Устройство гидроимпульсного воздействия на пласт

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и содержит колонну насосно-компрессорных труб, имплозионную камеру с концентраторами давления и окнами. Плунжер с приводом и подпружиненный клапан установлены в камере. Устройство снабжено верхним и нижним переводниками с отводными каналами. Верхний закреплен соответственно на колонне насосно-компрессорных труб, а нижний - на имплозионной камере. Плунжер имеет прорезные отверстия, радиальный канал и распределительный механизм. Этот механизм состоит из подпружиненного толкателя с кольцевой проточкой, седла и подпружиненного запорного элемента с дросселируюшим отверстием. Нижняя часть плунжера и дросселирующее отверстие образуют переходную полость. Привод плунжера выполнен в виде по меньшей мере одного гидроцилиндра с полым штоком и жестко закрепленным на штоке поршнем с реверсивным переключателем. Гидроцилиндр расположен между верхним и нижним переводниками. Шток установлен в переводниках с возможностью вертикального перемещения. Нижний конец штока закреплен в плунжере, а верхний конец расположен в насосно-компрессорной трубе. При подаче жидкости в колонну насосно-компрессорных труб в призабойной зоне скважины устройство продуцирует гидравлические удары с давлением, превышающим горное. Мгновенные гидравлические удары увеличивают эффективность воздействия на призабойную зону пласта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам, применяющимся в нефтегазодобывающей промышленности, преимущественно для импульсного воздействия на призабойную зону для повышения нефтеотдачи пласта.

Известно устройство для гидровзрыва пласта (см. а.с. N 956766, E 21 B 43/26, 1980 г. ), включающее колонну насосно-компрессорных труб, пакер с установленным в нем обратным клапаном, сообщающим подпакерное пространство с надпакерным, установленные в колонне труб седла под бросовые клапаны, причем диаметр вышерасположенного седла больше предыдущего.

Однако известное устройство имеет низкую эффективность гидроударного воздействия на пласт, т. к. величина мгновенного гидравлического удара, создаваемого падением столба жидкости, будет существенно ниже необходимого из-за амортизации удара сжатым воздухом в подпакерном пространстве. Установленный в пакере обратный клапан не обеспечивает мгновенный переток воздуха в надпакерное пространство из-за достаточно малого прохода сечения клапана.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является устройство многократной имплозии (см. "Ударные воздействия на призабойную зону скважин", автор А.А. Попов -М.: Недра, 1990 г. , с.106), спускаемое в скважину до пласта на насосно-компрессорных трубах и состоящее из имплозионной камеры с верхней расширенной частью и концентраторами давления, плунжера, жестко закрепленного на канате, и подпружиненного клапана, установленного в нижней части устройства.

Однако эффективность известного устройства низкая, т.к. сила гидроудара ниже величины, необходимой для воздействия на призабойную зону пласта для его гидроразрыва. Это связано с тем, что привод плунжера (лебедка трактора-подъемника) не обеспечивает мгновенной скорости подъема плунжера, т.к. по мере подъема, с момента достижения нижним концом плунжера верхней расширенной части имплозионной камеры, осуществляется лишь медленное раскрытие проходного сечения камеры и соответственно медленный переток жидкости как из колонны труб, так и из затрубного пространства в нижнюю часть камеры.

Заявляемое устройство решает задачу увеличения эффективности воздействия на призабойную зону пласта за счет создания мгновенного гидравлического удара.

Для решения поставленной задачи устройство гидроимпульсного воздействия на пласт, содержащее колонну насосно-компрессорных труб, имплозионную камеру с концентраторами давления и окнами, плунжер с приводом и подпружиненный клапан, снабжено верхним и нижним переводниками с отводными каналами, закрепленными соответственно на колонне насосно-компрессорных труб и имплозионной камере, при этом плунжер снабжен прорезными отверстиями, радиальным каналом и распределительным механизмом, а привод плунжера выполнен в виде по меньшей мере одного гидроцилиндра с полым штоком и жестко закрепленным на штоке поршнем с реверсивным переключателем, причем гидроцилиндр расположен между верхним и нижним переводниками, а шток установлен в переводниках с возможностью вертикального перемещения, нижний конец штока закреплен в плунжере, а верхний конец расположен в насосно-компрессорной трубе, распределительный механизм выполнен в виде подпружиненного толкателя с кольцевой проточкой, седла и подпружиненного запорного элемента с дросселирующим отверстием, образующего с нижней частью плунжера переходную полость.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства, разрез; на фиг. 2 - реверсивный переключатель в увеличенном виде.

Устройство гидроимпульсного воздействия на пласт содержит имплозионную камеру 1 с концентраторами давления 2 и окнами 3, размещенные в камере 1 подпружиненный клапан 4 и плунжер 5 с прорезными отверстиями 6, радиальным каналом 7 и распределительным механизмом, состоящим из подпружиненного толкателя 8 с кольцевой проточкой 9, седла 10 и подпружиненного элемента 11 с дросселирующим отверстием 12, образующего с нижней частью плунжера 5 переходную полость 13, верхний переводник 14 с отводным каналом 15, связанный с колонной насосно-компрессионных труб 16, и нижний переводник 17 с отводным каналом 18 связанный с имплозионной камерой 1, гидроцилиндр 19, расположенный между переводниками 14 и 17.

