компоновка для освоения скважин с низкопроницаемыми пластами с использованием гидроструйных насосов и генератора импульсов давления

Формула изобретения

Компоновка для освоения скважин с низкопроницаемыми пластами с использованием гидроструйного насоса, включающая хвостовик, пакер, обратный клапан, гидроструйный насос, отличающаяся тем, что в компоновку включены дополнительно второй гидроструйный насос и генератор импульсов давления, последний из которых установлен в промежутке между гидроструйными насосами и имеет возможность работы под воздействием потока нагнетаемой рабочей жидкости по колонне насосно-компрессорных труб, при этом генератор импульсов давления имеет ступени турбин - статоры с окнами и роторы с заслонками, имеющими возможность периодического перекрытия окон в статорах, которые зафиксированы от поворота относительно друг друга, как и роторы, для резкого изменения скорости потоков через гидроструйные насосы.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к нефтяной отрасли, к области освоения скважин после окончания бурения при вводе в эксплуатацию.

Конкретно к способу освоения с применением гидроструйных насосов, устанавливаемых в рабочих компоновках в колоннах НКТ, в которых они размещаются перед спуском в скважину для ведения процесса вызова нефти из продуктивного пласта.

Известен способ освоения скважин с использованием следующей компоновки со струйным насосом. Схема компоновки снизу - от продуктивного пласта вверх - следующая: хвостовик, пакер, НКТ порядка 5-10 м, устройство - гидроструйный насос, колонна НКТ.

Устройство спускалось с пакером в скважину. Пакер располагали выше кровли продуктивного пласта. Затем производилась запакеровка затрубного пространства. Затрубное пространство выше пакера оказывалось отделенным им от продуктивного пласта. Далее проводился процесс освоения продуктивного пласта. Рабочая жидкость от насосной станции закачивалась через НКТ в сопло струйного насоса. В затрубном пространстве на уровне устройства при его работе создавалось пониженное давление, под воздействием которого возникал переток жидкости из продуктивного пласта в затрубное пространство выше пакера.

В процессе работы смешанный поток рабочей жидкости и продукции пласта поднимался на поверхность по затрубному пространству, между НКТ и обсадной колонной. Основным недостатком способа оказалась низкая эффективность при освоении пластов с низкой проницаемостью.

Известен другой способ освоения скважин с использованием следующей беспакерной компоновки со струйным насосом. Хвостовик, обратный клапан, устройство - гидроструйный насос, колонны НКТ 89 мм и 48 мм.

При работе беспакерной установки гидроструйного насоса рабочая жидкость нагнетается по НКТ диаметром 48 мм в сопло струйного аппарата, который эжектирует жидкость пласта на поверхность по кольцевому пространству между 48 мм и 89 мм НКТ возможно применение НКТ диаметром 60 мм и 114 мм .

Компоновка имеет некоторые преимущества перед аналогом, но также не обеспечивает освоение пластов с низкой проницаемостью, в том числе закольматированных в процессе их вскрытия во время бурения.

Задача предложения - обеспечение повышения эффективности применяемых компоновок с устройствами - гидроструйными насосами при освоении скважин с низкопроницаемыми продуктивными пластами, при добыче вязкой нефти. Задача решается за счет включения в компоновки с гидроструйным насосом элемента - генератора импульсов давления, обеспечивающего более эффективное воздействие пониженного давления от работы устройства - гидроструйного насоса на скелет и поры породы пласта и заполняющую их жидкость. Новая компоновка с включенным в нее генератором импульсов представляет собой устройство для придания потоку, выходящему из гидроструйного насоса, пульсирующего характера, обеспечивающего возникновение автоколебаний волновых процессов с интерференцией полей давления в системе продуктивный пласт-скважина. Устройство обеспечивает непрерывное пульсирующее упругое объемное колебание жидкости в приствольной зоне продуктивного пласта при перепаде давления в системе пласт-скважина. При освоении скважин спектр генерируемых частот может меняться за счет расхода жидкости или изменений в конструкции генератора импульсов путем увеличения размера окон и их количества. Диапазон изменений от нескольких Гц до десятков.

