Устройство для промывки и освоения скважин (варианты)

 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации скважин, в частности для освоения и промывки после их сооружения, ремонта, а также для повышения нефтеотдачи пласта. Устройство содержит корпус с размещенными в нем струйным насосом, включающим установленный отверстием вверх диффузор, камеру смешения, соединенную с подпакерной зоной каналом подвода пассивной среды. Центральная полость образована в цилиндрическом полукорпусе. Сопло соединено кольцевой проточкой и каналом подвода активной среды с поршнем, расположенным над пакерной манжетой и взаимодействующим с ней. На сопрягаемых цилиндрических поверхностях поршня и полукорпуса выполнены ограничительные буртики, образующие кольцевую полость. Кольцевая полость соединена дроссельными отверстиями в торце поршня с кольцевой проточкой, обводящей центральную полость. В нижней части диффузора выполнен цилиндрический сегмент с упором в сопло, обращенный выпуклой стороной к стенке корпуса. Между манжетой и цилиндрической поверхностью полукорпуса образован зазор, заполненный смазкой и/или антифрикционным порошком, например графитом. В другом варианте кольцевая полость заполнена жидкой смазкой и соединена дренажными каналами в полукорпусе со средней частью цилиндрического сопряжения полукорпуса с манжетой. Над поршнем выполнена кольцевая проточка, соединяющая его и сопло с каналом подвода активной среды и обводящая центральную полость. Технический результат - повышение эффективности, надежности и долговечности работы устройства. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации скважин, в частности освоения и промывки после их сооружения, ремонта, или к средствам повышения нефтеотдачи пласта.

Известно устройство для промывки и освоения скважин, содержащее связанный с колонной труб корпус, размещенные в его нижней части пакерную манжету и взаимодействующий с ней поршень, гидравлически соединенный с каналом подвода активной среды, струйный насос, включающий соединенное с каналом подвода активной среды сопло, диффузор с выходным отверстием в надпакерное пространство и камеру смешения, соединенную с подпакерной зоной каналом подвода пассивной среды, и центральную полость, образованную в связанном с корпусом коаксиальным к нему и поршню цилиндрическом полукорпусе [1].

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для промывки и освоения скважин, содержащее связанный с колонной труб корпус, размещенные в его нижней части пакерную манжету и взаимодействующий с ней поршень, гидравлически соединенный с каналом подвода активной среды, установленный в верхней части корпуса над манжетой струйный насос, включающий соединенное с каналом подвода активной среды сопло, диффузор с выходным отверстием в надпакерное пространство и камеру смешения, соединенную с подпакерной зоной каналом подвода пассивной среды, и центральную полость, образованную в связанном с корпусом коаксиальным к нему и поршню цилиндрическом полукорпусе [2].

К недостаткам известных устройств, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при их использовании, относится то, что воспринимаемый манжетой перепад давления между надпакерным пространством и подпакерной зоной передается на размещенный снизу поршень, вследствие того возникающие при работе плунжерного насосного агрегата на устье скважины пульсации давления активной среды вызывают продольные колебательные перемещения поршня и манжеты, приводящие к нарушению герметичности пакера, усталостному разрушению манжеты. Кроме того, при таком размещении поршня и выполнении коаксиально центральной полости кольцевого канала подвода активной среды к поршню усложняется конструкция устройства, а при создании его с небольшим диаметром (менее 60 мм) возникает трудная техническая задача по размещению такого канала из-за малых габаритов корпуса. Установка диффузора выходным отверстием вниз приводит к ухудшению промывки надпакерного пространства и зашламовыванию кольцевого зазора между корпусом и стенкой скважины. Вследствие того, что длина перемещения поршня ограничивается только податливостью пакерной манжеты на продольное сжатие, то при значительном перепаде давления на струйном насосе может произойти продавливание материала пакерной манжеты в кольцевой зазор между корпусом и стенкой скважины, возникновение надрывов, срезов в манжете, снизится надежность и долговечность работы устройства. При резком нарастании рабочего давления в устройстве или его сбросе поршень и манжета совершают высокоскоростные перемещения, возникают скачки касательных и сдвиговых напряжений в материале манжеты, неуспевающих релаксироваться, что вызывает преждевременный износ и разрушение пакерной манжеты.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности промывки и освоения скважин.

