пульсатор давления автоматический

Формула изобретения

Пульсатор давления, содержащий полый корпус с радиальными каналами, полый шток с радиальными каналами, впускной и уравнительный клапаны, гидротормозное реле времени, отличающийся тем, что полый шток выполнен подвижным, выполняет функцию впускного клапана и образует с корпусом вакуумную камеру, а уравнительный клапан выполнен в виде подвижного шток-поршня с золотником, снабжен в нижней части цангой с гребнями для обеспечения старта и возврата шток-поршня в исходное положение, а также пружинами, обеспечивающими его поступательное движение для закрытия уравнительного клапана и открытия впускного клапана, а гидротормозное реле времени жестко связано с корпусом, снаружи которого установлен регулировочный винт для настройки частоты циклов «депрессия - репрессия».

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам в нефтегазодобывающей промышленности, а именно для барообработки и очистки приствольной зоны пласта (ПЗП) в автоматическом режиме с целью освоения и восстановления производительности скважин.

Известен забойный пульсатор давления, который работает от осевой манипуляции колонны труб. При сжатии устройства происходит сообщение пласта с полостью пустых труб (депрессия), а при растяжении устройства происходит сообщение пласта с затрубным пространством (репрессия) (1. Патент №2137900, Е 21 В 43/25, 1999 г. «Забойный пульсатор давления»).

Недостатком известного забойного пульсатора давления является то, что для его управления требуются осевые манипуляции колонны труб, что может привести к разгрузке пакера, разгерметизации его и не достигается равномерность чередования циклов депрессия - репрессия.

Известен забойный пульсатор давления, который работает в компоновке с испытателем пластов, с открытием впускного клапана которого автоматизация пульсирующей депрессии происходит от перемещения подпружиненного клапана, открывающегося от давления жидкости притока и закрывающегося от выравнивания давления над и под пакером. (2. Авторское свидетельство №939737, Е 21 В 43/25, 1982 г. «Забойный пульсатор давления»).

Недостатком известного забойного пульсатора давления является то, что для обеспечения первоначальной депрессии он работает в компоновке с испытателем пластов и не является автономным. Кроме того, в скважинах с низкой продуктивностью энергия притока пластовой жидкости является недостаточной для эффективной работы пульсатора.

Известен забойный пульсатор давления автоматический (принятый за прототип), который работает в пульсирующем режиме депрессия - репрессия во взаимосвязи со штоком пакера. (3. Патент №2209303, 7 Е 21 В 43/25, 2003 г. «Пульсатор давления автоматический»).

Недостатком известного пульсатора давления автоматического является то, что он работает в связке с пакером специальной конструкции и достаточно сложный по схеме для реального воплощения конструкции в связи с наличием трубопроводной обвязки и кранов переключения направления потока жидкостей.

Задачей изобретения является создание автономного пульсатора (без взаимосвязи с испытателем пластов или пакером), обеспечивающего автоматический режим вибробарообработки и очистки пласта путем пульсирующего воздействия на пласт депрессии и репрессии за счет упрощения конструкции устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в пульсаторе давления, содержащем корпус с радиальными каналами, полый шток с радиальными каналами, гидротормозное реле времени, полый шток выполнен подвижным, выполняет функцию впускного клапана (ВК) и образует с корпусом вакуумную камеру, подвижный шток-поршень с золотником в верхней части выполняет функцию уравнительного клапана (КУ), а наличие жестко связанной с шток-поршнем цанги с гребнями обеспечивает старт работы пульсатора и возврат его в исходное положение, пружины, расположенные в нижней части шток-поршня, обеспечивают его поступательное движение для закрытия уравнительного и открытия впускного клапанов, а гидротормозное реле времени жестко связано с корпусом, снаружи которого установлен регулировочный винт для настройки частоты циклов «депрессия - репрессия».

Автоматизация процесса циклов «депрессия - репрессия» обеспечивается первоначально стартом при сжатии пульсатора давления от веса труб. При этом закрывается КУ и открывается ВК (депрессия). Далее от усилия перепада наружного (Р_нар) и внутритрубного (Р_вн) давлений, когда Р_нар>Р_вн , шток-поршень движется вниз, закрывая ВК и открывая КУ (репрессия), сжимает пружины. Сила сжатых пружин в следующий момент движет шток-поршень вверх, закрывая КУ и открывая ВК (депрессия) и т.д.

