устройство депрессионной очистки забоя скважин

Формула изобретения

Устройство депрессионной очистки забоя скважины, включающее депрессионную камеру с разделительным поршнем, гидравлически связанную со шламоприемной камерой через устройство гидродинамического воздействия, клапан-затвор, размещенный в нижней части шламоприемной камеры, нижняя торцевая приемная часть которого выполнена в виде трубного паука, при этом выше разделительного поршня дополнительно встроен клапан-пробка для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб с затрубным пространством при извлечении устройства на поверхность, отличающееся тем, что верхняя часть разделительного поршня оснащена переводником с выступами на нижнем торце, соединенным с колонной насосно-компрессорных труб, а нижняя часть установлена в депрессионную камеру, относительно которой в транспортном положении зафиксирована срезными элементами с возможностью ограниченного перемещения вниз, при этом верхний торец депрессионной камеры оснащен впадинами, выполненными с возможностью взаимодействия с выступами нижнего торца переводника, причем устройство гидродинамического воздействия выполнено в виде дифференциального клапана, установленного в верхней части шламоприемной камеры и подпружиненного относительно депрессионной камеры, при этом депрессионная камера и шламоприемная камера выполнены с возможностью сближения при вращении относительно друг друга, шламоприемная камера снаружи оснащена сверху вниз пакерующим и фиксирующим механизмами, причем пакерующий механизм выполнен в виде верхнего упора с радиальными каналами, эластичной манжеты и конусного нижнего упора, выполненными с возможностью ограниченного перемещения вверх относительно шламоприемной камеры, а фиксирующий механизм выполнен в виде втулки с пружинными центраторами и подпружиненными внутрь плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с конусным нижним упором пакерующего механизма, при этом нижняя торцевая приемная часть выполнена с возможностью взаимодействия с забоем без вращения и сближения со шламоприемной камерой при вращении относительно друг друга, причем шламоприемная камера дополнительно оснащена перекрытыми в транспортном положении верхним упором радиальными отверстиями, которые выполнены с возможностью совмещения с радиальными каналами верхнего упора, при этом верхний упор пакерующего механизма и втулка фиксирующего механизма зафиксированы в транспортном положении относительно шламоприемной камеры срезными, соответственно верхними и нижними винтами, а клапан-пробка выполнен в виде сбивного клапана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в качестве технологического оборудования для очистки забоя (зумпфа) скважин от шлама, песка, парафина и других трудноизвлекаемых отложений.

Известно устройство для очистки забоя скважины (авторское свидетельство SU № 2099506, МПК 7 Е 21 В 37/00, опубл. Бюл. № 22, 1995 г.), содержащее корпус с депрессионной камерой и клапаном-заглушкой, шламоприемную камеру, камеру с разделительным поршнем, ударным штоком со срезными штифтами, выдвижным фиксатором поршня.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая наполняемость шламоприемной камеры продуктами очистки скважины из-за влияния напора столба жидкости в эксплуатационной колонне, в связи с чем снижается эффективность работы устройства;

- во-вторых, устройство не обеспечивает в условиях глубоких скважин защиту обсадных труб и цементного кольца в заколонном пространстве от гидроудара в момент создания депрессии в зоне очистки, вследствие чего при разрушении цементного кольца ослабляется крепление ствола скважины, что приводит к осложнениям, например заколонным перетокам жидкости и загрязнению пресноводных горизонтов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство депрессионной очистки забоя скважин (патент RU № 2213847, МПК 7 Е 21 В 37/00, опубл. Бюл. № 28 от 2003 г.), включающее депрессионную камеру с разделительным поршнем, гидравлически связанную с шламоприемной камерой, и средством перекрытия, выполненным в виде клапана-затвора, размещенного в нижней ее части, при этом оно снабжено устройством гидродинамического воздействия, выполненным в виде диффузора-конфузора и эластичного шара, установленного между разделительным поршнем, выполненным дифференциальным, и шламоприемной камерой с торцевой приемной частью, выполненной в виде трубного паука, при этом выше разделительного поршня, дополнительно, встроен клапан-пробка для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб с затрубным пространством скважины при извлечении устройства на поверхность.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, перед подъемом устройства на поверхность оно не обеспечивает удаление из депрессионной и шламоприемной камер продуктов очистки с забоя скважины, в связи с чем создаются дополнительные нагрузки на грузоподъемный агрегат, ведущие к снижению скорости подъема устройства, а также повышается вероятность поломки одного или сразу нескольких элементов компоновки оборудования. Кроме того, диафрагма клапана-пробки разрушающаяся под действием избыточного давления, требует высокой точности изготовления, несоблюдение которой ведет к разрушению клапана-пробки до достижения заданного значения давления. Кроме того, при большой депрессии на пласт возможно "залипание" эластичного шара в проходном канале устройства гидродинамического воздействия. Все вышеописанные факторы снижают надежность работы устройства по очистке забоя скважины;

