Гидравлический вибратор для обработки скважин

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к гидравлическим вибраторам, и предназначена для осуществления вибросейсмического воздействия на нефтяные и газовые пласты.
Известен гидравлический вибратор для скважин, состоящий из насоса, подающей трубы и металлического стакана с отверстиями, перекрытого эластичной мембраной для образования полости. С целью упрощения конструкции и уменьшения габаритов, отверстия выполнены на боковой поверхности стакана, их общая проходная площадь меньше проходного сечения подающей трубы, на которой, в свою очередь, герметично крепится мембрана, а насос сообщается с полостью через отсечной клапан (патент РФ №2349746, МПК Е21В 43/25, опубл. 20.03.2009 г.).
Недостатком является обилие деталей и наличие мембраны. При циклических пульсирующих давлениях длительная работа узла вызывает сомнения, кроме того, обилие деталей усложняет конструкцию изделия.
Известно устройство многоступенчатого струйного гидроакустического генератора, содержащее корпус в виде двух цилиндрических, верхней и нижней половинок, на противоположных концах которых расположены резьбы присоединения, при этом верхняя и нижняя части корпуса закрыты соответственно верхней и нижней заглушками. Устройство снабжено коническими дисками с распорными трубами, отбойником, радиальными выпускными вставками с соплами со сменной шайбой, при этом к верхней заглушке стяжным болтом закреплены конические диски с распорными трубами, образующими между стенкой корпуса и коническими дисками кольцевые камеры, зазоры между коническими дисками и корпусом являются кольцевыми соплами, а под нижним коническим диском в корпусе выполнена конусная камера, переходящая в сопло с раструбом, при этом на заглушке нижней части корпуса установлен отбойник, образующий с корпусом над отбойником резонансную камеру, а под отбойником - кольцевую компенсационную камеру с кольцевым соплом, причем в нижней половине корпуса установлены радиальные выпускные вставки с соплами для изменения направления истекающей струи и сменной шайбой-заглушкой части сопел (патент РФ №2322566, МПК Е21В 28/00, опубл. 20.04.2008 г.).
Недостатком данного генератора является сложность конструкции и относительно невысокий срок эксплуатации.
Известны гидравлические золотниковые вибраторы ГВЗ-135, ГВЗ-108 и ГВЗ-85 (справочная книга по добыче нефти, Москва, «Недра» 1974 г. под редакцией Ш.К. Гиматудинова). Конструкция вибраторов состоит из верхнего ниппеля для соединения с насосными трубами, ствола, подшипника, золотника, нижнего ниппеля и множества уплотнений. Принцип работы основан на периодическом перекрытии золотником потока рабочей жидкости.
Известные вибраторы передают импульс жидкости во все стороны. Кроме того, у вибраторов сложная конструкция и недостаточная мощность импульса жидкости в окружающую среду и горную породу (импульс кратковременный и, в силу инерции жидкости, не достигает максимального значения).
Наиболее близким является устройство для обработки скважин, состоящее из внутренней неподвижной напорной трубы со щелями и внешней вращающейся трубы со щелями, выполненными по касательной к окружности трубы (Гадиев С.М. Использование вибрации в добыче нефти. - М.: «Недра», 1977, с. 49-51).
Недостаток - короткие и слабые гидроудары.
Задачей полезной модели является увеличение дебита газовых, нефтяных, водяных, а также приемистости нагнетательных скважин.
Технический результат - создание силового вращающегося гидроудара максимальной мощности, что достигается конструкцией устройства.
Задача решается, а технический результат достигается гидравлическим вибратором для обработки скважин, состоящим из внутренней неподвижной напорной трубы и ротора в виде внешней вращающейся трубы со щелями. В отличие от прототипа с ротором жестко соединены верхняя и нижняя крышки с отверстиями под внутреннюю неподвижную напорную трубу, которая расположена в роторе таким образом, что ось ротора смещена относительно оси указанной трубы на эксцентриситет «а», равный 2-5 мм, с образованием между ротором и внутренней неподвижной напорной трубой кольцевого зазора переменного сечения с обеспечением постоянного свободного прохождения жидкости между трубами, причем ротор имеет как минимум одну вертикальную щель для выхода упомянутой жидкости, выполненную по касательной к его окружности, а в неподвижной напорной трубе выполнены радиально расположенные щели, количество которых выбрано исходя из обеспечения их суммарной площадью минимальных гидравлических потерь, причем с последней в верхней части жестко соединено кольцо, а в нижней жестко соединена крышка, при этом в последнюю вварена шпилька, с расположенными на ней гайкой-упором и контр-гайкой.
