Устройство для промывки забоя скважины

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при капитальном и текущем ремонте скважин, связанных с очисткой забоя. Устройство содержит цилиндрический корпус с полостью, упорным кольцом и клапаном. Цилиндрический корпус имеет возможность присоединения к трубной колонне, при этом в упорном кольце корпуса выполнены гидромониторные каналы для гидравлического сообщения полости цилиндрического корпуса с затрубным пространством. Половина окружности нижнего торца цилиндрического корпуса выполнена в виде пилообразного рыхлителя, а другая половина оснащена косым срезом. В упорном кольце корпуса со стороны рыхлителя эксцентрично оси корпуса по окружности выполнены не менее двух гидромониторных каналов. В упорном кольце корпуса со стороны косого среза эксцентрично оси корпуса выполнено отверстие. В полости корпуса напротив отверстия установлен клапан, пропускающий снизу вверх и выполненный в виде клапанной клетки с шаром, установленным в отверстие упорного кольца. Клапанная клетка жестко закреплена к упорному кольцу. Повышается надежность и эффективность промывки. 3 ил.

 

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при капитальном и текущем ремонте нефтегазодобывающих и нагнетательных скважин, связанных с очисткой их забоя от песчаных и проппантовых пробок, пластовой грязи.

Известно устройство для промывки скважины (патент RU №2047740, МПК Е21В 37/00, опуб. 10.11.1995 г.), содержащее полый корпус с входным каналом, жестко прикрепленный к полому корпусу наконечник с осевым каналом и соосно с ним размещенный генератор гидродинамических импульсов, гидравлически связанный через осевой канал с входным каналом, при этом оно снабжено дополнительными генераторами гидродинамических импульсов, размещенными в наконечнике по окружности относительно осевого канала и гидравлически связанными с входным каналом, при этом каждый генератор гидродинамических импульсов выполнен в виде последовательно размещенных конфузора, критического отверстия и диффузора, причем устройство снабжено обтекателем, установленным в наконечнике, а на внутренней поверхности корпуса в зоне расположения обтекателя выполнен многозаходный винтовой канал, а многозаходный винтовой канал выполнен трехзаходным, причем в корпусе выполнены наклонные направляющие каналы, гидравлически связанные с входным каналом и конфузорами дополнительных генераторов.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во-вторых, сложность изготовления (конфузора, диффузора. многозаходного винтового канала и т.д.) и, соответственно, высокая стоимость готового изделия;

- в-третьих, низкая эффективность промывки при наличии на забое скважин твердых отложений.

Также известно устройство для очистки призабойной зоны скважины (а.с. SU №1790662, МПК Е21В 21/00, опуб. 23.01.1993 г.), содержащее колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), оборудованную обратными клапанами и перфорированным "пером" в нижней части. Спуск трубной колонны в скважину осуществляют с внедрением перфорированного пера в поверхность механических примесей. Промывочную жидкость подают в затрубное пространство скважины, разрушают механические примеси в скважине, например песчаную пробку, путем продольных механических колебаний колонны, а подъем промывочной жидкости с размытыми механическими примесями на поверхность осуществляют по трубной колонне.

Недостатками устройства являются:

- во-первых, малая эффективность разрушения неразмытых механических примесей, особенно в случае наличия в пробке твердых фаз;

