устройство для очистки призабойной зоны скважины

Формула изобретения

1. Устройство для очистки призабойной зоны скважины преимущественно нефтяных и газоконденсатных месторождений, включающее источник энергии и подключенный к нему преобразователь энергии в молекулярно-волновые колебания, отличающееся тем, что преобразователь выполнен в виде мультипликаторного генератора импульсов и состыкованного с ним молекулярно-волнового кавитатора, причем генератор импульсов состоит из пустотелого корпуса и расположенных в нем трубчатого штока с поршнем и клапаном, установленных на штоке с возможностью осевого перемещения, корпус выполнен с днищем, имеющим центральное отверстие и два периферийных с размещенными в последних в одном дросселем, а в другом - обратным клапаном, в боковой стенке центральной части корпуса выполнены радиальные каналы, шток установлен в центральном отверстии днища корпуса и снабжен торцевой крышкой с противоположной стороны, перекрывающей его внутренний канал и образующей с корпусом и торцом клапана камеру нагнетания, подключенную к источнику энергии и к внутреннему каналу штока, причем к каналу - посредством радиальных отверстий в его боковой стенке, расположенных с возможностью их перекрытия стенкой клапана при его рабочем движении, а клапан при помощи пружины, размещенной в полости, образованной

между стенками клапана и корпуса и подключенной к камере нагнетания, прижат к торцу поршня с образованием в зоне контакта полости, подключенной посредством кольцевой внутренней проточки и радиальных отверстий в стенке поршня к радиальным каналам боковой стенки корпуса, при этом молекулярно-волновой кавитатор выполнен в виде стакана, прикрепленного открытым торцом к корпусу генератора импульсов по периферии его днища, в боковой стенке стакана выполнены радиальные каналы с объединяющей периферийной кольцевой канавкой, а внутренняя полость стакана соединена посредством упомянутых дросселя и обратного клапана с камерой мультипликации генератора импульсов, образованной между торцом поршня и днищем его корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поршень и клапан выполнены в виде втулок, наружная поверхность каждой из которых образована тремя цилиндрическими участками, причем наименьший наружный диаметр поршня со стороны камеры мультипликации выполнен большим, чем аналогичный диаметр клапана со стороны камеры нагнетания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относиться к нефтяной промышленности и может быть использовано для повышения нефтеотдачи пласта, очистки призабойной зоны и восстановления скважин от смоло-парафинистых отложений в колонне насосно-компрессорных труб.

Известно устройство для восстановления скважины, включающее ударник в виде падающего груза и излучатель в виде сбрасываемой на забой скважины наковальни (см. авторское свидетельство СССР, N 1710709, МПК 6 E 21 B 43/25, 1992).

В данном устройстве воздействие осуществляется сбрасываемым грузом, который ударяет по наковальне, свободно размещаемой на забое скважины, заполненной жидкостью. В результате энергия удара значительно рассеивается в окружающую среду (в жидкость, заполняющую скважину), тем самым снижается степень воздействия на сам объект (в данном случае - нефтяной пласт). Недостатком воздействия на колонну труб является ударное воздействие на их торцы с последующим трансформированием энергии удара в молекулярно-волновые колебания тела труб на удалении от места контакта. Такое преобразование энергии на небольшом участке трубы вызывает его перенасыщение напряжениями сжатия, вызывающими необратимые пластические деформации. В результате торец трубы теряет свою устойчивость, изменяет форму и разрушается.

Кроме того, превышение глубины скважины над ее поперечным сечением в несколько тысяч раз не позволяет в чрезвычайно стесненных условиях рассредоточить по всей глубине скважины необходимое количество энергии для эффективного ее восстановления, очистки и воздействия на нефтяной пласт одним видом энергетического источника, поскольку степень воздействия ограничивается прочностью скважины и габаритами.

Наиболее близким аналогом предложенному изобретению является устройство для восстановления скважины, описанное в патенте Российской Федерации N 2066365 Cl, МПК 6 E 21 B 37/00, 1996 г. Известное устройство для восстановления скважины позволяет осуществить молекулярно-волновое воздействие на колонну труб в скважине и нефтяной пласт, при этом одновременно с молекулярно-волновым воздействием на колонну труб в скважине требуется осуществлять молекулярно-волновое воздействие на смоло-парафинистые отложения в колонне труб и столб жидкости в скважине, причем молекулярно-волновое воздействие осуществляют непосредственно через верхние торцы колонны труб, смоло-парафинистых отложений и верхний уровень столба жидкости в скважине, причем одновременно с молекулярно-волновым воздействием для обеспечения качественной очистки и восстановления скважины следует дополнительно осуществить совместное механическое и физическое воздействие на колонну труб, смоло-парафинистые отложения, столб жидкости в скважине и нефтяной пласт и химическое воздействие на смоло-парафинистые отложения и нефтяной пласт. Механическое воздействие осуществляют путем импульсной подачи жидкости в скважину.

