом очищается от кольматанта призабойная зона пласта и в результате повышается производительность скважины. В том случае, когда проводятся исследования скважины и герметизируемые сквозные окна 3 находятся выше пласта, а контейнер 10 с геофизическим прибором 11 - в заданной точке измерений, колонна труб НКТ заполняется преимущественно скважинной жидкостью. При этом уровень жидкости в скважине снижается, создается депрессия на пласт, происходит приток жидкости из пласта, который регистрируется с помощью прибора 11. Устройство может быть использовано для определения кривой восстановления давления в скважине. Для этого используется в качестве прибора 11 автономный манометр. Таким образом, поставленная задача повышения надежности устройства решена за счет обеспечения пневматической и гидравлической амортизации перемещения поршня 4, исключающей возможность деформации деталей устройства при ударе по поршню 4 ударником 12 и перемещении поршня 4 в рабочем цилиндре 2 и обеспечения возможности исследования скважины автономным геофизическим прибором.

Внедрение предложенного устройства позволит за счет повышения его надежности сократить количество непроизводительных спуско-подъемов в скважину и, в конечном счете, повысить эффективность обработки и исследования скважин.

Истолчники информации

1. Патент РФ 2072423, Е 21 В 43/25, 28/00 от 12.04.96.

2. Патент РФ 2148163, Е 21 В 43/25, 43/18 от 27.04.2000.