Способ комплексного воздействия на продуктивный пласт и устройство для его осуществления

Предлагаемое изобретение относится к отраслям добывающей промышленности, связанным с добычей флюида из скважин, и может быть использовано для повышения нефтеотдачи пластов при эксплуатации нефтяных скважин. Обеспечивает повышение нефтеотдачи путем комплексного воздействия на продуктивный пласт. Способ включает установку и закрепление в обсаженной скважине устройство, включающее цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный в нем с возможностью осевого перемещения ступенчатый плунжер с нагнетательным клапаном. При возвратно-поступательном перемещении плунжера производят периодическое депрессионное воздействие на пласт и откачку жидкости путем изменения давления в подплунжерной камере. Дополнительно осуществляют волновое воздействие на пласт. Откачку жидкости, депрессионное и волновое воздействие осуществляют за время одного цикла возвратно-поступательного перемещения плунжера. Устройство дополнительно снабжено установленным на цилиндре с образованием замкнутой кольцевой камеры кожухом и установленным на кожухе пакером. В нижней части цилиндра установлен дополнительный клапан, периодически сообщающий подплунжерную камеру с продуктивным пластом под воздействием перемещения плунжера. В боковой стенке цилиндра выполнены окна, периодически сообщающие замкнутую кольцевую камеру с межтрубным пространством. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к отраслям добывающей промышленности, связанным с добычей флюида из скважин, и может быть использовано для повышения нефтеотдачи пластов при эксплуатации нефтяных скважин.

Известны способы повышения нефтеотдачи путем волнового воздействия на продуктивный пласт, например, по патенту РФ №2136851 (МПК 6 Е21В 43/00, опубл. 10.09.1999). В данном способе используются динамические эффекты, связанные с работой погружных штанговых насосов. При возвратно-поступательном движении плунжера насоса под действием внешнего, расположенного на устье скважины привода, например станка-качалки, происходит изменение амплитудных значений действующего на забой скважины усилия, преобразуемого в упругие колебания пласта, обеспечивающие увеличение нефтеотдачи.

Недостаток известного технического решения заключается в том, что он позволяет осуществлять только волновое воздействие на продуктивный пласт, причем мощность создаваемых упругих колебаний ограничена разницей давлений в насосно-компрессорных трубах и забойной зоне, что при реальных параметрах используемого оборудования составляет только доли от забойного давления.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ освоения и эксплуатации нефтяных, газовых, водозаборных и нагнетательных скважин с использованием скважинного штангового насоса по патенту РФ №2138620 (МПК 6 Е21В 43/00, опубл. 27.09.1999). Известный способ позволяет осуществлять одним устройством имплозионное воздействие на продуктивный пласт и откачку жидкости.

Недостатком данного способа является то, что режимы имплозионного воздействия и откачки жидкости осуществляются раздельно и требуют переналадки оборудования, а именно изменения точки подвеса колонны штанг.

Известна установка для имплозионного воздействия на залежь по патенту РФ №2140533 (МПК 6 Е21В 43/25, опубл. 27.10.1999), включающая установленную в скважине колонну насосно-компрессорных труб с цилиндром, размещенный в цилиндре плунжер с обратным клапаном, связанный через тягу с плунжером станок-качалку. На цилиндре или в его полости установлена с возможностью возвратно-поступательного движения заглушка, выполненная, например, в виде стакана.

Использование установки по патенту РФ №2140533 позволяет осуществлять только импульсное воздействие на продуктивный пласт.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является скважинный штанговый насос по патенту РФ №2138620 (МПК 6 Е21В 43/00, опубл. 27.09.1999), включающий цилиндр с всасывающим клапаном и перегородкой с отверстиями, плунжер с нагнетательным клапаном, подвижная часть которого снабжена ступенчатым хвостовиком со сквозным осевым каналом и дополнительным нагнетательным клапаном. Толстая часть ступенчатого хвостовика и перегородка цилиндра выполнены в виде золотниковой пары.

