УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПЛАСТА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к оборудованию для очистки призабойной зоны пласта путем гидродинамического воздействия.
Известно устройство для воздействия на призабойную зону скважины (А.С. СССР №1518491, МПК Е21В 43/00 опубл. 10.02.1988 г.), включающее полый корпус с уступом и переводником, установленную в корпусе втулку, подвижно размещенный в корпусе полый поршень и клапанный узел, которое для повышения надежности работы за счет исключения возможности ударных нагрузок на его элементы снабжено стаканом с радиальным и осевым каналами, размещенными в нижней части корпуса. В поршне выполнен радиальный сквозной канал, сообщающий полости над и под поршнем между собой, и осевой канал, сообщающий радиальный сквозной канал с поршневой полостью. При этом в корпусе выполнен канал для сообщения подпоршневой полости со скважинным пространством. Клапанный узел выполнен в виде пластины с конусным осевым отверстием, шаров и фиксатора, причем шары размещены между втулкой и пластиной с одной ее стороны и между уступом корпуса и пластиной с другой. Пластина размещена в радиальном сквозном канале поршня и перемещается под воздействием шаров, обеспечивая открытие и закрытие осевого канала. Данное устройство имеет достаточно сложную конструкцию, вследствие этого не обеспечивает необходимую надежность работы при многократном воздействии на пласт.
Известно устройство для проведения гидроударов на призабойную зону пласта «ИМПУЛЬС» (А.СССР №1716108, МПК Е21В 43/25 опубл 29.02.1992 г.), содержащее связанный с колонной труб полый корпус с пазами и радиальными каналами, установленную в корпусе подпружиненную
втулку в виде стакана с радиальными окнами и наружной кольцевой проточкой для шариков, образующих шариковый затвор, причем в нижней части втулки имеется седло для шара. В корпусе подвижно установлен кольцевой поршень, в теле которого имеется проточка для шариков, а также торированная пружина для обеспечения верхнего положения кольцевого поршня.
Недостатком известного устройства является малая эффективность воздействия на призабойную зону пласта, большая трудоемкость ввиду однократного воздействия и необходимости дополнительного спуска-подъема НКТ. Кроме того, для выноса веществ кальматации необходима отдельная операция типа свабирования.
Известно гидрударное устройство, содержащее нагнетательную и разрядную камеры, разделенные несколькими мембранами с отверстиями разных диаметров, уменьшающимися сверху вниз, которые последовательно перекрываются сбрасываемыми с поверхности шарами (Кудинов В.И., Сучков Б.М., Интенсификация добычи вязкой нефти из карбонатных коллекторов. - Самара: кн. Издательство, 1996-440 с (с 192-215).
Однако это устройство обеспечивает количество срабатываний, ограниченное количеством мембран, как правило, не более пяти. Кроме того при сбрасывании шара необходимо открыть устье скважины, при этом может возникнуть аварийная ситуация за счет неожиданного выброса газа.
Наиболее близким к предложенному является гидроимпульсное устройство в мобильной проходной установке для очистки призабойной зоны пласта (заявка №2006229566, МПК. Е21В 43/25 опубл 27.12.2007 г.) в виде аккумулятора давления, расположенного в самой нижней части глубинной установки и соединенного с гидроимпульсным насосом. Устройство содержит упругий шар, расположенный в калиброванном отверстии, соединяющем нагнетательную и разрядную камеры, выполняющий функцию упругого клапана, формирующего дополнительный гидроудар. В гидроимпульсном насосе имеется обратный клапан с запирающим элементом - стальным шаром,
сбрасываемым через полый шток на седло клапана после химической обработки скважины.
Недостатками прототипа являются сложность конструкции, наличие большого количества клапанов и отверстий малого диаметра, приводящих к сокращению ресурса безотказной работы и ухудшению условий эксплуатации.
Задачей полезной модели является повышение эффективности и качества обработки призабойной зоны пласта за счет обеспечения воздействия и выноса продуктов обработки и возможности создания многократных гидроударов за один подъем-спуск насосно-компрессорной трубы.
Поставленная задача решается устройством для гидродинамического воздействия на призабойную зону пласта, содержащим нагнетательную и разрядную камеры с отверстиями для потока жидкости, соединенные друг с другом каналом с расположенным в нем упругим шаром, выполненным из эластичного материала, в котором в отличие от прототипа канал выполнен цилиндрическим с прямым и обратным коническими седлами на концах с возможностью многократного перемещения через него упругого шара в обоих направлениях, при этом корпус разрядной камеры снабжен гидромониторными отверстиями, а внутри нее расположена подпружиненная втулка, также снабженная гидромониторными отверстиями и имеющая седло для шара в ее верхней части и пяту для упора в нижней части, причем свободный конец пружины соединен с основанием разрядной камеры, являющимся одновременно торцем корпуса инжекторного узла, содержащего коническое сопло и направляющую насадку, причем верхняя часть нагнетательной камеры снабжена защитной решеткой.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 и 2 изображена конструктивная схема устройства для гидродинамического воздействия на призабойную зону пласта при расположении шара соответственно в нагнетательной и разрядной камере.
