Устройство для обработки стенок скважины в интервале продуктивного пласта
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и найдет применение при очистке прифильтровой части обсадной колонны. Устройство для обработки стенок скважины в интервале продуктивного пласта включает трубчатый корпус с присоединительными верхней и нижней муфтами. Концентрично корпусу, с возможностью вращения относительно него, установлен кожух с расположенными спирально на его поверхности лопастями со скребками. К нижней муфте присоединен реакционный наконечник с щелевидными отверстиями. Полость наконечника заполнена гранулированным материалом, вступающим в экзотермическую реакцию с кислотой. Нижняя часть наконечника снабжена обратным клапаном. Верхняя муфта снабжена обратным клапаном со сбрасываемым с устья скважины запорным элементом в виде шара с выступом и центрирующими элементами. Основание седла обратного клапана выполнено в виде диска с диаметром, равным диаметру корпуса. Проходное отверстие седла снизу перекрыто легко разрушаемым или легко съемным элементом. Длина выступа шара больше, чем высота проходного отверстия седла обратного клапана верхней муфты. Повышается надежность и эффективность обработки, расширяются функциональные возможности устройства. 2 з.п. ф-лы., 4 ил., 1 табл.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и найдет применение при очистке прифильтровой части обсадной колонны в интервале продуктивного пласта с целью повышения добывных возможностей скважины.
Известно устройство для обработки стенок скважины [1], содержащий полый корпус с присоединительными резьбами на концах и концентрично установленным ему кожухом с возможностью вращения вокруг корпуса. На наружной поверхности кожуха расположены спиралью лопасти с щетками, при этом верхняя часть корпуса снабжена переводником с карманом и седлом для обратного клапана. Недостатком известного устройства является ограниченное применение из-за конструктивных особенностей, например, оно не обеспечивает более полно выносить на поверхность продуктов обработки, осуществить термокислотную обработку, в результате большие затраты времени на обработку, а продуктивный пласт остается не обработанным.
Известно также устройство для обработки стенок скважины в интервале продуктивного пласта [2], в котором частично устранены недостатки, присущие аналогу.
Данное устройство, спускаемое на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), предназначено для термохимической обработки призабойной зоны пласта и содержит трубчатый корпус с присоединительной верхней и нижней муфтами на его концах, установленный концентрично корпусу с возможностью вращения относительно центральной его оси кожух с расположенными спирально на его наружной поверхности лопастями с прикрепленными к ним скребками, присоединенный к нижней муфте корпуса реакционный наконечник с щелевидными отверстиями, полость которого заполнена гранулированным материалом, вступающим в экзотермическую реакцию с кислотой, а нижняя его часть снабжена обратным клапаном.
Указанное устройство по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа. Не умаляя его достоинства, отметим, что в результате термохимической обработки пристенной зоны фильтра скважины горячая кислота, попавшая в пласт, входит в реакцию с породой пласта, а также расплавляет парафиносмолистые вещества, отложившиеся в каналах и порах пласта, которые только частично выносятся из пласта, а полный вынос их из пласта не предусмотрен, что снижает эффективность проводимого мероприятия.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и эффективности обработки пристенной зоны продуктивного пласта, а также глубокая очистка пласта путем расширения функциональных возможностей устройства.
Поставленная задача решается описываемым устройством, спускаемым на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), включающим трубчатый корпус с присоединительными верхней и нижней муфтами на его концах, установленный концентрично корпусу с возможностью вращения относительно него кожух с расположенными спирально на его наружной поверхности лопастями с прикрепленными к ним скребками, присоединенный к нижней муфте корпуса реакционный наконечник с щелевидными отверстиями, полость которого заполнена гранулированным материалом, вступающим в экзотермическую реакцию с кислотой, а нижняя его часть снабжена обратным клапаном.