Технический результат осуществления изобретения заключается в повышении эффективности, надежности и долговечности работы устройства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по первому варианту достигается тем, что в данном устройстве, содержащем связанный с колонной труб корпус, размещенные в его нижней части пакерную манжету и взаимодействующий с ней поршень, гидравлически соединенный с каналом подвода активной среды, установленный в верхней части корпуса над манжетой струйный насос, включающий соединенное с каналом подвода активной среды сопло, диффузор с выходным отверстием в надпакерное пространство и камеру смешения, соединенную с подпакерной зоной каналом подвода пассивной среды, и центральную полость, образованную в связанном с корпусом коаксиальным к нему и поршню цилиндрическом полукорпусе, особенностью изобретения является то, что в устройстве диффузор установлен выходным отверстием вверх, поршень размещен над манжетой с возможностью перемещения вниз до упора друг в друга ограничительных буртиков, выполненных на сопрягаемых цилиндрических поверхностях полукорпуса и поршня и образующих кольцевую полость, соединенную дроссельными отверстиями, выполненными в торце поршня, с кольцевой проточкой, соединяющей сопло и поршень с каналом подвода активной среды и обводящей центральную полость, при этом в нижней части диффузора выполнен цилиндрический сегмент с упором в седло, обращенный выпуклой стороной к стенке корпуса, а между манжетой и цилиндрической поверхностью полукорпуса образован зазор, заполненный смазкой и/или антифрикционным порошком, например графитовым.

Кроме того, особенностью изобретения является то, что устройство содержит трубу, связанную с нижней частью полукорпуса, центральная полость которого соединена вверху с каналом подвода активной среды, внизу посредством гидравлического сопротивления и трубы с подпаркерной зоной, соединенной с каналом подвода пассивной среды образованными в полукорпусе вокруг его центральной полости продольными периферийными каналами.

Кроме того, особенность устройства состоит в том, что гидравлическое сопротивление выполнено в виде генератора колебаний давления, например одного или нескольких радиально размещенных на трубе вихревых излучателей, над каждым из которых установлено коническое седло под шарик, при этом диаметр проходного отверстия верхнего из седел больше, чем у нижнего.

Кроме того, особенностью устройства является то, что оно снабжено шаровым обратным клапаном, установленным в канале подвода активной среды, между центральной полостью и кольцевой проточкой, включающим седло с фиксатором, например резиновым кольцом, удерживающим в клапане шарик, при этом диаметр последнего больше диаметра проходного отверстия в нижнем седле.

Кроме того, особенность устройства заключается в том, что полость трубы выполнена разъединенной с центральной полостью и соединенной с периферийными каналами, а на нижнем конце трубы установлен с возможностью осевого перемещения коаксиальный подпружиненный и/или утяжеленный патрубок.

Кроме того, особенность устройства состоит в том, что в корпусе установлен срезной штифт или подпружиненный шарик, фиксирующий поршень в верхнем положении.

Кроме того, особенностью устройства является то, что в отверстии диффузора запрессована коническая заглушка, выполненная из материала с низкой плотностью, например пластмассы, или кислоторастворимого материала, например магниевого сплава.

Кроме того, особенность устройства состоит в том, что кольцевая полость соединена с подпакерной зоной выполненными в полукорпусе промывочными каналами с возможностью перекрытия их входов поршнем.

Кроме того, особенность устройства заключается в том, что кольцевая полость соединена с центральной выполненным в полукорпусе радиальным каналом с возможностью перекрытия его входа поршнем.

Кроме того, особенностью устройства является то, что снабжено размещенной в центральной полости подпружиненной заслонкой, выполненной с возможностью перекрытия центральной полости выше входа в нее радиального канала.

Кроме того, особенность устройства состоит в том, что в поршне установлен жестко связанный с ним штырь, взаимодействующий с соплом и размещенный в его отверстии с возможностью соединения сопла с каналом подвода активной среды.

Кроме того, особенность устройства заключается в том, что полукорпус выполнен разъемным и на нем установлены регулировочные гайка и кольцо.

Технический результат при осуществлении изобретения по второму варианту достигается тем, что в данном устройстве, содержащем связанный с колонной труб корпус, размещенные в его нижней части пакерную манжету и взаимодействующий с ней поршень, гидравлически соединенный с каналом подвода активной среды, установленный в верхней части корпуса над манжетой струйный насос, включающий соединенное с каналом подвода активной среды сопло, диффузор с выходным отверстием в надпакерное пространство и камеру смешения, соединенную с подпакерной зоной каналом подвода пассивной среды, и центральную полость, образованную в связанном с корпусом коаксиальным к нему и поршню цилиндрическом полукорпусе, особенностью изобретения является то, что в устройстве диффузор установлен выходным отверстием вверх, поршень размещен над манжетой с возможностью перемещения вниз до упора друг в друга ограничительных буртиков, выполненных на сопрягаемых цилиндрических поверхностях полукорпуса и поршня и образующих заполненную жидкой смазкой кольцевую полость, соединенную дренажными каналами, выполненными в полукорпусе, со средней частью его цилиндрического сопряжения с манжетой, над поршнем выполнена кольцевая проточка, соединяющая его и сопло с каналом подвода активной среды и обводящая центральную полость.

