Способ и устройство для волнового воздействия на залежь

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разработки нефтяных месторождений главным образом путем вытеснения нефти водой, а также любым другим известным способом. Устройство включает станок-качалку, связанную канатом со штоком, лифт, спущенный в колонну скважины. Нижний цилиндр с расширителем установлен на нижней части лифта. Плунжер установлен в нижнем цилиндре. На поверхности установлены устьевая арматура и резервуар, возвратное устройство и перепускное устройство, верхний цилиндр со стаканом и аварийным клапаном. Утяжелитель скреплен с плунжером и штоком. Запорная гайка установлена на штоке. Поплавковый клапан установлен в резервуаре. На опытном участке назначают одну скважину волнового фонда. В этой скважине устанавливают мост-отражатель. В залежах с низкой проницаемостью проводят гидравлический разрыв. Опускают оборудование и проводят волновое воздействие. В процессе воздействия прослеживают за динамикой гидродинамических параметров пласта и в соответствии с ее изменением добавляют потребное количество скважин волнового фонда для разработки всей залежи и назначают режимы работы промыслового оборудования. В процессе работы станка-качалки при ходе плунжера вверх происходит сжатие жидкости в лифте. В момент выхода плунжера в расширитель жидкость из лифта сбрасывается в колонну. В результате сброса в колонне образуется ударная волна, которая проникает в продуктивный пласт и формирует в нем волны давления. Волны давления в продуктивном пласте формируют путем периодического подъема и сброса пород, залегающих над трещинами гидравлического разрыва на породы, залегающие под трещинами гидравлического разрыва. Трещины гидравлического разрыва образуют путем сжатия жидкости в лифте до соответствующего давления. Повышается эффективность волнового воздействия за счет обеспечения полного поглощения продуктивным пластом потребляемой устройством энергии благодаря плавному переходу волн давления из ствола скважины в породу, а также осуществлению гидроразрыва пласта и формированию упругих колебаний в породе при помощи станка-качалки, увеличивается добыча нефти или снижается себестоимость ее добычи особенно на новых месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами. 2 с. и 39 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разработки нефтяных месторождений главным образом путем вытеснения нефти водой, а также любым другим известным способом.

Известны способ и устройство для волнового воздействия на залежь. Причем способ включает в себя создание на забое скважины волн давления различной амплитуды и частоты в процессе закачки той или иной жидкости в продуктивный пласт. При этом закачку жидкости в продуктивный пласт осуществляют по лифтовым трубам при помощи стандартного оборудования для гидравлического разрыва продуктивного пласта, а генерирование волн давления осуществляют при помощи специального устройства - вибратора, установленного на конце лифта и состоящего из двух соосных цилиндров с короткими косыми вертикальными прорезями. Наружный цилиндр-золотник может вращаться вокруг вертикальной оси подобно турбинному колесу. Истечение жидкости из наружного цилиндра происходит под некоторым углом к касательной цилиндра, вследствие чего создается реактивный момент, приводящий этот цилиндр во вращательное движение. При совпадении прорезей наружного и внутреннего цилиндров жидкость выходит из лифта. При несовпадении прорезей наружного и внутреннего цилиндров она на мгновение останавливается. Таким образом создаются импульсы давления, частота которых может изменяться в зависимости от изменения числа прорезей в золотнике и скорости его вращения, которая в свою очередь зависит от расхода жидкости. (В. И. Щуров. Технология и техника добычи нефти. Москва. "Недра". 1983 год. cc.-184-185. Патент России N1.772.345 от 30.10.92 Е 21 В 43/18).

Основной недостаток рассмотренного технического решения состоит в том, что из-за высоких частот волн давления, имеющих значительную степень затухания, его можно использовать только для обработки призабойной зоны продуктивного пласта в течение короткого отрезка времени. Попытки использовать данное техническое решение на нагнетательных скважинах с генерированием относительно низких частот в течение длительного отрезка времени ощутимых результатов не принесли.

Наиболее близким техническим решением является способ волнового воздействия на залежь и устройство для его осуществления, описанные в патенте России N2075596 от 11 марта 1995 года по классу Е 21 В 43/25 или в патенте США N5586602 от 11 марта 1995 года по классу 166/249.

Причем устройство состоит из станка-качалки с канатом, колонны насосно-компрессорных труб, спущенных в эксплуатационную колонну скважины и подвешенных на устьевой арматуре, состоящей из затрубной задвижки, лифтовой задвижки, перепускной задвижки и сальника. На конце насосно-компрессорных труб установлен центратор. В цилиндре размещен плунжер с возможностью осевого перемещения и выхода из цилиндра в крайнем верхнем положении станка-качалки. Плунжер связан при помощи штанг и полированного штока с канатом. Между цилиндром и колонной насосно-компрессорных труб установлен центратор. На устьевой арматуре смонтировано подзарядное устройство, связанное с емкостью. Реализация способа состоит в том, что в процессе работы устройства при ходе плунжера вверх происходит сжатие жидкости в насосно-компрессорных трубах. В крайнем верхнем положении станка-качалки сжатая жидкость из насосно-компрессорных труб сбрасывается в эксплуатационную колонну. В момент сброса жидкости в эксплуатационную колонну в ней образуются зоны повышенного и пониженного давления, которые достигают забоя скважины и наносят по нему периодические удары.

Основное преимущество наиболее близкого технического решения по сравнению с рассмотренным выше состоит в том, что оно обеспечивает обработку не только призабойной зоны в течение короткого отрезка времени, но и всего продуктивного пласта в течение всего периода его эксплуатации.

Основной недостаток наиболее близкого технического решения состоит в том, что его эффективность не может быть высокой, так как в процессе работы устройства только незначительная часть волновой энергии поглощается продуктивным пластом, в то время как основная ее часть отражается им и не совершает полезной работы.

Кроме того, наиболее близкое техническое решение не предполагает снижение затрат на разработку залежи. Не обеспечивает возможности образования трещин гидравлического разрыва продуктивного пласта и их закрепления. Не позволяет предотвратить прорыв вытесняющей жидкости из нагнетательной скважины в добывающую в случае образования трещин разрыва между ними. Не дает возможности контроля за динамикой трещин гидравлического разрыва продуктивного пласта. Не обеспечивает получение максимального давления ударной волны в колонне в момент ее воздействия на продуктивный пласт. Не позволяет ускорить и облегчить процесс освоения нагнетательных скважин. Не предполагает синхронизацию работы источников волнового воздействия на залежи и снижение объемов закачки вытесняющей жидкости. Имеет невысокую надежность работы из-за больших габаритов оборудования в скважине и не дает возможности работы в условиях аномально-высоких давлений. Не позволяет максимально использовать стандартное нефтепромысловое оборудование. Не предотвращает аварийную ситуацию в случае обрыва штока. Не дает возможности определения коэффициента подачи установки опытным путем. Не обеспечивает работу оборудования на оптимальном режиме и в условиях низких температур. Не дает возможности работать в скважинах добывающего фонда с открытым продуктивным или непродуктивным пластом с повышенной волновой проводимостью. Не предотвращает от разлива рабочей жидкости на устье скважины и от развинчивания отдельных частей оборудования в процессе его работы под действием динамических нагрузок. Не снижает затрат на ремонт устройства.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности волнового воздействия на залежь за счет обеспечения полного поглощения волновой энергии продуктивным пластом, также снижение затрат на разработку залежи, обеспечение возможности образования трещин гидравлического разрыва продуктивного пласта и их закрепления, предотвращение прорыва вытесняющей жидкости из нагнетательных скважин в добывающие в случае образования трещин разрыва между ними, обеспечение возможности контроля за длиной трещин гидравлического разрыва продуктивного пласта, обеспечение получения максимального давления ударной волны в колонне в момент ее воздействия на продуктивный пласт, ускорение и облегчение процесса освоения нагнетательных скважин, синхронизацию работы источников волнового воздействия на залежи и снижение объемов закачки вытесняющей жидкости, повышение надежности работы устройства, обеспечение возможности работы в условиях аномально-высоких давлений, максимальное использование стандартного нефтепромыслового оборудования, предотвращение аварийной ситуации в случае обрыва штока, обеспечение возможности определения коэффициента подачи установки опытным путем, обеспечение возможности работы оборудования на оптимальном режиме и в условиях низких температур, обеспечение возможности работать в скважинах добывающего фонда с открытым продуктивным или непродуктивным пластом с повышенной волновой проводимостью, предотвращение от разлива рабочей жидкости на устье скважины и от развинчивания отдельных частей оборудования в процессе его работы под действием динамических нагрузок, снижение затрат на ремонт устройства.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе волнового воздействия на залежь, включающем закачку вытесняющей жидкости в нагнетательные скважины и отбор продуцируемой жидкости из добывающих скважин промысловым оборудованием с одновременным формированием в скважинах волнового фонда, оборудованных лифтом и колонной, волн давления путем периодического сжатия и сброса лифтовой жидкости в колонну и образования в ней зон повышенного и пониженного давления до проведения водного воздействия на залежь в скважинах волнового фонда, к которым относят все нагнетательные и часть добывающих скважин со вскрытым пластом, устанавливают волновой отражатель и проводят гидравлический разрыв вскрытого пласта с определением давления разрыва, а в процессе волнового воздействия на залежь лифтовую жидкость сжимают до давления, превышающего давление разрыва и обеспечивающего получение во вскрытом пласте трещин разрыва, причем волны давления во вскрытом пласте образуют путем периодического подъема и сброса пород, залегающих над трещинами разрыва на породы, залегающие под трещинами разрыва, а длину зон повышенного и пониженного давления в колонне образуют равной удвоенной толщине вскрытого пласта, при этом первоначально на залежи выбирают опытный участок, на котором в одной скважине осуществляют волновое воздействие в течение некоторого отрезка времени и прослеживают за динамикой гидродинамических параметров пласта, а затем в зависимости от ее изменения на опытном участке добавляют потребное количество скважин волнового фонда для разработки всей залежи и изменяют режим работы промыслового оборудования или само промысловое оборудование вплоть до формирования новой системы разработки.