Новым является то, что верхняя муфта корпуса снабжена обратным клапаном со сбрасываемым с устья скважины запорным элементом в виде шара с выступом и центрирующими элементами, а основание седла обратного клапана верхней муфты выполнено в виде диска с диаметром, равным диаметру корпуса, и установлено в стыке между торцами корпуса и трубы колонны НКТ, при этом проходное отверстие седла обратного клапана верхней муфты снизу перекрыто легко разрушаемым или легко съемным элементом, длина выступа шара больше, чем высота проходного отверстия седла обратного клапана верхней муфты для обеспечения возможности открытия своим выступом проходного отверстия седла обратного клапана верхней муфты и его перекрытия шаром при снижении давления на забое скважины меньше гидростатического давления в полости колонны НКТ или при их равенстве, при этом элемент для перекрытия проходного отверстия седла обратного клапана верхней муфты снизу выполнен в виде диска из хрупкого материала, например из керамики или стеклопластика, и прикреплен к основанию шпильками или с помощью клея, а центрирующие элементы шара выполнены в виде усиков из металлической проволоки.
Прилагаемые к заявке чертежи поясняют суть изобретения, где на фиг.1 схематически изображено заявляемое устройство в общем виде, спущенное в интервал продуктивного пласта на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), где видны соединения кожуха с корпусом с помощью шаров для обеспечения вращения его вокруг корпуса, в частичном разрезе.
На фиг.2 - вид А фиг.1, верхняя муфта корпуса с размещенным в ней седлом клапана, проходное отверстие которого снизу перекрыто легко разрушаемым диском, в разрезе.
На фиг.3 изображен запорный элемент в виде шара для седла клапана верхней муфты корпуса, где видны его выступ и центрирующие элементы в виде усиков.
На фиг.4 - лопасть кожуха с очистительными скребками.
Предварительные патентные исследования, проведенные авторами, показали, что технические решения аналогичного назначения с получением такого положительного эффекта, как у предложенного, не обнаружены. Следовательно, по мнению авторов, заявляемый способ удовлетворяет критерию “новизна” и “изобретательский уровень”, а его практическая применимость приведена в полном описании реализации устройства.
Устройство спускаемое на колонне НКТ содержит трубчатый корпус 1 (см. фиг.1) с присоединительной верхней и нижней муфтами 2 и 3 на его концах, установленный концентрично ему с возможностью вращения относительно центральной оси корпуса кожух 4, связанный с ним в концевых участках шарами 5, размещенными в кольцевых канавках 6 и 7 корпуса и в теле кожуха 4 соответственно.
Наружная поверхность кожуха 4 снабжена расположенными спирально лопастями 8, рабочие поверхности 9 которых снабжены армирующими вставками 10 из твердого сплава, а к их боковым граням закреплены скребки 11 (см. фиг.4). Равномерное вращение кожуха вокруг корпуса под реакцией жидкости достигается за счет наличия промежуточных лопастей 12. Присоединенный к нижней муфте 3 корпуса реакционный наконечник 13 с щелевидными отверстиями 14 заполнен гранулированным кислоторазрушаемым материалом 15, вступающим в экзотермическую реакцию с кислотой. Нижняя часть реакционного наконечника снабжена обратным клапаном с седлом 16 под запорный элемент 17.
Верхняя муфта 2 корпуса снабжена обратным клапаном, сбрасываемым с устья с запорным элементом в виде шара 18 с выступом 19 и центрирующими элементами 20, выполненными в виде усиков (см. фиг.3 и 2). Основание седла 21 клапана верхней муфты выполнено в виде диска 22 с диаметром, равным диаметру корпуса, и установлено в стыке между торцами корпуса 1 и трубы 23 НКТ, на котором устройство спускают в скважину 24. При этом проходное отверстие 25 седла клапана верхней муфты снизу перекрыто легко разрушаемым или легко съемным элементом 26, выполненным, например, в виде диска. Последний прикреплен снизу к основанию седла 21 с помощью шпилек или клея и выполнен из хрупкого материала, например из керамики или стеклопластика.
