имплозионный гидрогенератор давления многократного действия

Формула изобретения

1. Имплозионный гидрогенератор давления многократного действия, содержащий заборный трубопровод, соединенный переводником с колонной насосно-компрессорных труб, цилиндр имплозионной камеры, соединенный переводником с заборным трубопроводом, плунжер, соединенный с насосной штангой, рабочую камеру, состоящую из рабочего цилиндра с окнами и концентраторами давления, запорный клапан со штоком и муфтой запорного клапана, соединяющей цилиндр имплозионной камеры с рабочей камерой, цилиндрическую пружину сжатия, гидравлический амортизатор, состоящий из цилиндра с перепускными отверстиями и поршня, выполненного за одно со штоком запорного клапана и подпружиненного с помощью цилиндрической пружины сжатия, и гильзу с жестким подпружиненным упором, выполненным с возможностью взаимодействия со штоком запорного клапана для предотвращения критической деформации цилиндрической пружины сжатия, отличающийся тем, что заборный трубопровод имплозионного гидрогенератора давления многократного действия выполнен изолированным от затрубного пространства с низким пластовым давлением, а площадь его проходного сечения выполнена больше площади проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб, заполненной рабочей жидкостью под давлением, при этом на устье колонны насосно-компрессорных труб предусмотрен аккумулятор для получения гидравлического удара с давлением, превышающим пластовое давление.

2. Имплозионный гидрогенератор давления по п.1, отличающийся тем, что площадь проходного сечения заборного трубопровода имплозионного гидрогенератора давления рассчитана как разница между площадью сечения заборного трубопровода и площадью сечения плунжера, а площадь проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб рассчитана как разница между площадью сечения колонны насосно-компрессорных труб и площадью сечения насосных штанг, рассчитанной по соединительным штанговым муфтам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для интенсификации притока нефти при освоении и ремонте нефтяных и газоконденсатных скважин и предназначено для повышения нефтеотдачи и приемистости нефтяных и газоконденсатных пластов при эксплуатации добывающих и нагнетательных скважин с низким пластовым давлением путем создания глубоко проникающих репрессий в призабойной зоне скважины с помощью имплозионной камеры, спускаемой на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважину с рабочей средой - загрязненная смесь: «нефть - пластовая вода», «газовый конденсат - пластовая вода».

Известны устройства для воздействия на призабойную зону скважин с использованием эффекта имплозии (Попов А.А. «Ударные воздействия на призабойную зону скважин», М., «Недра», 1990 г.: Рис.1, 4, 43, 44). Например, в устройстве Севостьянова (Рис.1) и гидрогенераторе давления (Рис.4), спускаемых в призабойную зону скважины на колонне НКТ, использован эффект имплозии путем повышения давления на устье до 10 МПа, для предотвращения нарушения целостности эксплуатационной колонны, так как трубное и затрубное пространства скважины сообщаются через окна направляющего патрубка - заборного трубопровода. Разрыв мембраны осуществляют за счет закачки в скважину рабочей жидкости. Метод недостаточно эффективен из-за однократного воздействия на пласт и ненадежной работы мембранного узла. Гидрогенераторы давления многократной имплозии (Рис.43) эффективны при высоком пластовом давлении, но при закачке рабочей жидкости через устье скважины имеют ограничение по допустимому давлению, не более 10 МПа, а при пакеровке скважины над депрессионной камерой (Рис.44) энергия гидравлического удара ограничена низким пластовым давлением, что не позволяет эффективно воздействовать на пласт.

Известен имплозионный гидрогенератор давления многократного действия, содержащий заборный трубопровод с отверстиями для подвода пластового давления скважинной жидкости, цилиндр имплозионной камеры, переводник, соединяющий заборный трубопровод с цилиндром имплозионной камеры, плунжер, соединенный с насосной штангой, рабочую камеру, состоящую из рабочего цилиндра с окнами и концентраторами давления, запорного клапана, штока и цилиндрической пружиной сжатия, муфту запорного клапана, соединяющую цилиндр имплозионной камеры с рабочей камерой, гидравлический амортизатор, состоящий из цилиндра с перепускными отверстиями и поршня, выполненного за одно со штоком и подпружиненного с помощью цилиндрической пружины сжатия, гильзу с жестким подпружиненным упором, выполненным с возможностью взаимодействия со штоком запорного клапана для предотвращения критической деформации цилиндрической пружины сжатия (Патент RU № 2314410 С2, E21, B 37/00, F16F 5/00, 2008 г.).