Кроме того, опытный участок выбирают после разведочного бурения, а промысловое оборудование и потребное количество скважин назначают сразу с учетом изменения динамики гидродинамических параметров пласта под действием волн давления.

Кроме того, осуществляют закрепление трещин разрыва обломочным материалом, образуемым при многократном расклинивании и смыкании трещин.

Кроме того, длину закрепленных трещин образуют равной расстоянию между скважиной волнового фонда и ближайшей к ней добывающей скважиной за вычетом длины зоны безопасности.

Кроме того, длину зоны безопасности находят из выражения где Х - длина зоны безопасности, м; S - расстояние от волновой до ближайшей к ней добывающей скважины, м; R - приведенный радиус волновой скважины, м; r - радиус трещины гидравлического разрыва вскрытого пласта, м; n - число трещин гидравлического разрыва вскрытого пласта; h - толщина вскрытого пласта, м.

Кроме того, волновой отражатель устанавливают на уровне подошвы вскрытого пласта.

Кроме того, в качестве волнового отражателя используют металлический мост, а длину зон повышенного и пониженного давления в колонне скважин волнового фонда определяют из выражения где L - длина зон повышенного и пониженного давления в колонне скважин волнового фонда, м;
V_ж - скорость распространения упругой волны в жидкости скважин волнового фонда, м/с;
t_п - время перетока жидкости из лифта в колонну в процессе ее сброса, с;
V(t) - скорость перетока жидкости из лифта в колонну в процессе ее сброса в момент времени t, м/с;
t - текущий момент времени в процессе сброса жидкости из лифта в колонну, с.

Кроме того, в нагнетательных скважинах волнового фонда вытесняющую жидкость закачивают или между лифтом и колонной или разделяют на две регулируемые по объему части, одну из которых закачивают в лифт, а другую в пространство между лифтом и колонной.

Кроме того, в процессе освоения нагнетательных скважин волнового фонда первоначально весь объем вытесняющей жидкости закачивают в лифт, а объем закачки вытесняющей жидкости в пространство между лифтом и колонной увеличивают постепенно по мере увеличения приемистости вскрытого пласта.

Кроме того, в добывающих скважинах волнового фонда перекрывают продуктивный пласт волновым отражателем и вскрывают ближайший к нему непродуктивный пласт с повышенной волновой проводимостью.

Кроме того, заменяют продуцируемую жидкость в колонне и лифте на дегазированную, у которой плотность ниже величины, определяемой из выражения

где γ_p - максимальная плотность жидкости в добывающих переливающих скважинах волнового фонда, кг/м³;
Р_п - пластовое давление в добывающих переливающих скважинах волнового фонда, кг/м;
Н - глубина добывающих переливающих скважин волнового фонда, м.

Кроме того, в добывающих переливающих скважинах волнового фонда режим волнового воздействия чередуют с режимом отбора продуцируемой жидкости.

Кроме того, в случае замены продуцируемой жидкости в колонне и лифте добывающих скважин волнового фонда в волновом режиме их работы отбор дегазированной жидкости из скважин не производят, в случае вскрытия непродуктивного пласта в добывающих скважинах волнового фонда процесс волнового воздействия на залежь осуществляют с пополнением жидкости в колонне из размещенных на устье скважин резервуаров.

Кроме того, в процессе работы нагнетательных скважин волнового фонда синхронно чередуют закачку вытесняющей жидкости с образованием волн давления с закачкой вытесняющей жидкости при постоянном давлении.

Кроме того, в скважинах волнового фонда устанавливают одинаковую частоту волн давления для всех скважин или отличную от основной в целое число раз, а запуск скважин волнового фонда в режим волнового воздействия на протяжении всего периода их жизни осуществляют в один и тот же наперед заданный момент Бремени.

Кроме того, частоту волн давления для всех скважин волнового фонда устанавливают одинаковой или отличной от основной в целое число раз при помощи станка-качалки.

Кроме того, устройство волнового воздействия на залежь, включающее станок-качалку, связанную канатом со штоком и установленную на устье скважины, лифт, спущенный в колонну скважины, нижний цилиндр с расширителем, установленные на нижней части лифта, плунжер, установленный в нижнем цилиндре, устьевую арматуру, включающую в себя крестовину с задвижками, установленную на колонне, резервуар, установленный на устье скважины, возвратное устройство, выполненное в виде проточного тройника, один конец которого соединен с устьевой арматурой, а на двух других установлены краны, причем один из кранов соединен с манометром, а другой кран, выполненный в виде регулируемого штуцера, через обратный клапан и трубопровод соединен с резервуаром, и центратор, снабжено утяжелителем, скрепленным верхним концом со штоком, а нижним концом, скрепленным с плунжером, - арматурной головкой, установленной на крестовине, верхним цилиндром и скрепленным с ним стаканом с крышкой, установленными на арматурной головке, перепускным устройством, предназначенным для перепуска жидкости из полости нагнетательной линии в полость лифта, запорной гайкой, установленной на штоке с возможностью осевого перемещения, стопорными винтами, установленными радиально в нижней части расширителя и аварийным клапаном, установленным на нижней части верхнего цилиндра, причем центратор выполнен в виде металлических стержней, размещенных на утяжелителе вдоль его оси, а станок-качалка размещена на устье нагнетательной или добывающей скважины со вскрытым пластом, при этом резервуар имеет поплавковый клапан и соединен трубопроводом со стаканом, шток составляет с верхним цилиндром прецизионную пару, а лифт подвешен на арматурной головке и имеет диаметр, определяемый из выражения

где Д_л - диаметр лифта, м;
Д_у - диаметр утяжелителя, м;
Д_н - диаметр плунжера, м;
Д_в - диаметр штока, м;
S_м - максимальный ход станка-качалки, м;
α - коэффициент подачи установки;
к - коэффициент, учитывающий превышение давления гидроудара над давлением гидроразрыва вскрытого пласта;
Р_р - давление гидроразыва вскрытого пласта, кг/м²;
Р_з - давление на устье скважины волнового фонда, кг/м²;
l_у - длина утяжелителя, м;
β - коэффициент сжимаемости жидкости в лифте, м²/кг.

Кроме того, утяжелитель выполнен из стального круглого проката и состоит из одного или нескольких отрезков, имеющих на одном конце внутреннюю коническую резьбу и монтажную проточку, а на другом конце имеющих наружную коническую резьбу.

