Устройство для воздействия на призабойную зону скважин

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для обработки призабойной зоны скважин методом имплозии. Устройство для воздействия на призабойную зону скважин содержит корпус, состоящий из нижнего и верхнего цилиндров с радиальными окнами с перегородкой и каналами для сообщения его полостей, поршень, уплотнительный элемент, толкатель и тяги. Устройство снабжено бункером дренажной жидкости с распределительным механизмом и анкерным узлом. В нижнем цилиндре корпуса на внутренней поверхности установлена подпружиненная затворная пробка с наружной кольцевой проточкой и радиальными каналами. На наружной поверхности в нижнем цилиндре корпуса установлен с возможностью осевого перемещения стакан с отверстиями и радиально закрепленными пальцами. В верхнем цилиндре корпуса на наружной поверхности установлена с зазором гильза. В перегородке установлен обратный клапан, соединяющий надпоршневую полость с затрубным пространством. Поршень выполнен из двух частей, соединенных полым штоком. На наружной поверхности штока установлено опорное кольцо для взаимодействия с пальцами стакана. На внутренней поверхности штока выполнен упор. Толкатель выполнен с радиальными отверстиями и закреплен ограничительным патрубком. Тяга выполнена в виде полого цилиндра с обратным клапаном и эксцентриком для взаимодействия с распределительным механизмом и телескопически соединена с переводным фланцем. Фланец имеет радиальные и осевые отверстия и установлен в верхнем цилиндре корпуса. Распределительный механизм снабжен корпусом с каналами. В верхней части корпуса установлен нагнетательный патрубок. В цилиндрических полостях установлены плунжер и золотник. Анкерный узел снабжен корпусом, на наружной поверхности которого расположены клиновые плашки. В транспортном положении плашки закреплены на корпусе цилиндрическими фиксаторами. На внутренней поверхности корпуса расположены подпружиненная втулка с осевыми каналами, обратным клапаном и наружной проточкой для взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами. Повышается флюидоотдача пласта за счет более надежной работы устройства. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для обработки призабойной зоны скважин методом имплозии с целью улучшения ее коллекторских свойств.

Известно устройство для воздействия на призабойную зону скважины, состоящее из корпуса с радиальными каналами, размещенной в нем втулки и узла фиксации затворной пробки, содержащего две камеры, в которых установлены верхний и нижний связанные между собой поршни и тяги, взаимодействующие с нижним поршнем и узлом фиксации затворной пробки, причем пространство под верхним и нижним поршнями связано с распределительным механизмом.

Недостатком указанного устройства является то, что механические частички, извлекаемые из пластов после его обработки, остаются в призабойной зоне скважины и могут быть причиной повторной кольматации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является устройство для воздействия на призабойную зону скважины, используемое для обработки призабойной зоны знакопеременными импульсами в режиме депрессия-репрессия, включающее полый корпус, состоящий из нижнего и верхнего цилиндров с радиальными окнами и перегородкой, установленной на корпусе, уплотнительный элемент, размещенные в корпусе поршень и патрубок, а также стакан, толкатель и тягу, причем в перегородке выполнены цилиндрическая камера и соосные ей осевые каналы для сообщения полостей корпуса над и под перегородкой, а корпус имеет кольцевой выступ, выполненный на его внутренней поверхности, при этом толкатель концентрично установлен на корпусе с возможностью взаимодействия с уплотнительным элементом, а тяги размещены в радиальных окнах корпуса с возможностью взаимодействия с толкателем и жестко связаны с поршнем, причем патрубок имеет кольцевой выступ с осевым отверстием, а стакан концентрично установлен в корпусе между кольцевыми уступами и патрубком, который размещен нижней своей частью в перегородке [1].

Недостатком этого устройства является то, что оно создает депрессию-репрессию одноразово и, к тому же, в скважинных условиях очень трудно осуществить импульсное внутреннее избыточное давление, необходимое для достижения эффекта. По этой же причине не удаляются механические частицы из скважины.

Задачей настоящего изобретения является повышение флюидоотдачи пласта за счет надежной работы устройства путем: - обеспечения многократного воздействия на пласт вакуумными взрывами /имплозией/; - удаление из скважины извлекаемых из пласта механических частиц; - осуществления периодической репрессии для создания дополнительных трещиноватых каналов в коллекторе.

