Устройство для чистки скважины

Настоящее изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к эксплуатации скважин, осложненной наличием в них песка. Обеспечивает ускорение чистки скважины за счет сокращения непроизводительных затрат времени. Сущность изобретения: устройство включает полый двухсекционный корпус. Первая секция устройства выполнена в виде гидроцилиндра с входным каналом и последовательно размещенными в ней после входного канала всасывающим клапаном, полым плунжером с нагнетательным клапаном в его полости и части полого штока. Полый шток жестко связан с полым плунжером и имеет возможность осевого перемещения относительно выходной части первой секции в пределах установленной длины хода плунжера. Вторая секция устройства выполнена с выходными циркуляционными каналами для жидкости и содержит помещенную в ней вторую часть полого штока. Эта часть жестко связана с входной частью второй секции и образует с ее внутренней поверхностью, до выходных циркуляционных отверстий, кольцевую полость для накопления шлама. Выходная часть второй секции корпуса имеет возможность соединения со средством для спуска устройства в скважину. 1 н. и 11 з.п.ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к эксплуатации этих скважин, осложненной наличием в них песка. При выносе песка в обсадной или лифтовой колоннах скважины могут образовываться песчаные пробки, которые ограничивают ее производительность. Для восстановления дебита скважины песчаные пробки удаляют, осуществляют чистку этой скважины с применением различных устройств.

Известно устройство для чистки скважины в виде гидростатической желонки с клапаном на ее дне (см., например, Мартос В.Н. Методы борьбы с выносом песка. Обзор зарубежной литературы, Серия: Добыча, Москва, ВНИИОНГ, 1973, с.37-39).

Устройство спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах или канате при закрытом клапане. При упоре желонки в песчаную пробку ее клапан открывается и скважинная жидкость врывается в полость желонки под гидростатическим напором. Благодаря большому перепаду давления и турбулизации потока жидкости выносится вместе с этой жидкостью и песок в полость желонки.

Недостатком известного устройства является короткое время действия перепада давления и низкая эффективность использования устройства. Большая часть объема желонки оказывается заполнена скважинной жидкостью. При большом количестве песка в скважине приходится спускать желонку в эту скважину многократно. В результате чистка скважины с применением известного устройства занимает длительное время из-за непроизводительных затрат времени, обусловленных большим объемом спускоподъемных операций. Кроме того, конструкция существующих желонок не обеспечивает возможность подъема из скважины крупных сцементированных частиц.

Техническим результатом изобретения является создание устройства, обеспечивающего ускорение чистки скважины за счет сокращения непроизводительных затрат времени.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для чистки скважины включает полый двухсекционный корпус, первая секция которого выполнена в виде гидроцилиндра с входным каналом и последовательно размещенными в ней после входного канала всасывающим клапаном, полым плунжером с нагнетательным клапаном в его полости и части полого штока, жестко связанного с полым плунжером и имеющим возможность осевого перемещения относительно выходной части первой секции в пределах установленной длины хода плунжера, а вторая секция выполнена с выходными циркуляционными каналами для жидкости и содержит помещенную в ней вторую часть полого штока, жестко связанную с входной частью второй секции и образующую с ее внутренней поверхностью, до выходных циркуляционных отверстий, кольцевую полость для накопления шлама, при этом выходная часть второй секции корпуса имеет возможность соединения со средством для спуска устройства в скважину.

Кроме того:

устройство содержит предохранительный клапан, по меньшей мере один, размещенный в полости штока;

предохранительный клапан размещен в полом патрубке таким образом, что делит его длину на пропорциональные части;

устройство содержит патрубок, связанный с первой секцией и размещенный перед его входным каналом;

патрубок содержит рыхлитель;

рыхлитель выполнен в виде патрубка с торцем, срезанным под углом 20-40° к оси патрубка;

секции устройства имеют одинаковый наружный диаметр;

устройство содержит центратор, по меньшей мере один, размещенный на полом штоке во второй секции;

количество центраторов и место их размещения на полом штоке выбраны из условия обеспечения продольной жесткости устройства в рабочем положении;