Данное устройство содержит ударник и излучатель, причем излучатель упруго соединен с корпусом ударника и выполнен в виде преобразователя импульсных нагрузок в молекулярно-волновые колебания, выполненного за одно целое с передатчиками молекулярно-волновых колебаний на верхние торцы колонны труб и смоло-парафинистых отложений и на верхний уровень столба жидкости в скважине. Однако и у данного изобретения источник энергии расположен в верхней части колонны труб, то есть на значительном удалении от места обработки. Это приводит к повышению энергоемкости процесса обработки и не позволяет обеспечить высокое качество очистки и восстановления скважин.

Задачей изобретения является повышение продуктивности нефтяных и газоконденсатных скважин за счет более качественной очистки призабойной зоны скважины и снижение уровня смолj-парафинистых отложений в колонне труб и скважине при уменьшении энергозатрат.

Указанный технический результат достигается за счет того, что с помощью погруженного в призабойную зону устройства подают гидроимпульсы высокого мультиплицированного и низкого давления, разделением рабочей жидкости на два потока с генерацией молекулярно-волновых колебаний, при этом преобразователь энергии в молекулярно-волновые колебания выполнен в виде мультипликаторного генератора импульсов и состыкованного с ним молекулярно-волнового кавитатора.

На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства для очистки призабойной зоны скважины в начальный и конечный момент рабочего цикла, на фиг. 2 - то же с течением рабочей жидкости в момент расстыковки поршня и клапана мультипликаторного генератора импульсов, а на фиг.3 - то же с течением рабочей жидкости при крайних положениях поршня и клапана.

Устройство для очистки призабойной зоны скважины содержит источник энергии, например, насос (на фиг. не показан) и подключенный к нему преобразователь энергии в молекулярно-волновые колебания, выполненный в виде мультипликаторного генератора импульсов и состыкованного с ним молекулярно-волнового кавитатора. Генератор импульсов состоит из пустотелого корпуса 1 и расположенных в нем трубчатого штока 2 с поршнем 3 и клапаном 4, установленных на штоке 2 с возможностью осевого перемещения, корпус 1 выполнен с днищем 5, имеющим центральное отверстие 6 и два периферийных 7 и 8 с размещенными в последних в одном дросселя 9, а в другом - обратного клапана 10, в боковой стенке центральной части корпуса 1 выполнены радиальные каналы 11 и 12, расположенные в двух поясах, шток 2 установлен в центральном отверстии 6 днища 5 корпуса 1 и снабжен торцевой крышкой 13 с противоположной стороны, перекрывающей его внутренний канал 14 и образующей с корпусом 1 и торцем 15 клапана 4 камеру нагнетания 16, подключенную к источнику энергии при помощи отверстий 17 в торцевой крышке 13 и к внутреннему каналу 14 штока 2, причем к каналу 14 - посредством радиальных отверстий 18 в его боковой стенке, расположенных с возможностью их перекрытия стенкой клапана 4 при его рабочем движении, а клапан 4 пружиной 19, разделенной в полости 20, образованной между стенками клапана 4 и корпуса 1 и подключенной при помощи канала 21 в стенке корпуса 1 к камере нагнетания 16, прижат к торцу 22 поршня 3 с образованием в зоне контакта полости 23 (может быть образована выполнением конической поверхности на торце клапана 4), подключенной посредством кольцевой внутренней проточки 24 и радиальных отверстий 25 в стенке поршня 3 к радиальным каналам 12 боковой стенки корпуса, при этом молекулярно-волновой кавитатор выполнен в виде стакана 26, прикрепленного открытым торцем к корпусу 1 генератора импульсов по периферии его днища 5, в боковой стенке стакана 26 выполнены радиальние каналы 27 с объединяющей периферийной канавкой 28, а внутренняя полость 29 стакана 26 соединена посредством упомянутых дросселя 9 и обратного клапана 10 с камерой мультипликации 30 генератора импульсов, образованной между торцем 31 поршня 3 и днищем 5 его корпуса 1. Поршень 3 и клапан 4 выполнены в виде втулок, наружная поверхность каждой из которых образована тремя цилиндрическими участками, увеличивающимися по диаметру к месту взаимного контакта, причем наименьший наружный диаметр d₁ торца 31 поршня 3 со стороны камеры мультипликации 30 выполнен большим, чем аналогичный диаметр d₂ торца 15 клапана 4 со стороны камеры нагнетания 16, при этом поршень 3 выполнен с наибольшим наружным диаметром d₃. Преобразователь энергии в молекулярно-волновые колебания при эксплуатации расположен в затрубном пространстве 32 призабойной зоны 33.

