Устройство для импульсно-депрессионного воздействия на призабойную зону пласта

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для воздействия на призабойную зону импульсом депрессии для повышения производительности скважин, эксплуатирующихся штанговыми глубинно-насосными установками. В устройстве для импульсно-депрессионного воздействия на призабойную зону пласта корпус с боковым отверстием и с заглушкой в нижней торцевой части, в которой размещен с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер с клапаном, снабжен в верхней части втулкой, размещенной в патрубке с возможностью осевого перемещения. На патрубке установлен уплотнительный элемент. Цилиндрический корпус концентрично расположен в перфорированном кожухе, жестко соединенном с патрубком. Перфорированный кожух нижним заглушенным концом упирается на искусственный забой скважины. Втулка при помощи шпилек, проходящих через продольные окна, выполненные на патрубке, соединена с подвижным упором уплотнительного элемента. Повышается надежность уплотнительного элемента устройства и обеспечивается без осложнений спуск его в наклонные скважины, а также предотвращается загрязнение забоя скважины в процессе воздействия за счет накопления механических примесей в перфорированном кожухе с последующим выносом их при подъеме устройства на поверхность. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для повышения производительности скважин, эксплуатирующихся штанговыми глубинно-насосными установками.

Известно устройство для создания депрессии на пласт, включающее колонну насосно-компрессорных труб, снабженную в нижней части разрывной диафрагмой и уплотнительным элементом, установленным между верхним подвижным и нижним неподвижным упорами. Уплотнительный элемент выполнен в виде пустотелой цилиндрической упругой манжеты с отверстиями в верхней части и снабжен с внутренней стороны цилиндрической пружиной. Уплотнительный элемент в момент разрыва диафрагмы перекрывает затрубное пространство скважины над обрабатываемым пластом [1].

Данное устройство не обеспечивает создания многократных импульсов для качественной очистки призабойной зоны пласта без дополнительных многократных спуско-подъемных операций. Резкий гидравлический удар в момент создания глубокой разовой депрессии может привести к разрушению цементного камня и призабойной зоны пласта. Кроме того, в процессе воздействия не обеспечивается создание циклических знакопеременных градиентов давления, обуславливающих колебательно-волновые движения флюидов в зоне дренирования, благоприятно влияющих на процесс очистки призабойной зоны пласта от кольматирующих частиц.

Наиболее близким к изобретению по сущности и достигаемому результату является устройство для воздействия на призабойную зону скважины импульсом депрессии, включающее цилиндрический корпус с боковыми отверстиями и с заглушкой в нижней торцевой части, в котором размещен с возможностью возвратно-поступательного движения, осуществляемого станком-качалкой, плунжер с клапаном. Цилиндрический корпус телескопически установлен на патрубке колонны насосно-компрессорных труб с возможностью осевого перемещения и взаимодействия через подвижный упор с уплотнительным элементом, установленным также на патрубке [2].

Недостаток данного устройства в том, что в процессе создания импульсов депрессии при ходе плунжера вверх за счет снятия веса столба жидкости происходит сокращение колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и вертикальное перемещение ее свободного конца и связанного с ней уплотнительного элемента. При этом упругая манжета уплотнительного элемента находится в диаметрально расширенном состоянии, т.е. состоянии максимального действия радиальных сил манжеты на внутреннюю поверхность эксплуатационной колонны. В результате сильного трения при циклической (4-5 мин^-1) работе уплотнительного элемента (что соответствует числу качания штангового насоса) происходит интенсивное истирание упругой манжеты и ее разгермитизация. Кроме того, в процессе спуска устройства в наклонных скважинах из-за механических ударов свободного конца цилиндрического корпуса об муфтовые соединения эксплуатационной колонны происходит разрушение срезного штифта (усиление прочности штифта ограничено определенной срезающей нагрузкой, необходимой для работы установки), срабатывание уплотнительного элемента и застревание его в скважине.

Задача изобретения состоит в повышении надежности устройства за счет уменьшения степени износа упругой манжеты уплотнительного элемента и обеспечения спуска устройства в наклонных скважинах без осложнений.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для воздействия на призабойную зону пласта цилиндрический корпус снабжен в верхней части втулкой, размещенной в патрубке с возможностью осевого перемещения и концентрично расположен в перфорированном кожухе, гидравлически связывающем его с обрабатываемым пластом. При этом кожух жестко соединен с патрубком и нижним заглушенным концом упирается на искусственный забой скважины, а втулка при помощи шпилек, проходящих через продольные окна, выполненные на патрубке, соединена с подвижным упором уплотнительного элемента.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, установленное в скважине.

Устройство содержит колонну насосно-компрессорных труб 1, закрепленный к ее нижней части патрубок 2, на который между неподвижным упором 3 с центрирующими ребрами 4 и подвижным упором 5 установлен уплотнительный элемент в виде упругой цилиндрической манжеты 6 с радиальными отверстиями 7 и пружиной 8, соосно размещенной в ней. Цилиндрический корпус 9 с боковыми отверстиями 10 и с заглушкой 11 в нижней торцовой части и размещенным в нем плунжером 12 с нагнетательным клапаном 13 при помощи колонны штанг 14 соединен со станком-качалкой (на чертеже не показан). Корпус 9 верхним концом соединен с втулкой 15, размещенной в патрубке 2 с возможностью осевого перемещения и связанной с подвижным упором 5 при помощи шпилек 16, проходящих через продольные окна 17, выполненных на патрубке 2. Последний нижним концом через переводник 18 с опорной поверхностью 19 и центрирующими ребрами 20 жестко соединен с перфорированным кожухом 21 с заглушкой 22, гидравлически связывающим цилиндрический корпус 9 с обрабатываемым пластом 23.

Устройство работает следующим образом.