Для решения поставленной задачи в известном устройстве, содержащем корпус, состоящий из нижнего и верхнего цилиндров с радиальными окнами, с перегородкой и каналами для сообщения его полостей, поршень, уплотнительный элемент, толкатель и тяги, согласно изобретению, устройство дополнительно снабжено бункером дренажной жидкости с распределительным механизмом и анкерным узлом, причем в нижнем цилиндре корпуса на внутренней поверхности установлена подпружиненная затворная пробка с наружной кольцевой проточкой и радиальными каналами, а на наружной поверхности установлен с возможностью осевого перемещения стакан с отверстиями и радиально закрепленными пальцами, при этом в верхнем цилиндре корпуса на наружной поверхности установлена с зазором гильза, а в перегородке установлен обратный клапан, соединяющий надпоршневую полость с затрубным пространством, поршень выполнен из двух частей, соединенных полым штоком, на наружной поверхности которого установлено опорное кольцо для взаимодействия с пальцами стакана, а на внутренней поверхности выполнен упор, толкатель выполнен с радиальными отверстиями и закреплен ограничительным патрубком, при этом тяга выполнена в виде полого цилиндра с обратным клапаном и эксцентриком для взаимодействия с распределительным механизмом и телескопически соединена с переводным фланцем с радиальными и осевыми отверстиями, установленным в верхнем цилиндре корпуса; распределительный механизм снабжен корпусом с каналами, в верхней части которого установлен нагнетательный патрубок, а в цилиндрических полостях - плунжер и золотник; анкерный узел снабжен корпусом, на наружной поверхности которого расположены клиновые плашки, в транспортном положении закрепленные на корпусе цилиндрическими фиксаторами, а на внутренней - подпружиненная втулка с осевыми каналами, обратным клапаном и наружной проточкой для взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами.

На фиг. 1а, 1б изображено устройство в процессе спуска в скважину; (верхняя и нижняя части соответственно); на фиг. 2а, 2б - устройство в рабочем положении при вакуумном взрыве; (верхняя и нижняя части соответственно); на фиг. 3 - кинематическая схема работы распределительного механизма /такт 1/; на фиг. 4 - кинематическая схема работы распределительного механизма /такт 2/.

Устройство содержит сборный корпус 1, состоящий из нижнего цилиндра 2 и верхнего цилиндра 3. Внутри верхнего цилиндра 3 установлен поршень 4, соединенный с помощью полого штока 5 с поршнем 6, помещенным в нижнем рабочем цилиндре.

На сборном корпусе посредством переводного фланца 7 смонтирован бункер дренажной жидкости 8, внутри которого расположен распределительный механизм 9.

Над бункером 8 установлен анкерный узел 10, к которому присоединен пакер 11 с переводником 12.

На нижнем цилиндре 2 сборного корпуса с возможностью осевого перемещения установлен стакан 13 с радиально закрепленными пальцами 14. Пальцы 14 сквозь продольные пазы 15 нижнего цилиндра 2 соединены с опорным кольцом 16, установленным под поршнем 4. В нижней части нижнего цилиндра 2 корпуса выполнены радиальные гнезда 17 шариков-фиксаторов 18 и сквозные радиальные окна 19.

Шарики-фиксаторы 18 стопорят затворную пробку 20 при помощи собственной кольцевой проточки 21, при этом затворная пробка 20 находится под воздействием сжатой пружины 22 и герметично перекрывает радиальные окна 19. Аналогичные сквозные радиальные окна 23 имеются в затворной пробке 20, а в стакане 13 - окна 24. Внутри стакана 13 выполнена расточка 25, взаимодействующая с шариками-фиксаторами 18. Герметичность всех подвижных соединений обеспечивается уплотнительными кольцами 26. Полый шток 5 спаренных поршней 4 и 6 выполнен с внутренним упором 27 и радиальными отверстиями 28, предназначенными для циркуляции жидкости. С внутренним цилиндром полого штока 5 телескопически соединена трубчатая тяга 29, которая имеет скользящий контакт с центральным отверстием фланца 7. У вершины трубчатой тяги 29 установлен клапан 30 с эксцентрично расположенной резьбовой осью 31, предназначенной для соединения с помощью кронштейна 32, с плунжером управления 33 распределительного механизма 9. Верхний цилиндр 3 заключен в гильзу 34 с зазором 35, предназначенным для циркуляции рабочей жидкости в подпоршневую полость цилиндра. Гильза 34 герметично соединена с основанием верхнего цилиндра 3 и фланцем 7. В переводном фланце 7 выполнены радиальный канал 36 и вертикальный канал 37, в которые по трубчатым вводам 38 и 39 нагнетается жидкость из распределительного механизма 9 в верхний цилиндр 3 корпуса. В основании верхнего цилиндра 3 выполнены боковые отверстия 40 и радиальный канал 41, связывающий надпоршневую полость нижнего цилиндра 2 корпуса с затрубным пространством через обратный клапан 42.

