Способ синергического воздействия на скважину и продуктивный пласт и устройство для синергического воздействия на скважину и продуктивный пласт

 

Изобретения относятся к области эксплуатации нефтяных, водозаборных и других скважин и могут быть использованы для очистки скважин от отложений, образовавшихся в колонне труб, а также для обработки призабойной зоны пласта. Способ включает передачу гидроимпульсов от излучателей гидромолотов, установленных на устье, по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) через ее верхний торец и по столбу жидкости в скважине через его верхний уровень на продуктивный пласт. Одновременно передаются молекулярно-волновые колебания в скважине. Повышается давление путем подачи жидкости от насоса с аккумулятором давления, подсоединенных вводом к НКТ на устье скважины. Создаются гидравлические удары в столбе жидкости в скважине путем периодического перекрытия ввода насоса излучателями гидромолотов при передаче от них молекулярно-волновых колебаний на НКТ и столб жидкости в скважине. Создание гидравлических ударов в столбе жидкости в скважине осуществляют путем периодического перекрытия депрессионной камеры, установленной на устье. Гидроимпульсы создают с одновременным применением излучателей низкочастотных и высокочастотных колебаний в условиях предварительно созданного статического давления жидкости в колонне НКТ. Устройство содержит генераторы ударных импульсов с ударниками и излучателями, насос. Распределительная камера соединена с внутренней полостью скважины. Излучатели установлены соосно со скользящей посадкой в распределительной камере с возможностью перекрытия выходного трубопровода насоса. Устройство имеет депрессионную камеру. Один из генераторов импульсов выполнен высокочастотным, а другой - низкочастотным. Преобразователь выполнен в виде резонатора-преобразователя, состоящего из трубчатого корпуса с радиальными каналами. У подпружиненного плунжера верхняя часть выполнена из пьезокерамического материала, а боковые поверхности имеют возможность периодического перекрытия радиальных каналов в корпусе в зависимости от положения плунжера. Распределительная камера имеет цилиндрическую и конфузорную части. Цилиндрическая часть имеет гидравлическую связь с депрессионной камерой, а конфузорная часть имеет гидравлическую связь с резонатором-преобразователем. Повышается производительность скважин за счет увеличения проницаемости горной породы. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретения относятся к области эксплуатации нефтяных, водозаборных и других скважин и могут быть использованы для очистки скважин от отложений, образовавшихся в колонне труб, а также для обработки призабойной зоны пласта с целью повышения производительности скважин и увеличения проницаемости горной породы.

Известен способ воздействия на скважину и продуктивный пласт (патент России N 2107814, E 21 B 28/00, опубл. 27.03.98), включающий передачу гидроимпульсов от излучателя гидромолота, установленного на устье, по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) через ее верхний торец и по столбу жидкости в скважине через его верхний уровень на продуктивный пласт, одновременно с передачей молекулярно-волновых колебаний в скважине, повышение давления путем подачи жидкости от насоса с аккумулятором давления, подсоединенных вводом к НКТ на устье скважины, и создание гидравлических ударов в столбе жидкости в скважине путем периодического перекрытия ввода насоса излучателем гидромолота при передаче от него молекулярно-волновых колебаний на НКТ и столб жидкости в скважине.

Недостатком такого способа является то, что только часть энергии импульсов будет эффективно использована для воздействия на зону очистки.

Поскольку в НКТ и в пласте имеются различные составляющие, ограничивающие проницаемость призабойной зоны и сечение НКТ, имеется большой спектр резонансных частот указанных составляющих. Например, в трубах парафины, смолы, металл НКТ, прилипшие частицы породы, в пласте дополнительно скелет пласта, имеющий различные резонансные частоты вследствие различной формы и размеров трещин, связующие глиноземы, вследствие этого только часть энергии импульсов будет эффективно использована для воздействия на зону очистки, поскольку только отдельные из указанных элементов, частоты которых находятся в резонансе с частотой импульсов, будут поглощать эту энергию.