При анализе отличительных признаков описываемого устройства не выявлено аналогичных известных решений, имеющих совокупность отличительных признаков, касающихся установки диффузора выходным отверстием вверх, размещения поршня над манжетой, выполнения ограничивающих его перемещения буртиков с образованием кольцевой полости, соединенной дроссельными отверстиями с кольцевой проточкой, соединяющей сопло и поршень с каналом подвода активной среды, выполнения в нижней части диффузора цилиндрического сегмента с упором в сопло, образования между манжетой и цилиндрической поверхностью полукорпуса зазора, заполненного смазкой и/или антифрикционным порошком. Также не выявлено аналогичных решений в части соединения кольцевой полости дренажными каналами, выполненными в полукорпусе со средней частью его цилиндрического сопряжения с манжетой. Все приведенное выше позволяет повысить эффективность, надежность и долговечность работы устройства.

Указанный технический результат достигается за счет улучшения промывки надпакерного пространства и предотвращения зашламовывания кольцевого зазора между корпусом и стенкой скважины, разгрузки поршня от действия перепада давления, возникающего на выдавленной в кольцевой зазор манжете, его использования для запирания и повышения герметичности уплотнительной складки манжеты, снижения тем самым отрицательного влияния пульсаций давления активной среды на надежность и долговечность функционирования манжеты. Упрощение гидравлической системы подвода активной среды к поршню дает возможность создавать устройства с малым диаметром корпуса и высокой удельной производительностью, выполнение ограничительных буртиков - предотвратить продавливание материала манжеты в кольцевой зазор между полукорпусом и стенкой скважины при высоком перепаде на струйном насосе, вызывающем превышение необходимого для герметизации пакера усилия сдавливания манжеты, развиваемого поршнем. Образование кольцевой полости с дроссельными отверстиями позволяет при резких нарастании или падении рабочего давления на поршень снижать скорости перемещения поршня и деформации манжеты, релаксировать возникшие в ней напряжения, предотвратить преждевременный износ манжеты.

Выполнение в нижней части диффузора цилиндрического сегмента с упором в сопло и обращенного выпуклой стороной к стенке корпуса позволяет обеспечить наиболее точно оптимальное расстояние между соплом и диффузором в камере смешения активной и пассивной сред, а размещение сегмента между наиболее тонкой частью стенки корпуса и камерой смешения защитить стенку от кавитационно-эрозионного разрушения, вызываемого схлопыванием образующихся в камере смешения парогазовых кольцевых каверн, упростить крепление сопла в корпусе, тем самым повысить надежность и долговечность работы устройства. Образование зазора между манжетой и цилиндрической поверхностью полукорпуса, заполненного смазкой и/или антифрикционным порошком, дает возможность при продольном сжатии манжеты, когда происходит ее радиальное расширение и выпирание уплотнительной складки, продавить слой смазки в зазоре к месту образования складки, и за счет заполнения ее смазкой предотвратить резкий перегиб манжеты, тем самым повысить ее долговечность.

Соединение кольцевой полости дренажными каналами со средней частью сопряжения полукорпуса с манжетой, кроме указанного выше, позволяет осуществить частичное гидравлическое вздутие манжеты, тем самым уменьшить ее деформацию, повысить долговечность ее работы и герметичность разобщения скважины.

Все признаки независимых пунктов формулы являются существенными, то есть необходимыми для обеспечения технического результата. Остальные признаки являются частью существенными, необходимыми для реализации частных решений конструкции устройства.

Так размещение в устройстве трубы, связанной с низом полукорпуса, центральная полость которого соединена вверху с каналом подвода активной среды, внизу посредством гидравлического сопротивления и трубы с подпакерной зоной, соединенной с каналом подвода пассивной среды продольными периферийными каналами, позволяет закачивать через трубу часть активной среды для промывки зоны перфорации скважины, тем самым повысить эффективность и надежность его работы.

Выполнение гидравлического сопротивления в виде генератора колебаний давления, например одного или нескольких радиально размещенных на трубе вихревых излучателей, дает возможность более эффективно очищать стенки скважины путем воздействия на них радиально направленных веерообразных потоков активной среды, вытекающих из обоих концов каждого излучателя, высокоскоростных микропотоков и колебаний давления от схлопывания кавитационных пузырьков. Размещение над каждым излучателем конических седел, диаметр проходного отверстия верхнего из которых больше нижнего, позволяет путем сброса в колонну труб шариков требуемого размера и их посадки в соответствующие седла отключать поочередно снизу вверх излучатели, благодаря чему увеличить депрессию на пласт.