- во-вторых, по мере излечения устройства на поверхность и удаления из депрессионной и шламоприемной камер продуктов очистки с забоя загрязняется устье скважины, что ведет к нарушению экологических требований;

- в-третьих, сложность контроля проводимых технологических операций при депрессионной очистке забоя скважины, кроме того, пласт не защищен от продуктов очистки, и возможен гидроудар в момент создания депрессии в зоне очистки забоя скважины, сопровождающийся резким скачком давления, что может привести к нарушению целостности крепи скважины и пласта и ухудшению коллекторских свойств последнего.

Задачей изобретения является повышение надежности работы устройства за счет вымывания продуктов очистки перед подъемом устройства на поверхность с возможностью контроля проводимых технологических операций, повышение экологичности, а также сохранение коллекторских свойств пласта путем исключения попадания в него продуктов очистки с забоя скважины.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством депрессионной очистки забоя скважин, включающим депрессионную камеру с разделительным поршнем, гидравлически связанную со шламоприемной камерой через устройство гидродинамического воздействия, клапан-затвор, размещенный в нижней части шламоприемной камеры, нижняя торцевая приемная часть которого выполнена в виде трубного паука, при этом выше разделительного поршня, дополнительно, встроен клапан-пробка для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб с затрубным пространством при извлечении устройства на поверхность.

Новым является то, что верхняя часть разделительного поршня оснащена переводником с выступами на нижнем торце, соединенным с колонной насосно-компрессорных труб, а нижняя часть установлена в депрессионную камеру, относительно которой в транспортном положении зафиксирована срезными элементами с возможностью ограниченного перемещения вниз, при этом верхний торец депрессионной камеры оснащен впадинами, выполненными с возможностью взаимодействия с выступами нижнего торца переводника, причем устройство гидродинамического воздействия выполнено в виде дифференциального клапана, установленного в верхней части шламоприемной камеры и подпружиненного относительно депрессионной камеры, при этом депрессионная камера и шламоприемная камера выполнены с возможностью сближения при вращении относительно друг друга, шламоприемная камера снаружи оснащена сверху вниз пакерующим и фиксирующим механизмами, причем пакерующий механизм выполнен в виде верхнего упора с радиальными каналами, эластичной манжеты и конусного нижнего упора, выполненными с возможностью ограниченного перемещения вверх относительно шламоприемной камеры, а фиксирующий механизм выполнен в виде втулки с пружинными центраторами и подпружиненными внутрь плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с конусным нижним упором пакерующего механизма, при этом нижняя торцевая приемная часть выполнена с возможностью взаимодействия с забоем без вращения и сближения со шламоприемной камерой при вращении относительно друг друга, причем шламоприемная камера дополнительно оснащена перекрытыми в транспортном положении верхним упором радиальными отверстиями, которые выполнены с возможностью совмещения с радиальными каналами верхнего упора, при этом верхний упор пакерующего механизма и втулка фиксирующего механизма зафиксированы в транспортном положении относительно шламоприемной камеры срезными, соответственно верхними и нижними, винтами, а клапан-пробка выполнен в виде сбивного клапана.

На фиг.1 изображена верхняя часть устройства депрессионной очистки забоя скважин в продольном разрезе.

На фиг.2 изображена нижняя часть устройства депрессионной очистки забоя скважин в продольном разрезе.

Устройство состоит из депрессионной камеры 1 (см. фиг.1) с разделительным поршнем 2, устройства гидродинамического воздействия 3, гидравлически связанного посредством соединительной муфты 4 с шламоприемной камерой 5, клапана-затвора 6, размещенного в нижней части шламоприемной камеры 5.

Верхняя часть разделительного поршня 2 оснащена переводником 7 с выступами 8 на нижнем торце. Переводник 7 соединен с колонной насосно-компрессорных труб 9, а нижняя часть оснащена окнами 10 и установлена в депрессионную камеру 1, относительно которой в транспортном положении разделительный поршень 2 зафиксирован срезными элементами 11 с возможностью ограниченного только осевого перемещения вниз. Кроме того, в транспортном положении окна 10 разделительного поршня 2 герметично, посредством уплотнительных элементов 12, перекрыты депрессионной камерой 1.

Верхний торец депрессионной камеры 1 оснащен впадинами 13, выполненными с возможностью взаимодействия с выступами 8 нижнего торца переводника 7.

