ГИДРОМОНИТОРНАЯ НАСАДКА

Предложение относится к нефтяной промышленности, а именно к устройствам с использованием струи направленного действия, в частности при кислотной обработке призабойной зоны пластов добывающих и нагнетательных скважин.
Известна насадка гидромониторная (патент на ПМ RU №178909, МПК Е21В 37/04, опубл. 23.04.2018 в Бюл. №12) выполненная из монолитного корпуса, внутренняя часть которого образована трехступенчатой цилиндрической полостью разного диаметра и предназначена для прохода промывочной жидкости, причем в нижней части полости корпуса меньшего диаметра размещен поршень, содержащий промывочный канал, нижняя часть штока поршня выполнена под углом к горизонтали, в верхней части полости корпуса меньшего диаметра размещена упорная шайба, ограничивающая движение поршня внутри корпуса, на боковой поверхности нижней части корпуса имеются, по меньшей мере, три отверстия, расположенные под углом 45° к оси корпуса.
Недостатками данной насадки гидромониторной являются:
- во-первых, высокая металлоемкость, а также сложность изготовления и обслуживания, так как насадка гидромониторная имеет большое количество сложных точно сопрягаемых деталей;
- во-вторых, ограниченная область применения, так как насадка гидромониторная предназначена для работы преимущественно с рыхлыми породами пласта;
- в-третьих, обладает низкой эффективностью кислотной обработки призабойной зоны пласта из-за ограниченной площади охвата пласта гидромониторным воздействием.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидропескоструйный перфоратор для поинтервальной перфорации и гидравлического разрыва пласта (патент RU №2696035, МПК Е21В 43/114, опубл. 30.07.2017 г., бюл. №22), содержащий корпус с отверстиями, в которых установлены струйные насадки, размещенную в корпусе подвижную втулку и запорный элемент, в корпусе выполнены нижний и верхний ряды отверстий на расстоянии 0,05-0,1 м друг от друга, при этом в каждом ряду выполнено по два отверстия, расположенных в горизонтальной плоскости под углом 180° по отношению друг к другу, а в рядах отверстия расположены во взаимноперпендикулярных плоскостях, при этом снизу корпус снабжен присоединительной резьбой для пакерного оборудования, причем снаружи в верхней и нижней частях корпуса жестко установлены центраторы с переточными каналами, при этом снизу в корпус ввернуто стопорное кольцо, причем подвижная втулка, размещенная в корпусе, снабжена снизу наружной цилиндрической выборкой, а внутри - седлом под запорный элемент, при этом в исходном положении оба ряда отверстий корпуса, оснащенных струйными насадками, герметично изнутри перекрыты подвижной втулкой, закрепленной относительно корпуса срезным элементом, при этом срезной элемент ввернут в корпус и размещен в наружной цилиндрической выборке подвижной втулки, а в рабочем положении подвижная втулка имеет возможность осевого ограниченного перемещения относительно корпуса до упора в стопорное кольцо с открытием двух рядов отверстий, оснащенных струйными насадками, и фиксацией подвижной втулки относительно корпуса с помощью разрезного пружинного кольца. Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (центраторы, срезные элементы, пружинное и стопорное кольца);
- во-вторых, высокие затраты на изготовление (центраторы с переточными каналами, пружинные и стопорные кольца) и сборку устройства (установка пружинных и стопорных колец, срезного элемента, центраторов);
- в-третьих, низкая надежность работы устройства, связанная с высокой вероятность отказа устройства в работе из-за поломки пружинного кольца или преждевременного разрушения срезного элемента. Кроме того отсутствует возможность промывки устройства в процессе спуска его в скважину, что может привести к загрязнению внутренней пространства корпуса и, как следствие, отказу устройства в работе;
- в-четвертых, низкая эффективность кислотной обработки призабойной зоны пласта из-за ограниченной площади охвата пласта гидромониторным воздействием. Это связанно с тем, что в каждом из двух рядов выполнено по два отверстия, расположенных в горизонтальной плоскости под углом 180° по отношению друг к другу.