- во-вторых, высокая аварийность данной технологической операции, связанная с протиранием эксплуатационной колонны и колонны НКТ в процессе механических колебаний последней, особенно в наклонно направленных скважинах с большим углом отклонения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для промывки забоя скважины (патент RU №2271433, МПК Е21В 21/00, опуб. 10.03.2006 г., бюл.7), содержащее цилиндрический корпус с полостью и клапаном, имеющий возможность присоединения к трубной колонне, при этом в корпусе выполнены торцевые и радиальные гидромониторные каналы для гидравлического сообщения указанной полости с затрубным пространством, расположенные под углом к оси корпуса, причем клапан выполнен в виде шторки, шарнирно связанной с упорным кольцом, герметично закрепленным внутри корпуса устройства, и имеющей возможность плотного ее прижатия к упорному кольцу при нагнетании промывочной жидкости в трубную колонну и ее открытия при нагнетании промывочной жидкости в затрубное пространство, при этом в шторке выполнены гидромониторные каналы, причем шторка выполнена из стальной пластины толщиной 12-15 мм, в которой выполнены один центральный гидромониторный канал и три гидромониторных канала, расположенные равномерно под углом 120° по окружности и направленные от оси наружу под углом 20° относительно оси корпуса, а диаметр гидромониторных каналов равен 4 мм, при этом в верхней части корпуса выполнены три радиальных гидромониторных канала, расположенных равномерно по окружности и направленных вверх - наружу под углом 25° относительно оси корпуса, причем в верхней части корпуса выполнена резьба для присоединения его к колонне насосно-компрессорных труб, а нижний торец корпуса выполнен пилообразным.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая надежность конструкции, связанная с тем, что клапан выполнен в виде шторки, шарнирно связанной с упорным кольцом, поэтому высока вероятность поломки шарнира и выхода из строя устройства;

- во-вторых, низкая эффективность промывки забоя скважины, что связанно с неплотной посадкой шторки на упорное кольцо, так как в процессе гидромониторного воздействия на вымываемую породу частицы песка оседают на сопрягаемой поверхности шторки и упорного кольца.

Технической задачей изобретения является повышения надежности работы устройства и эффективности промывки забоя скважины.

Поставленная техническая задача решается устройством для промывки забоя скважины, содержащим цилиндрический корпус с полостью, упорным кольцом и клапаном, причем цилиндрический корпус имеет возможность присоединения к трубной колонне, при этом в упорном кольце цилиндрического корпуса выполнены гидромониторные каналы для гидравлического сообщения полости цилиндрического корпуса с затрубным пространством.

Новым является то, что половина окружности нижнего торца цилиндрического корпуса выполнена в виде пилообразного рыхлителя, а другая половина нижнего торца цилиндрического корпуса оснащена косым срезом, при этом в упорном кольце цилиндрического корпуса со стороны пилообразного рыхлителя эксцентрично оси цилиндрического корпуса по окружности выполнены не менее двух гидромониторных каналов, а в упорном кольце цилиндрического корпуса со стороны косого среза эксцентрично оси цилиндрического корпуса выполнено отверстие, причем в полости цилиндрического корпуса напротив отверстия установлен клапан, пропускающий снизу вверх и выполненный в виде клапанной клетки с шаром, установленным в отверстие упорного кольца, причем клапанная клетка жестко закреплена к упорному кольцу.

На фиг.1 схематично в продольном разрезе показано устройство для промывки забоя скважины.

На фиг.2 изображен разрез А-А устройства.

На фиг.3 изображен вид сверху упорного кольца устройства.

Устройство для промывки забоя скважины содержит цилиндрический корпус 1 (см. фиг.1) с полостью 2, упорным кольцом 3 и клапаном 4.

Цилиндрический корпус 1 имеет возможность присоединения к трубной колонне 5, например к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ).

Одна половина окружности 6 (см. фиг.2) нижнего торца цилиндрического корпуса 1 (см. фиг.1) выполнена в виде пилообразного рыхлителя 7, а другая половина окружности нижнего торца цилиндрического корпуса 1 оснащена косым срезом 8.

В упорном кольце 3 цилиндрического корпуса 1 со стороны пилообразного рыхлителя 7 цилиндрического корпуса 1 по окружности 9 (см. фиг.3) выполнены не менее двух гидромониторных каналов, например четыре гидромониторных канала 10'; 10"; 10'"; 10"" диаметром d каждый. Минимум два гидромониторных канала необходимо для эффективного воздействия струй.

Гидромониторные каналы 10'; 10"; 10"'; 10"" гидравлически сообщают полость 2 (см. фиг.1) цилиндрического корпуса 1 с затрубным пространством 11.

