УСТРОЙСТВО НАГНЕТАНИЯ

Полезная модель относится к оборудованию, используемому в нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам для освоения и эксплуатации скважин.
Известно устройство для освоения и обработки скважин, включающее корпус с осевым каналом, пакер, установленный в корпусе струйный насос, смесительная камера которого сообщается с осевым каналом корпуса (А.с. СССР №874995, кл. Е21В 43/18, опубл. 23.10.81, бюл. №39).
Недостатком данного устройства является высокое гидравлическое сопротивление вследствие резких изменений направления движения жидкости, что в целом снижает КПД устройства.
Известен также наддолотный эжекторный гидронасос, включающий в себя корпус с выполненным в нем вертикальным каналом для подачи к соплам струйных насосов рабочего агента, от одного и более активных сопел, расположенных в корпусе по окружности вокруг вертикального канала и сообщающихся с ним при помощи подводящих каналов, и соосные с соплами камеры смешения, при этом последние сообщены с торцевой частью корпуса посредством сквозных соединительных каналов, выполненных прямолинейными, и камер смешения, расположенных под углом к оси вертикального канала (А.с. СССР №1736345, кл. F04F 5/10, опубл. 23.05.1992, бюл. №19). Указанный наддолотный эжекторный гидронасос по технической сущности более близок к предлагаемому устройству нагнетания, и его можно взять в качестве прототипа.
Недостатком данного наддолотного эжекторного гидронасоса является регулирование величины депрессии на пласт только лишь изменением диаметра активных сопел и/или изменением количества подаваемого на них рабочего агента до максимальной величины 6,0-7,0 МПа, что обусловлено его конструктивным исполнением.
В процессе освоения скважин или добычи нефти часто возникает необходимость в широком регулировании депрессии на пласт, что очень трудно сделать, особенно если насос, подающий рабочий агент, не обладает регулируемым приводом. Также во многих случаях при освоении скважин необходимо создать циклические депрессии на пласт от 10 МПа и выше с последующими гидроударами, это приводит к возникновению усталостных напряжений в пласте и образованию в нем трещин, что современными техническими средствами практически не достижимо.
Технической задачей заявляемой полезной модели является создание устройства, способного сократить время освоения скважины, снизить себестоимость добычи нефти за счет возможности широкого регулирования депрессии на пласт, снизить давление нагнетания рабочей жидкости по сравнению с существующими устройствами и увеличить срок работы подземного оборудования.
Поставленная техническая задача решается описываемым устройством нагнетания, содержащее корпус с выполненными в нем вертикальным центральным каналом, от одного и более струйных насосов, оси которых выполнены под углом к оси вертикального центрального канала, сообщающихся со смесительной камерой и нижним торцом корпуса.
Именно выполнение осей камеры смешения и вертикального канала под углами 1°…12°59', отношение диаметра сопла к диаметру камеры смешения 0,05…1,0, отношение диаметра сопла к диаметру подводящего канала 10…0,1, а также соединение корпуса с камерой разряжения посредством подводящих каналов, обеспечивает реализацию технического результата.
Новым является то, что оси струйных насосов выполнены под углами 1°-12°59', отношение диаметра сопла к диаметру смесительной камеры составляет 0,05-1,0, а отношение диаметра сопла к диаметру наклоненного подводящего канала составляет 10,0-0,1, причем корпус соединен с камерой разряжения, внутренняя полость которой сообщается со смесительной камерой посредством наклоненных подводящих каналов.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 представлен общий вид устройства нагнетания;
- на фиг.2 - узел I на фиг.1;
- на фиг.3 - схема его работы (стрелками указано направление движения струй жидкости).
Устройство нагнетания содержит корпус 1 (фиг.1) с выполненным в нем вертикальным центральным каналом 2. С вертикальным центральным каналом 2 соединены выполненные в корпусе 1 наклоненные подводящие каналы 3, заканчивающиеся соплами 4 и смесительными камерами 5, корпус 1 также содержит обратный клапан 6.
Каждое из сопел 4, снабженных наклоненным подводящим каналом 3, в совокупности со смесительной камерой 5 образует струйный насос, предназначенный для транспортировки жидкости из пространства, расположенного под пакером II (фиг.3), в пространство над ним. Каждая из смесительных камер 5 (фиг.1) сообщается с камерой разрежения 7 прямолинейными соединительными каналами 8, конец каждого прямолинейного соединительного канала 8 выходит на нижний торец 9 корпуса 1.