Снабжение устройства шаровым обратным клапаном, установленным в канале подвода активной среды и включающим седло с фиксатором, удерживающим шарик, диаметр которого больше диаметра проходного отверстия в нижнем седле, позволяет первоначально производить промывку скважины при отключенных струйном насосе и поршне только каскадом вихревых излучателей, реализуя на них всю подводимую при прямой циркуляции активной среды к устройству гидравлическую энергию. Удаляемый из клапана путем обратной циркуляции шарик при возобновлении прямой циркуляции делает возможным включение в работу струйного насоса с поршнем и отключение нижнего излучателя. Тем самым повышается эффективность и надежность работы устройства.

Выполнение полости трубы разъединенной с центральной полостью и соединенной с периферийными каналами, установка на нижнем конце трубы с возможностью осевого перемещения коаксиально подпружиненного и/или утяжеленного патрубка позволяет повысить эффективность работы устройства путем вымывания с забоя скважины наиболее плотных технологических отложений, например песчаных пробок.

Установка в корпусе срезного штифта, фиксирующего поршень в верхнем положении, позволяет повысить эффективность и надежность работы устройства за счет промывки стенок скважины частью потока активной среды во время спуска в скважину и очистки места посадки пакерной манжеты от технологических отложений при перепаде давления на устройстве, величина которого меньше напряжения среза штифта.

Запрессовка в отверстии диффузора конической заглушки, выполненной из материалов с низкой плотностью или кислоторастворимого материала, дает возможность повысить эффективность работы устройства при очистке скважины во время спуска путем ее промывки всем потоком подаваемой на устройство активной среды.

Соединение кольцевой полости с подпакерной зоной промывочными каналами, выполненными с возможностью перекрытия их входов поршнем, позволяет повысить эффективность и надежность работы устройства путем интенсивной очистки места под посадку пакерной манжеты в скважине направленными под углом струями части потока активной среды.

Соединение кольцевой полости с центральным радиальным каналом, выполненным с возможностью перекрытия его входа поршнем, позволяет повысить эффективность работы устройства путем промывки места под посадку пакерной манжеты и загрязнившегося при спуске устройства, устанавливаемого под полукорпусом фильтра частью потока активной среды.

Снабжение устройства размещенной в центральной части полости подпружиненной заслонкой, выполненной с возможностью перекрытия центральной полости выше входа в нее радиального канала, позволяет повысить эффективность работы устройства за счет увеличения части потока активной среды на промывку места под посадку манжеты и загрязнившегося фильтра.

Установка в поршне жестко связанного с ним штыря, взаимодействующего с соплом и размещенного в его отверстии с возможностью соединения сопла с каналом подвода активной среды, позволяет повысить эффективность работы устройства за счет интенсивной промывки места под посадку манжеты в скважине и фильтра путем использования для промывки всего потока активной среды.

Выполнение полукорпуса разъемным и установка на нем регулировочных гайки и кольца позволяет в условиях применения на разных скважинах обсадных труб одинакового наружного диаметра, но с разной толщиной стенки, повысить надежность работы устройства путем регулирования степени осаживания манжеты поршнем, недопущения излишней ее деформации и разрушения, проведения технического обслуживания по смене манжеты без разборки всего устройства.

В связи с тем, что из данной области техники не известна совокупность признаков, характеризующих предложенное изобретение, можно сделать вывод о том, что заявленное изобретение отвечает условию "новизна".

Из изложенного выше следует, что изобретение отвечает и условию "изобретательский уровень", так как не является очевидным для специалиста в данной отрасли промышленности.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображено устройство для промывки и освоения скважин, общий вид; фиг. 2 - диффузор насоса с цилиндрическим сегментом; фиг. 3 - зазор между манжетой и полукорпусом, заполненный смазкой; фиг. 4 - устройство, центральная полость которого соединена с каналом подвода активной среды и нижней трубой; фиг. 5 - устройство с вихревыми излучателями; фиг. 6 - шаровой обратный клапан; фиг. 7 - нижняя труба с подпружиненным патрубком, соединенная с периферийными каналами; фиг. 8 - поршень, закрепленный в корпусе срезным штифтом; фиг. 9 - коническая заглушка в диффузоре; фиг. 10 - устройство, в полукорпусе которого выполнены промывочные каналы; фиг. 11 - полукорпус с радиальным каналом; фиг. 12 - заслонка в центральной полости; фиг. 13 - установленный в поршне штырь; фиг. 14 - разъемный полукорпус с регулировочной гайкой; фиг. 15 - устройство с дренажными каналами.