Кроме того, диаметр утяжелителя определяется из выражения

где Д_у - диаметр утяжелителя, м;
Д_в - диаметр штока, м;
Р₃ - давление на устье скважины волнового фонда, кг/м;
F_т - сила трения при движении утяжелителя, плунжера и штока вниз, кг;
Д_н - диаметр плунжера, м;
Р_м - максимальный перепад давления на плунжере при его движении вниз, кг/м;
l_у - длина утяжелителя, м;
γ_c - плотность стали, кг/м³;
γ_p - плотность жидкости в лифте скважин волнового фонда, кг/м³;
П - постоянная величина, равная 3,14.

Кроме того, в качестве прецизионной пары верхнего цилиндра со штоком использована прецизионная пара корпуса глубинного насоса с одним или несколькими плунжерами глубинного насоса, соединенными между собой муфтами, а с верхней и нижней частями штока соединенными резьбой.

Кроме того, один или несколько плунжеров глубинного насоса соединены с верхней и нижней частями штока штангой, пропущенной внутри плунжеров и имеющей на концах резьбу с шагом резьбы плунжеров.

Кроме того, наружные резьбовые соединения штока и плунжеров заварены и отшлифованы.

Кроме того, арматурная головка выполнена в виде фланца под крестовину и корпуса, жестко скрепленного с фланцем и имеющего два боковых отвода, один из которых предназначен для соединения с возвратным устройством, а другой предназначен для соединения с перепускным устройством, причем внутри корпуса имеется проходное отверстие, на концах которого выполнены резьбы, предназначенные для соединения с лифтом и стаканом.

Кроме того, стакан выполнен в виде полого цилиндра, имеющего снаружи резьбу, предназначенную для соединения с арматурной головкой и имеющего посадочное место и внутренние резьбы, предназначенные для соединения с верхним цилиндром и запорной гайкой, причем сбоку стакана выполнен радиальный отвод, предназначенный для соединения с возвратным устройством.

Кроме того, крышка стакана выполнена из двух одинаковых частей и установлена на стакане с возможностью ее демонтажа без отсоединения каната от штока.

Кроме того, перепускное устройство выполнено в виде проточного тройника, один конец которого соединен с корпусом арматурной головки, а на двух других установлены краны, причем один из кранов соединен с выкидной линией, а другой кран через обратный клапан и трубопровод соединен с линией нагнетания.

Кроме того, в качестве обратных клапанов возвратного и перепускного устройства использованы обратные клапаны глубинных насосов.

Кроме того, запорная гайка выполнена в виде втулки, внутренняя поверхность которой составляет прецизионную пару со штоком, а наружная поверхность составляет прецизионную пару с посадочным местом стакана и снабжена резьбой, причем наружная и внутренняя поверхности имеют канавки с установленными в них уплотнительными кольцами.

Кроме того, аварийный клапан выполнен в виде гайки с проушиной, в которой на оси установлена подпруженная крышка, армированная эластичным материалом, с возможностью поворота относительно оси и перекрытия верхнего цилиндра в случае обрыва штока.

Кроме того, в качестве плунжера использован плунжер глубинного насоса, у которого узел обратного клапана размещен внутри его корпуса.

Кроме того, в качестве нижнего цилиндра использован корпус глубинного насоса, соответствующий используемому плунжеру.

Кроме того, поплавковый клапан выполнен в виде полого корпуса с коническим отверстием в верхней части, под которым внутри корпуса установлен поплавок с уплотнительным кольцом, предназначенным для перекрытия конического отверстия при заполнении резервуара жидкостью.

Кроме того, коэффициент подачи установки определяется опытным путем на минимальном ходе станка-качалки из выражения

где α - коэффициент подачи установки;
ΔР - изменение давления на устье скважины в результате минимального хода станка-качалки верх, кг/м²;
ΔV - изменение объема жидкости в лифте в результате минимального хода станка-качалки вверх, м³;
V - объем жидкости в лифте в крайней нижней точке станка-качалки, м³;
β - коэффициент сжимаемости жидкости в лифте, м²/кг.

Кроме того, расстояние от нижнего среза плунжера до нижних металлических стержней центратора равно максимальному ходу станка-качалки.

Кроме того, оптимальная глубина погружения плунжера в нижний цилиндр найдена из выражения
S=S_о при

где S - длина хода штока в верхнем цилиндре после начала движения из крайней нижней точки, м;
S_о - оптимальная глубина погружения плунжера в нижний цилиндр, м;
Р - давление в лифте при ходе плунжера вверх, кг/м³;
- символ частной производной.

Кроме того, оптимальная глубина погружения плунжера в нижний цилиндр найдена опытным путем и подвергается изменениям в зависимости от изменения коэффициента подачи установки.

Кроме того, в случае работы оборудования ниже точки замерзания жидкости в лифте его полость и полость стакана заполнены незамерзающей рабочей жидкостью, плотность которой ниже плотности жидкости в колонне.

Кроме того, в случае работы оборудования выше точки замерзания жидкости в лифте плунжер выполнен непроточным.

Кроме того, непроточность плунжера обеспечена тем, что на его нижней части установлена глухая муфта, а внутри помещена штанга, скрепляющая центратор с глухой муфтой.

Кроме того, наружные соединения плунжера с глухой муфтой и центратором заварены и отшлифованы.

Кроме того, резьбовые соединения устройства свинчены с использованием смазки, предотвращающей эти соединения от развинчивания под действием динамических нагрузок в процессе работы устройства.

На фиг.1 показан общий вид устройства.

На фиг.2 показан поперечный разрез А-А на фиг.1.

На фиг.3 показано соединение двух частей утяжелителя.

На фиг.4 показано соединение одного плунжера глубинного насоса с верхней и нижней частями штока.

На фиг.5 показано соединение двух плунжеров глубинного насоса с верхней и нижней частями штока.

На. фиг.6 показан аварийный клапан в закрытом состоянии.

На фиг.7 показана конструкция нижней части плунжера.

На фиг.8 показана конструкция поплавкового клапана.

На фиг.9 показан непроточный плунжер.

На фиг. 10 показан характер изменения давления "Р" во времени "t" на устье скважины волнового фонда.

На фиг.11 показан разрез забоя скважины волнового фонда.

На фиг. 12 показан механизм оборудования и закрепления трещин гидравлического разрыва пласта.

На фиг.13 показана типовая динамограмма работы установки.