Новыми признаками, отличающими изобретение от прототипа, являются:

- полый шток с радиальными каналами, выполняющий функции впускного клапана, выполнен подвижным относительно корпуса и образует с ним вакуумную камеру;

- наличие золотника на подвижном шток-поршне, выполняющего функции уравнительного клапана и взаимодействующего с ним посредством штифтов;

- наличие цанги с гребнями, жестко связанной со шток-поршнем для обеспечения «старта» работы пульсатора и возврата шток-поршня в исходное положение;

- наличие пружин в нижней части шток-поршня, обеспечивающих поступательное движение его для закрытия КУ и для открытия ВК;

- наличие гидротормозного реле времени, жестко связанного с корпусом и снабженного винтом для регулировки скорости истечения тормозной жидкости в камере, образуемой шток поршнем.

Взаимосвязь указанных признаков обеспечивает полную автоматизацию периодов депрессии и репрессии на пласт скважины без вмешательства оператора с поверхности.

Заявителю неизвестны технические решения, содержащие сходные признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа.

Таким образом, заявляемый пульсатор давления соответствует критериям изобретения «Новизна» и «Изобретательский уровень».

На фиг.1 - пульсатор давления растянут перед пакеровкой в конце спуска в скважину (верхнее положение подвижного штока).

На фиг.2 - пульсатор давления сжат с открытыми каналами ВК и закрытыми каналами КУ.

На фиг.3 - пульсатор давления сжат с закрытыми каналами ВК и открытыми каналами КУ.

Пульсатор давления (фиг.1) состоит из взаимно подвижных корпусов 1, 2, снабженных шпонкой 3 для передачи крутящего момента нижерасположенному оборудованию.

Внутри корпуса 1 расположены телескопически независимые подвижные шток 4 и шток-поршень 5, работающие под действием усилий от перепада наружного Р_нар и внутритрубного Р_вн давлений, когда Р_нар>Р_вн . Шток 4 с корпусом 1 образует вакуумную камеру «а» в уплотнениях 6, 7 и содержит радиальные каналы «б» в уплотнениях 8, 9, выполняющие функцию впускного клапана.

Корпус 1 со шток-поршнем 5 образует камеру «в» с уплотнениями 10, 11, заполненную минеральным маслом, и содержит в ней гидротормозное реле времени 12, жестко связанное с корпусом 1, сечение капиллярного канала которого регулируется винтом 13, управляемым снаружи корпуса.

Шток-поршень 5 имеет радиальные каналы «г», «д» для сообщения с каналами «б» на штоке 4, снабжен цангой 14, как минимум, с двумя гребнями 15, взаимодействующими с корпусом 2 через выступ 16, и подвижным золотником 17 с уплотнениями 18, 19 по корпусу 1 для перекрытия радиальных каналов «е», выполняющих функцию уравнительного клапана. Золотник 17 имеет ограниченное движение в пределах длины продольных пазов «ж» от штифтов 20 на шток-поршне 5, который сообщается с затрубной средой через отверстия «з» в корпусе 1 и герметизируется уплотнениями 8, 21.

Пружины 22, 23 внутри корпусов служат для поступательного движения шток-поршня 5.

Пульсатор работает следующим образом.

Пульсатор спускается в скважину в компоновке с пакером на пустых или частично заполненных трубах.

На фиг.1 пульсатор показан в транспортном положении в конце спуска в скважину перед пакеровкой, когда подвижный шток 4 находится в верхнем положении под действием усилий от Р=Р_нар-Р_вн в уплотнениях 8, 9.

В транспортном положении радиальные каналы «б» в штоке 4 перекрыты шток-поршнем 5, а радиальные каналы «е» в корпусе открыты, свободно пропускают вытесняемую жидкость из подпакера во время спуска пульсатора в скважину и облегчают срыв пакера при завершении работ.

С достижением заданной глубины производится пакерование (сжатие пакера) с отсечением обрабатываемого объекта от затрубной жидкости над пакером. При этом корпус 1 от веса вышерасположенных труб сжимается относительно корпуса 2. Внутренний выступ 16 в корпусе 2 в зацеплении с гребнями 15 цанги 14 толкает шток-поршень 5 и срывается после совмещения каналов «г» с каналами «б» на штоке 4, до открытия которых золотник 17 от штифтов 20 перекрывает каналы «е» (фиг.2).