При работе двух гидроструйных насосов частота колебаний волн давления у них приближенно равная. Это обеспечивает большую вероятность их совпадения и переход в резонанс с увеличением амплитуды волн. Создаются улучшенные условия для очистки каналов в призабойной зоне, так как возбуждение в процессе освоения колебаний давления с частотой, близкой или равной собственной частоте колебаний частиц в порах, они получают за время, проходящее между импульсами значительные перемещения относительно среды, несмотря на то, что на них действуют силы инерции, сопротивление среды.

При использовании двух гидроструйных насосов появляется возможность работать с разными расходами через них нагнетаемой жидкости путем установки в них сопла разного диаметра. Тем самым можно регулировать нагрузку на кровлю пласта или на его подошву в зависимости от их проницаемости.

Как известно потери давления в гидроструйнном насосе определяются диаметром сопла. Они ограничивают возможность повышения прикладываемой гидравлической мощности при освоении скважин. Применение двух гидроструйных насосов практически исключают этот недостаток, позволяя повысить подачу энергии в 1,5-2,0 раза

Сущность предложения заключается в следующем.

Компоновка для освоения скважин с применением гидроструйного насоса изменяется по одной схеме за счет включения в нее генератора импульсов давления, по другой - генератора импульсов давления и второго гидроструйного насоса.

Компоновки применимы при освоении скважин с использованием пакера, отделяющего компоновку от продуктивного пласта, или без него, при эксплуатации скважин с двухрядным лифтом.

При применении компоновки с установкой пакера могут быть два варианта.

Первый вариант.

На схеме применения компоновки по этому варианту, представленной на фиг.1а, показан спущенный на колонне НКТ 1 перфорированный хвостовик 2 в зону продуктивного пласта 3, пакер 4, отделивший затрубное пространство выше него от продуктивного пласта 3, перемычка 5 в трубе НКТ, гидроструйный насос 6 и выше его генератор импульсов 7

Второй вариант.

На схеме применения компоновки по второму варианту, представленной на фиг.1б, показано подключение второго струйного насоса 6 в компоновку.

На фиг.2 представлена детально основа компоновки при использовании двух струйных насосов 6. Она представлена из двух патрубков 8 со встроенными к ним гидроструйными насосами 6 и генератора импульсов 7.

Одним из главных элементов, определяющих значимость предлагаемой компоновки, является генератор импульсов давления 7.

Генератор импульсов, представленный на фиг.3, состоит из корпуса 9, в котором на валу 10 размещены ступени турбин - статоры 11, роторы 12, заслонки 13 в роторах, окна в роторах и статорах в совмещенном виде 14, шпонка 15. Роторы 11 зафиксированы от поворота относительно друг друга шпонкой 15. Статоры 11 также зафиксированы между собой штырями-стопорами.

Принцип работы генератора.

При прокачивании жидкости через генератор происходит непрерывное вращение вала 10 с роторами 12 с заслонками 13, которые периодически перекрывают окна в статорах, резко изменяя скорость потоков, проходящих через гидроструйные насосы 6. Возникают гидроимпульсы.

Применение компоновки в скважинах с двухрядным лифтом фиг.4.

По этому варианту в скважину 17 сначала спускается колонна НКТ большего диаметра 18 с обратным клапаном 19, ниже которого расположен хвостовик 2. Затем в нее спускается колонна НКТ меньшего диаметра 20 с установленной в ней компоновкой из двух гидроструйных насосов 6 с установленным между ними генератором импульсов давления 7. Так как частоты импульсов, с которыми работают оба насоса, близки, в колонне возникает их наложение резонанс, увеличивается их амплитуда. Дополнительно к этому выход из колонны труб направленного суммированного понижения давления более действенно воздействует на призабойную зону пласта.