Устройство содержит нагнетательную камеру 1, корпус которой соединен с корпусом разрядной камеры 2 с выполненными в нем гидромониторными отверстиями 3. Камеры соединены друг с другом цилиндрическим каналом 4, имеющим на концах прямое 5 и обратное 6 конические седла. Канал выполнен с возможностью прохождения через него в обоих направлениях упругого, из эластичного материала, шара 7. Внутри разрядной камеры расположена подпружиненная втулка 8 с выполненными в ней гидромониторными отверстиями 9, имеющая седло 10 для шара в ее верхней части и пяту для упора 11 в нижней части. Свободный конец пружины 12 соединен с основанием разрядной камеры, являющимся одновременно торцем корпуса инжекторного узла 13, содержащего цилиндрическое отверстие, коническое сопло 14, направляющую насадку 15 и амортизатор 16. На верхнюю часть нагнетательной камеры навернута муфта 17 с установленной в ней защитной решеткой 18.
Устройство работает следующим образом. Рабочая жидкость по насосно-компрессорным трубам поступает в корпус нагнетательной камеры 1 и силой давления жидкости запирает проходное сечение упругим шаром 7, работающим в данном случае как клапан, и способствующим созданию избыточного давления, формирующего импульсный гидравлический удар. При достижении расчетного давления, на которое откалибровано отверстие в корпусе нагнетательной камеры, резиновый шар под влиянием сил упругости начинает «течь» и принимает форму цилиндра, вдавленного в калиброванное цилиндрическое отверстие. При достижении шаром 7 разрядной камеры 2 происходит резкий сброс давления, и рабочая жидкость сквозь гидромониторные отверстия 3 и 9 создает гидравлические импульсы - «волну», а резиновый шар принимает свою исходную форму, при этом площадь сечения, на которую продолжает давить жидкость, увеличивается до сечения шара, и шар, упираясь в седло 10, продолжает двигаться вниз, сжимает пружину 12. Через 3,0-5,0 сек. достигается определенное равенство давлений в нагнетательной и разрядной камерах, в результате чего втулка 8 под действием сил
упругости пружины запирает упругим шаром калиброванное отверстие, прижимая шар к обратному коническому седлу 6 и способствуя подготовке следующей гидравлической волны, но с меньшей амплитудой. Замена пружины с другой силой упругости позволяет изменять равновесное давление в камере, что обеспечивает возможность применения устройства для скважин с различными пластовыми давлениями. Амортизатор 16 способствует поддержанию мелких пульсаций жидкости. Прямую прокачку жидкостью ведут до «чистой» воды из затрубного пространства скважины.
С целью перехода к следующему циклу устройство необходимо привести в исходное положение. Для этого в затрубное пространство скважины закачивается жидкость, которая поступает в разрядную камеру через сопло 14 инжекторного узла 13 и гидромониторные отверстия 3, 9, и шар 7 под воздействием давления закачиваемой жидкости перемещается через калиброванное отверстие в нагнетательную камеру. Защитная решетка 18 не дает ему выскочить вверх. При этом за счет инжекторного узла создается эффект всасывания жидкости. О прохождении резинового шара в нагнетательную камеру можно определить по снижению давления манометра на устье скважины. Последующие циклы гидродинамического удара повторяются в той же последовательности.
При обработке низкопроницаемого коллектора режим гидроударов инициируется созданием избыточного давления после прохождения шара в разрядную камеру при закрытом затрубном пространстве. После резкого прекращения режима нагнетания упругий элемент - шар под действием избыточного давления возвращается в камеру нагнетания, и при этом происходит депрессионное гидродинамическое воздействие на призабойную зону и пласт. Количество циклов нагнетания давления в насосно-компрессорную трубу и депрессий определяется с учетом гидродинамических характеристик скважины и характеристик коллектора.
Таким образом, эффект от применения предлагаемого устройства достигается за счет импульсных гидравлических ударов при непрерывно нисходящем
и восходящем потоке жидкости в относительно короткий промежуток времени. Созданные в результате направленного воздействия струями промывочной жидкости механические осадки, соли и т.п. выносятся восходящим потоком на поверхность. Для увеличения эффекта гидродинамического пульсирующего воздействия на призабойную зону в рабочую жидкость вносятся соответствующие химические реагенты, используемые при традиционных методах промывки. В результате действия гидравлической волны активизируются химические процессы, улучшается проникновение химического реагента в мелкие поры и малопроницаемые зоны коллектора, облегчается вынос продуктов химической реакции.
Предлагаемое устройство позволяет создавать высокоамплитудные пульсации (1-15) МПа непосредственно в обрабатываемой зоне при малом расходе жидкости, что приводит к образованию новых микротрещин, разрушению отложений на поверхности перфорационных каналов, при этом оно может приводиться в действие неограниченное число раз. Под воздействием упругих колебаний в пористой среде происходит разрушение глинистых включений, облегчается перенос частиц потоком жидкости по поровым каналам.
Конструктивные особенности предлагаемого пульсатора - проходной канал и упругий запирающий элемент, способный при избыточном давлении перемещаться в заданную зону, позволяют после завершения виброхимической обработки призабойной зоны пласта производить промывку скважины в прямом и обратном режиме. Эта особенность устройства дает возможность выноса продуктов реакции и кольматанта на поверхность без дополнительной спускоподъемной операции, что существенно повышает эффективность и качество обработки призабойной зоны пласта.