Длина выступа 19, сбрасываемого с устья, шара 18 больше, чем высота проходного отверстия седла обратного клапана верхней муфты 2 для обеспечения возможности открытия своим выступом проходного отверстия седла обратного клапана верхней муфты и его перекрытия шаром при снижении давления на забое скважины меньше гидростатического давления в полости колонны НКТ или при их равенстве.
Устройство работает следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину сначала определяют глубину расположения интервала продуктивного пласта, его мощность и затем в призабойную зону закачивают кислоту расчетного объема, после чего скважину оставляют в покое для пропитки пласта на 5-6 часов.
Далее устройство в собранном виде, как это изображено на фиг.1, опускают в интервал продуктивного пласта на колонне НКТ, предварительно заполнив реакционный наконечник 13 гранулированным кислоторазрушаемым материалом 15, например магниевым, вступающим в экзотермическую реакцию с кислотой, например раствором соляной кислоты 20-27%-ной концентрации. Поскольку проходное отверстие 25 клапана верхней муфты 2 перекрыто снизу герметично легко разрушаемым диском 26, полость НКТ будет находится под атмосферным давлением и выполнять роль имплозионной камеры. При контакте соляной кислоты (НСl) с гранулированным магнием начинает происходить экзотермическая реакция, в результате чего раствор кислоты нагревается.
Mg+2НСl=MgСl2+Н2+459 кДж.
Необходимое удельное количество теплоты на 1 м толщины пласта для расплавления парафина, а также асфальтосмолистых веществ можно определить по калориметрической формуле:
,
где ΔT1=Тпп-Тпл, здесь Тпп, Тпл - соответственно температура плавления парафина и пластовая температура;
Ci - теплоемкость вещества;
gi - удельное количество вещества, приходящееся на 1 м толщины пласта.
Подставляя численные значения параметров в указанную формулу, получим количество тепла, необходимое для плавления парафина в интервале пласта 1 м радиусом 0,5 м
Q=63000 кДж.
Известно, что при реакции 1 кг магния с НСl выделяется тепло в количестве 18940 кДж. Тогда необходимое количество магния для пласта толщиной 1 м с радиусом 0,5 м
63000:18940=3.3 кг.
На практике с учетом теплопотерь за счет теплоотдачи в окружающую среду количества Mg и НСl берут с запасом в 2-3 раза больше расчетных. Например, на 1 м толщины обрабатываемого пласта гранулированного магния берут 7-10 кг, а соляную кислоту при 15-20%-ной концентрации 1,5-2,0 м3.
В ниже приведенной таблице указаны необходимые количества 15%-ной НСl на 40, 60, 80 и 100 кг магния (см. также книгу В.И.Кудинова и Б.М.Сучкова “Методы повышения производительности скважин” 1996 г., с.127).
| Кол-во 15% НСl, м3 на количество Mg, кг. | Увеличение температуры, С | Остаточная концентрация, НСl % | |||
| 40 | 60 | 80 | 100 | ||
| 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 120 | 9,6 |
| 2,4 | 3,6 | 4,8 | 6,0 | 100 | 10,5 |
| 2,8 | 4,2 | 5,6 | 7,0 | 85 | 11,0 |
| 3,2 | 4.8 | 6,4 | 8,0 | 75 | 11,4 |
| 4,0 | 3,0 | 8,0 | 10,0 | 60 | 12,2 |
После спуска устройства в интервал продуктивного пласта сразу приступают к подаче инструмента к возвратно-поступательному перемещению, в интервале расположения фильтра. При этом лопасти 8 кожуха 4, встречая на своем пути сопротивление жидкости, под действием ее реакции начинают вращаться вокруг корпуса, одновременно интенсивно перемешивая подогретую кислоту до температуры +100°С и выше, что обеспечивает постоянное омывание магния, а также фильтрационных отверстий обсадной колонны все новыми и новыми порциями раствора горячей кислоты более сильной концентрации. Кроме того, это способствует ускоренному распаду гранулированного магния, предотвращает его спекание и продуктов реакции в реакционном наконечнике, что весьма важно в получении полной генерации тепла и, следовательно, в повышении эффективности термокислотной обработки, поскольку повышение реактивности рабочей жидкости - кислоты - по отношению к породам пласта, а также парафиновых и асфальтосмолистых веществ, способствует выходу их из ПЗП, увеличивая тем самым проницаемость пласта.
