устройство для гидроразрыва пласта

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА, содержащее обсадную колонну со сквозными продольными каналами, установленные на ней направляющие кожухи с радиальными окнами, размещенные в полости кожуха призмы, подпружиненные одна относительно другой с возможностью перекрытия радиальных окон кожухов в нерабочем положении и образования между ними полости, сообщенной с полостью обсадной колонны, отличающееся тем, что оно снабжено источником возбуждения колебаний, подпружиненным обратным клапаном и радиальными фиксаторами, при этом источник возбуждения колебаний выполнен в виде погружного кавитационного генератора колебаний, корпус которого выполнен с продольными сквозными пазами, расположенными ниже его диффузора, обратный клапан выполнен в виде штока с конической вершиной и установлен на дне корпус генератора соосно с его осью, а радиальные фиксаторы выполнены в виде шарнирно подвешенных рычагов, которые в рабочем положении установлены с возможностью взаимодействия со стенками продольных каналов обсадной колонны и конической вершиной штока обратного клапана, причем сквозные пазы корпуса генератора совмещены с плоскостью вращения рычагов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шарнирные рычаги, сквозные пазы корпуса генератора и продольные каналы в обсадной колонне расположены диаметрально противоположно.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что радиальные фиксаторы снабжены стягивающим элементом и радиально подпружиненными направляющими стержнями и ползунами с наклонным торцем, соответствующим углу наклона конуса обратного клапана.

4. Устройство по пп. 1 и 3, отличающееся тем, что стягивающий элемент радиальных фиксаторов выполнен в виде пружины растяжения, расположенной над ползунами и закрепленной противоположными концами к рычагам.

5. Устройство по пп. 1 и 3, отличающееся тем, что рычаги выполнены в зоне расположения ползунов в виде швеллера, соединительная поперечина которого имеет отверстие под направляющий стержень, при этом пружина установлена на стержне между ползунами и поперечиной швеллера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовододобывающей промышленности и может быть использовано для повышения проницаемости нефтегазоносных и водоносных пластов.

Известно устройство для гидроразрыва пласта, содержащее герметичный корпус с соплом и размещенный в полости корпуса пороховой заряд с воспламенителем [1]

Известно также устройство для гидроразрыва пласта, включающее корпус с крышкой со штоком и отражатель, образующие камеру сгорания, в которой размещены пороховой заряд с воспламенителем и уплотнительный элемент [2]

Недостатком этих устройств является сложность конструкции, малая надежность заряда и необходимость соблюдения строгих мер безопасности для исключения травматизма обслуживающего персонала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для гидроразрыва пласта, включающее обсадную колонну со сквозными продольными каналами, установленные на ней направляющие кожухи с радиальными окнами, размещенные в полости кожуха призмы, подпружиненные одна относительно другой с возможностью перекрытия радиальных окон кожухов в нерабочем положении и образования между ними полости, сообщенной с полостью обсадной колонны [3]

Недостатком данного устройства является малая эффективность из-за незначительной глубины образующихся трещин. Малый радиус трещин связан в первую очередь с незначительными ударными нагрузками на пласт, а также потерями давления, особенно при значительных глубинах скважин.

Задачей изобретения является повышение эффективности воздействия на пласт за счет создания мощных ударных импульсов и снижения потерь давления.

Эта задача решается тем, что устройство для гидроразрыва пласта, включающее обсадную колонну со сквозными продольными каналами и установленные на ней направляющие кожухи с радиальными окнами, размещенные в полости кожуха призмы, подпружиненные одна относительно другой с возможностью перекрытия радиальных окон кожухов в нерабочем положении и образования между ними полости, сообщенной с полостью обсадной колонны, снабжено источником возбуждения колебаний, подпружиненным обратным клапаном и радиальными фиксаторами, при этом источник возбуждения колебаний выполнен в виде погружного кавитационного генератора колебаний, корпус которого выполнен с продольными сквозными пазами, расположенными ниже его диффузора, обратный клапан выполнен в виде штока с конической вершиной и установлен на дне корпуса генератора соосно с его осью, а радиальные фиксаторы выполнены в виде шарнирно подвешенных рычагов, которые в рабочем положении установлены с возможностью взаимодействия со стенками продольных каналов обсадной колонны и с конической вершиной штока обратного клапана, причем сквозные пазы корпуса генератора совмещены с плоскостью вращения рычагов.

Решению поставленной задачи способствует также расположение продольных каналов в обсадной трубе и продольных сквозных пазов в корпусе диаметрально противоположно, а также выполнение рычагов в зоне расположения ползунов в виде швеллера, соединительная перекладина которого имеет отверстие под направляющий стержень ползуна, при этом пружина установлена на стержне между обращенными одна к другой поверхностями ползуна и рычага, причем каждый рычаг соединен с корпусом генератора посредством оси, а стягивающий элемент выполнен в виде пружины растяжения, закрепленной противоположными концами к рычагам, причем пружина растяжения расположена выше ползунов.