Устройство по патенту РФ №2138620 позволяет использовать насос не только для откачки скважинных флюидов, но и для имплозионного воздействия на пласт.

Недостатком известного устройства так же, как и способов, для реализации которых оно используется, является необходимость переналадки оборудования для осуществления различных режимов, а также ограниченная мощность создаваемых упругих колебаний.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в повышении нефтеотдачи путем комплексного воздействия на продуктивный пласт.

Поставленная задача решается тем, что в способе комплексного воздействия на продуктивный пласт, включающем установку и закрепление в обсаженной скважине плунжерной пары, включающей цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения плунжер с нагнетательным клапаном, периодическое депрессионное воздействие на пласт и откачку жидкости путем изменения давления в подплунжерной камере при возвратно-поступательном перемещении плунжера, дополнительно осуществляют волновое воздействие на пласт, причем откачку жидкости, депрессионное и волновое воздействие осуществляют за время одного цикла возвратно-поступательного перемещения плунжера.

Приведенная последовательность операций позволяет существенно повысить нефтеотдачу продуктивного пласта за счет повышения эффективности депрессионного воздействия на пласт при его резком сообщении с подплунжерной камерой, обладающей в момент воздействия максимальным объемом при пониженном за счет разрежения давлении, а волновое воздействие осуществляют подачей жидкости из межтрубного пространства во всасывающую камеру, находящуюся также под пониженным давлением.

Целесообразно откачку жидкости осуществлять при ходе плунжера вверх, депрессионное воздействие - в конце хода плунжера вверх, а волновое воздействие - при ходе плунжера вниз.

Откачка жидкости при ходе плунжера вверх позволяет максимально использовать энергетические возможности станка-качалки, а волновое воздействие при ходе плунжера вниз позволяет исключить динамические нагрузки на станок-качалку, что существенно повышает долговечность и надежность оборудования.

Предлагаемое для реализации способа комплексного воздействия на продуктивный пласт устройство включает цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный в нем с возможностью осевого перемещения ступенчатый плунжер с нагнетательным клапаном. Дополнительно предлагаемое устройство снабжено установленным на цилиндре с образованием замкнутой кольцевой камеры кожухом и установленным на кожухе пакером. В нижней части цилиндра установлен дополнительный клапан, периодически сообщающий подплунжерную камеру с продуктивным пластом под воздействием перемещения плунжера, а в боковой стенке цилиндра выполнены окна, периодически сообщающие замкнутую кольцевую камеру с межтрубным пространством.

Предлагаемая конструкция позволит совместить функции всасывающей и импульсно-волновой камер, эффективно использовать потенциальную энергию столба жидкости в межтрубном пространстве. При этом обеспечивается четкая последовательность операций по откачке жидкости, депрессионному воздействию на пласт и волновому воздействию за один цикл возвратно-поступательного перемещения плунжера.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство для комплексного воздействия на продуктивный пласт, на фиг.2 - графики изменения давления в камерах при движении плунжера за один цикл.

Устройство для комплексного волнового воздействия на продуктивный пласт включает в себя установленный в скважине цилиндр 1 и размещенный внутри цилиндра с возможностью осевого перемещения ступенчатый плунжер 2 со сквозным продольным каналом. На цилиндре 1 установлен с образованием замкнутой всасывающей камеры 3 закрытый снизу кожух 4. Всасывающий клапан 5 и дополнительный клапан 6 установлены в нижней части цилиндра 1, а на его боковой поверхности выполнены окна 7, периодически сообщающие камеру 3 с межтрубным пространством 8. Плунжер 2 снабжен нагнетательным клапаном 9. На кожухе 4 установлен пакер 10. Клапан 6 кинематически, например, тягой (не показана) связан с плунжером 2 и срабатывает под действием возвратно-поступательного перемещения последнего.

Реализация предлагаемого способа и работа устройства осуществляются следующим образом.

В обсаженную скважину 13 (фиг.1) на насосно-компрессорных трубах (НКТ) (фиг.1) опускают цилиндр 1 с плунжером 2 и кожухом 4. Пакером 10 изолируют устройство от продуктивного пласта. Плунжер 2 соединяют с внешним приводом возвратно-поступательного движения, например станком-качалкой. Скважину заполняют жидкостью на высоту Н_ж.