Устройство нагнетания работает следующим образом. Над зоной перфорации (фиг.3) устанавливается компоновка, состоящая из хвостовика - I, пакера - II, гидродинамического пульсатора давления - III и колонны труб НКТ - IV. Производится посадка пакера II. При этом в скважине образуется три гидравлически взаимосвязанные зоны, зона А - внутреннее пространство труб НКТ, находящихся над устройством нагнетания, зона Б - кольцевое пространство между НКТ и стенкой скважины, находящееся над пакером, зона В - пространство под пакером. Зона А через сопло 4 (фиг.1) и смесительную камеру 5 сообщается с зоной Б и через смесительную камеру 5, наклоненный подводящий канал 3 и камеру разрежения 7 - с зоной В. При подаче рабочей жидкости в зону А она поступает на сопло 4 струйного насоса, далее в смесительную камеру 5, где, расширяясь, передает свою энергию жидкости, находящейся в смесительной камере 5, и смесь выходит в зону Б. За счет этого в месте соединения смесительной камеры 5 и наклоненного подводящего канала создается разрежение и жидкость в зонах А, Б и В приобретает определенное направление движения.
Зона А сообщается с зоной Б только через смесительную камеру 5 и сопло 4 струйного насоса, исходя из того, что плотность жидкости в этих зонах одинакова и они фактически являются сообщающимися сосудами, гидростатические давления в них будут одинаковы и затраты энергии при движении жидкости в этих зонах будут идти только на преодоление гидравлических сопротивлений. Зоны Б и В друг с другом не сообщаются, т.к. они разделены обратным клапаном 6. Зоны А и В могут сообщаться только лишь через смесительную камеру 5, наклоненный подводящий канал 3 и камеру разрежения 7. Но т.к. движение жидкости имеет определенное направление: из зоны Б через смесительную камеру 5 в зону А, то движение жидкости из зоны А в зону В невозможно (при условии неограниченного притока жидкости из пласта). В реальных условиях приток жидкости из пласта ограничен, поэтому при удалении ее из зоны В энергии струи рабочей жидкости, вытекающей из сопла 4, не хватает для того, чтобы компенсировать гидростатическое давление столба жидкости, находящегося в зоне А, и она через смесительную камеру 5, наклоненный подводящий канал 3 и камеру разрежения 7 поступает в зону В. При этом возникает гидравлический удар в зоне В. Затем цикл повторяется.
Для проверки эффективности заявляемого устройства при различных значениях конструктивных элементов были проведены исследования с целью определения величины создаваемой депрессии на пласт.
3
Например, при обработке призабойной зоны пласта предлагаемым устройством на скважине N 4938 Повховского месторождения при создании периодической депрессии до 10,0 МПа дебит скважины увеличился с 7 до 21 м/сут.
В приведенных ниже таблицах обобщены результаты исследования гидродинамического пульсатора давления предлагаемой конструкции при различных углах наклона камеры смешения и отношениях диаметров каналов.
В таблице 1 представлена зависимость величины депрессии (Р, МПа) от величины угла наклона осей струйных насосов (α, град.) к оси вертикального канала.
Таблица 1
α, град
0
1
3
5
7
9
11
12°59'
15
Р, МПа
5,46
7,44
8,11
8,85
9,57
10,1
11,3
10,6
7,23
1
2
В таблице 2 представлены данные, характеризующие изменение депрессии на пласт в зависимости от соотношения d/d.
Таблица 2
d<sub>1</sub>/d<sub>2</sub>
0,01
0,05
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
1,0
1,2
Р, МПа
1,02
3,12
4,31
5,56
6,74
8,53
9,67
10,8
5,2
1
2
В таблице 3 представлены данные, характеризующие изменение депрессии на пласт в зависимости от соотношения d/d.
Таблица 3
d<sub>1</sub>/d<sub>3</sub>
11,0
10,0
6,0
3,0
1,0
0,5
0,3
1,0
0,05
Р, МПа
1,17
2,86
3,76
5,48
7,87
10,5
9,56
4,24
2,76
На основании исследований выявлено, что оптимальными значениями заявляемого устройства являются: оси струйных насосов выполнены под углами 1°-12°59', отношение диаметра сопла к диаметру смесительной камеры составляет 0,05-1,0, а отношение диаметра сопла к диаметру наклоненного подводящего канала составляет 10,0-0,1.
Благодаря этому техническому решению предлагаемое устройство позволяет создавать в скважине гидродинамические колебания с большой амплитудой от -10,0 МПа (депрессия) до +10,0 МПа (репрессия), что приводит к существенному увеличению дебита скважины после обработки. Предлагаемое устройство нагнетания также возможно использовать для очистки скважин от песка и парафина.