УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ В ПЛАСТ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений для импульсной закачки жидкости в пласт.
Известно устройство для закачки жидкости в пласт (патент на изобретение RU №2241825, МПК 8 E21B 43/18, опубл. в бюл. №34 от 10.12.2004 г.), включающее полый корпус с крышкой, дном и выпускными каналами для сообщения полости корпуса с призабойной зоной скважины, подвижный рабочий орган и каналы подачи рабочего агента, при этом устройство снабжено в верхней части корпуса подвижным соплом с опорными поверхностями и впускным каналом в виде радиального отверстия для инжекции жидкости с призабойной зоны скважины в каналы подачи рабочего агента при уменьшении приемистости скважины, при этом выпускные каналы сообщают одну из полостей корпуса с полостью под опорными поверхностями сопла, а каналы подачи рабочего агента выполнены в виде камеры смешения.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- во-вторых, сложность изготовления деталей, таких как подвижный орган, подвижное сопло ведет к удорожанию стоимости устройства;
- в-третьих, низкая эффективность работы устройства, так как не регулируется амплитуда колебаний импульсной закачки жидкости.
Также известен забойный пульсатор (патент на полезную модель RU №53363, МПК 8 E21B 43/00, опубл. в бюл. №13 от 10.05.2006), включающий корпус, концентрично размещенный внутри корпуса патрубок с окнами, при этом патрубок заглушен гайкой и жестко связан с переводником, подпружиненный клапан, при этом патрубок снабжен внутренней цилиндрической выборкой, а клапан выполнен в виде полого цилиндра, заглушенного снизу и оснащенного кольцевым выступом сверху; причем кольцевой выступ клапана размещен во внутренней цилиндрической выборке патрубка, при этом клапан оснащен сквозными отверстиями на боковой поверхности и установлен в патрубке с возможностью герметичного осевого перемещения в пределах внутренней цилиндрической выборки патрубка с возможностью частичного взаимного перекрытия сквозных отверстий клапана и окон патрубка.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая эффективность работы устройства, так как не регулируется амплитуда и частота колебаний, что в процессе длительной закачки при небольшом расходе и низкой частоте колебаний жидкости происходит засорение призабойной зоны нагнетательной скважины, что уменьшает ее приемистость, поэтому для ускорения процесса самоочистки призабойной зоны необходимо увеличивать расход и давление жидкости в импульсном устройстве и создавать более высокую частоту и амплитуду жидкости. Чтобы увеличить глубину очистки пласта необходимо увеличить амплитуду, а так как гидравлическое сопротивление пластов различно, в зависимости от их физико-химических свойств необходимо регулировать амплитуду и частоту колебаний, чтобы подобрать оптимальную величину для эффективной работы устройства;
- во-вторых, ограниченные функциональные возможности, так как импульсная закачка жидкости происходит только при небольших значениях давления и небольших расходах жидкости, что при повышенном давлении, и особенно при увеличении расхода жидкости, приводит к тому, что пружина практически остается в сжатом состоянии, вследствие чего устройство переходит в стабильный (постоянный) режим закачки.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для импульсной закачки жидкости в пласт (патент на изобретение RU №2400615, МПК 8 E21B 28/00; 43/25, опубл. в бюл. №27 от 27.09.2010), включающее корпус, концентрично расположенный в корпусе патрубок с центральным каналом, окнами и гайкой, жестко соединенный с переводником, пружину, полый цилиндрический клапан, оснащенный внутренней заглушкой и боковыми сквозными отверстиями, а вверху - кольцевым выступом, выполненным с возможностью ограниченного герметичного перемещения вниз относительно внутренней цилиндрической выборки, при этом полый цилиндрический клапан жестко снизу присоединен к патрубку, который вставлен в корпус с возможностью продольного герметичного перемещения, причем гайка установлена на наружной поверхности патрубка между корпусом и переводником, при этом пружина установлена между гайкой и корпусом, внутренняя цилиндрическая выборка выполнена в корпусе, ниже которой в корпусе, оснащенном радиальными каналами, выполнена нижняя цилиндрическая выборка, а отверстия полого цилиндрического клапана выполнены в два ряда по высоте, между которыми установлена внутренняя заглушка, причем полость внутренней цилиндрической выборки корпуса над выступом сообщена окнами с центральным каналом, в которой выше окон размещено технологическое сужение, а полость внутренней цилиндрической выборки под выступом сообщена радиальными каналами с пространством снаружи корпуса, нижняя цилиндрическая выборка которого выполнена с возможностью сообщения с нижним рядом сквозных отверстий полого цилиндрического клапана, а при его перемещении вниз относительно корпуса - с верхним и нижним рядами сквозных отверстий полого цилиндрического клапана одновременно, при этом площадь проходного сечения сужения центрального канала не превосходит суммарную площадь проходных сечений верхнего или нижнего ряда сквозных отверстий.
