Насосно-вакуумное устройство для очистки скважины от песчаной пробки

Изобретение относится к эксплуатации и ремонту скважин и может быть использовано для очистки скважин от песчаных пробок и шлама с применением колтюбинговых труб в условиях аномально низких пластовых давлений. Обеспечивает повышение эффективности разрушения и выноса песчаной пробки с использованием колтюбинговых труб. Сущность изобретения: устройство состоит из струйного насоса, узла разобщения, включающего патрубок, коаксиально установленный в корпусе с образованием всасывающего кольцевого канала, верхний и нижний пакерующие элементы, расположенные на корпусе, и узла разрушения. Согласно изобретению струйный насос расположен над узлом разобщения и имеет всасывающую кольцевую полость. Патрубок в средней и нижней частях, а корпус в верхней и средней частях имеют радиальные циркуляционные отверстия. Трубы средней части корпуса соединены промежуточной опорной гайкой. Трубы патрубка и корпуса в верхней и нижней частях соединены верхней и нижней опорными гайками соответственно, имеющими радиальные отверстия с уклоном вверх в верхней опорной гайке и уклоном вниз в нижней опорной гайке относительно оси устройства. Верхняя опорная гайка установлена в гильзе с образованием между ними кольцевой полости. Верхние и нижние пакерующие элементы подпружинены и установлены над промежуточной опорной гайкой и нижней опорной гайкой соответственно. Струйный насос и узел разобщения имеют общую всасывающую вакуумную линию. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к эксплуатации и ремонту скважин и может быть использовано для очистки скважин от песчаных пробок и шлама с применением колтюбинговых труб в условиях аномально низких пластовых давлений (АНПД).

Анализ существующего уровня показал следующее:

известно устройство для промывки песчаных пробок, состоящее из узла разобщения, включающего патрубок, коаксиально установленный в корпусе, с образованием всасывающего кольцевого канала (кольцевой полости), верхний и нижний пакерующие элементы (эластичные манжеты), расположенные на корпусе, и узла разрушения, жестко связанных между собой и имеющих общий осевой гидравлический канал (см. а.с. №1081334 от 21.02.83 г. по кл. Е21В 21/00, опубл. в ОБ №11, 1984 г.). Устройство в качестве узла разрушения содержит наконечник или различные конструкции штуцеров и сопл.

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность разрушения и выноса песчаной пробки, обусловленная рядом причин:

- отсутствие в устройстве струйного насоса не позволяет снижать давление в подпакерной зоне ниже гидростатического, что приводит к поглощению промывочной жидкости и загрязнению продуктивного пласта и не обеспечивает вынос механических частиц на поверхность;

- жесткая связь пакерующих элементов с корпусом устройства не позволяет применять колтюбинговые трубы, так как при спуске устройства и дальнейшем его продвижении при разрушении песчаной пробки необходимо преодолеть большое усилие, возникающее при трении пакерующих элементов о стенки насосно-компрессорных труб (НКТ);

- при продвижении устройства происходит истирание пакерующих элементов, что не обеспечивает надежность пакеровки межтрубного пространства НКТ;

- использование гидромониторного эффекта струи жидкости обеспечивает разрушение только рыхлых песчаных пробок.

В качестве прототипа выбрано устройство для очистки песчаных пробок, описанное в способе промывки скважин (см. а.с. №106714 от 16.10.54 г. по кл. Е21В 21/00). Устройство состоит из струйного насоса, узла разобщения, включающего патрубок, коаксиально установленный в корпусе (сдвоенный кожух) с образованием всасывающего кольцевого канала (кольцевого пространства), верхний и нижний пакерующие элементы (самоуплотняющиеся манжеты), расположенные на корпусе, и узла разрушения, жестко связанных между собой и имеющих общий осевой гидравлический канал. В устройстве струйный насос расположен под узлом разобщения, а в качестве узла разрушения содержит сопла.