Техническими задачами полезной модели являются упрощение конструкции и снижение затрат на изготовление и сборку устройства, повышение надежности работы гидромониторной насадки, а также повышение эффективности обработки призабойной зоны пласта.
Поставленные задачи решаются гидромониторной насадкой, содержащей корпус с нижним и верхним рядами отверстий, в которых установлены струйные насадки, подвижную втулку, размещенную в корпусе и седло с запорным элементом.
Новым является то, что внутри корпуса концентрично установлен кольцевой цилиндр, жесткосоединенный с верхней частью корпуса, при этом в корпусе выполнена внутренняя цилиндрическая выборка, причем во внутреннюю цилиндрическую выборку корпуса установлена подвижная втулка, оснащенная нижней и верхней ступенями, при этом верхняя ступень подвижной втулки сверху снабжена наружным цилиндрическим выступом, причем подвижная втулка снизу подпружинена от нижнего торца внутренней цилиндрической выборки к нижнему торцу верхней ступени подвижной втулки, при этом в исходном положении подвижная втулка наружным цилиндрическим выступом взаимодействует в нижним торцом кольцевого цилиндра, причем верхний ряд отверстий перекрыт изнутри, а нижний ряд отверстий открыт, а в рабочем положении подвижная втулка имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз при достижении заданного значения давления жидкости в корпусе с открытием верхнего ряда отверстий и закачки жидкости одновременно через нижний и верхний ряды отверстий в соотношении объема закачки 50% на 50%, при этом количество отверстий в верхнем и нижнем рядах равны между собой и составляют от двух до восьми, причем нижний ряд отверстий радиально смещен относительно верхнего ряда отверстий на равноудаленный угол между отверстиями нижнего и верхнего рядов, а на седле размещен запорный элемент.
На фиг. 1 схематично изображен гидромониторная насадка в исходном положении.
На фиг. 2 схематично изображено сечение А-А гидромониторной насадки.
На фиг. 3 схематично изображен гидромониторная насадка в рабочем положении.
Гидромониторная насадка (см. фиг. 1 и 2) содержит корпус 1 с нижним рядом отверстий 2 и верхним рядом отверстий 3, в которых установлены струйные насадки 4, например, диаметром d=4,5 мм. Расстояние L между нижним рядом отверстий 2 и верхним рядом отверстий 3, например составляет L = 10 см = 0,1 м. Внутри корпуса 1 концентрично установлен кольцевой цилиндр 5. Кольцевой цилиндр 5 жестко соединен с верхней частью корпуса 1, например с помощью резьбового соединения 6. В корпусе 1 выполнена внутренняя цилиндрическая выборка 7.
Во внутреннюю цилиндрическую выборку 7 корпуса 1 установлена подвижная втулка 8, оснащенная нижней 9 и верхней 10 ступенями. Верхняя ступень 10 подвижной втулки 8 сверху снабжена наружным цилиндрическим выступом 11. Подвижная втулка 8 снизу подпружинена пружиной 12 от нижнего торца 13 внутренней цилиндрической выборки 7 к нижнему торцу 14 верхней ступени 10 подвижной втулки 8.
В исходном положении подвижная втулка 8 наружным цилиндрическим выступом 11 взаимодействует в нижним торцом 15 кольцевого цилиндра 5, при этом верхний ряд отверстий 3 перекрыт изнутри, а нижний ряд отверстий 2 открыт.
В рабочем положении подвижная втулка 8 имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз при достижении заданного значения давления жидкости в корпусе 1 с открытием верхнего ряда 3 отверстий и одновременной закачки жидкости через нижний ряд отверстий 2 и верхний ряд отверстий 3 в соотношении объема закачки 50% на 50%.
1
2
1
2
1
2
Площадь кольцевого поперечного сечения верхней ступени 10 подвижной втулки - напротив наружного цилиндрического выступа 11 - s больше площади кольцевого поперечного сечения нижней ступени 9 подвижной втулки - s, т.е. (s > s). Благодаря чему при достижении заданного значения давления (Р) жидкости в корпусе 1, например Р=22 МПа, происходит перемещение подвижной втулки 8 вниз относительно корпуса 1. Значение давления - Р подбирается опытным путем при стендовых испытаниях гидромониторной насадки путем изменения величин s и s, а также жесткости пружины 12. Эффект "поршневания" в процессе перемещения подвижной втулки 8 относительно корпуса 1 исключается технологическим отверстием 16.