Недостатками данного устройства являются:
во-первых, в процессе работы устройства корпус циклически перемещается относительно полого цилиндрического клапана с той же частотой и амплитудой, при которой происходит импульсная закачка жидкости в пласт, поэтому работа устройства в наклонных и горизонтальных скважинах не возможна вследствие того, что корпус будет взаимодействовать с внутренними стенками скважины;
- во-вторых, не возможно заполнение внутреннего пространства колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) скважинной жидкостью в процессе спуска устройства в скважину поэтому приходится полностью заполнять колонну НКТ перед началом работы устройства, на что необходимо время. Кроме того, не возможно вызывать циркуляцию жидкости, например при необходимости проведения обратной промывки;
- в-третьих, при подъеме колонны вверх, находящаяся в колонне НКТ жидкость будет изливаться на устье, вызывая загрязнение окружающей территории.
Задачей полезной модели является возможность работы устройства в наклонных и горизонтальных скважинах с проведением дополнительных технологических операций (обратная промывка), а также с возможностью заполнения колонны НКТ скважинной жидкостью в процессе спуска и исключения излива скважинной жидкости на устье при ее подъеме (извлечении).
Поставленная задача решается устройством для импульсной закачки жидкости в пласт, включающим корпус, концентрично расположенный в корпусе патрубок с центральным каналом, окнами и гайкой, пружину, полый цилиндрический клапан, оснащенный боковыми сквозными отверстиями, а вверху - кольцевым выступом, выполненным с возможностью ограниченного герметичного перемещения вниз относительно внутренней цилиндрической выборки, при этом полый цилиндрический клапан жестко снизу присоединен к патрубку, который вставлен в корпус с возможностью продольного герметичного перемещения, причем гайка установлена на наружной поверхности патрубка между корпусом и переводником, при этом пружина установлена между гайкой и корпусом, внутренняя цилиндрическая выборка выполнена в корпусе, ниже которой в корпусе, оснащенном радиальными каналами, выполнена нижняя цилиндрическая выборка, а отверстия полого цилиндрического клапана выполнены в два ряда по высоте, между которыми установлена внутренняя заглушка, причем полость внутренней цилиндрической выборки корпуса над выступом сообщена окнами с центральным каналом, в которой выше окон размещено технологическое сужение, а полость внутренней цилиндрической выборки под выступом сообщена радиальными каналами с пространством снаружи корпуса, нижняя цилиндрическая выборка которого выполнена с возможностью сообщения с нижним рядом сквозных отверстий полого цилиндрического клапана, а при его перемещении вниз относительно корпуса - с верхним и нижним рядами сквозных отверстий полого цилиндрического клапана одновременно, при этом площадь проходного сечения сужения центрального канала не превосходит суммарную площадь проходных сечений верхнего или нижнего ряда сквозных отверстий.
Новым является то, что внутри полого цилиндрического клапана между верхним и нижним рядами сквозных отверстий размещен обратный клапан, пропускающий снизу вверх, причем на верхнем конце патрубка и на нижнем конце полого цилиндрического клапана установлены жесткие центраторы, при этом жесткий центратор, размещенный на верхнем конце патрубка внутри оснащен сбивным клапаном.
На фигуре изображено предлагаемое устройство для импульсной закачки жидкости в пласт в продольном разрезе.
Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт состоит из корпуса 1, концентрично размещенного в нем патрубок 2 с центральным каналом 3, снабженным окнами 4 и гайкой 5.
Полый цилиндрический клапан 6 жестко снизу присоединен к патрубку 2, который вставлен в корпус 1 с возможностью продольного герметичного перемещения. Патрубок 2 и полый цилиндрический клапан 6 могут быть выполнены в виде единой детали. Гайка 5 установлена на наружной поверхности патрубка 2 в ее верхней части. Пружина 7 установлена между гайкой 5 и корпусом 1 и упирается в верхний торец 8 корпуса 1. В корпусе 1 выполнена внутренняя цилиндрическая выборка 9, ниже которой в корпусе 1, оснащенном радиальными каналами 10, выполнена нижняя цилиндрическая выборка 11. В полом цилиндрическом клапане 6 по высоте выполнены в два ряда 12 и 13 отверстий, между которыми выполнена резьба 14.
Полый цилиндрический клапан 6 сверху оснащен кольцевым выступом 15, выполненным с возможностью ограниченного герметичного перемещения вниз на длину L относительно внутренней цилиндрической выборки 9 корпуса 1. Технологическое сужение в центральном канале 3 патрубка 2 выполнено в виде сменной втулки 16. Полость 17 внутренней цилиндрической выборки 9 корпуса 1 над кольцевым выступом 15 сообщена окнами 4 с центральным каналом 3, в которой выше окон 4 размещено технологическое сужение, выполненное в виде сменной втулки 16, устанавливаемой внутрь центрального канала 3, например, на резьбе.