После полного растворения магния призабойную зону выдерживают 2-2,5 часа с целью воздействия горячим кислотным раствором на породу продуктивного пласта.
По истечении этого времени с устья скважины в полость колонны НКТ бросают запорный элемент - шар 18, который при полете вниз, обладая большой кинетической энергией, своим выступом 19 через проходное отверстие седла 21, ударяя с большой силой, разрушает диск 26 (или отрывает его). При этом через открытое проходное отверстие 25 седла клапана, приподнимая шар 19, горячая кислота с продуктами обработки под большим давлением устремляется вверх в полость НКТ, при котором происходит глубокая депрессия на пласт, откуда под его действием из пласта выносятся также продукты его обработки. При снижении давления на забое скважины меньше, чем гидростатическое давление в полости НКТ или при равенстве, шар 19 садится в седло 21 и тем самым перекрывает проходное отверстие седла, предотвращая тем самым слив накопленной жидкости в полости НКТ (имплозионной камере) обратно в забой скважины.
На этом операция по обработке пристенной зоны продуктивного пласта заканчивается и устройство поднимают на поверхность. Далее скважину осваивают, после чего ее сдают в эксплуатацию.
Технико-экономические преимущества предложения заключаются в следующем.
Устройство просто по конструкции и многофункционально, что позволяет комплексно воздействовать на стенки прифильтровой зоны продуктивного пласта, а также самого пласта, что обеспечивает повышение эффективности обработки. Кроме того, при этом упрощается технология обработки, вследствие чего значительно сокращаются затраты времени и материалов на обработку.
Источники информации
1. Патент РФ №2189432, М. кл. Е 21 В 37/02, БИ №26, 2002 г.
2. Патент РФ №2172399, М. кл. Е 21 В 43/25, 43/27, БИ №27, 2002 г.
1. Устройство для обработки стенок скважины в интервале продуктивного пласта, спускаемое на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), включающее трубчатый корпус с присоединительными верхней и нижней муфтами на его концах, установленный концентрично корпусу с возможностью вращения относительно него кожух с расположенными спирально на его наружной поверхности лопастями с прикрепленными к ним скребками, присоединенный к нижней муфте корпуса реакционный наконечник с щелевидными отверстиями, полость которого заполнена гранулированным материалом, вступающим в экзотермическую реакцию с кислотой, а нижняя его часть снабжена обратным клапаном, отличающееся тем, что верхняя муфта корпуса снабжена обратным клапаном со сбрасываемым с устья скважины запорным элементом в виде шара с выступом и центрирующими элементами, а основание седла обратного клапана верхней муфты выполнено в виде диска с диаметром, равным диаметру корпуса, и установлено в стыке между торцами корпуса и трубы НКТ, при этом проходное отверстие седла обратного клапана верхней муфты снизу перекрыто легко разрушаемым или легко съемным элементом, длина выступа шара больше, чем высота проходного отверстия седла обратного клапана верхней муфты, для обеспечения возможности открытия своим выступом проходного отверстия седла обратного клапана верхней муфты и его перекрытия шаром при снижении давления на забое скважины меньше гидростатического давления в полости колонны НКТ или при их равенстве.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент для перекрытия проходного отверстия седла обратного клапана верхней муфты снизу выполнен в виде диска из хрупкого материала, например из керамики или стеклопластика, и прикреплен к основанию шпильками или с помощью клея.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центрирующие элементы шара выполнены в виде усиков из металлической проволоки.