Оснащение устройства погружным кавитационным генератором колебаний способствует созданию ударных импульсов значительной мощности непосредственно в зоне пласта и получению трещин значительной протяженности, что повышает проницаемость пластов и тем самым способствует интенсификации добычи полезных ископаемых.

Снабжение кавитационного генератора обратным клапаном позволяет исключить "поршневой эффект" при проведении с ним спуско-подъемных операций, а кроме того обратный клапан может быть использован для извлечения песка, попавшего на забой скважины, путем подачи воды по кольцевому пространству между обсадной колонной и колонной труб с кавитационным генератором.

Снабжение устройства радиальными фиксаторами и схема расположения фиксаторов относительно продольных каналов обсадной колонны и продольных пазов корпуса генератора колебаний обеспечивает снижение потерь давления в колонне.

Оснащение радиальных фиксаторов стягивающим элементом и радиально подпружиненными ползунами с наклонными торцами, взаимодействующими с коническим наконечником штока обратного клапана, служит для автоматического ввода шарнирно закрепленных рычагов в продольных каналах обсадной колонны с целью совмещения в рабочем положении радиальных каналов обсадной трубы с пазами генератора при вращении НКТ и установки рычагов в транспортное положение после завершения работ по гидроразрыву пласта.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство в продольном разрезе; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение А-А в момент разрыва пласта.

Предложенное устройство включает обсадную колонну 1 со сквозными каналами 2, установленные на ней направляющие кожухи 3 с радиальными окнами 4, размещенные в кожухе 3 подпружиненные в горизонтальной плоскости пружинами 5 призмы 6 и кавитационный генератор 7 колебаний с продольными сквозными пазами 8 в корпусе 9 и осевым обратным клапаном 10. Сквозные каналы 2, пазы 8 и полость 11, образованная призмами 6, выполнены в виде продольных прорезей, высоту которых выбирают в зависимости от мощности пласта. В рабочем положении каналы 2, пазы 8 и полости 11 располагают в одной вертикальной плоскости. Для их совмещения используют радиальные фиксаторы в виде рычагов 12, шарнирно соединенных с корпусом 9 посредством осей 13 и снабженных возвратным элементом в виде пружины 14 растяжения и ползунами 15 с наклонным торцом, угол наклона которого соответствует углу конусности конической вершины 16 штока обратного клапана 10. Последний содержит также подпружиненную пружиной 17 крышку 18 и ограничитель осевого перемещения в виде диска 19 с осевыми каналами 20, совмещенными в транспортном положении с аналогичными каналами 20а на дне 21 корпуса 9. Рычаги 12 в поперечном сечении имеют форму швеллера (см. фиг. 2), поперечина которого имеет отверстие под направляющий стержень 22, на котором установлена пружина 23, расположенная между обращенными друг к другу сторонами ползуна 15 и рычага 12.

Устройство работает следующим образом.

Обсадную колонну 1 совместно с направляющими кожухами 3 с установленными призмами 6 спускают в скважину и после установки в заданном интервале закрепляют цементным раствором 24. Затем на колонне НКТ 25 спускают кавитационный генератор 7 колебаний в скважину, обратный клапан 10 которого, опираясь штоком о дно забоя 26, перемещается в осевом направлении и конической вершиной 16 раздвигает ползуны 15, а вместе с ними и рычаги 12 в радиальном направлении. При этом рычаги 12 прижимаются к внутренней стенке обсадной колонны 1 и при повороте НКТ 2 происходит их совмещение с каналами 2, что фиксируется на поверхности резким увеличением крутящего момента. Этим достигается совмещение каналов 2 и сквозных пазов 3 в корпусе генератора 7. В таком положении устройство готово к работе, которую начинают с закачки через НКТ 25 жидкости разрыва. Последняя через пазы 8 и каналы 9 поступает в полость 11, где под действием избыточного давления, создаваемого ударной волной, возбуждаемой схлопыванием кавитационных полостей в диффузоре генератора 7, сжимает пружину 5, через окно 4 поступает в пласт 27 и образует в нем трещины 28. При этом благодаря использованию обратного клапана 10 вся жидкость разрыва направляется в пласт 27. В то же время при спуске генератора 7 в скважину обратный клапан 10 снижает "эффект поршневания" благодаря сообщению полости генератора 7 с затрубным пространством через систему осевых каналов 20 и 20а при отжатой пружиной 17 крышке 18.

Для расширения трещин 28 при закачке жидкости разрыва используют песок с постепенно увеличивающейся зернистостью. После подачи заданного объема жидкости разрыва давление в генераторе 7 сбрасывают и призмы 6 под действием пружины 5 перекрывают радиальные окна 4 и препятствуют выдавливанию жидкости разрыва из пласта 27 в обсадную колонну 1. Благодаря этому предотвращается и выдавливание песка из образовавшихся трещин 28. После окончания работ попавший на забой 26 песок может быть извлечен путем проведения откачки через колонну НКТ при одновременной подаче воды в межтрубное пространство.

При подъеме НКТ 25 совместно с генератором 7 рычаги 12 под действием пружины растяжения 14 занимают исходное положение, т.е. устанавливаются в полости генератора 7 и не препятствуют подъему НКТ.