УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОКРАТНОГО ГИДРОИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА
DEVICE FOR MULTIPLE HYDROIMPULSIVE IMPACT ON BOTTOM-HOLE ZONE OF PRODUCING FORMATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для многократного гидроимпульсного воздействия на призабойную зону продуктивного пласта, и может быть использовано с целью повышения ее проницаемости.
Известно устройство для многократного гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта (см. описание изобретения к патенту 2299306, МПК Е21В 28/00, Е21В 43/26, Е21В 34/06 от 10.04.04). Устройство содержит прикрепленную к нижней части насосно-компрессорных труб имплозионную камеру с установленным в ее объеме плунжером, выполненную с окнами в ее верхней расширенной части, а также содержит соединенный с имплозионной камерой, в нижней ее части, стакан с окнами и с подпружиненным клапаном, перекрывающим зону соединения имплозионной камеры и стакана, клапан выполнен с направляющим средством, корректирующим направление движения потока, исходящего из имплозионной камеры, и обеспечивающим его движение в сторону окон. Плунжер с помощью лебедки опускается на канате в объем имплозионной камеры, и при перемещении плунжера создаются импульс депрессии и импульсы давления.
Устройство можно использовать только при фонтанной эксплуатации, а при спущенном глубинном насосе проводить воздействие на призабойную зону данным устройством становится проблематично.
Наиболее близко к достигаемому результату и по совокупности признаков является устройство для обработки призабойной зоны скважин (Р.А.Храмов, М.Н.Персиянцев Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений ОАО «Оренбургнефть»ж М.: - Недра, - 1999 г. - стр.331-333).
Устройство для обработки призабойной зоны скважины содержит полый корпус с радиальными каналами, перегородку с осевым отверстием и патрубком, образующие камеру, связанный с корпусом переводник с седлом, подвижно размещенный в патрубке ступенчатый полый поршень, шаровой клапан, кольцевой подпружиненный клапан, установленный в ступенчатом полом поршне перепускной клапан.
Недостатком данного устройства является то, что для проведения воздействия на пласт необходимы дополнительные работы по аккумуляции давления, кроме того, недостаточно обеспечивается надежная работа деталей устройства из-за влияния скважинной жидкости на детали устройства.
Заявленным изобретением решается задача разработки устройства по проведению многократного гидроимпульсного воздействия на продуктивной пласт скважины и аккумуляции давления для его проведения. При этом в качестве аккумулятора давления используется результат работы обратного клапана, функции которого выполняет данное устройство.
Кроме того, решается задача разработки устройства, универсально встраиваемого в компоновки при различных способах добычи нефти, и повышения надежности работы устройства и защиты от влияния скважинной жидкости.
Поставленная задача решена тем, что в устройстве для многократного гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, содержащем полый корпус с радиальными каналами, перегородку с осевым отверстием и патрубком, образующие камеру, связанный с корпусом переводник с седлом, подвижно размещенный в патрубке ступенчатый полый поршень, шаровой клапан, кольцевой подпружиненный клапан, установленный в ступенчатом полом поршне перепускной клапан, согласно изобретению дополнительно на седло переводника установлен упор с подпружиненной опорной площадкой, ниже перегородки герметично установлена относительно корпуса клапанная клетка шарового клапана с радиальными и верхними угловыми каналами, которая жестко связана со ступенчатым полым поршнем и выполнена с возможностью взаимодействия шарового клапана в нижнем положении с упором, в камере ниже ступенчатого полого поршня установлена возвратная пружина, подпружиненный кольцевой клапан выполнен с возможностью взаимодействия с корпусом при приближении шарового клапана к упору и герметично размещен в полости ступенчатого полого поршня, в ступенчатом полом поршне выполнен канал, который установлен с возможностью сообщения выхода жидкости с кольцевого подпружиненного клапана с областью камеры над ступенчатым полым поршнем, а камера выполнена герметично и заполнена нейтральной жидкостью.