Полость 18 внутренней цилиндрической выборки 9 под кольцевым выступом 15 радиальными каналами 10 сообщена с пространством (не показано) скважины за устройством, что исключает «поршневание» жидкости в процессе работы.
Нижняя цилиндрическая выборка 11 корпуса 1 выполнена с возможностью сообщения с нижним рядом сквозных отверстий 13 полого цилиндрического клапана 6. При перемещении полого цилиндрического клапана 6 вниз относительно корпуса 1 нижняя цилиндрическая выборка 11 корпуса 1 имеет возможность сообщения с верхним 12 и нижним 13 рядами сквозных отверстий клапана одновременно.
Внутри полого цилиндрического клапана 7 между верхним 12 и нижним 13 рядами сквозных отверстий размещен обратный клапан 19, пропускающий снизу вверх.
На верхнем конце патрубка 2 и на нижнем конце полого цилиндрического клапана 6 установлены жесткие центраторы 20 и 21, соответственно, при этом жесткий центратор 20, размещенный на верхнем конце патрубка 2 внутри оснащен сбивным клапаном 22.
Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт работает следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину (не показано) в зависимости от приемистости пласта производят регулировку устройства, то есть подбирают оптимальный режим (частоту колебаний, амплитуду) импульсной закачки. В оптимальном режиме работы устройства процесс охвата импульсным воздействием неоднородностей углеводородной залежи имеет значительные границы, что положительно сказывается на уменьшении остаточной нефтенасыщенности (ускоряются процессы капиллярной пропитки замкнутых пор) и, как следствие, увеличивается нефтеоотдача в эксплуатационных скважинах.
Подбирают внутренний диаметр D сменной втулки 16 и настраивают жесткость пружины 8 так, что при определенном расходе жидкости и давления создавали требуемую частоту колебаний и амплитуду импульсов, подбираемую при стендовых испытаниях.
1
2
Необходимо учитывать, что для работы устройства в режиме импульсной закачки жидкости площадь проходного сечения S сужения, выполненного в виде сменной втулки 16 центрального канала 3, не должна превосходить суммарную площадь S и S, соответственно проходных сечений верхнего 12 или нижнего 13 ряда сквозных отверстий, Кроме того, с увеличением расхода жидкости увеличивается частота колебаний жидкости, при этом внутренний диаметр D сменной втулки 16 остается неизменным, а при постоянном расходе жидкости, изменяя внутренний диаметр D сменной втулки 16, можно подобрать оптимальную частоту колебаний жидкости в зависимости от гидравлического сопротивления пласта.
Увеличить амплитуду колебаний импульсного воздействия на пласт и соответственно перепад давлений можно увеличив жесткость пружины путем заворота гайки 5 в патрубок 2. И, наоборот, уменьшить амплитуду колебаний импульсного воздействия на пласт и соответственно перепад давлений можно уменьшив жесткость пружины путем отворота гайки 5 на патрубке 2.
После регулировки устройство для импульсной закачки жидкости в пласт соединяют с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) с пакером (на фигуре не показано) любой известной конструкции (например, проходной пакер с механической осевой установкой П-ЯМО (на 25 МПа) производства научно-производственной фирмы «Пакер» г.Октябрьский, Республика Башкортостан, Российская Федерация)
Далее в скважину в производят спуск колонны НКТ с пакером (на фиг. не показано), так, чтобы пакер находился на 5-10 м выше кровли пласта, подлежащего импульсной закачке жидкости, например, сточной воды или раствора кислоты.
В процессе спуска устройства на колонне НКТ благодаря наличию обратного клапана 19, установленного внутри полого цилиндрического клапана 6 между верхним 12 и нижним 13 рядами, находящаяся в скважине жидкость свободно заполняет внутренние пространства полого цилиндрического клапана 6 и колонны НКТ, что не требует последующего заполнения всего внутреннего пространства колонны НКТ, так как скважинная жидкость в процессе спуска будет перетекать сквозь обратный клапан 19 пропускающий снизу вверх, т.е. из скважинного пространства внутрь колонны НКТ и частично заполнит ее. После спуска устройства на колонне НКТ в заданный интервал производят герметизацию заколонного пространства для этого производят посадку проходного пакера в скважине, после чего производят долив жидкости в колонну НКТ, обвязывают верхний конец колонны с насосным агрегатом любой известной конструкции, например, с насосным агрегатом ЦА-320.
После чего начинают импульсную закачку жидкости (например, сточной воды для поддержания пластового давления) в скважину по колонне НКТ. Поток жидкости под действием давления, создаваемого с устья скважины через центральный канал 3, сменную втулку 16 и далее через окна 4 патрубка 2 попадает в кольцевое пространство 17, благодаря тому, что снизу нижний ряд сквозных отверстий 13 полого цилиндрического клапана 6 герметично перекрыт корпусом 1.