Устройство волнового воздействия на залежь (фиг.1) включает станок-качалку 1, связанную канатом 2 со штоком 3. Лифт 4, спущенный в колонну скважины 5. Нижний цилиндр 6 с расширителем 7, установленные на нижней части лифта 4. Плунжер 8, установленный в нижнем цилиндре 6. Устьевую арматуру, включающую в себя крестовину 9 с задвижками 10 и 11 установленную на колонне скважины 5. Резервуар 12, установленный на устье скважины. Возвратное устройство, выполненное в виде проточного тройника 13, один конец которого соединен с устьевой арматурой, а на двух других установлены краны, причем один кран 14 соединен с манометром 15, а другой кран 16 выполнен в виде регулируемого штуцера и через обратный клапан 17 и трубопровод 18 соединен с резервуаром 12. Центратор 19 и утяжелитель 20, скрепленный верхним концом со штоком 3, а нижним концом скрепленный с плунжером 8. Арматурная головка 21, установленная на крестовине 9. Верхний цилиндр 22 и скрепленный с ним стакан 23 с крышкой 24, установленными на арматурной головке 21. Перепускное устройство, предназначенное для перепуска вытесняющей жидкости из полости линии 25 в полость лифта 26. Запорную гайку 27, установленную на штоке 3 с возможностью осевого перемещения. Стопорные винты 28 (фиг.2), установленные радиально в нижней части расширителя 7. Аварийный клапан 29 (фиг.1), установленный на нижней части верхнего цилиндра 22. Причем центратор 19 выполнен в виде металлических стержней 30, размещенных на утяжелителе 20 вдоль его оси, а резервуар 12 соединен трубопроводом 31 со стаканом 23. Шток 3 составляет с верхним цилиндром 22 прецизионную пару, а лифт 4 подвешен на арматурной головке 21. Утяжелитель 20 выполнен из стального круглого проката и состоит (фиг. 3) из одного или нескольких отрезков, имеющих на одном конце 32 внутреннюю коническую резьбу 33 и монтажную проточку 34, а на другом конце 35 имеющих наружную коническую резьбу 33. В качестве прецизионной пары верхнего цилиндра 22 со штоком 3 используют прецизионную пару корпуса глубинного насоса 36 с одним (фиг. 4) или несколькими (фиг.5) плунжерами глубинного насоса 37, соединенными между собой муфтой 38, а с верхней 39 и нижней 40 частями штока 3, соединенными резьбой 41 и 42. Причем один или несколько плунжеров глубинного насоса 37 дополнительно соединены с верхней 39 и нижней 40 частями штока штангой 43, пропущенной внутри плунжеров 37 и имеющей на конце резьбу 44 и 45 с шагом резьбы плунжеров 41 и 42. Кроме того, все наружные соединения штока 3 и плунжеров глубинного насоса 37 заварены сваркой 46 и отшлифованы. Арматурная головка 21 (фиг.1) выполнена в виде фланца 47 под крестовину 9 и корпуса 48, жестко скрепленного с фланцем 47 и имеющего два боковых отвода 49 и 50, один из которых предназначен для соединения с возвратным устройством, а другой предназначен для соединения с перепускным устройством. Причем внутри корпуса имеется проходное отверстие 51, на концах которого выполнены резьбы 52 и 53, предназначенные для соединения с лифтом 4 и стаканом 23. Стакан 23 выполнен в виде полого цилиндра, имеющего снаружи резьбу 53, предназначенную для соединения с арматурной головкой 21, и имеющего посадочное место 54 и внутренние резьбы 55 и 56, предназначенные для соединения с верхним цилиндром 22 и запорной гайкой 27. Причем сбоку стакана 23 выполнен радиальный отвод 27, предназначенный для соединения с возвратным устройством. Крышка стакана 24 выполнена из двух одинаковых частей и установлена на стакане 23 с возможностью ее демонтажа без отсоединения каната 2 от штока 3. Перепускное устройство выполнено в виде проточного тройника 58, один конец которого соединен с корпусом арматурной головки 48, а на двух других установлены краны, причем один из кранов 59 соединен с выкидной линией 60, а другой кран 61 через обратный клапан 62 и трубопровод 63 соединен с линией 25. В качестве обратных клапанов возвратного 17 и перепускного 62 устройств используют обратные клапаны глубинных насосов. Запорная гайка 27 выполнена в виде втулки, внутренняя поверхность 64 которой составляет прецизионную пару со штоком 3, а наружная поверхность 65 составляет прецизионную пару с посадочным местом 54 стакана 23 и снабжена резьбой 66. Причем наружная 65 и внутренняя поверхности имеют канавки с установленными в них уплотнительными кольцами 67. Аварийный клапан 29 выполнен (фиг.6) в виде гайки 68 с проушиной 69, в которой на оси 70 установлена подпружиненная крышка 71, армированная пластическим материалом 72, с возможностью поворота относительно оси 70 и перекрытия верхнего цилиндра 22 в случае обрыва штока 3. В качестве плунжера 8 используют плунжер глубинного насоса, у которого узел обратного клапана 73 размещен внутри его корпуса 74 (фиг.7). В качестве нижнего цилиндра 6 используют корпус, соответствующий используемому плунжеру 8. Поплавковый клапан (фиг.8) выполнен в виде полого корпуса 75 с коническим отверстием 76 в верхней части, под которым внутри корпуса 75 установлен поплавок 77 с уплотнительным кольцом 78, предназначенным для перекрытия конического отверстия 76 при заполнении резервуара 12 жидкостью. Расстояние от нижнего среза плунжера 8 до металлических стержней центратора 19 равно максимальному ходу станка-качалки 1. Непроточность плунжера 8 обеспечена тем, что (фиг.9) на его нижней части установлена глухая муфта 79, а внутри помещена штанга 80, скрепляющая центратор 19 с глухой муфтой 79. Кроме того, наружные соединения плунжера 8 с глухой муфтой 79 и центратором 19 заварены сваркой 81 и 82 и отшлифованы. Все резьбовые соединения устройства свинчены с использованием смазки, предотвращающей эти соединения от развинчивания под действием динамических нагрузок в процессе работы устройства. В случае работы оборудования ниже точки замерзания жидкости в лифте 4 его полость 26 и полость 83 стакана 23 заполнена незамерзающей рабочей жидкостью, плотность которой ниже плотности жидкости в колонне 5.

Реализация способа и работа устройства осуществляются следующим образом. В случае доразработки залежи первоначально на ней выбирают опытный участок. На опытном участке назначают одну скважину волнового фонда. При этом в качестве скважины волнового фонда может быть использована нагнетательная или добывающая переливающая или непереливающая скважина. При использовании нагнетательной или переливающей добывающей скважины ниже зоны перфорации устанавливают металлический мост-отражатель. При использовании непереливающей добывающей скважины металлический мост-отражатель устанавливают выше зоны перфорации и перфорируют ближайший к продуктивному непродуктивный пласт с повышенной волновой проводимостью. В залежах с низкой проницаемостью после установки моста-отражателя проводят гидравлический разрыв вскрытого пласта и определяют давление рукава. В залежах с высокой проницаемостью гидравлический разрыв не проводят, а за давление разрыва принимают забойное давление в нагнетательных скважинах. На втором этапе работы в подготовленную скважину опускают оборудование и производят волновое воздействие в течение некоторого отрезка времени. В процессе воздействия в районе волновой и добывающих скважин опытного участка прослеживают за динамикой гидродинамических параметров пласта. На последнем этапе в соответствии с изменением динамики гидродинамических параметров пласта на опытном участке добавляют потребное количество скважин волнового фонда для разработки всей залежи и изменяют режим работы промыслового оборудования или само промысловое оборудование вплоть до формирования новой системы разработки.

В случае разработки новой залежи опытный участок выбирают после разведочного бурения, а промысловое оборудование и потребное количество скважин волнового фонда назначают сразу с учетом изменения динамики гидродинамических параметров пласта под действием волн давления.

Монтаж оборудования на скважинах волнового фонда осуществляют в следующей последовательности. В колонну 5 опускают нижний цилиндр 6, расширитель 7 с завернутыми в него стопорными винтами 28 и лифт 4, скрепленный с арматурной головкой 21. Фланец 47 соединяют с фланцем крестовины 9. В лифт 4 через проходное отверстие 51 опускают плунжер 8, центратор 19 и утяжелитель 20. На штоке 3 размещают аварийный клапан 29, верхний цилиндр 22, стакан 23, крышку 24 и запорную гайку 27. Опускают в лифт 4 шток 3 с размещенными на нем узлами. Свинчивают стакан 23 с арматурной головкой 21. В боковые отводы 49 и 50 вворачивают проточные тройники 13 и 58 и соединяют их с кранами 14, 16, 59 и 61. Кран 59 соединяют с обратным клапаном 62. Кран 14 соединяют с манометром 15. Кран 16 соединяют с обратным клапаном 17. Обратный клапан 17 трубопроводом 18 соединяют с резервуаром 12. Обратный клапан 62 трубопроводом 63 соединяют с линией 25. Резервуар 12 трубопроводом 31 соединяют со стаканом 23. Поднимают шток 3 с утяжелителем 20, центратором 19 и плунжером 8 на величину разницы между максимальным и минимальным ходом станка-качалки 1. Настраивают станок-качалку 1 на минимальный ход и соединяют ее канатом 2 со штоком 3 в крайней нижней точке станка-качалки 1. Дальнейшие работы проводят по-разному, в зависимости от типа используемой скважины. В случае использования в качестве волновой нагнетательной скважины вытесняющей жидкостью заполняют колонну 5 и лифт 4 и осуществляют ее освоение. Для чего первоначально весь объем вытесняющей жидкости закачивают в лифт 4. При этом открывают кран 61 и закрывают задвижку 11, а в стакан 23 устанавливают запорную гайку 27 и включают в работу станок-качалку 1. По мере увеличения приемистости нагнетательной скважины постепенно открывают задвижку 11 и увеличивают закачку вытесняющей жидкости в затрубное пространство. При достижении максимальной приемистости нагнетательной скважины кран 61 полностью закрывают, а задвижку 11 полностью открывают. При этом запорную гайку 27 выворачивают из стакана 23 и устанавливают на крышке 24. Крышку 24 в процессе вворачивания и выворачивания запорной гайки 27 монтируют и демонтируют без отсоединения штока 3 от станка-качалки 1. При необходимости в условиях низких температур до перевода закачки только по затрубному пространству вытесняющую жидкость в лифте 4 заменяют на незамерзающую рабочую жидкость, плотность которой ниже плотности вытесняющей жидкости. Замену жидкостей производят автономным насосным агрегатом по трубопроводу 60 при открытой задвижке 59 и остановленной в крайней мертвой точке станка-качалки 1. В случае работы оборудования выше точки замерзания вытесняющей жидкости ее замену на незамерзающую рабочую жидкость не производят, а закачку осуществляют только через лифт 4 на протяжении всего периода работы оборудования. При этом плунжер 8 выполняют непроточным, а резервуар 12 по мере его заполнения опорожняют автономным насосным агрегатом. В процессе работы нагнетательной скважины синхронно чередуют волновую закачку вытесняющей жидкости при постоянном давлении. Для осуществления такого чередования периодически останавливают станок-качалку 1 и устанавливают запорную гайку 27 в стакан 23. Период остановки станка-качалки 1 используют для перекачки вытесняющей жидкости из резервуара 12 в скважину. В крайнем случае на протяжении длительного отрезка времени закачку вытесняющей жидкости осуществляют только через лифт 4 с установленной запорной гайкой 27. При этом проводят немедленную замену уплотнительных колец 67 при проявлении протечек вытесняющей жидкости из скважины в стакан 23.