Устройство для промывки и освоения скважин по первому варианту (фиг. 1) содержит связанный с колонной труб 1 корпус 2, размещенные в его нижней части пакерную манжету 3 и взаимодействующий с ней поршень 4, гидравлически соединенный с каналом подвода 5 активной среды, установленный в верхней части корпуса над манжетой струйный насос, включающий соединенное с каналом подвода активной среды сопло 6, диффузор 7 с выходным отверстием 8 в надпакерное пространство 9 и камеру смешения 10, соединенную с подпакерной зоной 11 каналом подвода 12 пассивной среды, и центральную полость 13, образованную в связанном с корпусом коаксиальным к нему и поршню цилиндрическом полукорпусе 14. Поршень размещен над манжетой с возможностью перемещения до упора друг в друга ограничительных буртиков 15 и 16, выполненных в полукорпусе и поршне, образующих кольцевую полость 17, соединенную дроссельными отверстиями 18 с кольцевой проточкой 19, соединяющей сопло и поршень с каналом подвода активной среды. В нижней части диффузора выполнен цилиндрический сегмент 20 (фиг.2) с упором в сопло, обращенный выпуклой стороной к стенке 21 корпуса 2. Между манжетой и цилиндрической поверхностью полукорпуса выполнен зазор 22 (фиг. 3), заполненный смазкой или антифрикционным порошком.

Нижняя часть полукорпуса может быть жестко связана с трубой 23 (фиг. 4), центральная полость соединена вверху с каналом подвода активной среды, внизу посредством гидравлического сопротивления 24 и трубы с подпакерной зоной, которая соединена с каналом подвода пассивной среды продольными периферийными каналами 25.

Гидравлическое сопротивление может быть выполнено в виде одного или нескольких радиально размещенных на трубе 23 вихревых излучателей 26 (фиг. 5), над каждым из которых установлено коническое седло 27.

Устройство может быть снабжено шаровым обратным клапаном 28 (фиг. 6), установленным в канале подвода активной среды и включающим седло 29 с фиксатором 30, например резиновым кольцом, удерживающим в клапане шарик 31.

Полость трубы может быть выполнена разъединенной с центральной полостью 13 (фиг.7) и соединенной с периферийными каналами 25, на нижнем конце трубы 23 установлены с возможностью осевого перемещения подпружиненный и/или утяжеленный патрубок 32 и пружина 33.

В корпусе (фиг. 8) может быть установлен срезной штифт 34, фиксирующий поршень в верхнем положении.

В отверстии диффузора может быть запрессована коническая заглушка 35 (фиг. 9), выполненная из материала с низкой плотностью или кислоторастворимого материала.

Кольцевая полость (фиг. 10) может быть соединена с подпакерной зоной выполненными в полукорпусе промывочными каналами 36 с возможностью перекрытия их выходов поршнем.

Кольцевая полость (фиг. 11) может быть также соединена с центральной полостью радиальным каналом 37, выполненным с возможностью перекрытия его входа поршнем.

В центральной полости (фиг. 12) может быть размещена подпружиненная заслонка 38, выполненная с возможностью перекрытия центральной полости выше выхода в нее радиального канала.

В поршне (фиг. 13) может быть установлен жестко связанный с ним штырь 39, взаимодействующий с соплом и размещенный в его отверстии с возможностью соединения сопла с каналом подвода активной среды.

Полукорпус (фиг. 14) может быть выполнен разъемным и на нем установлены регулировочные гайка 40 и кольцо 41.

Устройство для промывки и освоения скважин по второму варианту содержит связанный с колонной труб 1 (фиг. 1) корпус 2, размещенные в его нижней части пакерную манжету 3 и взаимодействующий с ней поршень 4, гидравлически соединенный с каналом подвода 5 активной среды, установленный в верхней части корпуса над манжетой струйный насос, включающий соединенное с каналом подвода активной среды сопло 6, диффузор 7 с выходным отверстием 8 в надпакерное пространство 9 и камеру смешения 10, соединенную с подпакерной зоной 11 каналом подвода 12 пассивной среды, и центральную полость 13, образованную в связанном с корпусом коаксиальным к нему и поршню цилиндрическом полукорпусе 14. Поршень размещен над манжетой с возможностью перемещения до упора друг в друга ограничительных буртиков 15 и 16, выполненных на сопрягаемых цилиндрических поверхностях полукорпуса и поршня, образующих заполненную жидкой смазкой кольцевую полость 17 (фиг. 15), соединенную дренажными каналами 42, выполненными в полукорпусе, со средней частью его цилиндрического сопряжения с манжетой. Над поршнем выполнена кольцевая проточка 19, соединяющая его и сопло с каналом подвода активной среды.

Устройство для промывки и освоения скважин по первому варианту работает следующим образом.