Технический результат достигается следующим.
Ротор, вращаясь за счет реактивной силы непрерывно выходящих струй жидкости за счет собственного дисбаланса, совершает вибрацию с большой частотой и малой амплитудой. Эта жесткая вибрация передается на обрабатываемый объект (горную породу, продуктивный пласт). Так как между внутренней неподвижной напорной трубой и ротором (внешней вращающейся трубой) расположен кольцевой зазор с обеспечением постоянного свободного прохождения жидкости между трубами, а ротор имеет щели для выхода упомянутой жидкости, выполненные по касательной к окружности трубы, жидкость выходит через эти щели сплошным потоком, создающим крутящий момент. В результате дисбаланса ротора (так как его ось смещена относительно внутренней неподвижной трубы) генератор начинает вибрировать, создавая вращающийся импульс, воздействующий на породу.
Сущность полезной модели поясняет чертеж, где показана принципиальная схема заявленного гидравлического вибратора.
Гидравлический вибратор для обработки скважин содержит неподвижную внутреннюю напорную трубу 1 с радиально расположенными щелями 2, ротор 3 в виде внешней вращающейся трубы с вертикальными щелями 4, расположенными по касательной к окружности трубы, неподвижное кольцо 5, жестко соединенное с трубой 1, верхнюю и нижнюю крышки 6 и 7 соответственно (жестко соединенные с ротором 3), имеющие отверстия под трубу 1, крышку 8, жестко соединенную с трубой 1, шпильку 9, вваренную в крышку 8, гайку-упор 10 и контргайку 11. Гидравлический вибратор спускают на насосно-компрессорных трубах с пакером в обсадную колонну 12. Ось ротора смещена относительно оси внутренней напорной трубы на эксцентриситет «а».
Гидравлический вибратор для обработки скважин работает следующим образом.
Гидравлический вибратор в компоновке с пакером на насосно-компрессорных трубах спускается в обсадную колонну 12 скважины на заданную глубину. Технология проведения обработки проводится в два этапа. Первый этап происходит при непосаженном пакере прокачкой жидкости насосным агрегатом в течение определенного времени, тем самым производится очистка призабойной зоны от мехпримесей и шлама. Второй этап заключается в непосредственной обработке выбранного объекта. Для этого пакер сажается в заданном интервале, отсекая верхнюю часть ствола скважины, производится прокачка жидкости по насосно-компрессорным трубам, которая попадает в трубу 1 и, истекая из щелей 2, устремляется в щели 4 ротора 3. При истечении жидкости из ротора за счет реакции струи, выходящей из вертикальной щели (расположенной по касательной к внутренней поверхности корпуса ротора 3), ротор получает вращательное движение с необходимым числом оборотов. В результате дисбаланса ротора (так как его ось смещена относительно внутренней неподвижной трубы) устройство начинает вибрировать, создавая вращающийся импульс, воздействующий на породу. Вследствие этого возникает радиальная вибрация корпуса ротора 3 и всего устройства, которая создает в окружающей среде вращающийся гидроимпульс, передаваемый на обрабатываемый объект (продуктивный пласт). Амплитуда колебаний будет небольшая, но за счет кратковременности гидроимпульс будет эффективным. В результате воздействия происходит интенсивная очистка призабойной зоны скважины от механических примесей и шлама. Вверх по трубе вибрация будет угасать, и первое резьбовое соединение труб практически не ощутит ее воздействие.
Конструкция описанного вибратора прошла успешные стендовые и промысловые испытания и рекомендуется для широкого внедрения в нефтегазодобывающей промышленности.