Известен способ воздействия на скважину и продуктивный пласт (патент России N 2310110, E 21 B 28/00, E 21 B 43/25, опубл. 10.05.1999), включающий передачу гидроимпульсов от излучателей гидромолота, установленного на устье, по колонне труб НКТ через ее верхний торец и по столбу жидкости в скважине через его верхний уровень на продуктивный пласт, одновременно с передачей молекулярно-волновых колебаний в скважине повышение давления путем подачи жидкости от насоса с аккумулятором давления, подсоединенных вводом к НКТ на устье скважины, и создание гидравлических ударов в столбе жидкости в скважине путем периодического перекрытия ввода насоса излучателем гидромолота при передаче от него молекулярно-волновых колебаний на НКТ и столб жидкости в скважине.

Оба излучателя в таком способе воздействуют на среду синхронно и создают одну частоту колебаний.

Недостатком такого способа является то, что только часть энергии импульсов будет эффективно использована для воздействия на зону очистки.

Поскольку в НКТ и в пласте имеются различные составляющие, ограничивающие проницаемость призабойной зоны и сечение НКТ, имеется большой спектр резонансных частот указанных составляющих. Например, в трубах парафины, смолы, металл НКТ, прилипшие частицы породы, в пласте дополнительно скелет пласта, имеющий различные резонансные частоты, вследствие различной формы и размеров трещин, связующие глиноземы, вследствие этого только часть энергии импульсов будет эффективно использована для воздействия на зону очистки, поскольку только отдельные из указанных элементов, частоты которых находятся в резонансе с частотой импульсов, будут поглощать эту энергию.

Известно устройство для воздействия на скважину и продуктивный пласт (патент России N 2130110, E 21 B 28/00, E 21 B 43/25, опубл. 10.05.99), включающее генератор ударных импульсов с ударником и излучателем, насос, имеющие гидравлическую связь с распределительной камерой, соединенной с внутренней полостью скважины, причем излучатель установлен соосно со скользящей посадкой в распределительной камерой с возможностью перекрытия выходного трубопровода насоса.

Недостатком такого устройства является то, что только часть энергии импульсов, генерируемых устройством, будет эффективно использована для воздействия на зону очистки.

Поскольку в НКТ и в пласте имеются различные составляющие, ограничивающие проницаемость призабойной зоны и сечение НКТ, имеется большой спектр резонансных частот указанных составляющих. Например, в трубах парафины, смолы, металл НКТ, прилипшие частицы породы, в пласте дополнительно скелет пласта, имеющий различные резонансные частоты, вследствие различной формы и размеров трещин, связующие глиноземы. Вследствие этого только часть энергии импульсов будет эффективно использована для воздействия на зону очистки, поскольку только отдельные из указанных элементов, частоты которых находятся в резонансе с частотой импульсов, будут поглощать эту энергию.

Известно устройство для воздействия на скважину и продуктивный пласт (патент России N 2107814, E 21 B 28/00, опубл. 27.03.98), включающее генератор ударных импульсов с ударником и излучателями, насос, имеющие гидравлическую связь с распределительной камерой, соединенной с внутренней полостью скважины, причем излучатель установлен соосно со скользящей посадкой в распределительной камере с возможностью перекрытия выходного трубопровода насоса.

Вследствие повышения давления в призабойной зоне увеличиваются размеры трещин, в процессе чего происходит определенный отрыв частиц. Однако при снижении давления размеры трещин приходят в прежнее состояние.

Кроме этого, недостатком такого устройства является также то, что только часть энергии импульсов, генерируемых устройством, будет эффективно использована для воздействия на зону очистки.

Поскольку в НКТ и в пласте имеются различные составляющие, ограничивающие проницаемость призабойной зоны и сечение НКТ, имеется большой спектр резонансных частот указанных составляющих. Например, в трубах парафины, смолы, металл НКТ, прилипшие частицы породы, в пласте дополнительно скелет пласта, имеющий различные резонансные частоты, вследствие различной формы и размеров трещин, связующие глиноземы. Вследствие этого только часть энергии импульсов будет эффективно использована для воздействия на зону очистки, поскольку только отдельные из указанных элементов, частоты которых находятся в резонансе с частотой импульсов, будут поглощать эту энергию.