Перемещение шток-поршня 5 относительно корпуса 1 происходит в замедленном темпе благодаря сопротивлению тормозной жидкости в капиллярных каналах гидротормозного реле времени 12. Сжатое положение пульсатора сохраняется до завершения работы.

При таком положении пульсатора пласт (подпакерное пространство) сообщается с внутритрубным пространством через каналы «г»-«б», давление на пласт снижается (депрессия), вызывая приток пластового флюида. Под штоком 4 давление выравнивается с внутритрубным, и он переходит в нижнее положение благодаря вакууму в камере «а», сокращая путь для перекрытия каналов ВК.

В такой ситуации, когда Р_вн<Р_нар, усилие от перепада давления Р=Р_нар-Р_вн воздействует на площадь сечения в уплотнениях 8, 21 через отверстие «з», шток-поршень 5 начинает перемещаться вниз, сжимая пружины 22, 23. При этом каналы «б» закрываются, а золотник 17 открывает каналы «е», пропуская затрубную жидкость в пласт (репрессия) (фиг.3). Давление в корпусе 1 под штоком 4 вновь становится равным Р_нар, и он перемещается вверх, увеличивая путь для открытия каналов ВК, а шток-поршень 5 от силы сжатых пружин 22, 23 поднимается вверх для закрытия каналов «е» и открытия каналов «б»-«г» (фиг.2).

При таком положении пульсатора пласт (подпакерное пространство) сообщается с внутритрубным пространством через каналы «г» и «б», давление на пласт снижается (депрессия), вызывая приток пластового флюида. Давление внутри пульсатора выравнивается и шток 4 под влиянием вакуумной камеры «а» переходит в нижнее положение, сохраняя открытое состояние каналов «б» и «г» до достижения шток-поршнем 5 верхнего положения. При этом Р_вн<Р_нар и усилие от перепада давления P=Р_нар-Р_вн воздействует на площадь сечения штока-поршня 5 в уплотнениях 8, 21 и перемещает его вниз, сжимая пружины 22, 23. Каналы «б» закрываются, а каналы «е» в корпусе 1 открываются.

Давление внутри корпуса выравнивается с гидростатическим давлением затрубной жидкости, и на пласт создается репрессия с частичным поглощением затрубной жидкости.

При отсутствии усилия от Р сжатых пружин 22, 23 шток-поршень 5 вновь перемещается вверх, перекрывает золотником каналы «е» и открывает каналы «б». Давление на пласт снижается (депрессия), вызывая приток новой порции пластового флюида. При непрерывном поступательно-возвратном перемещении шток-поршня 5 на пласт создается попеременно депрессия и репрессия.

Таким образом, на пласт воздействует пульсирующее давление, сопровождаемое двусторонним движением жидкости из пласта в трубы и из скважины в пласт.

Частота колебания давления на забое (в приствольной зоне пласта) задается торможением перемещения шток-поршня 5 с помощью гидротормозного реле времени в камере «в», заполненной минеральным маслом. Гидротормозное реле времени 12 в корпусе 1 имеет капиллярный канал, пропускающий масло из одной полости камеры в другую полость с гидравлическим сопротивлением. При необходимости скорость истечения жидкости регулируется винтом 13. При этом достигается оптимальное время циклов (0,5-1 мин) для депрессии и (1-2 мин) для репрессии, необходимых для эффективного дренирования и очистки пласта.

Процесс открытия и закрытия ВК и КУ будет продолжаться до момента, пока усилие от Р достаточно для преодоления силы сжатых пружин.

Прекращение работы пульсатора определяется отсутствием выхода воздуха из трубы на устье скважины. При подъеме труб корпус 1 вытягивается из корпуса 2, внутренний выступ 16 которого через гребни 15 увлекает цангу 14 со шток-поршнем 5 в нижнее положение, закрывая каналы «б» и открывая каналы «е», выравнивая давление на забое с давлением в затрубном пространстве, что облегчает срыв пакера и свободный подъем труб из скважины.

По сравнению с известным пульсатором конструкция предлагаемого отличается предельно простой схемой для реального воплощения при сохранении функционального назначения по обеспечению достаточного количества циклов воздействия на пласт в режиме депрессия - репрессия. При этом также достигается автоматизация процесса и полностью исключаются какие-либо манипуляции с трубами, на которых спущен пульсатор в скважину.