устройство для очистки призабойной зоны низкопроницаемых коллекторов

Формула изобретения

Устройство для очистки призабойной зоны низкопроницаемых коллекторов, включающее рабочую трубу, образующую с эксплуатационной колонной затрубное пространство, пакер, разобщающий затрубное пространство с подпакерной зоной, работающий на энергии жидкости, поступающей из рабочей трубы, струйный насос с полостью всасывания и с выходом, сообщенным с затрубным пространством, камеру, разделенную клапаном на две части, одна из которых гидравлически соединена с подпакерной зоной, причем клапан срабатывает на определенный перепад давления и выполнен в виде установленного в цилиндре с пружиной поршня со сквозным каналом, дроссельный элемент, отличающееся тем, что дроссельный элемент установлен в сквозном канале поршня, перепад давления обеспечен между подпакерной зоной и зоной, образованной другой частью камеры, гидравлически связанной с полостью всасывания струйного насоса, цилиндр и поршень выполнены ступенчатыми, большая ступень цилиндра снабжена боковыми окнами, гидравлически соединяющими подпакерную зону с полостью всасывания струйного насоса в крайнем верхнем положении поршня, причем сквозной канал расположен в большей ступени поршня, а в меньшей ступени поршня выполнены осевой канал и соединенный с ним радиальный канал, большая ступень поршня и меньшая ступень цилиндра образуют кольцевую полость, меньшая ступень цилиндра содержит сквозной канал, состоящий из радиальной части и продольной части, соединенной с кольцевой полостью, пружина в цилиндре расположена над поршнем с зазором, равным расстоянию между верхом радиальной части сквозного канала меньшей ступени цилиндра и верхом радиального канала поршня, при этом в крайнем нижнем положении поршня его радиальный канал гидравлически разобщен с радиальной частью сквозного канала меньшей ступени цилиндра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам, в процессе работы которых создаются гидродинамические удары, способствующие эффективному воздействию на призабойную зону низкопроницаемых коллекторов.

Известна тандемная скважинная струйная установка /RU 2100661 С1, МПК F04F 5/02, 1997.12.27/, содержащая струйный насос и струйный вихревой аппарат с корпусом и соосно в нем установленными втулкой с винтовыми каналами на ее внутренней поверхности и обтекателем с входным конусом и центральным телом, на наружной поверхности которого выполнены винтовые каналы, а корпус аппарата со стороны его наружной поверхности выполнен с кольцевым расширяющимся каналом, сообщенным с винтовыми каналами посредством боковых каналов и вихревой камеры.

Недостатком данной установки является низкая эффективность очистки призабойной зоны низкопроницаемых коллекторов, так как при одновременной работе струйного насоса и струйного вихревого аппарата затруднительно обеспечить и создание заметных депрессий на пласт, и генерацию высокоамплитудных колебаний давления. Струйный насос, откачивая из-под пакера добавочную рабочую жидкость, поступающую из выхода струйного вихревого аппарата, может выходить из оптимального режима, и давление под пакером может расти, создавая репрессию на пласт, при которой загрязнения из скважины попадут в поровое пространство коллектора, кольматируя призабойную зону. Репрессия на пласт может возникать и при аварийных остановках насосного агрегата на устье скважины.

Известно также скважинное оборудование для обработки призабойной зоны пласта /RU 2175718 С1, МПК Е21В 43/25, F15B 21/12, 2001.11.10/, содержащее струйный насос с корпусом, включающим камеру смешения, сопловую камеру с проходным каналом через пакер и фильтр-муфту. Внутри фильтра-муфты установлен клапан-реле и регулятор расхода или давления. Гидродинамический излучатель установлен под пакером на колонне труб на уровне интервала перфорации. Клапан-реле снабжен реле времени и установлен между регулятором давления и излучателем. Параллельно клапану-реле выполнен переточный канал. Гидродинамический излучатель выполнен в виде автоколебательного низкочастотного генератора колебаний расхода.

Недостаток данного оборудования заключается в следующем. Для сохранения в течение определенного времени некоторой величины депрессии в подпакерной зоне величина расхода рабочей жидкости через излучатель должна быть незначительной в течение достаточно короткого промежутка времени. В противном случае при больших расходах рабочей жидкости на пласт будет создана репрессия, при которой загрязнения из скважины попадут в пласт. При небольших величинах расхода рабочей жидкости в течение короткого промежутка времени нельзя обеспечить достаточную энергию колебаний импульсов давления, необходимую для эффективной очистки загрязненной зоны низкопроницаемых коллекторов. Снижает эффективность очистки периодичность работы скважинного оборудования в оптимальном режиме.