Депрессионная камера 1 соединена с устройством гидродинамического воздействия 3 с помощью муфты 14.

Устройство гидродинамического воздействия 3 выполнено в виде дифференциального клапана, установленного в верхней части шламоприемной камеры 5 и подпружиненного относительно депрессионной камеры 1 посредством пружины 15.

Депрессионная 1 и шламоприемная 5 камеры выполнены с возможностью сближения при вращении относительно друг друга. Шламоприемная камера 5 снаружи оснащена сверху вниз пакерующим 16 (см. фиг.2) и фиксирующим 17 механизмами.

Пакерующий механизм 16 выполнен в виде верхнего упора 18 с радиальными каналами 19, эластичной манжеты 20 и конусного нижнего упора 21, выполненными с возможностью ограниченного перемещения вверх относительно шламоприемной камеры 5. Фиксирующий механизм 17 выполнен в виде втулки 22 с пружинными центраторами 23 и подпружиненными внутрь плашками 24, выполненными с возможностью взаимодействия с конусным нижним упором 21 пакерующего механизма 16.

Нижняя торцевая приемная часть 25 шламоприемной камеры 5 выполнена в виде трубного паука и свинчена с последней посредством переходника 26.

Нижняя торцевая приемная часть 25 выполнена с возможностью взаимодействия с забоем 27 без вращения и сближения с шламоприемной камерой 5 при относительном вращении относительно друг друга.

Шламоприемная камера 5 дополнительно оснащена перекрытыми в транспортном положении верхним упором 18 радиальными отверстиями 28, которые выполнены с возможностью совмещения с радиальными каналами 19 верхнего упора 18.

Верхний упор 18 пакерующего механизма 16 и втулка 22 фиксирующего механизма 17 зафиксированы в транспортном положении относительно шламоприемной камеры 5 срезными соответственно верхними 29 и нижними 30 винтами.

Выше разделительного поршня 2 (см. фиг.1), дополнительно, встроен клапан-пробка 31, выполненный в виде сбивного клапана для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб 9 с затрубным пространством при извлечении устройства на поверхность.

Устройство депрессионной очистки забоя скважин работает следующим образом.

Устройство посредством переводника 7 (см. фиг.1) соединяют с колонной НКТ 9 и в сборе (см. фиг.1 и 2) спускают в скважину до упора на забой 27, после чего разгрузкой колонны НКТ 9 на забой создают осевую нагрузку вниз на 30-40 кН, при этом разрушается срезной элемент 11, и разделительный поршень 2, жестко соединенный сверху с переводником 7 (см. фиг.1), смещается вниз, при этом переводник 7 своими впадинами 8 вступает в контакт с впадинами 13, которыми оснащен верхний торец депрессионной камеры 1 с возможностью последующего вращения. После этого колонну НКТ 9 с устройством полностью разгружают на забой 27 (см. фиг.2). Это контролируется визуально на устье скважины по изменению показаний индикатора веса (не показано), при этом происходит падение показаний индикатора веса и смещение вниз колонны НКТ 9, в результате чего происходит сообщение депрессионной 2 и шламоприемной 5 камер посредством устройства гидродинамического воздействия 3.

Под действием перепада давления над и под разделительным поршнем 2 в депрессионной камере 1 происходит имплозионный эффект, и начинается всасывание через нижнюю торцевую приемную часть 25, выполненную в виде трубного паука (см. фиг.1 и 2), в шламоприемную камеру 5 отложений (шлам, песок) с забоя 27 скважины, при этом клапан-затвор 6 открывается и отложения с забоя 27 заполняют шламоприемную камеру 5 (см. фиг.2).

Размещенное между разделительным поршнем 2 и шламоприемной камерой 5 устройство гидродинамического воздействия 3 (см. фиг.1) подпружинено посредством пружины 15 относительно депрессионной камеры 1 и, под действием созданного перепада давления, создает регулируемое воздействие. Перепад давления изменяет проходное сечение устройства гидродинамического воздействия 3 и способствуют дополнительному выносу отложений с забоя 27 и исключает гидроудар. Чем больше перепад давления между депрессионной 1 и шламоприемной 5 камерами, тем больше втягивается устройство гидродинамического воздействия 3, сжимая пружину 15, и тем меньше его проходное сечение.

По окончании депрессионной очистки давления в депрессионной 1 и шламоприемной 5 камерах выравниваются, причем время депрессионной очистки от отложений с забоя 27 (см. фиг.2) определяется опытным путем и зависит от глубины спуска устройства и степени загрязненности забоя скважины.