Спуск устройства в скважину осуществляется на колонне насосно-компрессорных труб 1 на глубину выше интервала перфорации. Затем в колонну труб закачивается под давлением промывочная активная среда. В корпусе 2 она подается через канал 5 подвода активной среды в кольцевую проточку 19 к поршню 4 и соплу 6 струйного насоса. Под действием давления активной среды на поршне возникает направленная вниз сила, сжимающая вдоль упругую пакерную манжету 3. Жидкость в кольцевой полости 17 вытесняется через дроссельные отверстия 18 в кольцевую проточку, замедляя скорость движения поршня и деформации манжеты. Поршень перемещается до упора ограничительным буртиком 16 в буртик 15 полукорпуса 14. Происходит радиальное расширение манжеты, выпучивание уплотнительной складки, которая внешней стороной прижимается к стенке скважины, производя разделение последней на надпакерное пространство 9 и подпакерную зону 11. В то же время активная среда, вытекая с высокой скоростью из сопла, засасывает в камере смешения 10 пассивную среду, поступающую из подпакерной зоны через центральную полость 13 и канал 12 подвода пассивной среды. Через диффузор 7 и его выходное отверстие 8 смесь активной и пассивной сред с продуктами промывки откачивается в надпакерное пространство и выносится на устье скважины. Диффузор с цилиндрическим сегментом 20 (фиг. 2), обращенный выпуклой частью к стенке 21 корпуса, не только упрощает сборку и крепление сопла в корпусе, но и защищает его от кавитационно-эрозионных процессов, происходящих в камере смешения. Размещенные в зазоре 22 (фиг. 3) между манжетой и полукорпусом смазка или антифрикционный порошок в процессе осевого сдавливания манжеты поршнем снижают трение, заполняют образовавшуюся складку в манжете и тем самым предотвращают резкий перегиб манжеты, ее преждевременное разрушение.

При использовании устройства, изображенного на фиг. 4, промывочная активная среда из канала 5 подается в центральную полость 13, из которой основная часть потока поступает по кольцевой проточке 19 к поршню и соплу, а остальная часть - через гидравлическое сопротивление 24, обеспечивающее рабочий перепад давления на устройстве, и трубу 23 в интервал перфорации скважины на его промывку. Продукты промывки отсасываются насосом через периферийные каналы 25 из подпакерной зоны в надпакерное пространство. Таким образом повышается эффективность промывки интервала перфорации.

При применении устройства, в котором гидравлическое сопротивление выполнено в виде нескольких радиально размещенных на трубе вихревых излучателей 26 (фиг. 5), часть потока активной среды из центральной полости 13 поступает через входные тангенциальные отверстия в каждый излучатель, где, вращаясь, порождает на обоих выходных отверстиях колебания давления, высокоскоростные микропотоки от схлопывания кавитационных пузырьков и веерообразные течения. Вследствие этого происходит более эффективная промывка и очистка подпакерной зоны. Для получения более значительной депрессии на пласт поочередно сбрасываются на устье скважины в колонну труб шарики соответствующего диаметра, которые садятся на седла 27 и перекрывают поступление активной среды на излучатели и в подпакерную зону.

При использовании устройства (фиг. 6), снабженного обратным шаровым клапаном 28, установленным в канале подвода активной среды к соплу и поршню, первоначально производится интенсивная промывка с целью очистки наиболее загрязненных участков интервала перфорации при отключенных струйном насосе и пакере только с использованием каскада вихревых излучателей 26 (фиг. 5) путем возвратно-поступательных перемещений в скважине. Затем за счет перехода на обратную циркуляцию активного агента через затрубное пространство продавливается шарик 31 через фиксатор 30 в центральную полость 13, из которой через трубу 23 попадает на нижнее седло 27 и отключает соответствующий излучатель 26. При возобновлении прямой циркуляции активной среды струйный насос, поршень и пакерная манжета начинают функционировать, то есть способствовать откачке пассивной среды из подпакерной зоны и создании в ней депрессии.

В случае применения устройства, в котором нижняя труба 23 (фиг. 7) соединена периферийными каналами 25, и на нижнем ее конце установлен подпружиненный патрубок 32, при очистке забоя и интервала перфорации от песчаной пробки его устанавливают в скважине таким образом, чтобы патрубок, в юбке которого могут быть выполнены промывочные окна, опирался на пробку и поджимался к ней пружиной 33. При подаче промывочной активной среды начинает функционировать струйный насос, часть промывочной среды поступает по центральной полости 13 через гидравлическое сопротивление 24 в подпакерную зону 11. Образуемый активной и пассивной средами турбулентный поток за счет перепада давления, создаваемого струйным насосом, прорывается через юбку патрубка, увлекая частицы песка и вынося их в надпакерное пространство. При этом турбулентный поток вызывает продольные колебания подпружиненного патрубка, создавая условия для гидромеханического разрушения песчаной пробки. После вымывания ее верхнего слоя закачка активной среды прекращается, устройство опускается на необходимую глубину, и промывка возобновляется.