В упорном кольце 3 (см. фиг.1 и 3) цилиндрического корпуса 1 со стороны косого среза 8 эксцентрично оси цилиндрического корпуса 1 выполнено отверстие 12 диаметром D. В полости 2 цилиндрического корпуса 1 напротив отверстия установлен клапан 4, пропускающий снизу вверх и выполненный в виде клапанной клетки 13 с шаром 14, установленным в отверстие 12 упорного кольца 3. Клапанная клетка 13 жестко закреплена к упорному кольцу 3. Диаметр цилиндрического корпуса 1 определяется конструкцией скважины и диаметром труб.

Площади проходных сечений отверстий d и D должны соответствовать следующему условию:

$$k\cdot n\cdot (\pi \cdot d^2/4<(\pi \cdot D^2/4),\text{ (1)}$$

где k - коэффициент, обеспечивающий гидромониторное воздействие на твердые отложения загрязнений через гидромониторные отверстия диаметром d. Опытным путем получено, что k=10-12, примем k=12;

d - гидромониторные каналы, например, диаметр d=4 мм;

n - количество гидромониторных каналов диаметром d, выполняемых в упорном кольце 3, например в упорном кольце по окружности выполняют четыре гидромониторных канала диаметром d;

D - диаметр отверстия, мм. Подставляя в условие (1) числовые значения определим минимальный диаметр отверстия 12 упорного кольца 3.

12- 4(3,14(4 мм)²/4)<(π·D₂/4),

602,88 мм<(π·D₂/4)

D>√(602,88 мм·4)/3,14

D>28 мм

Примем диаметр D отверстия 12 равным 30 мм.

Расположение гидромониторных каналов 10'; 10"; 10'"; 10"" по оси 9 упорного кольца 3 обусловлено тем, что максимальное воздействие гидромониторной струи жидкости приходится в интервал 15 воздействия пилообразного рыхлителя 7 на твердые отложения 16.

Принцип работы устройства основан на вращении цилиндрического корпуса 1, оснащенного снизу пилообразным рыхлителем 7 и на использовании струй высокого давления промывочной жидкости, что в совокупности приводит к разрушению и измельчению твердых отложений 16 (проппантовой, песчаной и т.п. пробок) в сочетании с удалением продуктов разрушения вымыванием обратной промывкой. Минимум два гидромониторных канала необходимо для эффективного воздействия струй высокого давления промывочной жидкости на твердые отложения 16 при воздействии на них пилообразным рыхлителем 7.

Устройство работает следующим образом.

Устройство (см. фиг.1) соединяют с колонной НКТ 5 посредством резьбы (на фиг.1, 2, 3 не показана), выполненной на верхнем конце цилиндрического корпуса 1, и опускают в промываемую скважину до твердых отложений 15, например песчаной пробки, которую необходимо разрушить.

Например, в скважину 17 с диаметром эксплуатационной колонны, равным 168 мм, спускают колонну НКТ 5 диаметром 89 мм и с диаметром цилиндрического корпуса 1, равным 118 мм, с косым срезом 8, например, под углом α=35° к его оси до упора в твердые отложения в интервале 1150 м.

Производят одновременное вращение колонны НКТ 5, например, по часовой стрелке со скоростью 20 об/мин и осуществляют закачку промывочной жидкости по колонне НКТ 5 в полость 2 цилиндрического корпуса 1 и гидромониторные каналы 10'; 10"; 10"'; 10"". В качестве промывочной жидкости, например, используют сточную воду плотностью 1100 кг/м³.

В результате струи промывочной жидкости, истекаемые из гидромониторных каналов 10'; 10"; 10"'; 10"" под высоким давлением, воздействуют в интервал 15 у пилообразного рыхлителя 7, эффективно разрушая твердые отложения 16.

Вращение колонны НКТ 5 производят, например, с помощью подвесного гидравлического ключа (на фиг.1, 2, 3 не показано) с устья скважины 17 (см. фиг.1). В процессе прокачки промывочной жидкости по колонне НКТ 5 клапан 4 закрыт, так как шар 14 прижат к отверстию 12 под действием давления промывочной жидкости в колонне НКТ 5. Наличие пилообразного рыхлителя 7 позволяет повысить эффективность промывки скважины 17 с твердыми отложениями 16 за счет рыхления твердых отложений 15 путем вращения колонны НКТ 5. Вращение колонны НКТ 5 с закачкой промывочной жидкости по колонне НКТ 5 2 продолжают до разгрузки на твердые отложения 16 скважины 17 веса колонны НКТ 5 на 15 кН, после чего прекращают вращение колонны НКТ 5 и закачку промывочной жидкости по колонне НКТ 5.