Распределительный механизм 9 /фиг. 3/ - двухтактного действия и состоит из корпуса 43, в цилиндрической полости 44 которого установлены плунжер управления 33, а в цилиндрической полости 45 - золотник 46. Корпус 43 снабжен центральным нагнетательным патрубком 47, отводами 48 и 49, соединяющими цилиндрические полости. Из цилиндрической полости 45 золотника 46 выведены два нагнетательным канала 50 и 51, соединяющие подпоршневую и надпоршневую полости верхнего цилиндра 3. А каналами 52 и 53 соединены обе цилиндрические полости распределительного механизма.

В цилиндрической полости 45 выполнены отверстия 54 и 55, предназначенные для дренажа выводящей жидкости.

Соединенный с бункером 8, анкерный узел 10 состоит из корпуса 56, на пирамидальным гранях которого установлены подпружиненные пружиной 57 клиновые плашки 58, в транспортом положении закрепленные на корпусе 56 цилиндрическими фиксаторами 59. Внутри корпуса 56 поджата пружиной 60 втулка 61 с наружной проточкой 62 для взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами 59. Втулка 61 снабжена обратным клапаном 63 с пружиной 64, седлом 65, вертикальными каналами 66 и телескопически соединена с нагнетательным патрубком 47 распределительного механизма 9. Технологически жесткость пружины 64 на порядок выше жесткости пружины 60.

Пакер 11 состоит из цилиндрического каркаса 67, на котором располагается коническая шайба 68, эластичные элементы 69 и толкатель 70, закрепленный ограничительным патрубком 71. Толкатель 70 снабжен сквозными боковыми отверстиями 72 для выхода жидкости и резьбой для соединения с переводником 12. В переводнике 12 выполнен цилиндрический штуцер 73, телескопически соединенный с седлом 65.

Устройство работает следующим образом. На колонне труб устройство спускается в прорабатываемый интервал призабойной зоны скважины. Нагнетанием по колонне труб рабочей жидкости создается избыточное внутреннее давление. Рабочая жидкость через штуцер 73 воздействует на седло 65 обратного клапана 63, вследствие чего сжимается пружина 60 и втулка 61 опускается вниз. При совмещении проточки 62 с плоскостью размещения цилиндрических фиксаторов 59 клиновые плашки 58 энергией сжатой пружины 57 перемещаются вверх по пирамидальным граням корпуса 56 до сцепления с внутренней стенкой эксплуатационной колонны скважины. Разгружая колонну труб на анкерный узел 10, толкателем 70 сжимаются эластичные элементы 69, герметично отсекая затрубье обрабатываемого интервала призабойной зоны скважины /фиг. 2/. Через обратный клапан 63 и центральный нагнетательный патрубок 47 жидкость попадает в распределительный механизм 9. В транспортном положении плунжер управления 33 находится в крайнем нижнем положении цилиндрической полости 44. Под воздействием давления через отвод 48 и канал 53 золотник 46 перемещается в крайнее нижнее положение. Рабочая жидкость через нагнетательный канал 50, трубчатого ввода 38, радиальный канал 36, по зазору 35 и боковым отверстиям 40 поступает в подпоршневую полость, при этом поршень 6 перемещается вверх. Одновременно спаренный с ним поршень 4 перемещается вверх, вытесняя при этом из подпоршневого объема нижнего цилиндра 2 рабочую жидкость через радиальные отверстия 28, по осевому каналу полого штока 5 и трубчатой тяги 29, клапан 30 в бункер 8. Жидкость, находящаяся над поршнем 6 верхнего цилиндра 3, вытесняется в бункер дренажной жидкости 8 через трубчатый ввод 39, канал 51 и дренажное отверстие 54 распределительного механизма 9 /фиг. 3/. В процессе перемещения поршня 4 вверх, до контакта с опорным кольцом 16 в полости нижнего цилиндра 2 между затворной пробкой 20 и поршнем 4 образуется вакуум. Вместе с опорным кольцом 16 поднимается вверх пальцами 14 связанный с ним стакан 13. При совмещении расточки 25 с плоскостью расположения шариков-фиксаторов 18, энергией сжатой пружины 22 шарики-фиксаторы 18 переместятся в расточку 25, зафиксируют поднятый стакан 13 и освободят затворную пробку 20, которая поднимается до контакта с кольцевым выступом 21. При этом радиальные окна 24 стакана 13, окна 19, нижнего цилиндра 2 и окна 23 затворной пробки 20 разместятся в одной перпендикулярной плоскости [фиг. 2].