В случае использования в качестве скважины волнового фонда добывающей переливающей скважины до спуска в нее оборудования продуцируемую скважиной жидкость заменяют в колонне 5 и лифте 4 на дегизированную, у которой плотность равна величине, определяемой из выражения

где γ_p - максимальная плотность жидкости в добывающих переливающих скважинах волнового фонда, кг/м²;
Р_п - пластовое давление в добывающих переливающих скважинах волнового фонда, кг/м²;
Н - глубина добывающих переливающих скважин волнового фонда, м.

После спуска оборудования в скважину в нее закачивают дополнительный объем дегазированной жидкости, у которой плотность ниже величины γ_p.

В процессе работы добывающей переливающей скважины волнового фонда режим волнового воздействия чередуют с режимом отбора продуцируемой жидкости. Для чего производят периодическую замену оборудования для волнового воздействия на залежь на оборудование для добычи продуцируемой жидкости из скважины. В волновом режиме работы добывающей переливающей скважины отбор дегазированной жидкости из колонны 5 и лифта 4 не производят, а запорная гайка 27 в стакан 23 не устанавливается. Дополнительная дегазированная жидкость, как правило, является незамерзающей жидкостью. В процессе работы оборудования задвижки 10 и 11 с кранами 59 и 61 закрыты.

В случае использования в качестве скважины волнового фонда добывающей непереливающей скважины продуктивный пласт перекрывают волновым отражателем и вскрывают ближайший к нему непродуктивный пласт с повышенной волновой проводимостью. После спуска оборудования в скважину ее доливают до устья дегазированной жидкостью любой плотности. В случае необходимости дегазированной жидкости придают свойства незамерзающей жидкости. В процессе работы оборудования задвижки 10, 11 с кранами 59 и 61 закрыты. Для пополнения жидкости в колонне 5 и лифте 4 на устье добывающей непереливающей скважины устанавливают резервуар 12, который заполняют той же незамерзающей дегазированной жидкостью. Запорную гайку 27 в стакан 23 в процессе работы оборудования не устанавливают.

Как правило, добывающие непереливающие скважины используют в качестве скважин волнового фонда, если они полностью отработаны по своему прямому назначению. В случае использования способа с самого начала разработки или на стадии добуривания уплотняющих скважин непереливающие скважины волнового фонда отрабатывают методом возврата на продуктивный горизонт. При этом первоначально такие скважины пробуривают и обсаживают ниже продуктивного до ближайшего непродуктивного пласта с повышенной волновой проводимостью. Вскрытие продуктивного пласта осуществляют только после вскрытия и отработки непродуктивного пласта в волновом режиме.

Способ и устройство применяют не только для разработки нефтяных месторождений методом заводнения, включающего закачку вытесняющей жидкости в нагнетательные скважины и отбор продуцируемой жидкости из добывающих скважин, но при любом другом известном способе разработки нефтяных месторождений. В любом случае волновое воздействие переменными давлениями, превышающими давление гидравлического разрыва пласта, требует использования своего количества скважин, их размещения и эксплуатации и тем самым является самостоятельной системой разработки.

Работа устройства в добывающих переливающих и непереливающих скважинах, а также в нагнетательных скважинах в случае закачки вытесняющей жидкости только по затрубному пространству осуществляется следующим образом.

В процессе подготовки устройства к работе перекрывают краны 59, 60 и задвижку 10 и открывают краны 14, 60 и задвижку 11. Включают в работу станок-качалку 1. При ходе плунжера 8, центратора 19, утяжелителя 20 и штока 3 вниз через узел обратного клапана 73 (фиг.7) жидкость из-под плунжера 8 перетекает в лифт 4. При этом давление на устье скважины остается неизменным и равным Р₃ (линия "аб" на фиг.10), при ходе плунжера 8, центратора 19, утяжелителя 20 и штока 3 вверх узел обратного клапана 73 закрывается и происходит сжатие жидкости в лифте 4. Манометр 15 регистрирует (фиг.10) плавное изменение давления от начального Р_з до максимального Р_у по линии "бв". При этом через зазор между штоком 3 и верхним цилиндром 22 в стакан 23 из лифта 4 просачивается некоторый объем жидкости, который по трубопроводу 31 поступает в резервуар 12. В точке "в" происходит выход плунжера 8 из нижнего цилиндра 6 в расширитель 7. Поскольку этот выход происходит скачком за счет резкого сжатия центратора 19, утяжелителя 20 и штока 3, то лифтовая жидкость выстреливает в колонну 5. В результате выстрела в колонне 5 образуются зоны повышенного и пониженного давления, на устье скважины манометр 15 регистрирует образование вакуума "Р_а " по линии "вг". За счет разницы между атмосферным давлением "+Р_а " и вакуумом "-Р_а" некоторый объем жидкости в течение отрезка времени "гд" из резервуара 12 по трубопроводу 18 через обратный клапан 17, проточный тройник 13 и боковой отвод 49 поступает в лифт 4. Регулированием крана-щтуцера 16 добиваются равенства поступающего объема жидкости в резервуар 12 и отбираемого объема жидкости из резервуара 12. Далее на устье скважины происходит восстановление давления до исходного "Р_з " по линии "де". В точке "е" станок-качалка 1 снова движется вниз, и описанный цикл работы устройства повторяется.

Образовавшиеся при этом в колонне 5 зоны повышенного и пониженного давления движутся к забою скважины и, достигнув металлического моста-отражателя 84 (фиг. 11), установленного на уровне подошвы вскрытого пласта 85, последовательно переходят в перфорационные отверствия 86 и закрепленные крупнозернистым песком трещины гидравлического разрыва 87. Скорость распостранения зон повышенного и пониженного давления равна скорости распостранения упругой волны в жидкости 88 колонны 5. Длина зон повышенного и пониженного давления в колонне 5 равна удвоенной толщине вскрытого пласта 85 и может быть найдена из выражения

где L - длина зон повышенного и пониженного давления в колонне скважин волнового фонда, м;
V_ж - скорость распространения упругой волны в жидкости скважин волнового фонда, м/с;
t_п - время перетока жидкости из лифта в колонну в процессе ее сброса, с;
V(t) - скорость перетока жидкости из лифта в колонну в процессе ее сброса в момент времени t, м/с;
t - текущий момент времени в процессе сброса жидкости из лифта в колонну, с.

Равенство длин зон повышенного и пониженного давления удвоенной толщине вскрытого пласта 85 приводит к тому, что отраженное начало зоны повышенного давления "Н" встречается с движущимся вниз концом зоны повышенного давления "К" на уровне кровли вскрытого пласта 85.