Устройство для очистки призабойной зоны скважины работает следующим образом.

Рабочая жидкость от источника энергии, например, насоса (на фиг. не показан) подается, например, по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ, на фиг. не показана), через отверстия 17 в торцевой крышке 13 штока 2 в камеру нагнетания 16, из которой через радиальные отверстия 18 поступает во внутренний канал 14 и во внутреннюю полость 29 стакана 26 молекулярно-волнового кавитатора. Из полости 29 через радиальные каналы 27 и кольцевую канавку 28 жидкость попадает в затрубное пространство 32 и воздействует на призабойную зону 33. Из-за сопротивления кавитатора, которое зависит от расхода жидкости и каналов 27 истечения струй, во внутренней полости 29 повышается давление и при заданной ее величине отрывается обратный клапан 10 и жидкость поступает в камеру мультипликации 30 генератора импульсов, а так как конструктивно площадь торца 31 поршня 3 на диаметре d₁ больше площади торца 15 клапана 4 на диаметре d₂, то при равенстве давлений на торцы 31 и 15, что обеспечено открытой гидравлической связью, возникает результирующая сила, действующая в противоположную сторону от кавитатора и обеспечивающая совместное перемещение поршня 3 и клапана 4. Перемещаясь, сопряженные поршень 3 и клапан 4 выдавливают жидкость из внутренней полости корпуса 1 через радиальные каналы 11 в затрубное пространство 32 призабойной зоны 33, обеспечивая выброс жидкости в сторону от нее. При движении поршня 3 радиальные отверстия 25, выполненные в стенке поршня 3, окажутся подключенными к полости 20, сообщенной каналом 21 с камерой нагнетания 16. Часть жидкости из камеры нагнетания 16 по каналу 21, полость 20, отверстия 25 и проточку 24 поступает в полость 23 зоны контакта торцев поршня 3 и клапана 4. При этом основной поток жидкости продолжает из полости 29 навигатора обрабатывать призабойную зону 33. Давление жидкости в полости 23 приводит к расстыковке поршня 3 и клапана 4, при этом клапан 4 продолжает свое движение от кавитатора до момента перекрытия радиальных отверстий 18 боковой стенки штока 2. После этого начинается движение поршня 3 в сторону кавитатора и, соответственно, мультипликация давления в камере мультипликации 30 с коэффициентом равным соотношению площадей поршня 3 на диаметрах d₃ и d₄, а также определяемом выбором дросселя 9. При этом обратный клапан 10 закрыт, а жидкость с повышенным давлением поступает во внутреннюю полость 29, из которой через каналы 27 и кольцевую канавку 28 воздействует на призабойную зону 33. Конструктивно в качестве дросселя используют втулку или шайбу, отверстие в которых подбирают из условия минимальной потери давления мультипликации, а при устойчивой работе кавитатора (с постоянным обеспечением давления в полости 29) роль дросселя 9 может выполнять и само отверстие 7. Когда поршень 3 займет положение, при котором отверстия 25 сообщаться с каналами 12 корпуса 1, жидкость из полости 20 попадает в затрубное пространство 32 и давление в полости 20 резко падает, при этом клапан 4 под действием пружины 19 возвращается в исходное положение, стыкуясь в конце хода с поршнем 3. В процессе своего движения клапан 4, вытесняя жидкость из полости 20, способствует подъему на поверхность частиц вымытых из затрубного пространства 32 и призабойной зоны 33, при этом воздействие кавитатора отсутствует. Когда отверстия 18 откроются, жидкость поступает в канал 14, полость 29, каналы 27 и канавку 28 и на призабойную зону 33. Давление в полости 29 из-за сопротивления поднимется и далее цикл работы устройства повторится.

Таким образом рабочий поток жидкости в одном цикле воздействует на кавитатор дважды: при мультипликации и от резкого открытия предварительно заторможенного потока через канал 14 штока 2. Жидкость, попеременно выталкиваясь через каналы 11 и 12, образует поток от призабойной зоны 33.