Устройство также может быть выполнено в форме усеченного однополостного гиперболоида с конической полостью и имеет сквозные угловые отверстия и сквозное осевое отверстие, в котором размещен стержень с регулировочной гайкой, стержень жестко связан с опорный площадкой, а регулировочная гайка установлена с возможностью ограничения осевого перемещения опорной подпружиненной площадки.
Устройство может также иметь паз в части меньшего диаметра ступенчатого полого поршня. В позу жестко с патрубком корпуса установлена упорная пластина с возможностью перемещения ступенчатого полого поршня и взаимодействия с кольцевым подпружиненным клапаном при приближении шарового клапана к упору.
Устройство также может быть выполнено в верхней части корпуса в форме конуса с выступом.
Переводник устройства также может быть оснащен посадочным местом для возможности герметичной посадки устройства с насосно-компрессорными трубами, а ниже посадочного места установлен фильтр в виде сквозных радиальных каналов.
В нижней части переводника может быть дополнительно установлен подпружиненный поршень с седлом и ниже седла поршня выполнены сквозные каналы большего диаметра с возможностью их перекрытия подпружиненным поршнем в крайнем верхнем положении.
Установленный в седло переводника упор с подпружиненной площадкой, герметично установленная относительно корпуса клапанная клетка шарового клапана с радиальными и верхними угловыми каналами, которая жестко связана со ступенчатым полым поршнем и выполнена с возможностью взаимодействия шарового клапана в нижнем положении с упором, установленная в камере возвратная пружина для возможности перемещения ступенчатого полого поршня в крайнее верхнее положение и подпружиненный кольцевой клапан, размещенный в полости ступенчатого полого поршня и выполненный с возможностью взаимодействия с корпусом при приближении шарового клапана к упору, позволяют провести аккумуляцию давления и провести многократное гидроимпульсное воздействие на пласт и сократить размеры устройства в диаметре настолько, что дает возможность выполнить его извлекаемым без подъема подземного оборудования.
Выполненный в ступенчатом поршне канал, сообщающий выход с кольцевого клапана с областью пониженного давления камеры, и герметично выполненная и заполненная нейтральной жидкостью камера позволяют отделить находящиеся в ней элементы от пластовой жидкости и обеспечить их надежную работу.
Упор, выполненный в форме усеченного однополосного гиперболоида с конической полостью с сквозными угловыми и осевым отверстиями, размещенный в осевом отверстии стержень, жестко связанный с опорной площадкой регулировочной гайкой, которая установлена с возможностью ограничения перемещения опорной подпружиненной площадки, позволяют выполнить предпочтительной вариант взаимодействия шарового клапана в нижнем положении с упором и снизить гидравлическое сопротивление при прохождении жидкости через упор.
Выполненный в меньшей части диаметра ступенчатого поршня паз, в котором жестко с патрубком корпуса установлена упорная пластина с возможностью перемещения в пазу ступенчатого поршня и взаимодействия с кольцевым клапаном при приближении шарового клапана к упору, позволяет выполнить наиболее предпочтительный вариант взаимодействия кольцевого клапана с корпусом для создания импульса давления и реализует эффект мгновенности проведения импульса давления и расхода.
Выполненный в верхней части корпус в форме конуса с выступом позволяет произвести центровку ловильного инструмента и захват устройства за выступы и поднять устройство на поверхность без подъема подземного оборудования, то есть выполнить устройство в извлекаемом варианте.
Оснащенный посадочным местом переводник для возможности герметичной посадки устройства с насосно-компрессорными трубами позволяет провести герметичную посадку устройства при сбросе его с поверхности скважины после извлечения. А установленный ниже посадочного места фильтр в виде сквозных радиальных каналов позволяет увеличить межремонтный период работы глубинного насоса из осложненных скважин, в продукции которых имеется повышенное содержание мехпримесей.
Дополнительно установленный в нижней части переводника подпружиненный поршень с седлом и выполненные ниже седла поршня сквозные каналы большего диаметра, с возможностью их перекрытия подпружиненным поршнем в крайнем верхнем положении, позволяют при создании импульса давления и расхода открывать сквозные каналы большего диаметра и тем самым снижать гидравлическое сопротивление при создание импульса давления и расхода.
