устройство для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта

Формула изобретения

Устройство для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, включающее колонну насосно-компрессорных труб, заполненную рабочей жидкостью и соединенную снизу с гидроцилиндром и имеющим сообщение с затрубным пространством, поршень, подпружиненный возвратной пружиной, имплозионную камеру, оснащенную снизу подпружиненным клапаном, пропускающим сверху вниз, отличающееся тем, что имплозионная камера выполнена внутри гидроцилиндра, гидроцилиндр снабжен боковым, верхним, средним и нижним рядами отверстий, при этом в гидроцилиндре над имплозионной камерой выполнена глухая перегородка, разделяющая верхний и средний ряды радиальных отверстий, при этом в верхней части гидроцилиндра над глухой перегородкой установлен дополнительный подпружиненный клапан, пропускающий сверху вниз, поршень выполнен кольцевым, расположен снаружи имплозионной камеры, подпружинен снизу возвратной пружиной и перекрывает боковой и средний ряды радиальных отверстий в исходном положении, а в рабочем положении поршень под действием избыточного давления рабочей жидкости в колонне насосно-компрессорных труб имеет возможность осевого перемещения вниз с возможностью сообщения затрубного пространства колонны насосно-компрессорных труб с призабойной зоной пласта посредством бокового и среднего рядов радиальных отверстий гидроцилиндра и имплозионной камеры, причем гидроцилиндр снаружи оснащен пакером.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения нефтеотдачи добывающих скважин при многократном гидроимпульсном воздействии на пласт.

Известно устройство для добычи нефти и обработки призабойной зоны скважины (патент на изобретение RU № 2254456, МПК E21B 43/18, опуб. в бюл. № 19 от 20.06.2005 г.), включающее заглушенный в нижней торцовой части и соединенный в верхней части с насосно-компрессорной трубой цилиндрический корпус насоса с входным отверстием в верхней части и установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения, соединенный в верхней части со штангой плунжер с цилиндрической боковой поверхностью и с диаметром, равным внутреннему диаметру корпуса насоса с входным отверстием в верхней части и выходным отверстием с обратным клапаном в донной части, в корпусе насоса выполнено, по крайней мере, четыре входных отверстия, расположенные попарно на разных уровнях и с равным шагом между собой и симметрично относительно оси корпуса, при этом одна из пар входных отверстий расположена в верхней части корпуса насоса, другая - в нижней части, к донной части плунжера закреплена юбка цилиндрической формы с диаметром, равным внутреннему диаметру корпуса насоса, на боковой поверхности которой выполнены, по крайней мере, два входных отверстия, расположенные в одной плоскости с входными отверстиями корпуса насоса, на внутренней поверхности корпуса насоса выполнены, по крайней мере, две направляющие щели, а на цилиндрической образующей боковой поверхности юбки плунжера установлены пластины с возможностью их перемещения в направляющих щелях для совмещения входных отверстий корпуса насоса и боковой поверхности юбки плунжера, при этом входные отверстия, расположенные на корпусе насоса, снабжены обратными клапанами, причем входные отверстия, расположенные на корпусе и юбке плунжера на разных уровнях, выполнены повернутыми относительно друг друга на половину шага между отверстиями корпуса.

Подъем плунжера осуществляется стандартными механизмами (подъемный агрегат А-50М, ЛТ-11 KM, A-50 У или аналогичными). Плунжер крепится к лебедке либо системой шланг Ф 16 мм, либо тросом Ф 16 мм, при этом нагрузка на штанги или трос из-за давления на плунжер (под плунжером состояние вакуума) составляет ~3·10 ⁴ Н (3 т.с) при глубине скважины 2,5 км. Обратный ход плунжера осуществляется за счет веса колонны штанг. Воздействие на пласт повторяется многократно от 10 до 100 раз.

Недостатками устройства являются:

- во-первых, низкая производительность работ из-за необходимости собирать и опускать на глубину продуктивного пласта колонну штанг;

- во-вторых, высокая вероятность обрыва штанг при большой глубине скважины из-за собственного веса колонны штанг и дополнительной нагрузки от наличия разрежения под плунжером;

- в-третьих, импульсы от гидроударов через жесткую металлическую штангу передаются на головку балансира станка-качалки, что может вызвать его поломку.

Известен имплозионный генератор многоразового действия (Попова А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. - М.: Недра, 1990, с.106-109), состоящий из имплозионной камеры, плунжера, клапана с пружиной, корпуса с окнами для выхода жидкости, концентраторов давления и расширенной части с окнами для входа жидкости. При поднятии плунжера до расширенной части в камеру, в которой создается разрежение, обрушивается столб жидкости, создавая импульс давления в зоне окон корпуса и импульс депрессии в расширенной части с окнами для входа жидкости.