Нижний ряд отверстий 2 радиально смещен относительно верхнего ряда отверстий 3 на равноудаленный угол между отверстиями 2 и 3, соответственно нижнего и верхнего рядов. Количество отверстий 2 и 3, соответственно, в верхнем и нижнем рядах равны между собой и составляют от двух до восьми. Например, количество отверстий 2 и 3, соответственно нижнего и верхнего рядов равны между собой и составляют по 6 штук в каждом ряду, тогда нижний ряд отверстий 2 радиально смещен на угол 30° относительно верхнего ряда отверстий 3. Если количество отверстий 2 и 3, соответственно нижнего и верхнего рядов равны между собой и составляют по 4 штуки в каждом ряду (см. фиг. 2), то тогда нижний ряд отверстий 2 радиально смещен на угол 45° относительно верхнего ряда отверстий 3.
Седло 16 выполнено в нижем конце корпуса 1. На седле 17 размещен запорный элемент 18, выполненный в виде шара. Запорный элемент 18 предназначен для промывки ствола скважины.
Уплотнительные элементы 19, 20 и 21 (см. фиг. 1) обеспечивают необходимую герметичность при работе гидромониторной насадки и предотвращают несанкционированные перетоки жидкости.
Гидромониторной насадки работает следующим образом.
Гидромониторная насадка в сборе как показано на фиг. 1 с помощью резьбы 22, выполненной на верхнем конце корпуса 1 соединяется с нижним концом колонны труб (на фиг. 1-3 не показано). В качестве колонны труб, например применяют колонну насосно-компрессорных труб наружным диаметром 73 мм по ГОСТ 633-80.
Гидромониторная насадка на колонне труб спускается в скважину в интервал обработки пласта, например для кислотного воздействия с целью обработки призабойной зоны карбонатных пород пласта (на фиг. 1-3 не показано).
В процесс спуска колонны труб в скважину жидкость, находящаяся в скважине (на фиг. 1-3 не показано) свободно перепускается из скважины во внутренне пространство 23 (см. фиг. 1) корпуса 1 за счет того, что запорный элемент 18 поднимается выше посадочного седла 17 под действием давления жидкости снизу. Кроме того, спуск гидромониторной насадки можно производить с периодической прямой, или обратной промывкой, т.е. закачкой промывочной жидкости с помощью насосного агрегата в трубное или затрубное пространство (на фиг. 1-3 не показано) скважины, сквозь посадочное седло 17 (см. фиг. 1). Это исключает загрязнение внутреннего пространства корпуса гидромониторной насадки, упрощает доставку гидромониторной насадки до забоя открытого ствола и повышает надежность работы устройства в скважине. Достигнув заданного интервала обработки продуктивного пласта спуск колонны труб с гидромониторной насадкой на конце останавливают. Во внутреннюю полость колоны труб бросают шар 18 (см. фиг. 1) и прямой циркуляцией жидкости составляют его до посадочного седла 17 (см. фиг. 1). Далее для обработки продуктивного пласта подбирают расход жидкости насосного агрегата (на фиг. 1 - 3 не показан) исходя из расхода жидкости не менее 2,5 л/с, определенного опытном путем на одну струйную насадку 4, как указано выше диаметром dH=4,5 мм. Учитывая, что количество струйных насадок в каждом ряду четыре (см. фиг. 3) то расход жидкости, создаваемый насосным(и) агрегатом(ами), должен(ны) быть не менее 2,5 л/с ⋅ 4⋅2 = 20 л/с.
Для обеспечения данного расхода может быть применены один или два насосных агрегата. На устье скважины верхний конец колонны труб обвязывается с насосным(и) агрегатом(ами), с помощью которого(ых) будет производится гидромониторная обработка пласта кислотой, обеспечивающим(и) расход при закачке жидкости не менее 20 л/с.
При кислотном воздействии в качестве жидкости применяется кислота, например, кислота соляная ингибированная 12-28% НС1, выпускаемая по ТУ2122-017-52257004-2008.