Гидроцилиндр 19 выполнен с полым штоком 20 и поршнем 21, жестко закрепленным на штоке 20. Поршень 21 снабжен реверсивным переключателем, состоящим из золотника 22 с кольцевыми проточками 23 и 24, установленного с возможностью осевого перемещения, и каналов 25, 26, 27. Полый шток 20 установлен в переводниках 14 и 17 с возможностью вертикального перемещения. Один конец штока 20 расположен в насосно-компрессорной трубе 16, а другой - в имплозионной камере 1 и жестко закреплен на плунжере 5.

Устройство работает следующим образом.

Верхний переводник 14 соединяют с колонной насосно-компрессорных труб 16. При этом полый шток 20 с поршнем 21 находится в крайнем нижнем положении. Золотник 22 реверсивного переключателя находится в крайнем верхнем положении, взаимодействуя с верхним торцом нижнего переводника 17, и перекрывает канал 27. Канал 25 через проточку 23 соединен с каналом 26. Плунжер 5 находится в крайнем нижнем положении. Подпружиненный толкатель 8 находится в крайнем верхнем положении, перекрывая радиальный канал 7. Запорный элемент 11 и подпружиненный клапан 4 находятся в крайнем верхнем положении.

В таком виде устройство на колонне насосно-компрессорных труб 16 спускают в скважину. В колонну труб 16 с устья скважины подают под давлением скважинную жидкость, которая поступает в полость штока 20 и по каналу 25 через проточку 23 и канал 26 реверсивного переключателя поступает в нижнюю полсть гидроцилиндра 19, а по дросселирующему отверстию 12 - в полость 13 запорного элемента 11.

При этом затрубная жидкость по отводным каналам 15 и 18 заполняет соответственно верхнюю полость гидроцилиндра 19 и верхнюю полость имплозионной камеры 1.

При достижении давления жидкости в нижней полости гидроцилиндра 19 величины, необходимой для преодоления давления затрубной жидкости, поршень 21 начинает перемещаться вверх вместе со штоком 20 и закрепленным на нем плунжером 5. При этом между плунжером 5 и подпружиненным клапаном 4 образуется зона низкого давления. В процессе перемещения поршня 21 вверх нижняя полость гидроцилиндра 19 заполняется скваженной жидкостью, а верхняя полость гидроцилиндра 19 и верхняя полость имплозионной камеры 1 освобождается от затрубной жидкости по отводным каналам 15 и 18 переводников 14 и 17.

При достижении поршнем 21 крайнего верхнего положения толкатель 8, взаимодействуя с торцем переводника 17, перемещается вниз относительно плунжера 5. При этом кольцевая проточка 9 толкателя 8 совмещается с радиальным каналом 7. Жидкость из полости 13 мгновенно перетекает в нижнюю полость (подплунжерную) имплозионной камеры 1 с низким давлением. Это приводит к падению давления в переходной полости 13 запорного элемента 11, который резко опускается вниз, открывая отверстия 6 плунжера 5. Жидкость из насосно-компрессорных труб 16 устремляется в нижнюю полость имплозионной камеры 1, создавая в призабойной зоне мгновенный гидравлический удар с давлением, превышающим горное.

В момент гидравлического удара под давлением потока жидкости клапан 4 отжимается вниз, окна 3 открываются и гидравлический удар передается на пласт. При этом компенсаторы давления 2 препятствуют распространению ударной волны в верхнее и нижнее затрубные пространства.

Одновременно с этим золотник 22, взаимодействуя с нижним торцом переводника 14, перемещается относительно поршня 21 вниз, перекрывает канал 25 и открывает канал 27. Скважинная жидкость начинает поступать по каналам 26 и 27 в верхнюю полость гидроцилиндра 19. Поршень 21 со штоком 20 и плунжером 5 начинают перемещаться вниз (в исходное положение). Далее процесс повторяется многократно.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет получить мгновенный гидравлический удар, за счет чего увеличивается забойное давление, действующее на призабойную зону пласта для его гидроразрыва.

Формула изобретения

1. Устройство гидроимпульсного воздействия на пласт, содержащее колонну насосно-компрессорных труб, имплозионную камеру с концентраторами давления и окнами, плунжер с приводом и подпружиненный клапан, отличающееся тем, что оно снабжено верхним и нижним переводниками с отводными каналами, закрепленными соответственно на колонне насосно-компрессорных труб и имплозионной камере, при этом плунжер снабжен прорезными отверстиями, радиальным каналом и распределительным механизмом, а привод плунжера выполнен в виде, по меньшей мере, одного гидроцилиндра с полым штоком и жестко закрепленным на штоке поршнем с реверсивным переключателем, причем гидроцилиндр расположен между верхним и нижним переводниками, а шток установлен в переводниках с возможностью вертикального перемещения, нижний конец штока закреплен в плунжере, а верхний конец расположен в насосно-компрессорной трубе.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распределительный механизм выполнен в виде подпружиненного толкателя с кольцевой проточкой, седла и подпружиненного запорного элемента с дросселирующим отверстием, образующего с нижней частью плунжера переходную полость.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2