В полости 17 поток жидкости под действием давления воздействует на верхний торец кольцевого выступа 15 полого цилиндрического клапана 6, при этом последний начинает смещаться вниз относительно корпуса 1, (максимально на длину L), сжимая пружину 7, при этом кольцевой выступ 15 полого цилиндрического клапана 6 перемещается вниз по внутренней цилиндрической выборке 9 корпуса 1.
В определенный момент верхний 12 и нижний 13 ряды сквозных отверстий полого цилиндрического клапана 6 начинают сообщаться посредством нижней цилиндрической выборки 11 корпуса 1, поскольку обратный клапан 19 под действием потока жидкости направленного сверху вниз закрывается и жидкость из центрального канала полого цилиндрического клапана 6 сквозь вышеупомянутые верхний 12 и нижний 13 ряды сквозных отверстий через нижнюю цилиндрическую выборку 11 корпуса 1 перетекает в центральный канал полого цилиндрического клапана 6 ниже внутренней заглушки 14, откуда и попадает в пласт (на фигуре не показано), при этом давление в центральном канале полого цилиндрического клапана 6 выше внутренней заглушки 14, а также внутри патрубка 2 и в полости 17 резко снижается и полый цилиндрический клапан 6 с кольцевым выступом 15 под действием возвратной силы пружины 8 поднимается, при этом верхний 12 и нижний 13 ряды сквозных отверстий разъединяются, причем верхний ряд сквозных отверстий оказывается герметично разделен корпусом 1 от нижнего ряда сквозных отверстий 13 полого цилиндрического клапана 6, и находящейся напротив нижней цилиндрической выборки 11 корпуса 1 (см. фигуру), при этом поступление жидкости под устройство и соответственно в пласт прекращается, так происходит один цикл импульсной закачки жидкости в пласт. Далее в момент герметичного разделения между собой верхнего 12 и нижнего 13 рядов сквозных отверстий полого цилиндрического клапана 6 давление в центральном канале полого цилиндрического клапана 6 выше внутренней заглушки 14, а также внутри патрубка 2 и в кольцевом пространстве 17 вновь возрастает и повторяется, как описано выше.
Эти циклы многократно повторяются, как описано выше, при этом равномерный поток жидкости преобразуется в импульсный, при этом корпус 1 циклически перемещается относительно полого цилиндрического клапана 6, поэтом для предотвращения контакта корпуса 1 с внутренними стенками скважины в процессе работы устройства на верхнем и нижнем концах полого цилиндрического клапана установлены жесткие центраторы 20 и 21, соответственно.
Благодаря установке обратного клапана 19 при необходимости можно произвести дополнительные технологические операции. Например, произвести обратную промывку, для этого распакеровать пакер и подачей жидкости с устья в заколонное пространство скважины вызвать циркуляцию по колонне НКТ, после чего вновь произвести посадку пакера в требуемом интервале и продолжить работу устройства, как описано выше. Также можно произвести свабирование по колонне НКТ, например, после импульсной кислотной обработки пласта, выждав технологическую паузу, спускают в колонну НКТ сваб, например, с помощью геофизического подъемника ПКС-5 и производят удаление продуктов реакции кислоты в пласте.
При необходимости извлечения устройства из скважины (до или после распакеровки пакера), внутрь колонны сбрасывается груз, например отрезок насосной штанги диаметром 22 мм и длиной 1-1,5 м, который разрушает сбивной клапан 22, при этом появляется сообщение между внутренним и затрубным пространствами колонны НКТ, что позволяет исключить излив скважинной жидкости на устье при ее подъеме (извлечении) колонны НКТ и устройства.
Устройство позволяет регулировать амплитуду и частоту колебаний жидкости в процессе импульсной закачки в широком диапазоне расхода и давления, что позволяет повысить эффективность работы устройства и подобрать оптимальный режим для дальности распространения колебаний (с точки зрения фазовой скорости распространения колебаний и коэффициента поглощения) в массиве горных пород с учетом их собственных частот (глинистые сланцы, известняки и песчаники).
Предлагаемое устройство может применяться как в вертикальных, так и в наклонных и горизонтальных скважинах, поскольку за счет установки жестких центраторов корпус устройства в процессе циклических перемещений не взаимодействует с внутренними стенками скважины, что гарантирует надежность работы устройства. А также устройство позволяет проводить дополнительные технологические операции, такие как обратная промывка (после распакеровки пакера) или свабирование по колонне НКТ после кислотной реакции в пласте, а также позволяет заполнить колонну НКТ скважинной жидкостью в процессе спуска и исключить излив скважинной жидкости на устье при ее подъеме (извлечении).