На иллюстрирующих заявляемое решение чертежах схематично представлено следующее.
На Фиг.1 - предлагаемое устройство, работающее в режиме обратного клапана.
На Фиг.2 - предлагаемое устройство, работающее в режиме излучения импульсов давления и расхода для воздействия на пласт.
Устройство для многократного гидроимпульсного воздействия на призабойную зону продуктивного пласта содержит полый корпус 1 с радиальными каналами 2, перегородку 3 с осевым отверстием 4 и патрубком 5, образующие камеру 6, связанный с корпусом 1 переводник 7 с седлом 8, подвижно размещенный в патрубке ступенчатый полый поршень 9, шаровой клапан 10, кольцевой подпружиненный клапан 11, установленный в ступенчатом поршне 9 перепускной клапан 12. Дополнительно на выступ 8 переводника 7 установлен упор 13 с подпружиненной опорной площадкой 14, ниже перегородки 3 герметично установлена относительно корпуса 1 клапанная клетка 15 шарового клапана 10 с радиальными 16 и верхними угловыми 17 каналами, жестко связанная со ступенчатым полым поршнем 9 и выполненная с возможностью взаимодействия шарового клапана 10 в нижнем положение с упором 13. В камере 6 ниже ступенчатого полого поршня 9 установлена возвратная пружина 189. Подпружиненный кольцевой клапан 11 выполнен с возможностью взаимодействия с корпусом 1 при приближении шарового клапана 10 к упору 13 и герметично размещен в полости ступенчатого полого поршня 9. В ступенчатом поршне 9 выполнен канал 19, который установлен с возможностью сообщения выхода жидкости с кольцевого подпружиненного клапана 11 с областью камеры над ступенчатым полым поршнем 9, а камера 6 выполнена герметично и заполнена нейтральной жидкостью.
Упор 13 выполнен в форме усеченного однополостного гиперболоида с конической полостью 20 и имеет сквозные угловые отверстия 21 и осевое сквозное отверстие 22. В осевом отверстии упора размещен стержень 23 с регулировочный гайкой 24. Стержень 23 жестко связан с опорной подпружиненной площадкой 14, а регулировочная гайка 24 установлена с возможностью ограничения перемещения опорной подпружиненной площадки 14.
В части меньшего диаметра ступенчатого полого поршня выполнен паз 25, в котором жестко с патрубком 5 корпуса 1 установлена упорная пластина 26 с возможностью перемещения в пазе 25 ступенчатого поршня 9 и взаимодействия с кольцевым клапаном 11 при приближении шарового клапана 10 к упору 13.
В верхней части корпус 1 выполнен в форме конуса 27 с выступом 28.
Переводник 7 оснащен посадочным местом 29 для возможности герметичной посадки устройства с насосно-компрессорными трубами, а ниже посадочного места 29 установлен фильтр 30 в виде сквозных радиальных каналов 31.
В нижней части переводника дополнительно установлен подпружиненный поршень 32 с седлом 33 и ниже седла 33 подпружиненного поршня 32 выполнены сквозные каналы 34 большего диаметра с возможностью их перекрытия подпружиненным поршнем 32 в крайнем верхнем положении.
Устройство работает следующим образом. Перед спуском устройства в скважину его настраивают на определенное давление срабатывания, при подаче которого на вход устройства оно начнет излучать импульсы давлений и расходов т.е. проводить гидроимпульсное воздействие на призабойную зону пласта скважины. Установку давления срабатывания проводят путем изменения усилия на запорный элемент перепускного клапана 12 винтом 35 и пружиной 36. Далее регулировочной гайкой 24 устанавливают ограничение по осевому перемещению подпружиненной площадки 14 для установки определенной частоты излучения импульсов давлений и расходов для данной скважины.