В основу изобретения "Способ синергического воздействия на скважину и продуктивный пласт" поставлена задача усовершенствования способа, в котором путем добавления новых действий и применения новых устройств повышается степень использования энергии создаваемых гидроимпульсов, вследствие чего повышается степень очистки НКТ и призабойной зоны.

Поставленная задача решается тем, что способ синергического воздействия на скважину и продуктивный пласт предусматривает передачу гидроимпульсов от излучателя гидромолота, установленного на устье, по колонне насосно-компрессорных труб через ее верхний торец и по столбу жидкости в скважине через его верхний уровень на продуктивный пласт, одновременно с передачей молекулярно-волновых колебаний в скважине повышение давления путем подачи жидкости от насоса с аккумулятором давления, подсоединенных вводом к НКТ на устье скважины, и создание гидравлических ударов в столбе жидкости в скважине путем периодического перекрытия ввода насоса излучателем гидромолота при передаче от него молекулярно-волновых колебаний на НКТ и столб жидкости в скважине. Новым в способе синергического воздействия на скважину и продуктивный пласт является то, что создание гидравлических ударов в столбе жидкости в скважине дополнительно осуществляют путем периодического перекрытия депрессионной камеры, установленной на устье, а гидроимпульсы создают с одновременным применением излучателей низкочастотных и высокочастотных колебаний в условиях предварительно созданного статического давления жидкости в колонне НКТ.

Вследствие повышения давления в призабойной зоне увеличиваются размеры трещин. При импульсном разночастотном воздействии на частицы различных сред закупоривающих трещины, а также гидроударах без снижения давления облегчается их отрыв от зоны контакта.

Вследствие использования указанной совокупности признаков увеличивается спектр генерируемых частот гидроимпульсов, что повышает степень использования их энергии для очистки НКТ и призабойной зоны, вследствие повышения степени совпадения их частот со спектром резонансных частот различных частиц породы, парафинов металла труб и скелета пласта.

В конкретных вариантах реализации способа гидроимпульсы могут дополнительно преобразовывать в энергию электризованных гидравлических, акустических, электромагнитных и сейсмических волн с помощью преобразователя, который устанавливают внутри колонны труб в зоне продуктивного пласта.

Вследствие использования указанной совокупности признаков увеличивается спектр частот энергетического воздействия на различные отложения, что повышает степень использования генерируемой в способе энергии для очистки НКТ и призабойной зоны.

В конкретных вариантах реализации способа дополнительно осуществляют колебания подвижных частей преобразователя в спектре низкочастотных и высокочастотных колебаний периодическими импульсами, которые формируют в распределительной камере и одновременно изменяют параметры пульсирующего потока жидкости путем изменения просвета направляющих каналов преобразователя между его штоком и подвижными частями.

Вследствие использования указанной совокупности признаков дополнительно увеличивается спектр частот энергетического воздействия на различные отложения, что повышает степень использования генерируемой в способе энергии для очистки НКТ и призабойной зоны.

В основу изобретения "Устройство для синергического воздействия на скважину и продуктивный пласт" поставлена задача усовершенствования устройства, в котором путем применения новых конструктивных элементов и применяемых материалов, характера их связи и взаимного размещения повышается степень использования энергии создаваемых гидроимпульсов, вследствие чего повышается степень очистки НКТ и призабойной зоны.

Поставленная задача решается тем, что устройство для синергического воздействия на скважину и продуктивный пласт включает генераторы ударных импульсов с ударниками и излучателями, насос, имеющие гидравлическую связь с распределительной камерой, соединенной с внутренней полостью скважины, причем излучатели установлены соосно со скользящей посадкой в распределительной камере с возможностью перекрытия выходного трубопровода насоса, и преобразователь.