Сжатие жидкости в лифте 4 до давления, превышающего давление гидравлического разрыва вскрытого пласта 85, приводит к тому, что в момент прохождения зоны повышенного давления через конец трещин 89 (фиг.12) происходит их расклинивание (фиг.12"б"). В момент прохождения через конец трещин 89 зоны повышенного давления (фиг.12"а") происходит их смыкание. В результате многократного расклинивания и смыкания трещин гидравлического разрыва образуется обломочный материал 90, который закрепляет эти трещины (фиг.12 "в"). Одновременно с этим происходит периодический подъем и сброс пород 91 (фиг.11), залегающих над трещинами гидравлического разрыва 87 на породы 92, залегающие под трещинами гидравлического разрыва 87. В результате такого подъема и сброса пород в скелете вскрытого пласта 85 образуются упругие волны давления при непрерывном росте закрепленных трещин гидравлического разрыва 87. На практике их длину образуют равной расстоянию между волновой и ближайшей к ней добывающей скважиной за вычетом зоны безопасности. Длину зоны безопасности при этом находят из выражения

где Х - длина зоны безопасности, м;
S - расстояние от волновой до ближайшей к ней добывающей скважины, м;
R - приведенный радиус волновой скважины, м;
r - радиус трещины гидравлического разрыва вскрытого пласта, м;
n - число трещин гидравлического разрыва вскрытого пласта;
h - толщина вскрытого пласта, м.

В процессе работы во всех скважинах волнового фонда устанавливают одинаковую частоту волн давления или отличную от основной в целое число раз при помощи станка-качалки 1, а запуск скважин волнового фонда (станка-качалки 1) в режим волнового воздействия на протяжении всего периода их жизни осуществляют в один и тот же наперед заданный момент времени.

Для обеспечения давления в лифте 4 выше давления гидроразрыва пласта диаметр лифта 4 определяют из выражения

где Д_л - диаметр лифта, м;
Д_у - диаметр утяжелителя, м;
Д_н - диаметр плунжера, м;
Д_в - диаметр штока, м;
S_м - максимальный ход станка-качалки, м,
α - коэффициент подачи установки;
к - коэффициент, учитывающий превышение давления гидроудара над давлением гидроразрыва вскрытого пласта;
Р_р - давление гидроразрыва вскрытого пласта, кг/м²;
Р_з - давление на устье скважин волнового фонда, кг/м²;
l_у - длина утяжелителя, м;
β - коэффициент сжимаемости жидкости в лифте, м²/кг.

Для обеспечения хода утяжелителя 20, плунжера 8, центратора 19 и штока 3 вниз диаметр утяжелителя определяют из выражения

где Д_у - диаметр утяжелителя, м;
Д_в - диаметр штока, м;
Р_з - давление на устье скважин волнового фонда, кг/м²;
F_т - сила трения при движении утяжелителя, плунжера и штока вниз, кг;
Д_н - диаметр плунжера, м;
Р_м - максимальный перепад давления на плунжере при его движении вниз, кг/м²;
l_у - длина утяжелителя, м;
γ_c - плотность стали, кг/м³;
γ_p - плотность жидкости в лифте скважин волнового фонда, кг/м³;
П - постоянная величина, равная 3,14.

До запуска установки в рабочий режим опытным путем находят максимально-возможный коэффициент подачи установки. Определение максимально-возможного коэффициента подачи установки осуществляют на минимальном ходе станка-качалки 1 из выражения

где α - максимально-возможный коэффициент подачи установки;
ΔР - изменение давления на устье скважины в результате минимального хода станка-качалки вверх, кг/м²;
ΔV - изменение объема жидкости в лифте в результате минимального хода станка-качалки вверх, м³;
V - объем жидкости в лифте в крайней нижней точке станка-качалки, м³;
β - коэффициент сжимаемости жидкости в лифте, м²/кг.

Далее установку переводят на рабочий режим и опытным путем находят оптимальную глубину погружения плунжера 8 в нижний цилиндр 6 из выражения
S = S₀ при
где S - длина хода штока в верхнем цилиндре после начала движения из крайней нижней точки, м;
S₀ - оптимальная глубина погружения плунжера в нижний цилиндр, м;
Р - давление в лифте при ходе плунжера вверх, кг/м;
- символ частной производной.

Для разрешения приведенного выражения на практике снимают динамограмму работы станка-качалки 1 манометром 15 при ходе штока 3 вверх. Такая динамограмма обычно имеет вид, показанный на фиг.13. Оптимальную глубину погружения S₀ плунжера 8 в нижний цилиндр 6 находят по экстремальному значению давления "Р". Так как точка экстремального значения "Р" с течением времени изменяется, то оптимальную глубину погружения S_о плунжера 8 в нижний цилиндр 6 периодически меняют. Решение такой задачи осуществляют путем периодического снятия динамограммы работы станка-качалки 1 при помощи манометра 15 и определения экстремального значения давления "Р".

В случае отворота какого-либо элемента конструкции, находящегося в колонне 5, его устраняют с дневной поверхности поворотом штока 3, опущенного в крайнее нижнее положение. При этом стопорные винты 28 упираются в металлические стержни 30 (фиг.2) и передают крутящий момент всем резьбовым соединениям, возвращая их в рабочее положение. При необходимости в добывающих скважинах волнового фонда ниже цилиндра 6 размещают хвостовик 93 (фиг.1), служащий для замены продуцируемой жидкости на рабочую. Процесс замены рабочей жидкости на продуцируемую (вытесняющую) в случае аварийной остановки станка-качалки 1 происходит с переливом рабочей жидкости в резервуар 12 без ее перемещения с продуцируемой (вытесняющей) жидкостью благодаря поплавковому клапану, который в закрытом состоянии прекращает такой перелив. Перелив продуцируемой (вытесняющей) жидкости после заполнения резервуара 12 и закрытия поплавкового клапана осуществляется в дренажную систему (не показана) благодаря равенству объема полости лифта 4 объему полости резервуара 12.

Повышение эффективности волнового воздействия на залежь достигается главным образом за счет того, что вся потребляемая устройством энергия поглощается продуктивным пластом. Поглощение всей энергии продуктивным пластом достигается благодаря плавному переходу волн давления из ствола скважины в породу сначала по префорационному каналу, затем по трещинам гидравлического разрыва с крупнозернистым песком и наконец по трещинам гидравлического разрыва с обломочным материалом.

Для обеспечения такого перехода предусматривают выполнение стандартного гидроразрыва пласта до проведения волнового воздействия и проведение гидроразрыва пласта при помощи станка-качалки в процессе волнового воздействия. Следует отметить, что получение и закрепление трещин гидравлического разрыва при помощи станка-качалки представляет собой новое направление в этой области, выгодно отличающееся от существующего по причине низкой стоимости и большей эффективности.

Другой отличительный признак, служащий достижению поставленной цели, предполагает формирование волн давления путем периодического подъема и сброса пород, залегающих над трещинами разрыва на породы, залегающие под трещинами разрыва. Аналогичное формирование волн давления, до сих пор применяемое на практике, предполагает подъем и сброс некоторого груза на дневную поверхность. Преимущество предложенного способа состоит в отсутствии неизбежных потерь энергии при ее передаче с дневной поверхности до продуктивного пласта в известном способе.

Не менее существенное преимущество предложенного технического решения против существующего состоит в увеличении добычи нефти или снижении себестоимости ее добычи в процессе перехода с обычной системы разработки на волновую. Наиболее эффективно предложенное техническое решение для новых нефтяных месторождений с трудноизвлекаемыми запасами пласта. Физически такое преимущество объясняется резким снижением гидравлических сопротивлений при движении жидкостей в пласте под действием мощных волн давления. При этом изменение дебита или себестоимости добычи нефти может быть многократным.

Закрепление трещин гидравлического разрыва пласта обломочным материалом предотвращает их смыкание под действием горного давления. Прослеживание за длиной закрепленных трещин позволяет избежать прорыва воды из нагнетательных в добывающие скважины. Правильное размещение моста-отражателя и определения длины зон повышенного и пониженного давления позволяет максимально увеличить давление ударной волны в момент ее воздействия на продуктивный пласт (теоретически в два раза при полном отсутствии поглощения).