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность разрушения и выноса песчаной пробки, обусловленная рядом причин:

- струйный насос установлен под узлом разобщения, т.е. непосредственно погружен в песчаную пульпу, что может привести к забиванию каналов и прекращению его работы;

- неподвижность пакерующих элементов не позволяет применять устройство при работе с колтюбинговыми трубами, так как колтюбинговые трубы не позволяют создавать усилие, необходимое для преодоления сил трения пакерующих элементов о стенки НКТ, возникающих как при продвижении устройства на заданную глубину, так и в процессе разрушения песчаной пробки;

- истирание пакерующих элементов в процессе спуска насосно-компрессорных труб снижает надежность разобщения надпакерной и подпакерной зон;

- промывка песчаных пробок струей нагнетаемой жидкости обеспечивает разрушение только рыхлых песчаных пробок и не позволяет разрушать сцементированные песчаные пробки.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, обеспечивает повышение эффективности разрушения и выноса песчаной пробки с использованием колтюбинговых труб за счет:

- особой конструкции подвижных пакерующих элементов узла разобщения и гидравлических связей устройства, обеспечивающих постоянную герметизацию межтрубного пространства и передвижение устройства в процессе работы без трения о стенки НКТ;

- установки струйного насоса над узлом разобщения, в результате чего создается разряжение в подпакерной зоне и обеспечивается подсос песчаной смеси, улучшая условия транспорта шлама на поверхность;

- обеспечения гидромеханического воздействия на песчаную пробку.

Технический результат достигается с помощью известного устройства, состоящего из струйного насоса, узла разобщения, включающего патрубок, коаксиально установленный в корпусе с образованием всасывающего кольцевого канала, верхний и нижний пакерующие элементы, расположенные на корпусе, и узла разрушения, жестко связанных между собой и имеющих общий осевой гидравлический канал.

Согласно изобретению струйный насос расположен над узлом разобщения и имеет всасывающую кольцевую полость.

В узле разобщения патрубок и корпус выполнены разъемными, при этом патрубок в средней и нижней частях, а корпус в верхней и средней частях имеют радиальные циркуляционные отверстия, причем радиальные циркуляционные отверстия патрубка гидравлически связаны с общим осевым гидравлическим каналом устройства, а радиальные циркуляционные отверстия корпуса - с всасывающим кольцевым каналом. Трубы средней части корпуса соединены промежуточной опорной гайкой, трубы патрубка и корпуса в верхней и нижней частях соединены верхней и нижней опорными гайками соответственно, имеющими радиальные отверстия с уклоном вверх в верхней опорной гайке и уклоном вниз в нижней опорной гайке относительно оси устройства. Причем верхняя опорная гайка установлена в гильзе с образованием между ними кольцевой полости.

На корпусе на уровне его радиальных циркуляционных отверстий дополнительно установлены подпружиненные распределительные вакуумные втулки, каждая с внутренней кольцевой проточкой.

Верхние и нижние пакерующие элементы подпружинены и установлены над промежуточной опорной гайкой и нижней опорной гайкой соответственно. Каждый пакерующий элемент состоит из распределительной гильзы с посадочным выступом в верхней части под внутреннюю кольцевую проточку каждой распределительной вакуумной втулки. Каждая распределительная гильза имеет внутреннюю кольцевую проточку, соединенную с ее радиальными отверстиями и гидравлически связанную с радиальными циркуляционными отверстиями патрубка. На каждой распределительной гильзе закреплен с помощью верхней и нижней гаек уплотнитель, выполненный в виде цилиндра с наружным трапецеидальным ободом в средней части, над и под которым установлены разрезные якорные кольца.

Струйный насос и узел разобщения имеют общую всасывающую вакуумную линию, образованную всасывающей кольцевой полостью струйного насоса, кольцевой полостью, радиальными отверстиями с уклоном вверх относительно оси устройства, всасывающим кольцевым каналом и радиальными отверстиями с уклоном вниз относительно оси устройства узла разобщения.

Заявляемое изобретение в качестве узла разрушения содержит гидроударное устройство.

Струйный насос в верхней части жестко соединен с колтюбинговой трубой.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизны.

Анализ изобретательского уровня показал следующее: из источников патентной документации и научно-технической литературы нами не выявлены технические решения, имеющие в своей основе признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого технического решения. Достигаемый технический результат обусловлен неизвестными свойствами конструктивных элементов узла разобщения и гидравлическими связями устройства, обеспечивающими постоянную герметизацию межтрубного пространства и передвижение устройства в процессе работы без трения о стенки НКТ. Техническое решение явным образом не следует из уровня техники, т.е. соответствует условию изобретательского уровня.

Конструкция заявляемого устройства поясняется следующими чертежами:

на фиг.1 представлена принципиальная схема основных узлов насосно-вакуумного устройства для очистки скважины от песчаной пробки;

на фиг.2 представлена компоновка струйного насоса и узла разобщения, продольный разрез;

на фиг.3 представлен выносной элемент А верхнего пакерующего элемента.