Новым в устройстве для синергического воздействия на скважину и продуктивный пласт является то, что оно имеет депрессионную камеру, один из генераторов импульсов выполнен высокочастотным, а другой - низкочастотным, преобразователь выполнен в виде резонатора-преобразователя, состоящего из трубчатого корпуса с радиальными каналами, в котором установлен подпружиненный плунжер, верхняя часть которого выполнена из пьезокерамического материала, а боковые поверхности имеют возможность периодического перекрытия радиальных каналов в корпусе в зависимости от положения плунжера, распределительная камера имеет цилиндрическую и конфузорную части, при этом цилиндрическая часть гидравлически связанная с депрессионной камерой, а конфузорная часть - с резонатором-преобразователем.

Вследствие использования указанной совокупности признаков увеличивается спектр создаваемых частот гидроимпульсов, что повышает степень использования их энергии для очистки НКТ и призабойной зоны, вследствие повышения степени совпадения их частот со спектром резонансных частот различных частиц породы, парафинов металла труб и скелета пласта.

В конкретных вариантах реализации устройства излучатели генераторов ударных импульсов со стороны распределительной камеры могут иметь вогнутые параболические углубления.

Использование указанных конструктивных особенностей позволит повысить степень выделения генерируемой излучателями энергии в распределительную камеру, что повышает степень использования генерируемой в устройстве энергии для очистки НКТ и призабойной зоны.

В конкретных вариантах реализации устройства оно может быть снабжено импульсным клапаном, установленным на линии связи депрессионной камеры с атмосферой и гидравлически связанным с распределительной камерой.

Использование указанных конструктивных элементов, характера их связи и взаимного размещения позволяет увеличить спектр частот энергетического воздействия, что повышает степень использования генерируемой в устройстве энергии для очистки НКТ и призабойной зоны.

В конкретных вариантах реализации устройства импульсный клапан может состоять из подпружиненного плунжера с поджатием от гидроцилиндра и с установкой гидрозамка.

Использование указанных конструктивных элементов импульсного клапана позволяет улучшить эффективность его функционирования, что повышает степень использования генерируемой в устройстве энергии для очистки НКТ и призабойной зоны.

На чертеже представлен продольный разрез устройства, реализующего заявляемый способ.

Устройство состоит из блока, объединяющего большую часть конструктивных элементов, формирующих импульсы - синергизатора 1, к которому с одной стороны подсоединены генераторы ударных импульсов 2, 3 с излучателями 4, 5 через дистанционные тяги соответственно 6, 7. С другой стороны к синергизатору 1 подсоединены через гидравлические магистрали 8 насос 9 для подачи рабочей жидкости и химических веществ в скважину и через депрессионную камеру 10 импульсный клапан 11. Управление импульсным клапаном 11 осуществляется посредством автономной гидросистемы с гидронасосом 12, баком 13, распределителем 14 и гидромагистралями 15. Синергизатор 1 герметично крепится к скважинной арматуре 16, которая связывает синергизатор с обсадной трубой 17 и колонной НКТ 18. В нижней части колонны НКТ установлен резонатор-преобразователь 19.

Синергизатор 1 состоит из корпуса 20 с распределительной камерой 21, имеющей цилиндрическую 22 и конфузорную 23 части, а также отдельные выводные полости для гидравлической связи соответственно 24, с излучателем 4, 25, с гидронасосом 9, 26, с депрессионной камерой 10 и импульсным клапаном 11. Конфузорная часть 23 полости 21 через отвод 27 и колонну НКТ имеет гидравлическую связь с резонатором-преобразователем 19.