Устройство без плунжера 12 опускается на колонне насосно-компрессорных труб 1 в скважину. Во время спуска устройства в скважину жидкость через отверстия перфорированного кожуха 21 и отверстия 10 цилиндрического корпуса 9 поступает во внутреннюю полость колонны насосно-компрессорных труб. За счет собственного веса цилиндрический кожух 9 и соединенная с ним втулка 15 и подвижный упор 5 находятся в крайнем нижнем положении, а манжета 6 благодаря пружине 8 находится в рабочем состоянии с наружным диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр эксплуатационной колонны скважины.

Благодаря жесткости соединения кожуха 21 с патрубком 2 обеспечивается надежный спуск устройства в наклонной скважине. При этом центраторы 4 неподвижного упора и центраторы 20 переводника 19 предохраняют манжету 6 от протирания о стенки скважины.

Устройство устанавливают в скважине таким образом, что уплотнительный элемент находится на 3-5 м выше обрабатываемого пласта, а перфорированный кожух 21, собранный из НКТ, нижним заглушенным концом 22 упирается на искусственный забой скважины. При этом часть веса колонны НКТ разгружают путем опоры перфорированного кожуха 21 на забой скважины на величину двухкратного веса столба жидкости, находящейся над плунжером 12. Таким образом, исключается вертикальное перемещение уплотнительного элемента во время работы устройства.

Далее спускается плунжер 12 по колонне штанг 14 и устанавливается в колонне 9. При этом длина хода плунжера 12 выбирается так, чтобы обеспечивалось открытие боковых отверстий 10 при крайнем верхнем и закрытие при крайнем нижнем положении плунжера 12. Рабочий объем в корпусе 9, длина хода плунжера 12, расположение и диаметр отверстий 10 выбираются исходя из параметров конкретной скважины и обрабатываемого пласта.

При ходе колонны штанг 14 и связанного с ней плунжера 12 вниз открывается клапан 13, перекрывающий отверстия 10 корпуса 9 и жидкость перекачивается в пространство, находящееся над клапаном 13. В момент начала хода плунжера 12 вверх клапан 13 закрывается и под ним в цилиндрическом корпусе 9 создается разряжение. Причем чем выше перемещение плунжера, тем меньше давление во внутренней полости корпуса 9. При этом за счет разности давления в полости разряжения и текущего забойного давления создается вертикальная выталкивающая сила, которая действует на заглушку 11. Под действием этой силы корпус 9 и жестко соединенные с ним втулка 15 и подвижный упор 5 перемещаются вверх. При достижении соединительных шпилек 16 верхней границы продольных окон 17 затрубное пространство оказывается надежно перекрыто манжетой 6.

Плунжер 12 продолжает движение вверх и к моменту открытия отверстия 10 происходит максимальное разряжение в корпусе 9. Жидкость из-под манжеты и кожуха 21 устремляется в корпус 9. При этом под манжетой 6 в забое скважины происходит глубокий импульс депрессии, вызывающий ускоренное движение флюида в призабойной зоне и распространяющийся в соответствии с пьезопроводностью пласта 23. После выравнивания давления жидкости в корпусе 9 с текущим забойным давлением корпус 9, жестко соединенные с ним втулки 15 и подвижный упор 5 перемещаются вниз до ограничительной опорной поверхности 19 переводника 18. При этом манжета 6, диаметрально уменьшаясь, разгерметизирует затрубное пространство скважины. Гидростатическое давление столба жидкости, находящейся над уплотнительным элементом, передается в забой скважины и создает импульс давления, который также распространяется в призабойной зоне скважины.

В результате, вначале в призабойной зоне создается импульс депрессии, а затем импульс давления, который вновь сменяется импульсом депрессии и т.д. Таким образом, создание переменных во времени импульсов депрессии и импульсов давления обуславливает возникновение знакопеременных (растягивающих и сжимающих) градиентов давления в призабойной зоне скважины. Это приводит к образованию микротрещин в горных породах и качественную очистку от загрязнений парового пространства призабойной зоны пласта.

После воздействия на призабойную зону пласта с одновременной откачкой жидкости из скважины в течение 2-3 суток осуществляется извлечение устройства и спуск глубинного штангового насоса с расчетными параметрами для эксплуатации скважины.

Совокупность заявленных новых признаков технического решения позволяет повысить надежность уплотнительного элемента устройства и спуск его в наклонные скважины в процессе воздействия за счет обеспечения накопления мех. примесей в перфорированном кожухе с последующим выносом их при подъеме устройства на поверхность.

Источники информации 1. Патент RU 2014443 C1, опубликован 15.06.1994 г.

2. Патент RU 2155862 C1, опубликован 10.09.2000 г.

Формула изобретения

Устройство для импульсно-депрессионного воздействия на призабойную зону пласта, включающее колонну насосно-компрессорных труб с патрубком в нижней части, уплотнительный элемент, выполненный в виде пустотелой цилиндрической упругой манжеты с отверстиями, снабженной с внутренней стороны цилиндрической пружиной, и установленный на патрубке между верхним неподвижным и нижним подвижным упорами, цилиндрический корпус с боковыми отверстиями и заглушкой в нижней части, связанный верхним концом с подвижным упором и размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения плунжером с клапаном, отличающееся тем, что цилиндрический корпус концентрично расположен в перфорированном кожухе, гидравлически связывающем его с обрабатываемым пластом, и снабжен втулкой, размещенной в патрубке с возможностью осевого перемещения, при этом перфорированный кожух жестко соединен с патрубком и нижним заглушенным концом упирается на искусственный забой скважины, а втулка при помощи шпилек, проходящих через боковые продольные окна, выполненные на патрубке, соединена подвижным упором.

РИСУНКИ

Рисунок 1