При использовании устройства, содержащего срезной штифт 34 (фиг. 8), во время спуска его с промывкой скважины активная среда закачивается под давлением и при расходе, меньших рабочих. Часть жидкости, вытекающей из диффузора вследствие работы струйного насоса, устремляется в подпакерную зону по кольцевому зазору между корпусом 2 и стенкой скважины, смывая с нее технологические отложения, которые выносятся затем потоком, создаваемым струйным насосом на устье скважины. При заданных рабочих давлении и расходе поршень 4 срезает штифт, деформирует манжету, которая образованной в ней уплотнительной складкой разделяет внутрискважинное пространство на подпакерную зону и надпакерное пространство.

В случае запрессовки в отверстие 8 диффузора 7 (фиг. 9) конической заглушки 35 вся активная среда, подаваемая на устройство, устремляется по каналу подвода пассивной среды и центральной полости в подпакерную зону, откуда по кольцевому зазору с продуктами очистки в надпакерное пространство и на устье скважины. При создании рабочего или избыточного давления штифт срезается, пробка выталкивается из диффузора и выносится на устье. Пробку из кислоторастворимого материала разрушают закачкой порции соответствующей кислоты. Поршень сдавливает и выпирает в кольцевой зазор манжету, струйный насос создает депрессию в подпакерной зоне, происходит освоение скважины.

При работе устройства, изображенного на фиг. 10, часть потока активной среды или весь поток при промывке скважины во время спуска устройства подается по промывочным каналам 36, направленным на стенку скважины. Жидкость с продуктами очистки устремляется по кольцевому зазору в надпакерное пространство и на устье скважины. После окончания спуска устройства в нем создается рабочее или избыточное давление. Поршень перемещается, перекрывает входы промывочных каналов, сдавливает манжету и выпирает ее в кольцевой зазор. Производится освоение скважины.

При использовании устройства (фиг. 11), в котором кольцевая полость 17 соединена с центральной полостью 13 радиальным каналом 37, при закачке активной среды в устройство под давлением, меньшим давления срабатывания поршня, часть ее истекает через струйный насос, остальная жидкость поступает через кольцевую полость 17 в центральную, из которой частично вытекает в подпакерную зону, что позволяет производить промывку скважины при спуске устройства и очистку устанавливаемого под полукорпусом фильтра. При создании рабочего давления поршень перемещается, перекрывает вход радиального канала и выдавливает манжету в кольцевой зазор. Производится освоение скважины.

В случае установки в центральной полости подпружиненной заслонки 38 (фиг. 12) активная среда, поступившая в центральную полость через радиальный канал, отжимает заслонку, которая при этом перекрывает верхнюю часть центральной полости, и течет в подпакерную зону.

При использовании в устройстве установленного в поршне штыря 39 (фиг. 13) при давлении, меньшем давления срабатывания поршня, каналы для подвода жидкости к струйному насосу перекрыты заслонкой 38 и штырем, вся активная среда подается через центральную полость в подпакерную зону на промывку. При создании рабочего давления поршень начинает перемещаться, выдавливая манжету в кольцевой зазор и закрывая радиальный канал, вследствие этого подпружиненная заслонка открывает центральную полость. При дальнейшем перемещении поршня до упора ограничительных буртиков друг в друга штырь извлекается из отверстия сопла, открывая его для поступления на насос активной среды. Производится освоение скважины.

В случае применения в конструкции устройства разъемного полукорпуса 14 с регулировочными гайкой 40 и кольцом 41 (фиг. 14) в качестве последнего могут быть использованы тарельчатые пружины, под действием рабочего давления активной среды поршень начинает перемещаться, сжимая тарельчатую пружину и манжету. За счет хода пружины уменьшается рабочий (сжимающий манжету) ход поршня, и манжета не испытывает избыточных деформаций.

Устройство для промывки и освоения скважин по второму варианту работает следующим образом. Под действием рабочего давления активной среды поршень 4 (фиг. 15) начинает перемещаться, сжимая манжету 3 и жидкую смазку в кольцевой полости 17, которая перетекает по дренажным каналам 42, соединяющим полость со средней частью цилиндрического сопряжения манжеты с полукорпусом 14, под манжету, способствуя ее распиранию и образованию уплотнительной складки, тем самым повышается герметичность разобщения скважины на подпакерную зону и надпакерное пространство, компенсируются отчасти сдвиговые, изгибные деформации манжеты.

Таким образом, средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для применения в области строительства и эксплуатации скважин, а именно для освоения и промывки после их сооружения, ремонта или в качестве средства повышения нефтеотдачи пласта. Для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимых пунктах изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью известных средств. Устройство, воплощающее заявленное изобретение, способно обеспечить достижение указанного выше технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Источники информации 1. А.с. 542819, кл. Е 21 В 43/25, 1977.

2. Патент RU 2139422, кл. E 21 B 43/25, 1997.