Например, вес подвески колонны НКТ 5 в скважине 17 перед упором в твердые отложения 16 составляет 100 кН, поэтому вращение колонны НКТ 5 и прокачку промывочной жидкости по колонне НКТ 5 продолжают до разгрузки на твердые отложения 16 скважины 17 веса подвески колонны НКТ 5 на 15 кН, т.е. при достижении веса подвески колонны НКТ 5, равного 85 кН, после чего процесс вращения колонны НКТ 5 и прокачку через нее промывочной жидкости прекращают. Изменение веса колонны НКТ 5 фиксируют по индикатору веса на подъемном агрегате (на фиг.1 и 2 не показано).

Разгрузка колонны НКТ 5 (см. фиг.1) на 15 кН позволяет избежать возможного прихвата пера в процессе промывки скважины 17.

Переключают направление промывки на обратное и производят закачку промывочной жидкости в затрубное пространство 11, например, с расходом 8 л/с под давлением, не превышающим допустимое на эксплуатационную колонну скважины 17, например под давлением 7 МПа, при допустимом давлении на эксплуатационную колонну 9 МПа производят подъем разрыхленного размытого шлама по колонне НКТ 5 до восстановления веса подвески колонны НКТ 5, т.е. до 100 кН.

В процессе закачки промывочной жидкости по затрубному пространству 11 скважины 17 клапан 4 открывается, так как шар 14 под действием напора промывочной жидкости поднимается вверх и прижимается к клапанной клетке 13, при этом размытый шлам с промывочной жидкостью перепускается снизу вверх через отверстие 12 большего диаметра и сквозь клапанную клетку 13 и полость 2 попадает в колонну НКТ 5, по которой поднимается на поверхность, размывая твердые отложения 16 и увлекая составляющие ее материалы.

После восстановления веса подвески колонны НКТ 5, т.е. до 100 кН, и появления «чистой» (прозрачной, без примесей песка и грязи) промывочной жидкости закачку промывочной жидкости в затрубное пространство 11 скважины 17 прекращают.

Далее последовательно повторяют технологические операции, как описано выше, начиная от одновременного вращения колонны НКТ 5 с закачкой промывочной жидкости по колонне НКТ 5 до восстановления веса колонны НКТ 5 при закачке промывочной жидкости через затрубное пространство 11 (обратная промывка) до полного удления твердых отложений 16.

Предлагаемое устройство для промывки забоя скважины позволяет повысить надежность работы устройства за счет более совершенной конструкции клапана в сравнении с прототипом (отсутствие шарнира исключает вероятность его поломки) и эффективности промывки забоя скважины, которая достигается за счет сочетания гидромониторной промывки с вращением цилиндрического корпуса, оснащенного снизу пилообразным рыхлителем.

Устройство для промывки забоя скважины, содержащее цилиндрический корпус с полостью, упорным кольцом и клапаном, причем цилиндрический корпус имеет возможность присоединения к трубной колонне, при этом в упорном кольце цилиндрического корпуса выполнены гидромониторные каналы для гидравлического сообщения полости цилиндрического корпуса с затрубным пространством, отличающееся тем, что половина окружности нижнего торца цилиндрического корпуса выполнена в виде пилообразного рыхлителя, а другая половина нижнего торца цилиндрического корпуса оснащена косым срезом, при этом в упорном кольце цилиндрического корпуса со стороны пилообразного рыхлителя эксцентрично оси цилиндрического корпуса по окружности выполнены не менее двух гидромониторных каналов, а в упорном кольце цилиндрического корпуса со стороны косого среза эксцентрично оси цилиндрического корпуса выполнено отверстие, причем в полости цилиндрического корпуса напротив отверстия установлен клапан, пропускающий снизу вверх и выполненный в виде клапанной клетки с шаром, установленным в отверстие упорного кольца, причем клапанная клетка жестко закреплена к упорному кольцу.