Недостатками устройства являются:

- во-первых, низкая эффективность гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, связанная с отсутствием герметичной посадки устройства в обсадной трубе;

- во-вторых, велика вероятность возникновения гидроудара в межколонном пространстве скважины, что может привести к нарушению обсадной колонны скважины и к вытекающему из этого ремонта скважины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для воздействия на призабойную зону пласта (патент на изобретение RU № 2320866, МПК E21B 43/26, опуб. в бюл. № 9 от 27.03.2008 г.), включающее колонну насосно-компрессорных труб, имплозионную камеру с размещенным в ней плунжером, верхний конец которой соединен с расширенным патрубком, имеющим окна, а ее нижний конец снабжен подпружиненным клапаном, пропускающим сверху вниз и установленным в корпусе, имеющем окна и концентраторы давления, при этом устройство снабжено установленным между колонной насосно-компрессорных труб и расширенным патрубком гидроцилиндром с расположенным внутри поршнем, жестко связанным с плунжером ипмлозионной камеры и подпружиненным возвратной пружиной, при этом бесштоковая полость гидроцилиндра имеет сообщение с затрубным пространством, а его штоковая полость оснащена трубопроводом для подвода рабочей жидкости из колонны насосно-компрессорных труб.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая эффективность гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, связанная с отсутствием герметичной посадки устройства в обсадной трубе;

во-вторых, высокие гидравлические давления, возникающие в устройстве в процессе его работы, это происходит из-за того, что для перемещения поршня вверх необходимо создать под поршнем такое гидравлическое давление рабочей жидкости, чтобы преодолеть давление жидкости над поршнем, которое оказывается давлением столба жидкости в затрубном пространстве плюс усилие сжатия возвратной пружины;

- в-третьих, низкий ресурс работы (срок службы) устройства связан с быстрым выходом из строя уплотнительного сальника вследствие высоких гидравлических давлений, возникающих в устройстве в процессе его работы.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, снижение гидравлических давлений, возникающих в процессе работы устройства, и повышение ресурса его работы.

Поставленная задача решается устройством для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, включающим колонну насосно-компрессорных труб, заполненную рабочей жидкостью и соединенную снизу с гидроцилиндром и имеющим сообщение с затрубным пространством, поршень, подпружиненный возвратной пружиной, имплозионную камеру, оснащенную снизу подпружиненным клапаном, пропускающим сверху вниз.

Новым является то, что имплозионная камера выполнена внутри гидроцилиндра, гидроцилиндр снабжен боковым, верхним, средним и нижним рядами отверстий, при этом в гидроцилиндре над имплозионной камерой выполнена глухая перегородка, разделяющая верхний и средний ряды радиальных отверстий, при этом в верхней части гидроцилиндра над глухой перегородкой установлен дополнительный подпружиненный клапан, пропускающий сверху вниз, поршень выполнен кольцевым, расположен снаружи имплозионной камеры, подпружинен снизу возвратной пружиной и перекрывает боковой и средний ряды радиальных отверстий в исходном положении, а в рабочем положение поршень под действием избыточного давления рабочей жидкости в колонне насосно-компрессорных труб имеет возможность осевого перемещения вниз с возможностью сообщения затрубного пространства колонны насосно-компрессорных труб с призабойной зоной пласта посредством бокового и среднего рядов радиальных отверстий гидроцилиндра и имплозионной камеры, причем гидроцилиндр снаружи оснащен пакером.

На фиг.1 и 2 в продольном разрезе показано предлагаемое устройство для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта.

Устройство для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, включающее колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 1 (см. фиг.1), заполненную рабочей жидкостью и соединенную снизу с гидроцилиндром 2, имеющим сообщение с затрубным пространством 3, поршень 4, подпружиненный возвратной пружиной 5, имплозионную камеру 6. Имплозионная камера 6 выполнена внутри гидроцилиндра 2.

Гидроцилиндр 2 снабжен боковым 7, верхним 8, средним 9 и нижним 10 рядами отверстий, например боковой ряд радиальных отверстий 7 выполняют диаметром 12 мм с двенадцатью отверстиями в каждом ряду, а верхний 8, средний 9 и нижний 10 ряды радиальных отверстий выполняют диаметром 10 мм с восемью отверстиями в каждом ряду.

В гидроцилиндре 2 над имплозионной камерой 6 выполнена глухая перегородка 11, разделяющая верхний 8 и средний 9 ряды радиальных отверстий. Имплозионная камера 6 оснащена снизу подпружиненным клапаном 12, пропускающим сверху вниз. В верхней части гидроцилиндра 2 над глухой перегородкой 11 установлен дополнительный подпружиненный клапан 13, пропускающий сверху вниз.

Поршень 4 выполнен кольцевым, расположен снаружи имплозионной камеры 6, подпружинен снизу возвратной пружиной 5 и перекрывает боковой 8 и средний 9 ряды радиальных отверстий в исходном положении.

В рабочем положении поршень 4 под действием избыточного давления рабочей жидкости в колонне НКТ 1 имеет возможность осевого перемещения вниз с возможностью сообщения затрубного пространства 3 колонны НКТ 1 с призабойной зоной пласта (на фиг.1 и 2 не показано) посредством бокового 7 и среднего 9 рядов радиальных отверстий гидроцилиндра 2 и имплозионной камеры 6 и подпакерного пространства 14.