Заявляемое устройство содержит струйный насос 1, узел разобщения 2 и узел разрушения 3, жестко связанные между собой и имеющие общий осевой гидравлический канал 4 (фиг.1). Струйный насос 1 имеет кольцевую полость 5. В нижней части струйный насос 1 жестко соединен с узлом разобщения 2 (фиг.2). Узел разобщения 2 содержит разъемный патрубок 6 с радиальными циркуляционными отверстиями 7, 8, выполненными в средней и нижней частях. Радиальные циркуляционные отверстия 7, 8 имеют гидравлическую связь с общим осевым гидравлическим каналом 4. Разъемный патрубок 6 коаксиально установлен в разъемном корпусе 9 с возможностью образования между ними всасывающего кольцевого канала 10. Разъемный корпус 9 в верхней и средней частях имеет радиальные циркуляционные отверстия 11, 12, гидравлически связанные с всасывающим кольцевым каналом 10. В средней части разъемный корпус 9 соединен промежуточной опорной гайкой 13. В верхней части разъемный патрубок 6 и разъемный корпус 9 жестко связаны верхней опорной гайкой 14, а в нижней части - нижней опорной гайкой 15. Верхняя опорная гайка 14 имеет радиальные отверстия 16, выполненные с уклоном вверх, а нижняя опорная гайка 12 - радиальные отверстия 17 с уклоном вниз относительно оси устройства. Верхняя опорная гайка 14 установлена в гильзе 18 с образованием между ними кольцевой полости 19. На разъемном корпусе 9 на уровне его радиальных циркуляционных отверстий 11, 12 установлены распределительные вакуумные втулки 20, 21, каждая с внутренней кольцевой проточкой 22, 23. Распределительные вакуумные втулки 20, 21 подпружинены пружинами 24, 25. На разъемном корпусе 9 над промежуточной опорной гайкой 13 и нижней опорной гайкой 15 установлены верхний и нижний пакерующие элементы, подпружиненные относительно полого разъемного корпуса 9 пружинами 26, 27. Верхний и нижний пакерующие элементы содержат распределительные гильзы 28, 29 (фиг.3). В верхней части распределительные гильзы 28, 29 имеют посадочные места 30, 31 под внутренние кольцевые проточки 22, 23 распределительных вакуумных втулок 20, 21. Распределительные гильзы 28, 29 имеют внутренние кольцевые проточки 32, 33 и радиальные отверстия 34, 35, гидравлически связанные с радиальными циркуляционными отверстиями 7, 8 разъемного патрубка 6. На распределительных гильзах 28, 29 с помощью верхних гаек 36, 37 и нижних гаек 38, 39 закреплены уплотнители 40, 41. Уплотнители 40, 41 выполнены в виде цилиндра с наружным трапецеидальным ободом в средней части, над и под которым установлены разрезные якорные кольца 42, 43. Струйный насос 1 и узел разобщения 2 имеют общую всасывающую вакуумную линию, образованную всасывающей кольцевой полостью 2 струйного насоса 1, кольцевой полостью 19, радиальными отверстиями 16 с уклоном вверх относительно оси устройства, всасывающим кольцевым каналом 10 и радиальными отверстиями 17 с уклоном вниз относительно оси устройства узла разобщения 2. В нижней части узел разобщения 2 жестко соединен с узлом разрушения 3, представленным в виде гидроударного устройства. Струйный насос 1 в верхней части жестко соединен с колтюбинговой трубой.