Процесс освоения нагнетательных скважин при волновой закачке с давлениями волн, превышающими давление гидроразрыва пласта, на порядок проще их освоения в обычном режиме работы. Потребное число нагнетательных скважин при волновой закачке во много раз меньше, чем при обычной закачке из-за резкого увеличения их приемистости (в соответствии с практикой гидроразрыва в момент образования трещин в пласте приемистость скважин возрастает практически неограниченно).

Использование добывающих скважин в качестве скважин волнового фонда увеличивает эффективность воздействия за счет передачи энергии в продуктивный пласт без потерь. Чередование волнового воздействия через забой добывающих скважин с отбором продуцируемой жидкости многократно увеличивает их дебит за счет изменения приведенного радиуса таких скважин и перераспределения фазовых проницаемостей. Повышению эффективности воздействия служит также чередование волновой закачки вытесняющей жидкости с закачкой вытесняющей жидкости при постоянном давлении.

Механизм такого воздействия подобен известному в нефтепромысловом деле циклическому воздействию. Синхронизация работы оборудования путем применения определенных частот для всех скважин волнового фонда усиливает амплитуду волн давления в пластовых условиях. Переход с одной частоты и амплитуды на другую частоту и амплитуду при помощи станка-качалки делает эту операцию простой и доступной в промысловых условиях.

Предлагаемое устройство обеспечивает работу в нагнетательных и добывающих скважинах. Оно имеет повышенную надежность работы за счет выполнения устьевого сальника в виде глубинного насоса и применения проката с коническими резьбами вместо традиционных штанг. Конструкция предполагает максимальное использование стандартного нефтепромыслового оборудования: станков-качалок, глубинных насосов, обратных клапанов, штоков, насосно-компрессорных труб. Практически все устройство может быть собрано на промысле из имеющихся в его распоряжении узлов и деталей. Оно может работать в условиях аномально высоких давлений, так как не содержит в своей конструкции лимитирующих его элементов. Впервые в истории отечественной и зарубежной практики устройство включает в свою конструкцию аварийный клапан, предотвращающий открытое фонтанирование скважины в случае обрыва штока. Следует отметить, что такое приспособление может быть полезным не только в рассматриваемом техническом решении, но и в любом другом известном насосном оборудовании. Исключению аварийности служит и прием определения коэффициента подачи установки опытным путем. Выполняя его на максимальном ходе станка-качалки, исключают действия на систему опасно высоких давлений. Опытное определение глубины погружения плунжера в нижний цилиндр позволяет эксплуатировать оборудование на оптимальном режиме, а замена жидкости в лифте на незамерзающую рабочую жидкость позволяет эксплуатировать его при низких температурах. Наконец, выполнение плунжера непроточным и использование стопорных винтов в совокупности с левой резьбой лифта позволяют существенно снизить число ремонтов скважин волнового фонда за счет исключения в конструкции наиболее слабого звена и обеспечения заворачивания прослабленных резьбовых соединений без подъема установки из колонны скважины. Наличие в конструкции поплавкового клапана предотвращает от разлива рабочей жидкости на устье скважины. Разлив на устье скважины продуцируемой (вытесняющей) жидкости предотвращается ее отводом в дренажную систему (не показано).

Формула изобретения

1. Способ волнового воздействия на залежь, включающий закачку вытесняющей жидкости в нагнетательные скважины и отбор продуцируемой жидкости из добывающих скважин промысловым оборудованием с одновременным формированием в скважинах волнового фонда, оборудованных лифтом и колонной, волн давления путем периодического сжатия и сброса лифтовой жидкости в колонну и образования в ней зон повышенного и пониженного давления, отличающийся тем, что до проведения волнового воздействия на залежь в скважинах волнового фонда, к которым относят все нагнетательные и часть добывающих скважин со вскрытым пластом, устанавливают волновой отражатель и проводят гидравлический разрыв вскрытого пласта с определением давления разрыва, а в процессе волнового воздействия на залежь лифтовую жидкость сжимают до давления, превышающего давление разрыва и обеспечивающего получение во вскрытом пласте трещин разрыва, причем волны давления во вскрытом пласте образуют путем периодического подъема и сброса пород, залегающих над трещинами разрыва на породы, залегающие под трещинами разрыва, а длину зон повышенного и пониженного давления в колонне образуют равной удвоенной толщине вскрытого пласта, при этом первоначально на залежи выбирают опытный участок, на котором в одной скважине осуществляют волновое воздействие в течение некоторого отрезка времени и прослеживают за динамикой гидродинамических параметров пласта, а затем в зависимости от ее изменения на опытном участке добавляют потребное количество скважин волнового фонда для обработки всей залежи и изменяют режим работы промыслового оборудования или само промысловое оборудование вплоть до формирования новой системы разработки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что опытный участок выбирают после разведочного бурения, а промысловое оборудование и потребное количество скважин назначают сразу с учетом изменения динамики гидродинамических параметров пласта под действием волн давления.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют закрепление трещин разрыва обломочным материалом, образуемым при многократном расклинивании и смыкании трещин.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что длину закрепленных трещин разрыва образуют равной расстоянию между скважиной волнового фонда и ближайшей к ней добывающей скважиной за вычетом длины зоны безопасности.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что длину зоны безопасности находят из выражения

где Х - длина зоны безопасности, м;
σ - расстояние от волновой до ближайшей к ней добывающей скважины, м;
R - приведенный радиус волновой скважины, м;
r - радиус трещины гидравлического разрыва вскрытого пласта, м;
n - число трещин гидравлического разрыва вскрытого пласта;
h - толщина вскрытого пласта, м.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что волновой отражатель устанавливают на уровне подошвы вскрытого пласта.

7. Способ по п. 1 или 6, отличающийся тем, что в качестве волнового отражателя используют металлический мост, а длину зон повышенного и пониженного давления в колонне скважин волнового фонда определяют из выражения

где L - длина зон повышенного и пониженного давления в колонне скважин волнового фонда, м;
V_ж - скорость распространения упругой волны в жидкости скважинного фонда, м/с;
t_п - время перетока жидкости из лифта в колонну в процессе ее сброса, с;
V(t) - скорость перетока жидкости из лифта в колонну в процессе ее сброса, м/с;
t - текущий момент времени в процессе сброса жидкости из лифта в колонну, с.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в нагнетательных скважинах волнового фонда вытесняющую жидкость закачивают между лифтом и колонной или разделяют на две регулируемые по объему части, одну из которых закачивают в лифт, а другую в пространство между лифтом и колонной.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в процессе освоения нагнетательных скважин волнового фонда первоначально весь объем вытесняющей жидкости закачивают в лифт, а объем закачки вытесняющей жидкости в пространство между лифтом и колонной повышают постепенно по мере увеличения приемистости вскрытого пласта.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в добывающих скважинах волнового фонда перекрывают продуктивный пласт волновым отражателем и вскрывают ближайший к нему непродуктивный пласт с повышенной волновой проводимостью.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продуцируемую жидкость заменяют в колонне и лифте на дегазированную, у которой плотность ниже величины, определяемой из выражения:

где γ_p - максимальная плотность жидкости в добывающих переливающих скважинах волнового фонда, кг/м³;
Р_п - пластовое давление в добывающих переливающих скважинах волнового фонда, кг/м²;
Н - глубина добывающих переливающих скважин волнового фонда, м.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в добывающих переливающих скважинах волнового фонда режим волнового воздействия чередуют с режимом отбора продуцируемой жидкости.

13. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что в случае замены продуцируемой жидкости в колонне и лифте добывающих скважин волнового фонда в волновом режиме их работы отбор дегазированной жидкости из скважин не производят, а в случае вскрытия непродуктивного пласта в добывающих скважинах волнового фонда процесс волнового воздействия на залежь осуществляют с пополнением жидкости в колонне из размещенных на устье скважины резервуаров.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе работы нагнетательных скважин волнового фонда синхронно чередуют закачку вытесняющей жидкости с образованием волн давления с закачкой вытесняющей жидкости при постоянном давлении.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в скважинах волнового фонда устанавливают одинаковую частоту волн давления для всех скважин или отличную от основной в целое число раз, а запуск скважин волнового фонда в режим волнового воздействия на протяжении всего периода их жизни осуществляют в один и тот же, наперед заданный момент времени.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что частоту волн давления для всех скважин волнового фонда устанавливают одинаковой или отличной от основной в целое число раз при помощи станка-качалки.