Резкая разгерметизация цилиндра 2 вызовет вакуумный взрыв /имплозию/, т. е. пластовая жидкость вместе с флюидом под воздействием забойного давления устремится в нижний цилиндр 2, увлекая и вынося из коллектора механические частицы. Вакуумный взрыв характеризуется колебательным действием депрессии-репрессии на пласт с затухающей амплитудой.

В то же время в верхнем цилиндре 3 при перемещении поршня 6 с полым штоком 5 вверх трубчатая тяга 29 своим основанием упрется в упор 27 и переместит плунжер управления 33 в крайнее верхнее положение цилиндра 44 распределительного механизма 9 [фиг. 4]. Рабочая жидкость под давлением по нагнетательному патрубку 47, отводу 48 и каналу 52 устремится в цилиндр 45 и переместит золотник 46 в крайнее верхнее положение, вследствие чего откроется канал 51 и жидкость по трубному вводу 39 будет нагнетаться в надпоршневую полость верхнего цилиндра 3. Поршень 6 под давлением будет опускаться вниз, вытесняя из подпоршневой полости верхнего цилиндра 3 жидкость через боковые отверстия 40, зазор 35, радиальный канал 36, трубчатый ввод 38, по каналу 50 и дренажному отверстию 55 распределительного механизма 9 в бункер дренажной жидкости 8. Из перенасыщенного бункера 8 дренажная жидкость через вертикальные каналы 66 втулки 61 и боковые отверстия 72 толкателя 70 вытесняется в надпакерную зону затрубного пространства скважины. Спаренный с поршнем 6 поршень 4 в нижнем цилиндре 2, опускаясь вниз, всасывает через обратный клапан 42 жидкость из призабойной зоны в надпоршневую полость. Поршень 4 своим основанием перемещает вниз затворную пробку 20, сжимая при этом пружину 22. В тот момент, когда кольцевая проточка 21 достигает горизонтальной плоскости расположения шариков-фиксаторов 18, они из расточки 26 переместятся в проточку 21 и освободят при этом стакан 13. Энергией сжатой пружины 22 стакан 13 опустится вниз и зафиксирует затворную пробку 20.

Одновременно телескопически соединенная полым штоком 5 трубчатая тяга 29 опустится вниз, а вместе с ней и плунжер управления 33 распределительного механизма 9, что приведет к повторению цикла работы устройства.

Многократное воздействие на продуктивный пласт мгновенными депрессией-репрессией с постоянным выносом из скважины пластовой жидкости приведет к регенерации закольматированного пласта, улучшению его коллекторских свойств, вызовет приток флюида, а также увеличит флюидоотдачу пласта. Кроме того, устройство позволяет производить обработку по всей мощности продуктивного пласта от нижних дыр перфорации с подъемом до верхних дыр и, таким образом, является эффективным техническим решением для возбуждения и освоения скважин с низкопроницаемыми коллекторами.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 1705554 ки E 21 В 43/26, 1989 г. (прототип).

Формула изобретения

1. Устройство для воздействия на призабойную зону скважины, включающее корпус, состоящий из нижнего и верхнего цилиндров с радиальными окнами, перегородкой и каналами для сообщения его полостей, поршень, уплотнительный элемент, толкатель и тяги, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено бункером дренажной жидкости с распределительным механизмом и анкерным узлом, причем в нижнем цилиндре корпуса на внутренней поверхности установлена подпружиненная затворная пробка с наружной кольцевой проточкой и радиальными каналами, а на наружной поверхности установлен с возможностью осевого перемещения стакан с отверстиями и радиально закрепленными пальцами, при этом в верхнем цилиндре корпуса на наружной поверхности установлена с зазором гильза, а в перегородке установлен обратный клапан, соединяющий надпоршневую полость с затрубным пространством, поршень выполнен из двух частей, соединенных полым штоком, на наружной поверхности которого установлено опорное кольцо для взаимодействия с пальцами стакана, а на внутренней поверхности выполнен упор, толкатель выполнен с радиальными отверстиями и закреплен ограничительным патрубком, при этом тяга выполнена в виде полого цилиндра с обратным клапаном и эксцентриком для взаимодействия с распределительным механизмом и телескопически соединена с переводным фланцем, с радиальными и осевыми отверстиями, установленным в верхнем цилиндре корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распределительный механизм снабжен корпусом с каналами, в верхней части которого установлен нагнетательный патрубок, а в цилиндрических полостях - плунжер и золотник.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что анкерный узел снабжен корпусом, на наружной поверхности которого расположены клиновые плашки, в транспортном положении закрепленные на корпусе цилиндрическими фиксаторами, а на внутренней - подпружиненная втулка с осевыми каналами, обратным клапаном и наружной проточкой для взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4