Промывка песчано-глинистых пробок является наиболее распространенным видом работ, который проводят в большинстве скважин месторождений, находящихся на поздней стадии эксплуатации. При этом широкое распространение получило использование мобильных колтюбинговых установок с безмуфтовыми длинномерными трубами. Основными проблемами, возникающими при промывке скважин на месторождениях с АНПД, являются поглощение промывочной жидкости в процессе ремонта и загрязнение продуктивного горизонта. Очистку призабойной зоны скважины от песчаных пробок с использованием колонны колтюбинговых труб проводят, как правило, промывкой забоя скважины различными жидкостями на водной или нефтяной основе с использованием насадок различной конструкции. Для снижения давления на пласт применяют промывку скважин с использованием пенных систем, при которых пена приготавливается на устье скважины в газожидкостном эжекторе и подается в колтюбинговую трубу. Однако при прокачке пены через колонну колтюбинговых труб возникают высокие гидравлические потери, обусловленные реологией пен, в результате чего гидромониторного эффекта струи и разгрузки колтюбинговых труб на забой для разрушения песчаной пробки недостаточно. Агрегат с колтюбинговыми трубами не позволяет осуществлять вращение инструмента, ввиду чего невозможно использовать буровое долото. Использование винтовых забойных двигателей для разбуривания песчаных пробок вызывает трудности из-за использования в качестве циркулирующего агента пенных систем. Кроме того, скорость восходящего потока в кольцевом пространстве не обеспечивает вынос шлама. Проблемы, возникающие в процессе проведения работ по удалению песчаных пробок, диктуют необходимость разработки новых специальных технологических подходов и технических средств для эффективного удаления песчаных пробок, одновременно позволяющих сохранить устойчивость продуктивного пласта и его коллекторские свойства. Поставленная задача решается за счет включения в компоновку низа колонны колтюбинговых труб насосно-вакуумного устройства, позволяющего создавать в призабойной зоне скважины депрессию на пласт, обеспечивать постоянную герметизацию межтрубного пространства с передвижением устройства без трения о стенки НКТ, существенно улучшить процесс разрушения песчаной пробки и вынос механических частиц на поверхность.

Устройство работает следующим образом.

Предлагаемое устройство проектируется, исходя из условий монтажа его в компоновке низа колонны колтюбинговых труб диаметром 38 мм, для работы в НКТ диаметром 114 мм, являющихся наиболее распространенными на объектах планируемого внедрения. К концу колтюбинговой трубы присоединяют компоновку, состоящую из струйного насоса, узла разобщения и узла разрушения. Собранное насосно-вакуумное устройство с использованием мобильной установки М-10 спускают в НКТ через колтюбинговый превентор на 10 м ниже уровня жидкости и выше песчаной пробки. В колонну колтюбинговых труб подают промывочную жидкость с расходом 4-6 л/с и давлением 35 МПа, обеспечивающим размыв песчаной пробки и превышение скорости восходящего потока в межтрубном пространстве над скоростью осаждения частиц песка в промывочной жидкости. Для генерации пены на забое в качестве рабочей жидкости используют пенообразующую жидкость, а в качестве газообразного агента используют пластовый газ, т.е. промывку проводят с использованием энергии пласта. Использование энергии пластового газа интенсифицирует процесс разрушения песчаной пробки и улучшает очистку призабойной зоны пласта. Генерация пены на забое позволяет увеличить подачу промывочной жидкости в колонну колтюбинговых труб, обеспечить эффективную работу гидроударного устройства, улучшить условия транспорта шлама на поверхность, снижает давление столба жидкости над устройством и облегчает условия его работы. Давление промывочной жидкости через общий осевой гидравлический канал 4, радиальные циркуляционные отверстия 7, 8 разъемного патрубка 6, внутренние кольцевые проточки 32, 33 и радиальные отверстия 34, 35 распределительных гильз 28, 29 передается на уплотнители 40, 41 верхнего и нижнего пакерующих элементов. Уплотнители 40, 41 выдавливаются с разрезными якорными кольцами 42, 43 в межтрубное пространство НКТ, в результате чего происходит пакеровка. При этом разрезные якорные кольца 42, 43 фиксируются в НКТ, и верхний и нижний пакерующие элементы остаются неподвижными. При продвижении колтюбинговой трубы вниз разъемный патрубок 6, разъемный корпус 9 с верхней опорной гайкой 14, промежуточной опорной гайкой 13, нижней опорной гайкой 15 опускаются, сжимая пружины 26, 27. При этом распределительная вакуумная втулка 20 садится на посадочное место 30 распределительной гильзы 28 верхнего пакерующего элемента. При дальнейшем опускании радиальные циркуляционные отверстия 11 разъемного корпуса 9 совмещаются с внутренней кольцевой проточкой 32 и радиальными отверстиями 34 распределительной гильзы 28 верхнего пакерующего элемента, в результате чего давление в верхнем пакерующем элементе сбрасывается во всасывающий кольцевой канал 10, верхний пакерующий элемент распакеровывается и под действием пружины 26 перемещается вниз до промежуточной опорной гайки 13 разъемного корпуса 9. Под действием давления промывочной жидкости верхний пакерующий элемент опять пакеруется и остается неподвижным. Дальнейшее опускание приводит к посадке распределительной вакуумной втулки 21 на посадочное место 31 распределительной гильзы 29 нижнего пакерующего элемента. Происходит совмещение радиальных циркуляционных отверстий 12 разъемного корпуса 9 с внутренней кольцевой проточкой 33 и радиальными отверстиями 35 распределительной гильзы 29 нижнего пакерующего элемента, в результате чего давление в нижнем пакерующем элементе сбрасывается во всасывающий кольцевой канал 10, нижний пакерующий элемент распакеровывается и под действием пружины 27 перемещается вниз до нижней опорной гайки 15. Под действием давления промывочной жидкости нижний пакерующий элемент опять пакеруется и остается неподвижным. Процесс повторяется, обеспечивая таким образом постоянную герметизацию межтрубного пространства при продвижении устройства без трения о стенки НКТ. При достижении нижнего торца гидроударного устройства песчаной пробки устройство включается в работу, разрушая песчаную пробку. Разрушенная песчаная пробка через общую всасывающую вакуумную линию и далее межтрубное пространство НКТ выносится на поверхность. Постоянная герметизация межтрубного пространства НКТ и разряжение, создаваемое струйным насосом, способствуют подсосу газожидкостной среды, создавая условие для лучшего выноса механических частиц.

