устройство для избирательной имплозионной обработки продуктивного пласта

Формула изобретения

Устройство для избирательной имплозионной обработки продуктивного пласта, содержащее трубчатый корпус с присоединительной резьбой и радиальными отверстиями, верхний и нижний пакерующие узлы, установленные по концам и клапан, отличающийся тем, что нижний пакерующий элемент выполнен в виде самоуплотняющей манжеты, размещенной в кожухе, связанном с толкателем штифтами, пропущенными через продольные сквозные пазы корпуса, и контактирующим с хвостовиками заякоривающих плашек, снабженных пружинами сжатия с фрикционными накладками, при этом хвостовая часть нижнего упора верхнего пакерующего элемента выполнена конической с радиальными отверстиями в ответ радиальных отверстий корпуса с возможностью их совпадения при полной разгрузке устройства и установлена с возможностью взаимодействия при работе с плашками, причем нижняя часть полости корпуса перекрыта заглушкой с установленным в ней клапаном и образует вместе с внутренними стенками корпуса камеру низкого давления.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, в частности для имплозионного воздействия на пласт с целью увеличения продуктивности пласта, а также может быть использовано для освоения нефтяных, газовых, водозаборных и нагнетательных скважин.

Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины методом имплозии (см. авт. св. СССР N 1004624, кл. E 21 B 43/26, 1981), включающее пакер, соединенный с ним цилиндр, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), поршень с клапаном и приспособление для сообщения полости цилиндра с подпакерной зоной.

Эффект воздействия на пласт достигается за счет создания устройством серии гидравлических ударов.

Недостатком устройства является недостаточная эффективность воздействия на пласт, поскольку мощность создаваемых гидравлических ударов невелика.

Известно также устройство для имплозионной обработки продуктивного пласта (см. кн. : Попова А.А. Имплозия в процессах нефтедобычи.- М.: Недра. 1966, с. 115), содержащее пакер, соединенный с ним цилиндр, колонну НКТ, поршень с нагнетательным клапаном, привод к поршню и приспособление для сообщения полости цилиндра с подпакерной зоной.

Однако это устройство также обладает низкой эффективностью из-за выполнения привода поршня в виде каната. Канат имеет ограниченную грузоподъемность, причем при спуске поршня вниз из-за трения в уплотнениях и вязкости жидкости он зависает. Следует также отметить, что устройство не обеспечивает создание сильного и глубокого имплозионного воздействия на пласт из-за малого диаметра поршня, а увеличение его диаметра не представляется возможным из-за ограниченного диаметра скважины. Кроме того, имеется опасность нарушения герметизации из-за быстрого повреждения уплотнения поршня, поскольку отверстие, сообщающее полости цилиндра с подпакерной зоной, находится на пути движения поршня.

Известно также "Устройство для воздействия на пласт" (см. описание к патенту РФ N 2023875, 6 E 21 B 43/25, опубликованное в БИ N 22, 1994 ), содержащее трубчатый корпус с присоединительной резьбой и радиальными отверстиями, два пакерующих узла, установленных по концам корпуса, и клапан.

Указанное устройство по конструктивному выполнению более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Не умаляя достоинства данного устройства, отметим, что оно сложно по конструктивному исполнению (для создания депрессии требуется использование насосного оборудования, пакерующих узлов сложной конструкции, которые при спуске в скважину частично приходят в негодность, особенно незащищенные уплотнительные элементы верхнего пакерующего узла), а самое главное оно не обеспечивает создание глубокой депрессии на пласт, в результате чего резкое увеличение продуктивности пласта не достигается.

Техническим результатом предлагаемого устройства является обеспечение создания глубокой депрессии на пласт, а также упрощение его конструкции.

Необходимый технический результат достигается описываемым устройством, включающим трубчатый корпус с присоединительной резьбой и радиальными отверстиями, верхний и нижний пакерующие узлы, установленные по концам корпуса, и клапан.

Новым является то, что нижний пакерующий элемент выполнен в виде самоуплотняющейся манжеты, размещенной в кожухе. Последний связан с толкателем штифтами, пропущенными через продольные сквозные пазы корпуса, и контактирует с хвостовиками заякоривающих плашек, снабженных пружинами сжатия с функциональными накладками, при этом хвостовая часть нижнего упора верхнего пакерующего элемента выполнена конической поверхностью с радиальными отверстиями в ответ радиальных отверстий корпуса и установлена с возможностью взаимодействия при работе с плашками.

Другим отличием является то, что нижняя часть полости корпуса в зоне расположения плашек перекрыта заглушкой с установленным клапаном перепускного типа и образует вместе с внутренними стенками корпуса камеру низкого давления.

Предварительные патентные исследования по патентному фонду института "ТатНИПИнефть", а также изучение информации научно-технической литературы показало отсутствие аналогичных технических решений с такими отличительными признаками, как у предложенного устройства, создающими новый положительный эффект - создание глубокой депрессии на пласт. Следовательно, можно полагать, что оно обладает новизной, а его промышленная применимость подтверждается описанием его работы.

Приведенные чертежи поясняют суть изобретения, где на фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, спущенное в скважину на колонне НКТ с помощью переводника, в разрезе.