длина полого плунжера и длина его хода выбраны из условия обеспечения продольной жесткости устройства в рабочем положении;

количество центраторов с местом их размещения на полом штоке и длина полого плунжера с длиной его хода выбраны из условия обеспечения продольной жесткости устройства в рабочем положении;

параметры устройства определены с учетом соотношения:

Q=60kπr²Sn,

где

Q - необходимая производительность чистки скважины, м³/час;

k - эмпирический коэффициент, зависящий от плотности материала пробки, образовавшейся в скважине в процессе ее эксплуатации (k=0,3-0,6);

π - число π, равное 3,14;

r - внутренний радиус устройства, м;

S - длина хода плунжера, м;

n - число полезных ходов плунжера в минуту.

На чертеже изображен общий вид устройства.

Устройство для чистки скважины имеет полый двухсекционный корпус 1 и 2. Первая секция корпуса 1 выполнена в виде гидроцилиндра с входным каналом 3 и последовательно размещенными в ней после входного канала всасывающим клапаном 4, полым плунжером 5 с нагнетательным клапаном 6 в его полости и части полого штока 7. Этот шток жестко связан с полым плунжером 5 и имеет возможность осевого перемещения относительно выходной части первой секции корпуса 1. Устройство выполнено с возможностью ограничения осевого перемещения полого штока 7 в пределах установленной длины хода полого плунжера 5, например, за счет уступа 8 между полым плунжером 5 и полым штоком 7. Вторая секция корпуса 2 выполнена с выходными циркуляционными каналами 9 для жидкости. Во второй секции корпуса 2 помещена вторая часть полого штока 7. Эта часть жестко связана с входной частью второй секции корпуса 2 и образует с ее внутренней поверхностью, до выходных циркуляционных отверстий 9, кольцевую полость 10 для накопления шлама. Выходная часть второй секции корпуса 2 имеет возможность соединения, например, с помощью переводника 11 со средством для спуска устройства в скважину, например, с насосно-компрессорными трубами (НКТ) 12.

Устройство имеет также предохранительный клапан 13, по меньшей мере один, размещенный в полости штока 7. Устройство может содержать также рыхлитель 14, например, в виде патрубка со срезанным под углом торцем, переводники 15, 16 для соединения секций корпуса 1, 2 между собой с помощью полого штока 7. Кроме того, на фиг.1 показана песчаная пробка 17 в обсадной колонне 18 с перфорационными отверстиями 19, до которой спущено устройство в скважину.

Устройство работает следующим образом.

Выбирают параметры устройства с учетом соотношения:

Q=60kπr²Sn,

при этом учитывают надежность работы устройства обеспечением его продольной жесткости.

Устройство с заранее выбранной длиной хода полого плунжера 5 за счет выбора длины полого штока 7 между секциями корпуса 1, 2 спускают в скважину, например, на НКТ 12 с центраторами (условно не показаны) до начала песчаной пробки 17. По показаниям гидравлического индикатора веса (ГИВ) на устье скважины устанавливают допустимую осевую нагрузку на устройство при его взаимодействии с песчаной пробкой 17. При допустимой нагрузке на устройство начинают возвратно-поступательные перемещения НКТ 12. В результате осуществляют возвратно-поступательные перемещения полого плунжера 5. После разгрузки устройства на песчаную пробку 17 начинают с перемещения НКТ 12 вверх. При этом перемещают вверх вторую секцию корпуса 2, жестко связанный с ней полый шток 7 с полым плунжером 5. Полый плунжер 5 перемещают на длину его хода. При перемещении полого плунжера 5 вверх его нагнетательный клапан 6 закрыт. При этом всасывающий клапан 4 первой секции корпуса-гидроцилиндра 1 открыт. Смесь скважинной жидкости с песком через приемный канал 3, например, в виде патрубка с рыхлителем 14 и всасывающий клапан 4 поступает в пространство первой секции корпуса 1 под полый плунжер 5.