Для добывающих скважин, оборудованных глубинными насосами (электроцентробежными и штанговыми насосами), устройство можно устанавливать вместо обратного клапана ниже насоса на хвостовике с пакером. При работе на нагнетательных скважинах и со струйным насосом устройство сбрасывают в насосно-компрессорные трубы до посадки посадочного места 29 устройства с посадочной муфтой насосно-компрессорных труб. Для получения большей эффективности от воздействия место посадки 29 устройства должно быть максимально приближено к обрабатываемому пласту.
При работе струйным насосом жидкость из пласта через фильтр 30 сквозные угловые отверстия 21 упора 13 открывает шаровой клапан 10 и через радиальные каналы 16 клапанной клетки 15 и радиальные каналы 2 корпуса 1 поступает на прием струйного насоса (см. фиг 1). Таким образом, устройство обеспечивает фильтрацию скважинной жидкости и не создает помех при извлечении продукции скважины насосом.
После остановки струйного насоса (см. фиг.1) шаровой клапан 10 под собственным весом закрывается и на шаровой клапан 10 и клапанную клетку 15 начинает действовать усилие, определяемое разностью между восстановленным гидростатическим давлением после остановки струйного насоса над шаровым клапаном 10 и забойным давлением под шаровым клапаном 10. Так как гидростатическое давление намного больше забойного давления, то данное усилие направлено вниз.
Но перемещению вниз клапанной клетки 15 и жестко связанного с ней ступенчатого полого поршня 9 препятствует возвратная пружина 18 и жидкость, запертая в камере 6 в области 37 под ступенчатым полым поршнем 9 и корпусом 1, в связи с тем, что камера 6 выполнена герметично, а подпружиненный кольцевой клапан 11 и перепускной клапан 12 закрыты. Перепускной клапан 12 закрыт потому, что не достигнуто давление срабатывания, а закрытие подпружиненного кольцевого клапана 11 обеспечивает пружина 38 и повышенное давление, установленное в области 37, которое по центральному каналу 39 подпружиненного кольцевого клапана 11 действует на его закрытие.
В этом случае устройство будет выполнять функции обратного клапана, так как шаровой клапан 10 закрыт.
Но если забойное давление будет снижено настолько, что разность гидростатического и забойного давления будет превышать давление срабатывания, на которое было настроено устройство перед спуском, то перепускной клапан 12 откроется. Жидкость из области 37 начнет перетекать в область 40 камеры 6, соответственно это вызовет медленное перемещение полого ступенчатого поршня 9 и клапанной клетки 15 вниз. Медленное перемещение ступенчатого поршня 9 и клапанной клетки 15 вниз продолжается до взаимодействия подпружиненного кольцевого клапана 11 с упорной пластиной 26, жестко закрепленной с корпусом 1. При взаимодействии торец 41 кольцевого подпружиненного клапана 11 упирается в упорную пластину 26 и подпружиненный кольцевой клапан 11 откроется. Жидкость из области 37 камеры 6 начнет быстро перетекать в область 40 камеры 6 по центральному каналу 39 и каналу 19. Соответственно ступенчатый полый плунжер 9 и клапанная клетка 15 начнут быстро перемещаться с ускорением вниз. При этом шаровой клапан 10 в закрытом состоянии достигает опорной подпружиненной площадки 14, перемещая ее, сжимает пружину 42 и, достигнув упора 13,  открывается. На фиг 2 изображено устройство в этом положении. Из-за высокой скорости перемещения клапанной клетки 15 вниз открытие шарового клапана 10 произойдет практически мгновенно и жидкость под действием разности давления гиростатического и забойного начнет перемещаться через радиальные каналы 2 корпуса 1, верхние каналы 17 клапанной клетки 15, сквозные угловые каналы 21 упора 13, сквозные радиальные отверстия 31 фильтра 30, очищая фильтр. Имульс созданного давления воздействует также подпружиненный поршень 32, который перемещаясь открывает каналы большего диаметра 34, и далее жидкость в форме импульса давления и расхода воздействует на пласт. Так как гидравлическое сопротивление потоку жидкости через устройство значительно меньше, чем фильтрационное сопротивление пласта, давление жидкости над и под устройством выравниваются. Под действием пружины 42 опорная подпружиненная