На фиг. 2 - вид на нижний пакерующей элемент, когда он в рабочем положении после его освобождения от кожуха, в разрезе.

Предлагаемое устройство содержит трубчатый корпус 1 с присоединительной резьбой 2 и радиальными отверстиями 3. Он в верхней части выполнен утолщенным с переходом на коническую поверхность 4. На концевых участках корпуса размещены пакерующие узлы. Уплотнительный элемент 5 верхнего пакерующего узла опирается на упор 6 с радиальным отверстием 7 в ответ на радиальное отверстие 3 корпуса. Хвостовая часть указанного упора выполнена также утолщенной и с конической поверхностью 8 и она зафиксирована относительно корпуса срезаемым штифтом 9.

Уплотнительный элемент 10 нижнего пакерующего узла выполнен в виде самоуправляющей манжеты и размещен в защитном кожухе 11. Последний связан с толкателем 12 штифтами 13, пропущенными через продольные, сквозные пазы 14 корпуса 1. Верхний торец кожуха контактирует с хвостовиками 15 заякоривающих плашек 16 с зубчатыми насечками. Хвостовики 15 плашек связаны с корпусом срезаемыми штифтами 17 и снабжены пружинами 18 сжатия с фрикционными накладками 19. Полость корпуса в зоне нижней его части перекрыта заглушкой 20 с установленным в нем подпружинным клапаном односторонней связи перепускного типа, запорный элемент которого выполнен в виде шара 21. Заглушка 20 с внутренними стенками корпуса 1 образует камеру 22 низкого давления.

Устройство работает следующим образом.

Его спускают в скважину 23 на колонне НКТ 24, присоединяя к ее нижней части через посредство переводника 25 до упора на забой. При этом толкатель 12, поднимаясь вверх, освобождает кожух 11 от нижнего уплотнительного элемента, при котором одновременно происходит срезание штифтов 17 и расфиксация хвостовиков 15 плашек 16. Затем устройство приподнимают на высоту, примерно, на 0,5-0,6 выше кровли продуктивного пласта, после чего устройство снова опускают вниз до тех пор, пока коническая поверхность 8 упора 6 не упрется в плашки 16, которые удерживаются от перемещения пружинами 18 сжатия за счет фрикционных накладок 19. Таким образом, происходит заякоривание устройства плашками 16 в скважине. При дальнейшей нагрузке колонны НКТ и, следовательно, устройства происходит срезание штифтов 9, связывающих хвостовик упора 6 с корпусом 1. При этом последний с нижним пакерующим узлом перемещается вниз, при этом коническая поверхность 4 корпуса расширяет уплотнительный элемент 5 верхнего пакерующего узла и тем самым перекрывается затрубное пространство у кровли продуктивного пласта. При полной разгрузке устройства отверстия 3 корпуса и отверстия 7 хвостовика упора 6 совпадают, образуя сеть каналов, сообщающих камеру 22 низкого давления с затрубным пространством в интервале продуктивного пласта. При этом за счет разности давлений в пласте и камере 22 жидкость, находящаяся в интервале пласта, мгновенно устремляется в полость камеры 22, происходит сильная и глубокая депрессия на пласт, при которой все загрязняющие пласт вещества вместе с пластовой жидкостью выходят из пласта, очищая тем самым поры и каналы притока продукции пласта. Благодаря разобщению пакерующими элементами интервала продуктивного пласта от выше и ниже лежащих пластов максимальное воздействие производится избирательно только на продуктивный пласт, глубокая мгновенная депрессия на пласт при этом может разрушительно воздействовать на крепь скважины из-за резкого снижения давления на забое.

Допустимое снижение давления на забое можно определить исходя из прочности цементного камня за колонной по следующей формуле:

P_c = P^во_пл^д-h,

где P_пл^вод - пластовое давление водоносного пласта, МПа,

h - толщина раздела между нефтенасыщенным и водоносными пластами, м,

- максимально допустимое давление на 1 м высоты цементного кольца, МПа.

Величина зависит от условий вскрытия пласта, качества и технологии цементирования скважины. И эта величина для месторождений нефти в Татарии в среднем составляет 2,4 МПа.

Расчет энергии импульса депрессии можно произвести по изотермическому закону.

E_депр = PW,

где P - забойное давление, МПа,

W - объем камеры низкого давления, м³,

W = R²L,

где = 3,14 постоянная величина,

R - радиус трубчатого корпуса, м,

L - длина камеры низкого давления, м.

Чтобы этого не случилось, силу депрессии на пласт регулируют путем долива жидкости в полость камеры 22 через НКТ, тем самым можно обеспечить сохранность целостности крепи скважины между пластами.

В процессе подъема колонны НКТ с устройством слив жидкости из нее осуществляется через перепускной клапан 21, установленный в заглушке 20. После промывки скважины ее сдают в эксплуатацию.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого устройства заключается в повышении продуктивности пласта, примерно на 30-40%, за счет сильной, глубокой и избирательной депрессии на пласт, следовательно, и в увеличении дебита скважины. Устройство просто по конструктивному исполнению.

Широкое применение устройства на нефтяных промыслах даст ощутимые экономические выгоды.