При аварийных остановках работы насосной установки на устье скважины гидростатическое давление столба жидкости в колонне труб может создать репрессию в подпакерной зоне, при которой загрязнения попадут обратно в коллектор.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для обработки призабойной зоны пласта и освоения скважины /RU 2098616 С1, МПК Е21В 43/25, Е21В 43/27, Е21В 28/00, 1997.12.10/, включающее рабочую трубу, образующую с эксплуатационной колонной затрубное пространство, пакер, разобщающий затрубное пространство с подпакерной зоной, работающий на энергии жидкости, поступающей из рабочей трубы, гидравлический насос с камерой всасывания, сообщенной с подпакерной зоной, с выходом, сообщенным с затрубным пространством, и камерой, разделенной дифференциальным клапаном на две части, одна из которых гидравлически соединена с рабочей трубой, а другая с подпакерной зоной. По крайней мере, одна из частей камеры снабжена перегородкой с установленным в ней дроссельным элементом. Дифференциальный клапан срабатывает на определенный перепад давления, который возникает между зоной, гидравлически связанной с рабочей трубой, и подпакерной зоной.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность очистки низкопроницаемых коллекторов из-за того, что после фазы создания струйным насосом депрессии в подпакерной зоне открывается клапан и происходит сброс давления из рабочей трубы в подпакерную зону, при котором вместе с рабочей жидкостью в коллектор продавливается кольматант (глинистые, механические, асфальто-смолистые и другие частицы), тем самым ухудшая и так низкую проницаемость коллектора и снижая фильтрацию флюида.

Задачей создания изобретения является повышение эффективности очистки призабойной зоны скважины с низкопроницаемым коллектором.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для очистки призабойной зоны низкопроницаемых коллекторов, включающем рабочую трубу, образующую с эксплуатационной колонной затрубное пространство, пакер, разобщающий затрубное пространство с подпакерной зоной, работающий на энергии жидкости, поступающей из рабочей трубы, струйный насос с полостью всасывания и с выходом, сообщенным с затрубным пространством, камеру, разделенную клапаном на две части, одна из которых гидравлически соединена с подпакерной зоной, причем клапан срабатывает на определенный перепад давления и выполнен в виде установленного в цилиндре с пружиной поршня со сквозным каналом, дроссельный элемент, согласно изобретению дроссельный элемент установлен в сквозном канале поршня, перепад давления возникает между подпакерной зоной и зоной, образованной другой частью камеры, гидравлически связанной с полостью всасывания струйного насоса, цилиндр и поршень выполнены ступенчатыми, большая ступень цилиндра снабжена боковыми окнами, гидравлически соединяющими подпакерную зону с полостью всасывания струйного насоса в крайнем верхнем положении поршня, причем сквозной канал расположен в большей ступени поршня, а в меньшей ступени поршня выполнены осевой и соединенный с ним радиальный каналы, большая ступень поршня и меньшая ступень цилиндра образуют кольцевую полость, меньшая ступень цилиндра содержит сквозной канал, состоящий из радиальной части и продольной части, соединенной с кольцевой полостью, пружина в цилиндре расположена над поршнем с зазором, равным расстоянию между верхом радиальной части сквозного канала меньшей ступени цилиндра и верхом радиального канала поршня, при этом в крайнем нижнем положении поршня его радиальный канал гидравлически разобщен с радиальной частью сквозного канала меньшей ступени цилиндра.

На чертеже представлен вертикальный разрез устройства.

Устройство состоит из рабочей трубы 1, эксплуатационной колонны 2, образующих затрубное пространство 3, струйного насоса, включающего сопло 4, полость всасывания 5, диффузор 6. Ниже струйного насоса установлен пакер 7, разобщающий затрубное пространство 3 с подпакерной зоной 8. Выход струйного насоса сообщается с затрубным пространством 3. Между струйным насосом и подпакерной зоной 8 расположена камера 9, разделенная клапаном 10 на две части. Верхняя часть камеры 9 каналом 11 соединена с полостью всасывания 5, а нижняя часть камеры соединена с подпакерной зоной 8. Клапан 10 состоит из установленных в ступенчатом цилиндре 12, имеющем большую 13 и меньшую 14 ступени, пружины 15 и ступенчатого поршня с большей 16 и меньшей 17 ступенями. В большей ступени 13 цилиндра выполнены боковые окна 18, связанные с верхней частью камеры 9. Пружина 15 в цилиндре расположена между упорной шайбой 19, опирающейся на уступ цилиндра 12, и полой регулировочной гайкой 20, обеспечивающей поджим пружины 15 для настройки давления срабатывания клапана 10, а также гидравлическую связь верхней части камеры 9 с полостью цилиндра. В большей ступени 16 поршня выполнен сквозной канал 21, в котором установлен дроссельный элемент 22. В меньшей ступени 17 выполнен осевой канал 23 и соединенный с ним радиальный канал 24. В меньшей ступени 14 цилиндра выполнен сквозной канал, состоящий из радиальной части 25 и продольной части 26. Поршень закреплен в цилиндре стопорной гайкой 27 с таким расчетом, что между стопорной гайкой 27 и упорной шайбой 19 имеется зазор l, равный расстоянию l₁ между верхом радиальной части 25 сквозного канала меньшей ступени 14 цилиндра и верхом радиального канала 24 поршня. В крайнем нижнем положении поршня радиальный канал 24 гидравлически разобщен с радиальной частью 25 сквозного канала меньшей ступени 14 цилиндра.