площадка 14 будет удерживать шаровой клапан 10 в открытом состоянии до установленного гайкой 24 ограничения, при подъеме клапанной клетки 15 под действием возвратной пружины 18 выше данного ограничения шаровой клапан 10 закроется. Таким образом, момент закрытия шарового клапана 10 можно регулировать гайкой 24. Давление над шаровым клапаном 10 начнет возрастать, и на клапанную клетку 15 и ступенчатый поршень 9 начнет действовать усилие по перемещению их вниз. Когда данное усилие превысит действие возвратной пружины 18, перемещение верх клапанной клетки 15 и ступенчатого поршня 9 прекратится, и если разность давления над и под устройством будет также превышать давление срабатывания, то клапанная клетка 15 и ступенчатый поршень 9 начнут медленно перемещаться вниз для создания нового импульса. Таким образом, устройство будет многократно генерировать импульсы мгновенных давлений и расходов, пока разность давлений над и под устройством будет превышать давление срабатывания устройства. Причем продолжительность импульса зависит от ограничения перемещения опорной площадки, которая регулируется гайкой 24.
Учитывая, что камера 6 устройства выполнена герметично и заполнена нейтральной жидкостью, ступенчатый полый плунжер 9, подпружиненный кольцевой клапан 11, перепускной клапан 12 будут работать более надежно, так как отделены от скважинной жидкости. Эффективность воздействия устройства на пласт определяется в основном очисткой фильтрационных каналов, в которых импульсы давлений создают касательные напряжения и срывают накопленные отложения со стенок фильтрационных каналов, затем поток жидкости уносит сорванные отложения от забоя скважины. Причем чем меньше проходное сечение канала, тем больше касательные напряжения, возникающее на стенки канала. Учитывая, что сечения каналов могут меняться от изменения забойного давления, в начале импульса при сниженном забойном давление, когда формируются большие касательные напряжения на суженный канал, получается максимальная эффективность от воздействия. А в конце импульса при росте забойного давления эффективность воздействия на пласт снижается, поэтому желательно воздействия на пласт проводить короткими импульсами для получения большего эффекта на последующих импульсах. Поэтому многократность воздействия позволит увеличить эффективность воздействия на призабойную зону пласта скважины.
Следует также отметить, что в процессе удаления отложений из-за очистки фильтрационных каналов будет снижаться количество импульсов после каждой остановки струйного насоса. Так как количество проведенных импульсов нетрудно фиксировать, то данная информация косвенно позволяет оценить эффективность проведенных работ на каждом этапе по воздействию на призабойную зону пласта скважины. Это составляет «неожиданный эффект» от применения устройства.
Использование устройства при различных способах добычи нефти не создает больших трудностей, но имеются различия при использовании устройства в режиме воздействия на пласт. В процессе добычи нефти струйными насосами, как было сказано выше, для создания импульсов давлений и расходов используется энергия снижения забойного давления при работе струйным насосом, и проведение мнгократного гидроимпульсного воздействия на пласт проводится автоматически при остановке работы струйного насоса, когда разность давления над и под устройством превысит давление срабатывания. Для воздействия на призабойную зону нагнетательных скважин можно использовать давление нагнетания для достижения давления срабатывания устройства. При работе устройства со штанговыми и электроцентробежными насосами необходимо насосными агрегатами закачкой жидкости в скважину создать давление, достаточное, чтобы превысить давление срабатывания устройства.
Таким образом, при снижении производительности скважины устройством можно провести гидроимпульсное воздействие на продуктивной пласт скважины при различных способах добычи нефти, причем устройство может выполнять функции обратного клапана и аккумулятора давления для проведения гидроимпульсного воздействия на продуктивной пласт скважины и надежно работать в компоновках добывающих и нагнетательных скважин.