Формула изобретения

1. Устройство для промывки и освоения скважин, содержащее связанный с колонной труб корпус, размещенные в его нижней части пакерную манжету и взаимодействующий с ней поршень, гидравлически соединенный с каналом подвода активной среды, установленный в верхней части корпуса над манжетой струйный насос, включающий соединенное с каналом подвода активной среды сопло, диффузор с выходным отверстием в надпакерное пространство и камеру смешения, соединенную с подпакерной зоной каналом подвода пассивной среды, центральную полость, образованную в связанном с корпусом коаксиальным к нему и поршню цилиндрическом полукорпусе, отличающееся тем, что диффузор установлен выходным отверстием вверх, поршень размещен над манжетой с возможностью перемещения вниз до упора друг в друга ограничительных буртиков, выполненных на сопрягаемых цилиндрических поверхностях полукорпуса и поршня и образующих кольцевую полость, соединенную дроссельными отверстиями, выполненными в торце поршня, с кольцевой проточкой, соединяющей сопло и поршень с каналом подвода активной среды и обводящей центральную полость, при этом в нижней части диффузора выполнен цилиндрический сегмент с упором в седло, обращенный выпуклой стороной к стенке корпуса, а между манжетой и цилиндрической поверхностью полукорпуса образован зазор, заполненный смазкой и/или антифрикционным порошком, например графитовым.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит трубу, связанную с нижней частью полукорпуса, центральная полость которого соединена вверху с каналом подвода активной среды, внизу посредством гидравлического сопротивления и трубы с подпакерной зоной, соединенной с каналом подвода пассивной среды образованными в полукорпусе вокруг его центральной полости продольными периферийными каналами.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что гидравлическое сопротивление выполнено в виде генератора колебаний давления, например одного или нескольких радиально размещенных на трубе вихревых излучателей, над каждым из которых установлено коническое седло под шарик, при этом диаметр проходного отверстия верхнего из седел больше, чем у нижнего.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что снабжено шаровым обратным клапаном, установленным в канале подвода активной среды между центральной полостью и кольцевой проточкой, включающим седло с фиксатором, например резиновым кольцом, удерживающим в клапане шарик, при этом диаметр последнего больше диаметра проходного отверстия в нижнем седле.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что полость трубы выполнена разъединенной с центральной полостью и соединенной с периферийными каналами, на нижнем конце трубы установлен с возможностью осевого перемещения коаксиальный подпружиненный и/или утяжеленный патрубок.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе установлен срезной штифт или подпружиненный шарик, фиксирующий поршень в верхнем положении.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в отверстии диффузора запрессована коническая заглушка, выполненная из материала с низкой плотностью, например пластмассы или кислоторастворимого материала, например магниевого сплава.

8. Устройство по любому из пп.1, 6 и 7, отличающееся тем, что кольцевая полость соединена с подпакерной зоной выполненными в полукорпусе промывочными каналами с возможностью перекрытия их входов поршнем.

9. Устройство по любому из пп.1, 6 и 7, отличающееся тем, что кольцевая полость соединена с центральной выполненным в полукорпусе радиальным каналом с возможностью перекрытия его входа поршнем.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что снабжено размещенной в центральной полости подпружиненной заслонкой, выполненной с возможностью перекрытия центральной полости выше выхода в нее радиального канала.

11. Устройство по любому из пп.8-10, отличающееся тем, что в поршне установлен жестко связанный с ним штырь, взаимодействующий с соплом и размещенный в его отверстии с возможностью соединения сопла с каналом подвода активной среды.

12. Устройство по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что полукорпус выполнен разъемным и на нем установлены регулировочные гайка и кольцо.

13. Устройство для промывки и освоения скважин, содержащее связанный с колонной труб корпус, размещенные в его нижней части пакерную манжету и взаимодействующий с ней поршень, гидравлически соединенный с каналом подвода активной среды, установленный в верхней части корпуса над манжетой струйный насос, включающий соединенное с каналом подвода активной среды сопло, диффузор с выходным отверстием в надпакерное пространство и камеру смешения, соединенную с подпакерной зоной каналом подвода пассивной среды, и центральную полость, образованную в связанном с корпусом коаксиальным к нему и поршню цилиндрическом полукорпусе, отличающееся тем, что диффузор установлен выходным отверстием вверх, поршень размещен над манжетой с возможностью перемещения вниз до упора друг в друга ограничительных буртиков, выполненных на сопрягаемых цилиндрических поверхностях полукорпуса и поршня и образующих заполненную жидкой смазкой кольцевую полость, соединенную дренажными каналами, выполненными в полукорпусе, со средней частью его цилиндрического сопряжения с манжетой, над поршнем выполнена кольцевая проточка, соединяющая его и сопло с каналом подвода активной среды и обводящая центральную полость.

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, Рисунок 14, Рисунок 15