По технической сущности данный имплозионный гидрогенератор многократного действия близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.

Недостаток такой конструкции состоит в том, что имплозионный гидрогенератор давления многократного действия, работающий за счет использования пластового давления призабойной зоны скважин, эффективен при высоком пластовом давлении, но становится неэффективным при низком пластовом давлении, а при закачке рабочей жидкости через устье скважины существует ограничение по давлению, не более 10 МПа, для предотвращения нарушения целостности эксплуатационной колонны.

Целью изобретения является повышение эффективности применения имплозионного гидрогенератора давления многократной имплозии в условиях низких пластовых давлений призабойной зоны скважин, а также возможности образования трещин в призабойной зоне скважины без закачки в них закрепляющих материалов, способствующих улучшению проницаемости коллектора и увеличению нефтеотдачи нефтедобывающих и повышению приемистости нагнетательных скважин.

Поставленная цель достигается тем, что в имплозионном гидрогенераторе давления многократного действия, содержащем заборный трубопровод, соединенный переводником с колонной насосно-компрессорных труб, цилиндр имплозионной камеры, соединенный переводником с заборным трубопроводом, плунжер, соединенный с насосной штангой, рабочую камеру, состоящую из рабочего цилиндра с окнами и концентраторами давления, запорный клапан со штоком и муфтой запорного клапана, соединяющей цилиндр имплозионной камеры с рабочей камерой, цилиндрическую пружину сжатия, гидравлический амортизатор, состоящий из цилиндра с перепускными отверстиями, поршня, выполненного за одно со штоком запорного клапана и подпружиненного с помощью цилиндрической пружины сжатия, и гильзу с жестким подпружиненным упором, выполненным с возможностью взаимодействия со штоком запорного клапана для предотвращения критической деформации цилиндрической пружины сжатия, заборный трубопровод имплозионного гидрогенератора давления многократного действия выполнен изолированным от затрубного пространства с низким пластовым давлением, площадь его проходного сечения выполнена больше площади проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб, заполненной рабочей жидкостью под высоким давлением, причем площадь проходного сечения заборного трубопровода гидрогенератора давления рассчитывается как разница между площадью сечения заборного трубопровода и площадью сечения плунжера, а площадь проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб рассчитывается как разница между площадью сечения колонны насосно-компрессорных труб и площадью сечения насосных штанг, рассчитанной по соединительным штанговым муфтам.

Предлагаемое техническое решение позволяет в условиях низкого пластового давления в призабойной зоне скважины за счет создания столба рабочей жидкости в колонне НКТ над имплозионным гидрогенератором давления и возможности при этом создания дополнительного давления на устье колонны НКТ, например с помощью пневмогидравлического аккумулятора, получить гидравлический удар с давлением, значительно превышающим пластовое давление, а площадь проходного сечения заборного трубопровода, выполненная больше площади проходного сечения колонны НКТ, позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление потоку рабочей жидкости в момент перехода плунжера с насосной штангой из цилиндра имплозионной камеры в заборный трубопровод в процессе работы имплозионного гидрогенератора давления многократного действия.

На фиг.1 изображен имплозионный гидрогенератор давления многократного действия в осевом сечении; на фиг.2 - рабочая камера в осевом сечении.

