Устройство для улавливания шлама

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4690511!03 (22) 07.03.89 (46) 15.06.92. Бюл. М 22 . (75) А.Токсанбаев (53) 622.243.14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 228877886600, кл. Е 21 В 21/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

hL 21089, кл. Е 21 В 37/00, 1930. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ

ШЛАМА (57) Использование: освоение и промывка песчаных пробок, поглощающих скважин.

Сущность изобретения: на корпусе с подводящим каналом, расположенным по оси устройства, друг над другом установлены шламосборники в аиде стаканов с поддонИзобретение относится к подземному и капитальному ремонту скважин в нефтедобывающей промышленности и предназначено, в частности, для освоения и промывки песчаных пробок, поглощающих скважин, может быть использовано е аналогичных скважинах при добыче воды.

Известны устройства и способы промывки скважин от песчаной пробки и способы бурения с промывкой скважин от осадка и шлама с регулированием давления на забое скважины при помощи шламоуловителя разной конструкции. Однако при наличии поглощения пласта этими способами и устройствами освоения и промывки скважин от песчаной пробки не достигается желаемых результатов, также требуются применения сложного технологического оборудования, устройства и не позволяет оперативно управлять давлением на забое скважин.

„„Я „„1740618 А1 (s))s Е 21 B. 21/00, 37/00 ными камерами. Между секциями шламосборников установлены на ребрах центраторы. В верхних частях стаканов имеются эавихрители. Поддонные камеры имеют центральный входной кольцевой канал, а в верхней части — боковые. выходные отверстия, перекрытые сеткой. Превышения объемов шламоприемных полостей каждого вышерасположенного шламосборника от предыдущего и превышения их удалений друг от друга подчинены геометрической прогрессии, В подводящий канал. на трубной колонне подают рабочий агент, который размывает пробку. Из обогащенного шламом восходящего потока последний выпадает фракциями в шламосборники и поддон н ые камеры. 2 з.и. ф-л ы, 2 ил, ЬИзвестны. способы бурения с промывкой скважины от осадка с регулированием давления на забое скважин и с использова-, нием шламоуловителя. Ч

Недостатки. этих способов промывки Д для применения в освоении и промывки песчаных пробок поглощающих скважин за- «р ключаются в том, что они не позволяют в процессе промывки. непрерывно контролировать количество промывочной. жидкости, поступившей в пласт и оперативно регулировать гидростатическое давление в затрубном пространстве скважин, так как а регулирование давления производится путем изменения уровня основного агента, заполняющего эатрубное flpocTpBHGTBQ лишь в нижней части скважин, что практически не возможно при поглощении пласта с отсутствием полной циркуляции, а также требуют применения сложного оборудования.

1740618 увеличения инерции струи потока, а также установкой поддонной камеры 8 для выпадения мелких частиц (см, фиг. 3), Причем объемы поддонной камеры должны увели- 5 читься за счет уменьшения объема самой камеры шламопескосборника по мере изменения гранулометрического состава текучей среды снизу наверх по скважине. Применение вышеуказанных простых конструкций 5 приведет к интенсификации процесса сепарации в межсекционной зоне.

При применении предлагаемого устройства для освоения и промывки от песча- . ной пробки поглощающих скважин рабочий

Наиболее близкими к предлагаемому является устройство для удаления шлама при.бурении скважин ударно канатными способами, согласно которым секции шламосборников имеют одинаковые диаметры, а расстояния между секциями ступенчато не увеличиваются. Устройство для удаления шлама содержит буровой инструмент.

Однако применение известных устройств в поглощающих эксплуатационных скважинах с большой мощностью песчаной пробки и его большим пескосодержанием представляется нецелесообразным по следующим причинам; во-первых, одинаковое расстояние между секциями шламопескосборников не повышает эффективности сепараций мелких частиц, во-вторых, улавливание фракции текучей среды с большим содержанием мелких частиц путем уменьшения скорости восходящего потока в поглощающих скважинах также практически не повышает эффективности устройства, в третьих, конструкция устройства с буровым инструментом с долотом не целесообразно применение его при промывке песчаной пробки в подземном ремонте эксплуатационных скважинах.