Гидроцилиндр 2 снаружи оснащен пакером 15. Например, в качестве пакера 15 применяют пакер марки ПРО-ЯМО2, выпускаемый НПФ «Пакер» (г. Октябрьский, Республика Башкортостан, Российская Федерация).

Устройство для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта работает следующим образом.

Устройство вместе с колонной НКТ 1 (см. фиг.1) спускается в скважину, так чтобы нижний конец устройства находился на уровне перфорации 16 обсадной трубы 17. В процессе спуска имплозионная камера 6 не заполняется скважинной жидкостью, вследствие того что подпружиненный клапан 12 закрыт.

Производится посадка пакера 15 в обсадной трубе 17, например, осевым перемещением колонны НКТ 1 вверх на 1,5 ми вниз. После посадки пакер 15 герметично разделяет затрубное пространство 3 колонны НКТ 1 с подпакерным пространством 14 (призабойной зоной пласта), что позволяет повысить эффективность гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта.

Затрубное пространство 3 колонны НКТ 1 заполняется жидкостью (например, пресной водой). Столб жидкости в затрубном пространстве 3 колонны НКТ 1 создает гидравлическое давление (P_з). Подпружиненный снизу возвратной пружиной 5 поршень 4 перекрывает боковой 7 и средний 9 ряды радиальных отверстий гидроцилиндра 2 в исходном положении.

На устье скважины обвязывают колонну НКТ 1 с насосным агрегатом, например марки ЦА-320, и заполняют колонну НКТ 1 рабочей жидкостью (например, сточной водой). С помощью насосного агрегата в колонне НКТ 1 создают рабочее давление (P), под действием которого открывается дополнительный подпружиненный клапан 13 и рабочая жидкость через верхний ряд радиальных отверстий 8 попадает в надпоршневую полость 18, воздействуя сверху на поршень 4, в результате чего последний, сжимая пружину 5, опускается вниз относительно гидроцилиндра 2 (см. фиг.2). В результате открываются боковой 7 и средний 9 ряды радиальных отверстий гидроцилиндра 2, получающих возможность гидравлического сообщения.

Гидравлическое давление (P_з) столба жидкости в затрубном пространстве 3 колонны НКТ 1 выше рабочего давления (P) в колонне НКТ 1, т.е (P_з>P).

Поэтому столб жидкости, находящейся в затрубном пространстве 3 колонны НКТ 1 под гидравлическим давлением (P_з), обрушивается через боковой ряд радиальных отверстий 7 в надпоршневое пространство 16, при этом дополнительный подпружиненный клапан 13 под действием давления жидкости (P_з) закрывается, а так как (P _з>P), то жидкость, поступающая в устройство из затрубного пространства 3 колонны НКТ 1 через средний ряд радиальных отверстий 9 гидроцилиндра 2, попадает в имплозионную камеру 6, в которой сквозь нижний ряд 10 радиальных отверстий в подпоршневое пространство 19 создается дополнительный подпор жидкости на поршень 4 снизу. Далее жидкость через открывшийся под действием гидравлического давления (P_з) подпружиненный клапан 12 из имплозионной камеры 6 устремляется в призабойную зону пласта, откуда через перфорацию 16 обсадной трубы 17 воздействует на породу пласта (на фиг.1 и 2 не показано) и раскрывает трещины, увеличивая проницаемость пласта в призабойной зоне.

Гидравлическое давление жидкости в надпоршневом пространстве 18 снижается и поршень 4 за счет возвратной силы пружины 5 и отмеченного выше дополнительного подпора жидкости, оказываемого на поршень 4 снизу, возвращается обратно, перекрывая боковой 7 и средний 9 (см. фиг.1) ряды радиальных отверстий гидроцилиндра, при этом подпружиненный клапан 12 закрывается, отсекая подпоршневое пространство 14 от имплозионной камеры 6.

Таким образом, происходит один цикл гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта. После чего с помощью насосного агрегат в колонне НКТ 1 вновь создают рабочее давление (P), как описано выше, и в дальнейшем цикл повторяется. Таким образом, происходит многократное гидроимпульсное воздействие на призабойную зону пласта.

Снижение гидравлических давлений, возникающих в процессе работы устройства, достигается за счет того, что для перемещения поршня 4 вниз в колонне НКТ 1 необходимо создать рабочее давление (P) для преодоления усилий дополнительного подпружиненного клапана 12 и возвратной пружины 5 поршня 4, а также уплотнительных колец (на фиг.1 и 2 не показано), обеспечивающих герметичную работу предлагаемого устройства.

Анализ показывает, что при подаче рабочего давления (P) в колонну НКТ 1 под давлением 5-6 МПа насосом с расходом 80-100 л/мин можно обеспечить долговременную работу устройства, повысив тем самым ресурс его работы.

Предлагаемое устройство для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта позволяет повысить эффективность гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, снизить гидравлические давления, возникающие в процессе работы устройства, и повысить ресурса его работы.