Импульсный клапан 11 состоит из узла периодической стыковки 28 и привода 29. Узел периодической стыковки 28 имеет трубчатую часть 30 с конусным золотником 31, закрытые кожухом 32, имеющим связь с атмосферой и желобной емкостью 33 через канал 34. Конусный золотник 31 имеет механическую связь с приводом 29 через шток гидроцилиндра 35, в штоковой полости которого на расстоянии L от поршня установлена дистанционная пружина 36. Гидроцилиндр 35 привода 29 имеет гидравлическую связь через каналы 15 через гидрозамок 37 с автономным гидроприводом.

Резонатор-преобразователь 19 состоит из трубчатого корпуса 38, в котором установлен подпружиненный плунжер 39, верхняя часть которого выполнена из пьезокерамического материала 40, а боковые поверхности имеют возможность периодического перекрытия радиальных каналов 41 в корпусе 38 в зависимости от положения плунжера 39.

Излучатели 4, 5 генераторов ударных импульсов 2 и 3 со стороны распределительной камеры 21 имеют вогнутые параболические углубления соответственно 42, 43.

Затрубное пространство 44 имеет в верхней части гидравлическую связь с емкостью 45 через кран-задвижку 46 и в нижней части связь с пластом 47 через призабойную зону 48 и перфорационные отверстия 49 в обсадной колонне 17.

Устройство реализует описываемый способ следующим образом.

В начальном положении золотник распределителя 14 находится в нейтральном положении, шток гидроцилиндра находится в крайнем левом положении, сжимая пружины 36. Соответственно золотник 31 находится в крайнем левом положении, перекрывает канал 10 и герметизирует скважину. При этом гидрозамок 37 заперт, обеспечивая устойчивое положение штока гидроцилиндра 36 и соответственно золотника 31. Рабочая жидкость, включающая химические реагенты, подается в синергизатор 1 от насоса 9 через магистрали 8 и через колонну НКТ 18 и затрубное пространство 44, а также через кран 46 поступает в емкость 45, обеспечивая циркуляционный режим работы скважины. При этом часть жидкости поступает через перфорационные отверстия 49 и призабойную зону 48 в пласт 47.

Рабочий цикл начинается при закрытии крана 46 и увеличении расхода насоса 9 в колонне НКТ, от чего в синергизаторе 1 и скважине начинает повышаться давление. От действия повышенного давления излучатели 4 и 5 перемещаются в верхнее положение и, воздействуя на генераторы высокочастотных колебаний 2 и низкочастотных 3, запускают их в работу. Работающие генераторы воздействуют на излучатели 4 и 5 и через них в синергизаторе 1 создают в цилиндрической части волновые процессы различной частоты, которые через усиление кинетической составляющей энергии потока в конфузорной части передаются через колонну НКТ в зону установки резонатора-преобразователя 19. Под действием волновых нагрузок подпружиненный плунжер начинает перемещаться внутри корпуса 38. При этом жесткость пружины резонатора-преобразователя 19 конструктивно подбирается таким образом, чтобы частота собственных колебаний плунжера лежала в пределах спектра вынуждающих частот колебаний от генераторов 2 и 3. Таким образом, через определенное время плунжер 39 начнет увеличивать амплитуду перемещений, входя в резонанс. При этом радиальные каналы 41 в корпусе 38 будут периодически перекрываться. Это приведет к импульсно-волновому колебанию давления в колонне НКТ от непрекращающейся подачи насоса 9 и к усилению динамического воздействия на призабойную зону 48, а через нее на пласт 47. От воздействия импульсов различной частоты на частицы породы, парафины, смолы, скелет пласта призабойная зона разупрочняется и, таким образом, улучшаются ее фильтрационные свойства и гидравлическая связь скважины с пластом. Это приведет к более глубокому проникновению в пласт химических реагентов, подающихся с потоком рабочей жидкости от насоса 9, и к увеличению эффективности их действия на пласт и соответственно к увеличению дебита скважины.