Цель изобретения — повышение эффективности и надежности очистки и промывки песчаных пробок при наличии поглощения пласта путем применения шламопескоуловителя простой конструкции в эксплуатационных скважинах с пескопроявлением при наличии нижерасположенных продуктивных пластов, Указанная цель достигается тем, что без ступенчатого уменьшения диаметров каждой секции-емкости повышается эффективность сепарации путем установки патрубков 2 для повышения межсекционной сепарации (см. фиг. 3) и уменьшением кольцевого сечения.с помощью осевых множественных ребер донно-сужающим устройством, в виде завихрителя выступающих над срезом шламосборников 4 на выходе восходящего потока в каждой секции для агент прокачивается в трубное пространство и его сообщают с камерой 5 шламопескосборника, таким образом исключается необходимость обеспечения полной цирку5 ляции, а текучая среда. размывая песчаные пробки и вовлекая составляющие материалы восходящим потоком жидкости, выходит в межзатрубное пространство, Скорость V восходящего потока текучей

10 среды путем установкой снаружи второй концентрической трубы увеличивается от скорости падения частиц в жидкости. Для. сепарации текучей среды наружные концентрические трубы разделены одна от другой

15 на отдельные секции, т .е. камеры 5 шламопескосборника. Диаметры каждой камеры шламопескосборника одинаковые, расстояние между секциями ступенчато увеличивается, повышая объем этой зоны по

20 геометрическому прогрессу снизу вверх по скважине. При размывке и удалении составляющих материалов песчаной пробки поглощающих скважин, согласно которому образующиеся шламопескопульпы (текучая

25 среда) транспортируются по скважине восходящим потоком по кольцевому сечению в затрубном пространстве и улавливаются по ходу транспортирования в межсекционной зоне за счет уменьшения скорости восходя-.

30 щего потока и интенсификации сепарации на камерах шламопескосборника, так как

Ч < V1. Такое последовательно ступенчатое и резкое снижение скорости потока в межсекционной зоне приводит к сепарации

35 (оседанию) шлама, затем песка по гранулометрическому составу в каждой камере в направлении снизу вверх по скважине. При этом сечение кольцевого пространства между секцией шламопескосборника с обсад40 ными колоннами должно обеспечить скорость восходящего потока больше. скорости падения частиц в данной жидкости, а возрастание объема между секциями должно создать нормальную сепарацию частиц

45 во внутренную полость камеры шламопескосборника.

Дальнейшие качественные промывки достигаются путем медленного подъема шламопескоуловителя с одновременной

0 циркуляцией. Поэтому количество секциикамеры и объем внутренней полосы его должен соответствовать ожидаемому объему песчаной пробки, в соотношении VUjïó =

=1 1 +.12 Чп,п., где. шпу — общий объем

5 внутренней полосы камеры; Vï.ï. — ожидаемый общий объем песчаной пробки.

Для подбора оптимального сечения кольцевого пространства и расстояния между секциями приведены фиг. 1 и 2, где указаны соотношение сечений, скоростей

1740618

10

20

50 устройства.

55 потока и расстояние секции. для скважин с внутренним диаметром 150 мм (6 ) и диамет1 ром камеры шламопескосборника 127 и 114 мм (41"" и 4 )

Кроме того, в начальной стадии при промывке в продуктивном горизонте часть потока жидкости могут быть поглощены в пласт, однако через некоторое время будут сокращаться из-за насыщения пласта и образования противодавления.

Шламопескоуловитель. по предлагаемой конструкции и по принципу работы отличается от известного устройства,.так как камеры имеют одинаковые диаметры для применения его в эксплуатационных скважинах и в межсекционной зоне имеет интенсифицирующий узел процесса сепарации.

Конструкция его позволяет одновременно активизировать кольмотации стенок . скважин в продуктивной зоне и чистит эксплуатационную колонну. Применение устройства не требует значительной затраты времени и сложного технологического оборудования. Для удаления песчаных пробок необходимы закачки только рабочего агента в трубное пространство и после достижения шламопескоуловителя в забой производится медленный подъем его со одновременной циркуляцией с повторением для проверки частоту забоя. Для осуществления его конструкция устройства позволяет использовать широкие диапазоны промывочных агентов; глинистый раствор, хлористый кальций, вода, воздух, аэрированная жидкость, водный раствор ПАВ, Особенно эффективен при применении воды и воздуха.

Поэтому рекомендуется заполнить водой все камеры шламопескосборника перед спуском его в скважину, По сравнению с прототипом в работе очень надежен и удо.бен. Конструкция также имеет косой срез для размывания пробки, Все эти преимуще-. ства позволяют осуществить процесс промывки песчаной пробки поглощающих скважин.