Процесс освоения с использованием представленной компоновки ведется путем нагнетания рабочей жидкости по НКТ меньшего диаметра 20 через два гидроструйных насоса 6 с выходом жидкости в межтрубное пространство колонн НКТ и далее на поверхность. В процессе работы насосов в интервале продуктивного пласта понижается давление - возникает поступление жидкости от пласта через хвостовик в межтрубное пространство НКТ.

Использование компоновки имеет следующую основу.

Горные породы обладают некоторыми упругими свойствами, т.е имеют способность изменять свой объем при изменении давления. В них изменяются прежде всего насыщенные жидкостью эффективные поры, трещины, которые характеризуют скорость передачи давления пьезопроводность. Вследствие высокой неоднородности продуктивных пластов больший объем жидкости фильтруется через высокопроницаемые прослои, не затрагивая прослои меньшей проницаемости. Поэтому совершенствование технологий освоения скважин с применением гидроструйного насоса связано с перераспределением потоков из слоев пласта с охватом его по всей эффективной мощности.

Учитывая при этом, что продуктивные пласты слоисты, что каждый слой имеет свою частоту колебаний в ответ на волновые воздействия на него, и что в целом многослойные пласты имеют некоторую свою суммированную частоту колебаний.

Поэтому, чтобы добиться максимального эффекта при воздействии на пласт из нескольких разных слоев, и определилась необходимость применять широкополосный источник вынужденных колебаний, что позволяет, изменяя их частоту, создавать условия для возникновения резонанса совпадение частот волн от возмущающего источника и частот собственных колебаний пласта и воздействовать на пласт по всему его объему. Проявление резонанса это прежде всего резкое повышение амплитуды колебаний. В конечном итоге во время воздействия на пласт появляется возможность создания в нем автоколебательных режимов с частотой, равной или близкой к частоте работающего генератора колебаний.

При использовании представленного генератора частоту колебаний можно регулировать производительностью нагнетаемой жидкости. На основе обобщения опыта работ по отдельным пластам частоту колебаний можно планировать также заранее путем замены в генераторе одного типа нестандартных дисков турбин на другой.

Технологическое обоснование применения компоновки.

Процесс передачи давления колебания его в жидкой среде обусловлен перемещением объемов этой среды по тому же пути, по которому проходит волна. Но при этом скорость распространения волны - это скорость перемещения объемов жидкости, отличающегося от процесса передачи давления, который происходит с постоянной скоростью.

Если в пористой среде с высокой проницаемостью перемещение жидкости пропорционально перепаду давления, то при низкой проницаемости жидкость пленочного типа будучи связана со стенками пор как бы становится жестким телом. Для ее перемещения уже нужны большие усилия. Разрушение таких «твердых « тел наиболее эффективно при приложении пульсирующей нагрузки в виде колебаний ее с разной частотой и амплитудой.

Широкополосный источник упругих колебаний среды в виде гидроимпульсов обеспечивает проведение работ по освоению добычи нефти из слоистых пластов, в том числе пластов, содержащих слои с низкой проницаемостью.

Экономическая эффективность применения компоновки.

Учитывая, что после разработки месторождений в них остается порядка 70% остаточной нефти, которая в большей части располагается именно в слоях породы с низкой проницаемостью, внедрение компоновки для их освоения с применением струйных насосов с пульсирующим потоком жидкости имеет большую перспективу.

Источники информации

1. Дыбленко В.П., Камалов Р.Н., Шарифуллин Р.Я., Туфанов И.Я. Повышение продуктивности и реанимация скважин с применением виброволнового воздействия М. Недра. 2000 г., с.222-229.

2. Дроздов А.Н., Териков В.А. Применение установок погружных гидроструйных насосов с двухрядным лифтом для эксплуатации осложненных скважин. НТЖ Нефтяное Хозяйство, № 6, 2009 г., с.68-72.