Имплозионный гидрогенератор давления многократного действия 1 состоит из заборного трубопровода 2, выполненного изолированным от затрубного пространства скважины, соединенного переводником 3 с колонной насосно-компрессорных труб 4, цилиндра имплозионной камеры 5, соединенного переводником 6 с заборным трубопроводом 2, плунжера 7, соединенного с насосной штангой 8, ограничительной втулки 9, установленной в нижней части цилиндра имплозионной камеры 5, рабочей камеры 10, соединенной муфтой запорного клапана 11 с цилиндром имплозионной камеры 5. Рабочая камера 10 состоит из рабочего цилиндра 12, выполненного с окнами 13 и концентраторами давления 14, запорного клапана 15, цилиндра гидравлического амортизатора 16 с перепускными отверстиями 17, соединенного с рабочим цилиндром 12, штока 18, выполненного за одно с поршнем 19, цилиндрической пружины сжатия 20, гильзы 21 с жестким подпружиненным упором 22, соединенной с цилиндром гидравлического амортизатора 16. Колонна насосно-компрессорных труб 4, заборный трубопровод 2 и цилиндр имплозионной камеры 5 имплозионного гидрогенератора давления многократного действия 1 заполнены рабочей жидкостью под высоким давлением.

Имплозионный гидрогенератор давления многократного действия работает следующим образом.

Исходное положение: колонна насосно-компрессорных труб 4, заборный трубопровод 2 и цилиндр имплозионной камеры 5 имплозионного гидрогенератора давления 1 заполнены рабочей жидкостью под высоким давлением, плунжер 7, соединенный с насосной штангой 8, находится в цилиндре имплозионной камеры 5 в крайнем нижнем положении с упором в ограничительную втулку 9, препятствуя проходу рабочей жидкости из цилиндра имплозионной камеры 5 в рабочую камеру 10, а запорный клапан 15 рабочей камеры 10 посредством штока 18 и цилиндрической пружины сжатия 20 прижат к седлу муфты запорного клапана 11. Поршень 19 гидравлического амортизатора 16 находится в верхней части цилиндра гидравлического амортизатора 16, а жесткий подпружиненный упор 21, состоящий из подпятника и комплекта тарельчатых пружин, находится в предварительно поджатом состоянии с заданной величиной рабочего хода. Имплозионный гидрогенератор давления 1, соединенный с колонной насосно-компрессорных труб 4, находится в призабойной зоне скважины под низким пластовым давлением скважинной жидкости.

При подъеме насосной штанги 8 с плунжером 7 в цилиндре имплозионной камеры 5, герметично закрытом снизу запорным клапаном 15, прижатом к седлу муфты запорного клапана 11 цилиндрической пружиной сжатия 20 и дополнительно прижимаемым при этом низким пластовым давлением, создается разряжение. При выходе плунжера 7 из цилиндра имплозионной камеры 5 в расширенную часть заборного трубопровода 2 жидкость под высоким давлением из колонны насосно-компрессорных труб 4 и заборного трубопровода 2 с высокой скоростью устремляется в нижнюю часть цилиндра имплозионной камеры 5 к запорному клапану 15, создавая в цилиндре имплозионной камеры 5 гидравлический удар с давлением, значительно превышающим пластовое давление. В момент возникновения гидравлического удара под давлением потока жидкости запорный клапан 15 отжимается от седла муфты запорного клапана 11, раскрывая цилиндр имплозионной камеры 5. Запорный клапан 15 со штоком 18 и поршнем 19 гидравлического амортизатора 16 перемещается вниз, открывая окна 13 рабочего цилиндра 12. До момента открытия окон 13 жидкость из-под перемещающегося поршня 19 гидравлического амортизатора 16 выдавливается через перепускные отверстия 17 цилиндра гидравлического амортизатора 16 в затрубное пространство, поглощая незначительную часть энергии гидравлического удара, а основная энергия гидравлического удара через окна 13 рабочего цилиндра 12 передается на пласт. После прохождения поршнем 19 перепускных отверстий 17 цилиндра гидравлического амортизатора 16 сопротивление перемещению поршня 19 значительно возрастает, в результате чего происходит поглощение энергии осевой составляющей гидравлического удара, остатки которой воспринимаются жестким подпружиненным упором 22, при этом цилиндрическая пружина 20 сжимается до состояния, не являющегося для нее критическим. После прохождения ударной волны плунжер 7 насосной штангой 8 перемещается в цилиндр имплозионной камеры 5 до упора в ограничительную втулку 9, после чего запорный клапан 15 штоком 18 с помощью цилиндрической пружины сжатия 20 прижимается к седлу запорного клапана 11.

Имплозионный гидрогенератор давления многократного действия подготовлен к новому циклу работы.