Далее с устья скважины по колонне труб начинают закачку кислоты. Кислота по колонне труб попадает во внутренне пространство 23 (см. фиг. 1), откуда через нижний ряд отверстий 2 на выходе из которых в корпусе 1 установлены струйные насадки 4.
Далее проводят гидромониторное воздействие на карбонатные породы пласта под давлением, например Р = 18,0 МПа через струйные насадки 4 нижнего ряда отверстий 2 в полном объеме закачки (100%), как указано выше с расходом 20 л/с.
1
2
По мере закачки кислоты повышают давление более 22,0 МПа, например до Р = 25,0 МПа. В результате повышения давления более 22 МПа во внутренней полости 23 (см. фиг. 1 и 3) корпуса 1 за счет разницы кольцевых поперечных сечений s > s (давление сверху больше давления снизу) подвижная втулка 8 перемещается вниз относительно корпуса 1, сжимая пружину 12.
Для обеспечения надежной работы гидромониторной насадки (подвижная втулка 8 не должна перекрывать нижний ряд отверстий 2 корпуса 1) в случае поломки пружины 12. Поэтому в исходном положении (см. фиг. 1) длина пружины - а должна быть меньше расстояния - b от нижнего торца нижней ступени 9 до нижнего ряда отверстий 2. Например: b = 6 см = 0, 06 м; а = 4 см = 0, 04 м, т.е. (а < b). Условие выполняется 0,04 м < 0,06 м.
При перемещении подвижной втулки 8 относительно корпуса 1 наружный цилиндрический выступ 11 (см. фиг. 3) подвижной втулки 8 выходит из взаимодействия с нижним торцом 15 кольцевого цилиндра 5, при этом образуется кольцевая камера 24, которая гидравлически сообщает внутренне пространство 23 корпуса 1 с верхним рядом отверстий 3. Далее продолжают закачивать оставшийся объем кислоты одновременно через нижний ряд отверстий 2 со струйными насадками 4 и верхний ряд отверстий 3 со струйными насадками 4 в соотношении объема закачки 50% на 50%.
В результате гидромониторного воздействия кислоты с породой карбонатного пласта протравливаются каверны в пласте напротив струйных насадок 4 нижнего ряда отверстий 2 и верхнего ряда отверстий 3 гидромониторной насадки.
По окончанию закачки заданного объема кислоты закачку прекращают. Вследствие отсутствия давления во внутреннем пространстве 23 корпуса 1 подвижная втулка 8 перемещаться вверх относительно корпуса 1 за счет возвратной силы пружину 12 и занимает исходное положение (см. фиг. 1), при этом подвижная втулка 8 наружным цилиндрическим выступом 11 вступает во взаимодействие с нижним торцом 15 кольцевого цилиндра 5 и перекрывает верхний ряд отверстий 3 изнутри.
Затем гидромониторную насадку перемещают в интервал следующего пласта, подлежащего кислотной обработке или извлекают из скважины.
По окончанию работ с гидромониторной насадкой устройство извлекается из скважины. Продукты реакции кислотного состава с карбонатной породой из пласта извлекаются последующим свабированием.
Предлагаемая гидромониторная насадка имеет простую конструкцию, состоящую из нескольких деталей. Благодаря простой конструкции устройства снижаются затраты на изготовление и сборку, что позволяет сэкономить материальные и финансовые средства.
Повышается надежность работы гидромониторной насадки, так как в конструкции отсутствуют детали (срезной винт, пружинное кольцо) преждевременная поломка и разрушение которых может привести к отказу устройства в работе.
Благодаря тому, что нижний ряд отверстий радиально смещен на угол 45° относительно верхнего ряда отверстий увеличивается площадь охвата обрабатываемого пласта гидромониторным воздействием, что позволяет повысить эффективность кислотной обработки призабойной зоны пласта.
Предлагаемая гидромониторная насадка:
- обладает простой конструкцией;
- позволяет снизить затраты на изготовление и сборку;
- повысить надежность работы;
- повысить эффективность гидромониторного воздействия на призабойную зону пласта.