Большая ступень 16 поршня и меньшая ступень 14 цилиндра образуют кольцевую полость 28, связанную с одной стороны со сквозным каналом 21 поршня, а с другой стороны - с продольной частью 26 сквозного канала меньшей ступени 14 цилиндра.

Устройство работает следующим образом.

После спуска устройства и пакеровки сначала по колонне рабочей трубы 1 прокачивают рабочую жидкость с небольшим расходом. Первоначально давление в верхней части камеры 9 равно давлению в ее нижней части. Рабочая жидкость проходит через сопло 4 и диффузор 6, выходит в затрубное пространство 3. При этом в полости всасывания 5 создается определенное пониженное давление, которое по каналу 11 передается в верхнюю часть камеры 9 и через полую гайку 20 в полость цилиндра 12 над меньшей ступенью 17 поршня. Под действием созданного перепада давления, воздействующего на площадь поперечного сечения меньшей ступени 17 поршня, он перемещается на расстояние l до упорной шайбы 19. Радиальный канал 24 совмещается с радиальной частью 25 сквозного канала меньшей ступени 14 цилиндра. Струйный насос с небольшим расходом откачивает пластовую жидкость из подпакерной зоны 8 скважины через дроссельный элемент 22, сквозной канал 21, кольцевую полость 28, продольную 26 и радиальную 25 части сквозного канала меньшей ступени 14 цилиндра 12, радиальный канал 24, осевой канал 23, полую гайку 20, верхнюю часть камеры 9 и канал 11 в полость всасывания 5 и далее через диффузор 6 и затрубное пространство 3 на устье скважины, создавая определенный уровень депрессии в подпакерной зоне 8. На первом этапе работы создание первоначальной депрессии в подпакерной зоне 8 необходимо для получения устойчивого притока из коллектора, на фоне которого на втором этапе целесообразно дальнейшее воздействие на коллектор пульсациями давления.

На втором этапе работ увеличивают расход рабочей жидкости, подаваемой в струйный насос по рабочей трубе 1. Это позволяет увеличить расход жидкости, откачиваемой из подпакерной зоны 8.

Дроссельный элемент 22, настроенный на меньший расход, создает перепад давления между подпакерной зоной 8 и кольцевой полостью 28. Таким образом, площадь, на которую теперь действует перепад давления, увеличивается до площади большей ступени 16 поршня и, соответственно, сила, действующая на поршень, увеличивается, позволяя ему через упорную шайбу 19 сжимать пружину 15. Большая ступень 16 поршня при перемещении открывает боковые окна 18, через которые происходит резкий переток жидкости с большим расходом из подпакерной зоны 8 в зону пониженного давления верхней части камеры 9 и далее по каналу 11 в полость всасывания 5. Депрессия в подпакерной зоне 8 увеличивается. В этот момент давление под поршнем и над поршнем выравнивается и поршень под действием пружины 15, двигаясь вниз, резко перекрывает своей большей ступенью 16 боковые окна 18. Течение жидкости из подпакерной зоны 8 перекрывается, вызывая гидроудар в подпакерной зоне 8. Струйный насос, продолжая работать в прежнем режиме (с большим расходом), вновь понижает давление в верхней части камеры 9. Вновь создается перепад давления, действующий на площадь поперечного сечения большей ступени 16 поршня. Процесс открытия и закрытия боковых окон 18 повторяется с сопутствующим гидроударом. Дренирование низкопроницаемого коллектора создает в призабойной зоне депрессию, на фоне которой производятся периодические гидроудары. Последовательность гидроударов позволяет получать низкочастотные упругие колебания, которые передаются в поровое пространство коллектора. Под действием упругих колебаний в условиях депрессии на пласт происходит тиксотропное разжижение глинистых включений, дробление кольматирующего материала и его отрыв от стенок порового пространства, уменьшение блокирующего влияния фаз - воды, нефти или газа. Эти процессы ускоряют фильтрацию жидкости и вынос кольматирующего материала из коллектора, так как происходят на постоянном притоке жидкости в скважину.

В случае непредвиденной остановки закачки рабочей жидкости в струйный насос давление столба жидкости в рабочей трубе 1 воздействует на поршень, перемещая его в крайнее нижнее положение, при котором радиальный канал 24 смещается ниже радиальной части 25 сквозного канала меньшей ступени 14 цилиндра 12. Это предотвращает переток жидкости из рабочей трубы 1 в подпакерную зону 8, препятствует созданию репрессии на коллектор и его загрязнению.

Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет повысить эффективность очистки призабойной зоны низкопроницаемых коллекторов за счет улучшения качества очистки и увеличения проницаемости приствольной зоны коллектора.