На фиг. 1 показано устройство. вариант; . на фиг. 2 — то же, вариант.

Устройство включает последовательно соединенные корпуса шламопескосборников 5, концентрически прикрепленных: на жестком центраторе 6 к колонне насоснокомпрессорных труб 3 с породоразрушающим наконечником — косым срезом 10.

Шламопескосборники имеют в верхних частях завихрители 4, выполненные в виде, выступающих над срезом шламопескосборника ребер, установленных под углом 45 . к оси устройства. а в нижних частях поддонные камеры 8 с центральными входными кольцевыми каналами. Поддонные камеры в своей верхней части имеют боковые выходные отверстия 7, прекрытые плетеной сеткой. Между шламопескосборниками установлена межсекционная патрубка 2, Устройство работает следующим образом, Последовательные соединенные секции устройств спускаются в скважину на колонне труб (Н КТ). После нащупы ва ния песчаной пробки рабочий агент прокачивается в трубное пространство и восходящий поток, размывая песчаные пробки, обогащенный песком и шламом выходит в межзатрубное пространство. Текучая среда по ходу транспортирования по кольцевому сечению в межсекционной зоне подвергается к интенсивной сепарации. Попадая в верхней части каждого шламопескосборника на установленные множественные осевые ребра-завихрители, подвергается к донно-сужению, увеличивается труболентность потока. В результате текучая среда при прохождении через завихрители приобретает вихреобразное движение, при этом повышается кинетическая энергия частиц при резком перепаде давления потока, повышая разделяемость его от текучей среды к оседанию. Более осветленная текучая среда направляется наверх. к подданной камере для выпадения мелких частиц. Для центровки вихреобразного восходящего потока по центральному кольцевому каналу поддонной камеры установлен межсекционный патрубок, диаметр которого чуть выше от диаметра каждой секции. Причем нижнее межторцовое расстояние патрубка всегда больше от верхнего межторцового расстояния, объемы поддонных камер снизу вверх по скважине увеличиваются за счет уменьшения объема камер шламопескосборников в зависимости от изменения гранулометрического состава текучей среды.

Для уменьшения скорости потока и для фильтрации поддонная камера в верхней части имеет боковые отверстия перекрытые плетеной сеткой, Благодаря этому достигается интенсификация процесса сепарации частиц в нижней межсекционной зоне, затем на верхней межсекционной зоне, повышая эффективность и надежность

По мере размывания песчаной пробки устройство погружается до искусственного забоя, затем производится медленный подьем и спуск устройства, не останавливая циркуляцию. Этот процесс повторяется 3 — 4 раза для убеждения чистоты забоя. Затем устройство поднимается из забоя для разгрузки..1740618

Пример. Площадь кольцевого сечения межтрубного пространства в подданной камере Sa (фиг. 1) необходима для увеличения скорости и соответственно турболентности восходящего потока текучей среды, в результате которой повышается интенсивность выпадения тонких частиц при резком снижении скорости потока в подданной камере. Поэтому площадь данного сечения подбирается меньше, но для оптимального подбора должно учитываться количество текучей среды, поступающей из зоны межсекционной патрубки. с целью максимально-возможного направления количества потока текучей среды в подданную камеру.

Для осуществления данного процесса и подбора оптимального межтрубного сечения необходимы следующие условия отношений площадей кольцевых сечений. Кроме того, площадь сечения $а должна быть больше сечения Se (фиг. 1) между верхними торцами патрубка и подданной камеры, Поэтому верхнее. межторцовое кольцевое сечение (проемы) можно заменить на множество отверстий (фиг. 2), Необходимость данных проемов объясняется предотвращением от образования пробок при случайной остановке циркуляции, при увеличении поглощения пласта и др. наверху патрубка и для предупреждения от прихвата. Все это повышает надежность работы устройства.