При достижения предопределенного уровня статического давления в затрубном пространстве 44 и соответственно в синергизаторе 1 путем перемещения золотника распределителя 14 в новое положение, рабочая жидкость от насоса 12 через распределитель подается в управляемый гидрозамок 37, открывая его. Под действием напора от давления в скважине и пружины 36 золотник 31 резко перемещается вправо, обеспечивая практически мгновенный дренаж скважины через каналы 10 и 34. Резкое падение давления в скважине обеспечивает депрессионное воздействие на призабойную зону и вынос из нее разупрочненных кальматационных частиц, тем самым очищая ее и дополнительно улучшая ее фильтрационные свойства. Далее, изменением положения золотника-распределителя 14 рабочая жидкость подается в поршневую полость гидроцилиндра 35, шток которого перемещается влево, и золотник 31 перекрывает канал 10, тем самым снова герметизируют скважину. При этом при установке золотника-распределителя 14 в нейтральное положения включается гидрозамок 37, обеспечивая устойчивое положение штока гидроцилиндра 36 и соответственно золотника 31. Далее цикл повторяется.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство его реализации позволяют повысить степень очистки призабойной зоны и колонны насосно-компрессорных труб.

Формула изобретения

1. Способ синергического воздействия на скважину и продуктивный пласт, включающий передачу гидроимпульсов от излучателей гидромолотов, установленных на устье, по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) через ее верхний торец и по столбу жидкости в скважине через его верхний уровень на продуктивный пласт одновременно с передачей молекулярно-волновых колебаний в скважине, повышение давления путем подачи жидкости от насоса с аккумулятором давления, подсоединенных вводом к НКТ на устье скважины, и создание гидравлических ударов в столбе жидкости в скважине путем периодического перекрытия ввода насоса излучателями гидромолотов при передаче от них молекулярно-волновых колебаний на НКТ и столб жидкости в скважине, отличающийся тем, что создание гидравлических ударов в столбе жидкости в скважине дополнительно осуществляют путем периодического перекрытия депрессионной камеры, установленной на устье, а гидроимпульсы создают с одновременным применением излучателей низкочастотных и высокочастотных колебаний в условиях предварительно созданного статического давления жидкости в колонне НКТ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидроимпульсы преобразуют в энергию электризованных гидравлических, акустических, электромагнитных и сейсмических волн с помощью резонатора-преобразователя, который устанавливают внутри колонны труб в зоне продуктивного пласта.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что осуществляют колебания подвижных частей резонатора-преобразователя в спектре низкочастотных и высокочастотных колебаний периодическими импульсами, которые формируют в распределительной камере и одновременно изменяют параметры пульсирующего потока жидкости путем изменения просвета направляющих каналов резонатора-преобразователя между его штоком и подвижными частями.

4. Устройство для синергического воздействия на скважину и продуктивный пласт, включающее генераторы ударных импульсов с ударниками и излучателями, насос, имеющие гидравлическую связь с распределительной камерой, соединенной с внутренней полостью скважины, причем излучатели установлены соосно со скользящей посадкой в распределительной камере с возможностью перекрытия выходного трубопровода насоса, и преобразователь, отличающееся тем, что оно имеет депрессионную камеру, один из генераторов импульсов выполнен высокочастотным, а другой - низкочастотным, преобразователь выполнен в виде резонатора-преобразователя, состоящего из трубчатого корпуса с радиальными каналами, в котором установлен подпружиненный плунжер, верхняя часть которого выполнена из пьезокерамического материала, а боковые поверхности имеют возможность периодического перекрытия радиальных каналов в корпусе в зависимости от положения плунжера, распределительная камера имеет цилиндрическую и конфузорную части, при этом цилиндрическая часть гидравлически связанная с депрессионной камерой, а конфузорная часть - с резонатором-преобразователем.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что излучатели генераторов ударных импульсов со стороны распределительной камеры имеют вогнутые параболические углубления.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что оно снабжено импульсным клапаном, установленным на линии связи депрессионной камеры с атмосферой и гидравлически связанным с распределительной камерой.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что импульсный клапан состоит из подпружиненного плунжера с поджатием от гидроцилиндра и с установкой гидрозамка.

РИСУНКИ

Рисунок 1