Таким образом, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию промышленная применимость.

Предлагаемое изобретение соответствует условию патентоспособности, так как является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.

1. Насосно-вакуумное устройство для очистки скважины от песчаной пробки, состоящее из струйного насоса, узла разобщения, включающего патрубок, коаксиально установленный в корпусе с образованием всасывающего кольцевого канала, верхний и нижний пакерующие элементы, расположенные на корпусе, и узла разрушения, жестко связанных между собой и имеющих общий осевой гидравлический канал, отличающееся тем, что струйный насос расположен над узлом разобщения и имеет всасывающую кольцевую полость, а в узле разобщения патрубок и корпус выполнены разъемными, при этом патрубок в средней и нижней частях, а корпус в верхней и средней частях имеют радиальные циркуляционные отверстия, причем радиальные циркуляционные отверстия патрубка гидравлически связаны с общим осевым гидравлическим каналом устройства, а радиальные циркуляционные отверстия корпуса - с всасывающим кольцевым каналом, при этом трубы средней части корпуса соединены промежуточной опорной гайкой, трубы патрубка и корпуса в верхней и нижней частях соединены верхней и нижней опорными гайками соответственно, имеющими радиальные отверстия с уклоном вверх в верхней опорной гайке и уклоном вниз в нижней опорной гайке относительно оси устройства, причем верхняя опорная гайка установлена в гильзе с образованием между ними кольцевой полости, а на корпусе на уровне его радиальных циркуляционных отверстий дополнительно установлены подпружиненные распределительные вакуумные втулки каждая с внутренней кольцевой проточкой, при этом верхние и нижние пакерующие элементы подпружинены и установлены над промежуточной опорной гайкой и нижней опорной гайкой соответственно, а каждый пакерующий элемент состоит из распределительной гильзы с посадочным местом в верхней части под внутреннюю кольцевую проточку каждой распределительной вакуумной втулки и имеющей внутреннюю кольцевую проточку, соединенную с ее радиальными отверстиями и гидравлически связанную с радиальными циркуляционными отверстиями патрубка, на которой закреплен с помощью верхней и нижней гаек уплотнитель, выполненный в виде цилиндра с наружным трапецеидальным ободом в средней части, над и под которым установлены разрезные якорные кольца, при этом струйный насос и узел разобщения имеют общую всасывающую вакуумную линию, образованную всасывающей кольцевой полостью струйного насоса, кольцевой полостью, радиальными отверстиями с уклоном вверх относительно оси устройства, всасывающим кольцевым каналом и радиальными отверстиями с уклоном вниз относительно оси устройства узла разобщения.

2. Насосно-вакуумное устройство для очистки скважины от песчаной пробки по п.1, отличающееся тем, что в качестве узла разрушения содержит гидроударное устройство.

3. Насосно-вакуумное устройство для очистки скважины от песчаной пробки по п.1, отличающееся тем, что струйный насос в верхней части жестко соединен с колтюбинговой трубой.