Устройство для возбуждения колебаний гидродинамического давления в добывающей скважине

 

Устройство относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважин с низкой продуктивностью и для повышения нефтеотдачи пластов. Устройство содержит штанговый глубинный насос с гидроусилителем. Гидроусилитель представляет собой цилиндрическую камеру с выпускным клапаном и поршнем, жестко связанным с плунжером насоса. В стенке камеры гидроусилителя выполнены отверстия, периодически перекрывающиеся поршнем при его возвратно-поступательном движении. Повышается эффективность процесса нефтедобычи за счет волнового воздействия на добываемую жидкость, на призабойную зону скважины и продуктивный пласт в целом. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для увеличения продуктивности скважин, а также для повышения нефтеотдачи пластов.

Известно устройство для волнового воздействия на пласт [1], включающее плунжер, размещенный внутри эксплуатационной колонны с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси. Это устройство также снабжено цилиндром с посадочным седлом, установленным на конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), при этом плунжер установлен в цилиндре с возможностью выхода из него в крайнем верхнем положении.

В этом устройстве происходит сжатие жидкости в НКТ при ходе плунжера вверх. В крайнем верхнем положении происходит разгрузка сжатой в НКТ жидкости и образуется ударная волна, распространяющаяся по стволу скважины.

Ограничением этого устройства является необходимость вывода скважины из эксплуатации на период волнового воздействия на пласт, установки специального подзарядного оборудования на устье скважины и цементирования скважины в интервале продуктивного пласта.

Известен способ обработки продуктивных пластов [2], в соответствии с которым импульсы гидродинамического давления в действующей скважине создаются за счет использования перепада гидродинамического давления внутри НКТ и в затрубном пространстве с помощью устройств золотникового типа. Недостатком этого способа является необходимость расходования части перекачиваемой насосом жидкости на создание импульсов давления, что снижает производительность насоса.

Наиболее близким техническим устройством, на основе которого может быть создано заявляемое изобретением устройство для возбуждения колебаний гидродинамического давления в действующей добывающей скважине, является штанговый глубинный насос с гидроусилителем, например насос ННБД1 [3]. Гидроусилитель представляет собой цилиндрическую камеру с поршнем, дополнительную к основной рабочей камере насоса. Поршень гидроусилителя жестко связан с плунжером насоса и при ходе поршня вверх в камере гидроусилителя создается разрежение, обусловливающее появление дополнительной силы, действующей на колонну штанг и направленной вниз. Эта сила при обратном ходе колонны штанг предотвращает их зависание. Такие насосы называют также насосами с "гидравлически тяжелым низом" и применяют, в основном, для перекачки высоковязких пластовых флюидов.

Для удаления жидкости, накапливающейся в камере гидроусилителя за счет протечек через зазор между поршнем и стенками камеры, в нижней части камеры устанавливается выпускной клапан. Отметим, что при работе насоса с гидроусилителем существенных колебаний гидродинамического давления в скважине не возникает.

Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности процесса нефтедобычи за счет волнового воздействия на добываемую жидкость, на призабойную зону скважины и продуктивный пласт в целом. Технический результат, который может быть получен при использовании устройства, - снижение вязкости добываемой жидкости, очистка порового пространства в призабойной зоне скважины и снижение обводненности добываемой продукции.

Поставленная задача решается путем следующего изменения конструкции насоса с гидроусилителем. В стенке камеры гидроусилителя выполняются отверстия, периодически открывающиеся при возвратно-поступательном движении поршня. В начальной стадии движения поршня вверх в камере создается разрежение, а в момент достижения поршнем уровня отверстий камера заполняется жидкостью из затрубного пространства, что формирует волну разрежения, распространяющуюся по стволу скважины. В момент заполнения камеры процесс разрежения прекращается, и возникает волна сжатия, повышающая величину давления в скважине до начального уровня.

При ходе поршня вниз жидкость вытесняется из камеры через отверстия и выпускной клапан в нижней части камеры, при последующем ходе поршня вверх процесс повторяется. Таким образом, при работе описываемого устройства процесс откачки жидкости из скважины сопровождается созданием периодических волн разрежения, воздействующих как на откачиваемую жидкость, так и на флюидосодержащую пористую среду. Это обеспечивает понижение вязкости добываемой жидкости и очищение порового пространства от загрязняющих его примесей с их одновременным удалением из скважины, поскольку процесс откачки жидкости из скважины при этом не прекращается. Указанные факторы обусловливают повышение продуктивности скважины и повышение нефтеотдачи пласта в целом.

Амплитуда и длительность волны разрежения являются при этом управляемыми параметрами за счет изменения глубины погружения насоса под уровень жидкости в скважине, а также за счет выбора диаметра, количества и месторасположения отверстий на стенке камеры. Соответствующие гидравлические расчеты выполняются на основании известных методик, например [4]. Обязательным условием, ограничивающим величину амплитуды волны разрежения, принимается условие сохранения усталостной прочности цементного камня за обсадной трубой скважины.

При уменьшении длины хода плунжера до величины, при которой поршень не будет достигать уровня отверстий в стенке камеры, устройство будет работать в штатном режиме без возбуждения волн давления в скважине. Таким образом, устройство может включаться и выключаться из режима возбуждения колебаний гидродинамического давления в скважине без подъема его на поверхность.

Для снятия динамических нагрузок на колонну труб в компоновку может быть включен якорь, жестко связывающий колонну труб с обсадной трубой.

Работа устройства в действующей скважине достаточно ясна из приведенного описания, для иллюстрации его конструкции на чертеже приведено схематическое изображение составляющих его элементов.

Здесь цифрой 1 обозначена колонна штанг, 2 - плунжер насоса, 3 - клапаны насоса, 4 - поршень гидроусилителя, 5 - отверстия, выполняемые в стенке камеры гидроусилителя, 6 - выпускной клапан гидроусилителя.

Наиболее успешно заявляемое устройство может быть использовано при добыче нефти из скважин с низкой продуктивностью, добыче высоковязких нефтей, при разработке пластов с высокой обводненностью добываемой продукции. Устройство может использоваться в комплексе с другими методами воздействия на пласт, например при кислотной обработке призабойной зоны скважины или при ее обработке растворителями.

Источники информации 1. Патент РФ N 2075596, E 21 B 43/25, опубл. 20.03.97.

2. Патент РФ N 2089726, E 21 B 43/25, опубл. 10.09.97.

3. А. К. Мухаметзянов, И.Н.Чернышев, А.И.Липерт, С.Б.Ишемгужин. Добыча нефти штанговыми насосами. - М.: Недра, 1993. - 350 с.

4. А.Д.Альтшуль. Гидравлические сопротивления. - М.: Наука, 1982, 224 с.

Формула изобретения

Устройство для возбуждения колебаний гидродинамического давления в добывающей скважине, включающее штанговый глубинный насос с гидроусилителем, представляющим собой цилиндрическую камеру с выпускным клапаном и поршнем, жестко связанным с плунжером насоса, отличающееся тем, что в стенке камеры гидроусилителя выполнены отверстия, периодически перекрывающиеся поршнем при его возвратно-поступательном движении.

РИСУНКИ

Рисунок 1