Затем приподнимают устройство с забоя на 3-5 метра, при этом клапан-затвор 6 закрывается, исключая обратное выпадение отложений, находящихся в шламоприемной камере 5, на забой 27. О наличии в устройстве скважинной жидкости и продуктов отложений в шламоприемной камере 5 свидетельствует превышение показаний индикатора веса над первоначальными, то есть веса устройства с колонной НКТ 9 перед разгрузкой на забой 27.

Устройство вновь полностью разгружают на забой скважины, после чего начинают вращать колонну НКТ 9 с устья скважины (на фиг.1 и 2 не показано) по часовой стрелке, при этом колонна НКТ 9 (см. фиг.1) передает вращающий момент на верхнюю часть устройства благодаря жесткому контакту впадин 8 и 13, соответственно переводника 7 и депрессионной камеры 1, в результате чего колонна НКТ 9 и верхняя часть устройства, включая муфту 14, вращаются и по наружной резьбе 32 устройства гидродинамического воздействия 3 опускаются вниз, сжимая пружину 15. Вращение колонны НКТ 8 продолжают до тех пор, пока не закончится наружная резьба 32, в результате проходной канал устройства гидродинамического воздействия 3 полностью открывается и сохраняет проходное сечение.

Вращение колонны НКТ 9 с устья скважины по часовой стрелке продолжают, в результате чего колонна НКТ 9 вместе с устройством, за исключением фиксирующего механизма 17 (см. фиг.2) и нижней торцевой приемной части 25 шламоприемной камеры 5 с переходником 26, вращаются и по наружной резьбе 33 шламоприемной камеры 5 опускаются вниз, при этом происходит разрушение нижнего винта 30, фиксирующего в транспортном положении втулку 22 относительно шламоприемной камеры 5. Вращение колонны НКТ 9 продолжают до окончания наружной резьбы 33.

Затем колонну НКТ 9 с устройством приподнимают вверх с учетом того, чтобы пакерующее устройство 16 находилось выше продуктивного пласта в скважине (не показано).

Далее колонну НКТ 9 с устройством начинают опускать вниз, при этом фиксирующее устройство 17, благодаря контакту пружинных центраторов 23 со стенкой 34 скважины, остается неподвижным, и в определенный момент подпружиненные внутрь плашки 24 фиксирующего механизма 16 вступают во взаимодействие с конусным нижним упором 21 пакерующего механизма 16. При дальнейшем опускании устройства вниз происходит разрушение верхнего винта 29, фиксирующего в транспортном положении верхний упор 18 относительно шламоприемной камеры 5, при этом происходит смещение вверх пакерующего механизма 16 до взаимодействия с верхним упором 18 в нижний торец присоединительной муфты 35 шламоприемной камеры 5. В этот момент происходит совмещение радиальных каналов 19 верхнего упора 18 и радиальных отверстий 28 шламоприемной камеры 5. Устройство продолжают опускать, при этом происходит фиксация подпружиненных внутрь плашек 24 фиксирующего механизма 16 на стенках 34 скважины, и при последующем движении вниз устройства происходит его разгрузка на вышеупомянутые подпружиненные внутрь плашки 24, при этом эластичная манжета 20 сжимается и прижимается к стенкам 34 скважины, герметично отсекая ее часть, находящуюся ниже устройства, в том числе и пласт.

Прямой или обратной промывкой удаляют из устройства продукты отложений с забоя скважины, находящиеся в нем после депрессионной очистки, при этом предварительно выкидную линию скважины соединяют с амбаром или желобной емкостью (на фиг.1 и 2 не показано) с целью соблюдения экологических требований.

По окончании промывки до начала подъема устройства на поверхность в колонну НКТ 9 устья скважины сбрасывают груз (не показан), который разрушает клапан-пробку 31, выполненный в виде сбивного клапана (см. фиг.1), в результате этого происходит сообщение депрессионной камеры 1 и внутреннего пространства НКТ 9 с затрубным пространством скважины, предотвращая перелив скважинной жидкости на устье при подъеме устройства на поверхность. О разрушении клапана-пробки 31 свидетельствует потеря веса скважинной жидкости в процессе подъема устройства, которое отображается на индикаторе веса.

Предлагаемое устройство соответствует требованиям экологии и надежно в работе за счет вымывания продуктов очистки перед подъемом устройства на поверхность, при этом возможен полный контроль проводимых технологических операций, а сохранение коллекторских свойств пласта обусловлено применением пакерующего устройства, предотвращающего попадание в пласт отложений с забоя скважины и позволяющего исключить работы по восстановлению продуктивности пласта, и, как следствие, позволяет избежать дополнительных материальных и финансовых затрат.