При перемещении с помощью НКТ 12 полого плунжера 5 вниз всасывающий клапан 4 закрывается, а нагнетательный клапан 6 открывается. Смесь скважинной жидкости с песком через нагнетательный клапан 6, полый шток 7, предохранительный клапан 13 поступает во вторую секцию корпуса 2, где при выходе из полого штока с меньшим поперечным сечением, в сравнении с поперечным сечением секции корпуса 2, она резко теряет скорость. В результате частицы песка оседают в кольцевую полость 10 для накопления шлама. В этой полости происходит постепенное накопление песка с его уплотнением от возвратно-поступательных перемещений устройства, что обеспечивает эффективное использование полезного объема кольцевой полости. Излишки жидкости вытесняются через выходные циркуляционные отверстия 9 в затрубное пространство. При следующем движении полого плунжера 5 вниз процесс повторяется. При этом предохранительный клапан 13 закрывается, предотвращая переток смеси скважинной жидкости с песком в полость плунжера 5.

При этом осуществляют постоянный контроль осевой нагрузки по ГИВ. При ее снижении ниже установленного предела осуществляют наращивание НКТ. После очистки скважины от песчаной пробки осуществляют подъем устройства из скважины. Ввиду принятой конструкции устройства освобождение его от песка осуществляют без затруднений.

1. Устройство для чистки скважины, включающее полый двухсекционный корпус, первая секция которого выполнена в виде гидроцилиндра с входным каналом и последовательно размещенными в ней после входного канала всасывающим клапаном, полым плунжером с нагнетательным клапаном в его полости и части полого штока, жестко связанного с полым плунжером и имеющего возможность осевого перемещения относительно выходной части первой секции в пределах установленной длины хода плунжера, а вторая секция выполнена с выходными циркуляционными каналами для жидкости и содержит помещенную в ней вторую часть полого штока, жестко связанную с входной частью второй секции и образующую с ее внутренней поверхностью до выходных циркуляционных отверстий, кольцевую полость для накопления шлама, при этом выходная часть второй секции корпуса имеет возможность соединения со средством для спуска устройства в скважину.

2. Устройство для чистки скважины по п.1, отличающееся тем, что оно содержит предохранительный клапан, по меньшей мере один, размещенный в полости штока.

3. Устройство для чистки скважины по п.2, отличающееся тем, что предохранительный клапан размещен в полом патрубке таким образом, что делит его длину на пропорциональные части.

4. Устройство для чистки скважины по п.1, отличающееся тем, что оно содержит патрубок, связанный с первой секцией и размещенный перед его входным каналом.

5. Устройство для чистки скважины по п.4, отличающееся тем, что патрубок содержит рыхлитель.

6. Устройство для чистки скважины по п.1, отличающееся тем, что рыхлитель выполнен в виде патрубка с торцом, срезанным под углом 20-40° к оси патрубка.

7. Устройство для чистки скважины по п.1, отличающееся тем, что секции устройства имеют одинаковый наружный диаметр.

8. Устройство для чистки скважины по п.1, отличающееся тем, что оно содержит центратор, по меньшей мере один, размещенный на полом штоке во второй секции.

9. Устройство для чистки скважины по п.8, отличающееся тем, что количество центраторов и место их размещения на полом штоке выбраны из условия обеспечения продольной жесткости устройства в рабочем положении.

10. Устройство для чистки скважины по п.1, отличающееся тем, что длина полого плунжера и длина его хода выбраны из условия обеспечения продольной жесткости устройства в рабочем положении.

11. Устройство для чистки скважины по п.1, отличающееся тем, что количество центраторов с местом их размещения на полом штоке и длина полого плунжера с длиной его хода выбраны из условия обеспечения продольной жесткости устройства в рабочем положении.

12. Устройство для чистки скважины по п.1, отличающееся тем, что его параметры определены с учетом соотношения:

Q=60kπr²Sn,

где

Q - необходимая производительность чистки скважины, м³/ч;

k - эмпирический коэффициент, зависящий от плотности материала пробки, образовавшейся в скважине в процессе ее эксплуатации (k=0,3-0,6);

π - число π, равное 3,14;

r - внутренний радиус устройства, м;

S - длина хода плунжера, м;

n - число полезных ходов плунжера в минуту.