17. Устройство для волнового воздействия на залежь, включающее станок-качалку, связанную канатом со штоком и установленную на устье скважины лифт, спущенный в колонну скважины, нижний цилиндр с расширителем, установленные на нижней части лифта, плунжер, установленный в нижнем цилиндре, устьевую арматуру, включающую в себя крестовину с задвижками, установленную на колонне, резервуар, установленный на устье скважины возвратное устройство, выполненное в виде проточного тройника, один конец которого соединен с устьевой арматурой, а на двух других установлены краны, причем один из кранов соединен с манометром, а другой кран, выполненный в виде регулируемого штуцера, через обратный клапан и трубопровод соединен с резервуаром, и центратор, отличающееся тем, что оно снабжено утяжелителем, скрепленным верхним концом со штоком, а нижним концом скрепленным с плунжером, арматурной головкой, установленной на крестовине, верхним цилиндром и скрепленным с ним стаканом с крышкой, установленными на арматурной головке, перепускным устройством, предназначенным для перепуска жидкости из полости нагнетательной линии в полость лифта, запорной гайкой, установленной на штоке с возможностью осевого перемещения, стопорными винтами, установленными радиально в нижней части расширителя, и аварийным клапаном, установленным на нижней части верхнего цилиндра, причем центратор выполнен в виде металлических стержней, размещенных на утяжелителе вдоль его оси, а станок-качалка размещена на устье нагнетательной или добывающей скважины со вскрытым пластом, при этом резервуар имеет поплавковый клапан и соединен трубопроводом со стаканом, шток составляет с верхним цилиндром прецизионную пару, а лифт подвешен на арматурной головке и имеет диаметр, определяемый из выражения:

где Д_л - диаметр лифта, м;
Д_у - диаметр утяжелителя, м;
Д_н - диаметр плунжера, м;
Д_в - диаметр штока, м;
S_м - максимальный ход станка-качалки, м;
α - коэффициент подачи установки;
к - коэффициент, учитывающий превышение давления гидроудара над давлением гидроразрыва вскрытого пласта;
Р_п - давление гидроразрыва вскрытого пласта, кг/м²;
Р_з - давление на устье скважины волнового фонда, кг/м²;
l_у - длина, утяжелителя, м;
β - коэффициент сжимаемости жидкости в лифте, м²/кг.

18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что утяжелитель выполнен из стального круглого проката и состоит из одного или нескольких отрезков, имеющих на одном конце внутреннюю коническую резьбу, а на другом конце имеющих наружную коническую резьбу.

19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что диаметр утяжелителя определяется из выражения

где Д_у - диаметр утяжелителя, м;
Д_в - диаметр штока, м;
Р_з - давление на устье скважин волнового фонда, кг/м²;
F - сила трения при движении утяжелителя, плунжера и штока вниз, кг;
Д_н - диаметр плунжера, м;
Р_м - максимальный перепад давления на плунжере при его движении вниз, кг/м²;
l_у - длина утяжелителя, м;
γ_c - плотность стали, кг/м;
γ_p - плотность жидкости в лифте скважин волнового фонда, кг/м³;
П - постоянная величина, равная 3,14.

20. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что в качестве прецизионной пары верхнего цилиндра со штоком использована прецизионная пара корпуса глубинного насоса с одним или несколькими плунжерами глубинного насоса, соединенными между собой муфтами, а с верхней и нижней частями штока соединенными резьбой.

21. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что один или несколько плунжеров глубинного насоса соединены с верхней и нижней частями штока штангой, пропущенной внутри плунжеров и имеющей на концах резьбу с шагом резьбы плунжеров.

22. Устройство по п. 20 или 21, отличающееся тем, что наружные резьбовые соединения штока и плунжеров заварены и отшлифованы.

23. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что арматурная головка выполнена в виде фланца под крестовину и корпуса, жестко скрепленного с фланцем и имеющего два боковых отвода, один из которых предназначен для соединения с возвратным устройством, а другой предназначен для соединения с перепускным устройством, причем внутри корпуса имеется проходное отверстие, на концах которого выполнены резьбы, предназначенные для соединения с лифтом и стаканом.

24. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что стакан выполнен в виде полого цилиндра, имеющего снаружи резьбу, предназначенную для соединения с арматурной головкой, и имеющего посадочное место и внутренние резьбы, предназначенные для соединения с верхним цилиндром и запорной гайкой, причем сбоку стакана выполнен радиальный отвод, предназначенный для соединения с возвратным устройством.

25. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что крышка стакана выполнена из двух одинаковых частей и установлена на стакане с возможностью ее демонтажа без отсоединения каната от штока.

26. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что перепускное устройство выполнено в виде проточного тройника, один конец которого соединен с корпусом арматурной головки, а на двух других установлены краны, причем один из кранов соединен с выкидной линией, а другой кран через обратный клапан и трубопровод соединен с линией нагнетания.

27. Устройство по п. 17 или 26, отличающееся тем, что в качестве обратных клапанов возвратного и перепускного устройств использованы обратные клапаны глубинных насосов.

28. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что запорная гайка выполнена в виде втулки, внутренняя поверхность которой составляет прецизионную пару со штоком. а наружная поверхность составляет прецизионную пару с посадочным местом стакана и снабжена резьбой, причем наружная и внутренняя поверхности имеют канавки с установленными в них уплотнительными кольцами.

29. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что аварийный клапан выполнен в виде гайки с проушиной, в которой на оси установлена подпружиненная крышка, армированная эластичным материалом, с возможностью поворота относительно оси верхнего цилиндра в случае обрыва штока.

30. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что в качестве плунжера использован плунжер глубинного насоса, у которого узел обратного клапана размещен внутри его корпуса.

31. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что в качестве нижнего цилиндра использован корпус глубинного насоса. соответствующий используемому плунжеру.

32. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что поплавковый клапан выполнен в виде полого корпуса, с коническим отверстием в верхней части, под которым внутри корпуса установлен поплавок с уплотнительным кольцом, предназначенным для перекрытия конического отверстия при заполнении резервуара жидкостью.

33. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что коэффициент подачи установки определен опытным путем на минимальном ходе станка-качалки из выражения

где α - коэффициент подачи установки;
ΔР - изменение давления на устье скважины в результате минимального хода станка-качалки вверх, кг/м²;
ΔV - изменение объема жидкости в лифте в результате минимального хода станка-качалки вверх, м³;
V - объем жидкости в лифте в крайней нижней точке станка-качалки, м³;
β - коэффициент сжимаемости жидкости в лифте, м²/кг.

34. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что расстояние от нижнего среза плунжера до нижних металлических стержней центратора равно максимальному ходу станка-качалки.

35. Устройство по п. 34, отличающееся тем, что оптимальная глубина погружения плунжера в нижний цилиндр найдена из выражения
S = S₀, при

где S - длина хода штока в верхнем цилиндре после начала движения из крайней нижней точки, м;
S₀ - оптимальная глубина погружения плунжера в нижний цилиндр, м;
Р - давление в лифте при ходе плунжера вверх, кг/м²;
- символ частной производной.

36. Устройство по п. 35, отличающееся тем, что оптимальная глубина погружения плунжера в нижний цилиндр найдена опытным путем и подвергается изменениям в зависимости от изменения коэффициента подачи установки.

37. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что в случае работы оборудования ниже точки замерзания жидкости в лифте его полость и полость стакана заполнены незамерзающей жидкостью, плотность которой ниже плотности жидкости в колонне.

38. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что в случае работы оборудования выше точки замерзания жидкости в лифте плунжер выполнен непроточным.

39. Устройство по п. 38, отличающееся тем, что непроточность плунжера обеспечена тем, что на его нижней части установлена глухая муфта, а внутри помещена штанга, скрепляющая центратор с глухой муфтой.

40. Устройство по п. 39, отличающееся тем, что наружные соединения плунжера с глухой муфтой и центратором заварены и отшлифованы.

41. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что его резьбовые соединения свинчены с использованием смазки, предотвращающей эти соединения от развинчивания под действием динамических нагрузок в процессе работы устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13