Характер перемещения h плунжера (сплошная линия) и изменения давлений Р_i в камерах за время t_ц показан на графиках фиг.2, где Р_i - давление в i-ой камере, Р_n - пластовое давление, h₀ - ход плунжера от крайнего нижего положения до момента закрытия окна 7.

В исходном состоянии плунжер 2 находится в крайнем нижнем положении. Давление жидкости в межтрубном пространстве 8 постоянно и равно ρgH_ж, а давление в надплунжерной камере 11 также постоянно и равно ρgH_нкт+Р_в, где ρ - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения, Н_ж - высота столба жидкости в скважине, Н_нкт - высота столба жидкости в насосно-компрессорных трубах, Р_в - давление в выкидной линии.

В начале движения плунжера 2 вверх под действием привода замкнутая камера 3 через боковые окна 7 цилиндра 1 сообщена с межтрубным пространством 8 и через клапан 5 с подплунжерной камерой 12. Соответственно в начале движения плунжера 2 вверх давление в указанных камерах одинаково, а жидкость из НКТ при движении плунжера 2 вверх вытесняется в выкидную линию и происходит ее откачка. В момент перекрытия плунжером 2 окон 7 сообщение кольцевой камеры 3 с межтрубным пространством 8 прекращается и при дальнейшем движении плунжера вверх давление в камерах 12 и 3 снижается за счет разрежения. В конце хода плунжера 2 вверх дополнительный клапан 6 открывается за счет кинематической связи с плунжером и происходит депрессионное воздействие на продуктивный пласт с импульсом I_g. При начале движения плунжера 2 вниз открывается нагнетательный клапан 9, при этом давление в камере 12 скачкообразно увеличивается до величины Р₁₁ - давления в камере 11. Под действием разницы давлений в камерах 3 и 12 всасывающий клапан 5 закрывается. При дальнейшем движении плунжера 2 вниз закрывается дополнительный клапан 6. При этом давление в камере 3 не изменяется. Давление в подплунжерной камере 12 также постоянно и равно давлению Р₁₁ в надплунжерной камере 11. В момент открытия окон 7 происходит сообщение камеры 3 с межтрубным пространством 8, клапан 5 открывается. Давление в камерах 3 и 12 скачкообразно увеличивается и происходит удар струи жидкости по нижним торцам кожуха 4 и цилиндра 1. Возникающая при этом сила передается на продуктивный пласт, вызывая в нем волновые колебания с импульсом I_в.

После достижения плунжером 2 крайнего нижнего положения цикл повторяется.

1. Способ комплексного воздействия на продуктивный пласт, включающий установку и закрепление в обсаженной скважине плунжерной пары, включающей цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения плунжер с нагнетательным клапаном, периодическое депрессионное воздействие на пласт и откачку жидкости путем изменения давления в подплунжерной камере при возвратно-поступательном перемещении плунжера, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют волновое воздействие на пласт, причем откачку жидкости, депрессионное и волновое воздействие осуществляют за время одного цикла возвратно-поступательного перемещения плунжера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что откачку жидкости осуществляют при ходе плунжера вверх, депрессионное воздействие - в конце хода плунжера вверх, а волновое воздействие - при ходе плунжера вниз.

3. Устройство для комплексного воздействия на продуктивный пласт, включающее цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный в нем с возможностью осевого перемещения ступенчатый плунжер с нагнетательным клапаном, отличающееся тем, оно дополнительно снабжено установленным на цилиндре с образованием замкнутой кольцевой камеры кожухом и установленным на кожухе пакером, в нижней части цилиндра установлен дополнительный клапан, периодически сообщающий подплунжерную камеру с продуктивным пластом под воздействием перемещения плунжера, а в боковой стенке цилиндра выполнены окна, периодически сообщающие замкнутую кольцевую камеру с межтрубным пространством.