Причем общие суммарные площади кольцевых сечений межтрубного пространства Sa и межторцового пространства патрубка

$б ($е + $б) должны быть больше площади за патрубно го кол ьцевого сечения $ (фиг. 1), но меньше от площади заколонного (секционного) кольцевого сечения Sr (фиг; 1), Таким образам, для повышения интенсив.ности выпадения тонких частиц в поддонной камере должны быть следующие условия: отношения площадей сечения, обеспечивающие оптимальную работу устройства

Sa > $б1 Sr > Sa+ $6$в

Увеличение расстояния межсекционной зоны повышает интенсивность процесса выпадения частиц во внутренней полосы камеры секции, увеличивая высоту "застойную зону" Мэ (фиг. 1 и 2), это в свою очередь тоже активизирует процесс выпадения тонких частиц. Причем чем больше расстояние межсекцианной зоны, тем больше увеличиться объем этой зоны. Чем больше обьемы, тем больше качественно будет проходить выпадение(отделения от текучей среды) мелких частиц, повышая эффективность сепарации. Зависимость критической скорости выпадения частиц в жидкости от гранулометрическога состава среды изменяется не прямолинейно, особенно очень мелких частиц с диаметром 0,01-0,6 мм.

Увеличение кинетической энергии частиц

5 текучей среды резким снижением скорости потока, завихрителями и другими активизирующими факторами сепарации в "застойной зоне" происходит кривалинейно подобно кривой геометрической прагрес10 сии.

Исходные данные.(фиг, 1 и 2) для скважин с внутренним диаметром 150 мм и риведены в таблице. Для скважины с остальными диаметрами определить размеры путем ин15 терполирования этих данных.

При размере расстояния верхнего межторцового сечения не более 3 мм подданная камера будет .обеспечивать оптимальную работу устройств.

20 Формула изобретения

1, Устройство для улавливания шлама, включающее корпус с подводящим каналом и породоразрушающим наконечником, установленные друг над другом, и жестко свя25 занные с корпусом шламосборники с объемом шламоприемной полости каждого вышераспаложенного шламосбарника и ега удалением от нижерасположенного, превышающими соответственно объем шламоп30 риемной полости нижераспаложеннаго шламосборника и удаление нижераспалаженного шламосборника от предыдущего шламосборника, о т л и ч а ю щ е е с я тем, - что, с целью повышения эффективности и

35 качества промывки поглощающих скважин, она снабжено подданными камерами и центраторами, корпус с подводящим каналом расположен по оси устройства, шламосборники выполнены в виде стаканов и имеют в

40 верхних частях завихрители, подданные камеры закреплены на нижних частях шламасборников, имеют центральный входной кольцевой канал и в своей верхней части— боковые выходные отверстия, центраторы

45 закреплены на корпусе между шламосборниками, при этом превышения объемов шламаприемных полостей шламосборников и превышения удалений шламосборников друг от друга подчинены геометрической

50 прогрессии.

2.Устройство пои. 1, отл и ч а ю ще ес я тем, что завихрители выполнены в виде выступающих над срезом шламосборника ребер, установленных под углом 45 к аси

55 устройства.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что боковые выходные отверстия в верхней части подданной камеры перекрыты сеткой, 1740618

10 р рц ер с 1 3 не более.

Высота межсекционного патрубка hz = 120 — 50 мм.

Нижнее межторцовое расстояние йз = 70-90 мм.

Общее суммарное расстояние нижележащей межсекционной зоны составляет

Нсм = h1 + hz + п3 = 3 + 120 + 70 = 193-243 мм

Площадь межтрубного кольцевого сечения.S> поддонной камеры равен, я{0 d} }3.14 66 — 48, 4 4

Площадь верхнего мещторцового кольцевого сечения . Яо между поддонной камерой и патрубком определяется с учетом попраки на соз а, так при h> = 3 мм;

cos а=45 =0;7071: hz =4 мм; а= 60 ; cos 60 =0,5; пз=О ; cos 0 -1. дЯ вЂ” 62 3,14 1262 — 114

4 сов 45о 4 х 0,7071, = 1466 мм ; .

Sez = 2204 ìì; Яы= 1102 мм;

Площадь кольцевого сечения равна Sa

Sâ .. 2713 мм

Площадь нижнего межторцового кольцевого сечения определяется как площадь боковой поверхности цилиндра с ВысОтОЙ Ь3

$6 = 2 26 RxH - zt Dhg =3,14х127х100 =35922 мм .

Отсюда Яа > Яв. так как 1611 мм > 1466 мм

Яа + $6 = 1611 + 1466 = 3077 мм2

$6 > Sa + Яь > Яв, так как 35922 > 3077 > 2713.

1740618

Составитель А.Токсанбаев

Текред M,Ìîðãåíòàë Корректор В.Грешкули1

Редактор А,Долинич роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго,,Г жгороц, ул, Гагарина, 101

Заказ 2061 Тираж .Подписное

ВНИИПИ Гос а т осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5