УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ В ПЛАСТ
DEVICE FOR PULSED INJECTION OF FLUID INTO BED

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений для импульсной закачки жидкости в пласт.
Известно устройство для импульсной закачки жидкости в пласт (патент на изобретение RU №2400615, МПК 8 Е21В 43/18, 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, устройство не позволяет производить извлечение продуктов реакции свабированием по колонне труб без подъема устройства на поверхность, например, после импульсной закачки кислоты в пласт;
- в-третьих, при подъеме колонны вверх находящаяся в колонне НКТ жидкость будет изливаться на устье, вызывая загрязнение окружающей территории.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для импульсной закачки жидкости в пласт (патент на полезную модель RU №115402, МПК Е21В 43/18, опубл. в бюл. №12 от 27.04.2012 г.), включающее 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, причем 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.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, импульсная закачка жидкости происходит через ряды радиальных отверстий, соединенных между собой нижней цилиндрической выборкой при их сообщении между собой, поэтому их пропускная способность ограничена диаметром нижней цилиндрической выборки, выполненной в корпусе устройства, поэтому импульсная закачка жидкости происходит с малым расходом, обычно до 2 л/с, малопроизводительным насосным агрегатом, что ограничивает его область применения;
- во-вторых, устройство не позволяет импульсно воздействовать струей закачиваемой жидкости (химическими реагентами), например углеводородным растворителем или водным раствором кислоты, непосредственно на отложения (гипсовые, солевые, асфальтено-парафиновые), находящиеся в интервале перфорации пласта, что снижает эффективность последующей импульсной закачки жидкости в пласт, например при проведении кислотной обработки пласта.
Технической задачей изобретения является разработка конструкции устройства, позволяющей повысить расход жидкости при импульсной закачке с возможностью импульсного воздействие струей жидкости в процессе проведения импульсной закачки непосредственно в интервал перфорации пласта с целью повышения эффективности последующей кислотной обработки или импульсной закачки жидкости (вытесняющего агента) при разработке нефтяного месторождения.
Поставленная задача решается устройством для импульсной закачки жидкости в пласт, включающим корпус, концентрично расположенный в корпусе патрубок с центральным каналом, окнами и гайкой, пружину, причем гайка установлена на наружной поверхности патрубка в ее верхней части, а пружина установлена между гайкой и корпусом, в котором выполнена внутренняя цилиндрическая выборка, в нижней части внутренней цилиндрической выборки корпуса выполнены радиальные каналы, при этом снизу к патрубку, вставленному в корпус, жестко присоединен полый цилиндрический клапан, оснащенный кольцевым выступом сверху с возможностью ограниченного герметичного перемещения вниз относительно внутренней цилиндрической выборки корпуса, причем полость внутренней цилиндрической выборки корпуса над кольцевым выступом цилиндрического клапана сообщена окнами с центральным каналом, а полость внутренней цилиндрической выборки под выступом сообщена радиальными каналами с пространством снаружи корпуса, сменную втулку и жесткий центратор со сбивным клапаном, размещенный на верхнем конце патрубка.
Новым является то, что полый цилиндрический клапан ниже внутренней цилиндрической выборки корпуса оснащен радиальными окнами, а ниже радиальных окон в полом цилиндрическом клапане выполнены радиальные отверстия герметично перекрытые изнутри сменной втулкой, причем сверху сменная втулка соединена с корпусом стержнем, вставленным в радиальные окна полого цилиндрического клапана, при этом полый цилиндрический клапан заглушен снизу, а корпус имеет возможность ограниченных возвратно-поступательных осевых перемещений совместно со сменной втулкой относительно полого цилиндрического клапана с циклическим открытием и закрытием радиальных отверстий полого цилиндрического клапана в процессе импульсной закачки жидкости.
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 (см. фигуру), концентрично размещенного в нем патрубок 2 с центральным каналом 3, снабженным окнами 4 и гайкой 5, и пружиной 6. Гайка 5 установлена на наружной поверхности патрубка 2 в ее верхней части.
Пружина 6 установлена между гайкой 5 и корпусом 1 и упирается в верхний торец 7 корпуса 1. В корпусе 1 выполнена внутренняя цилиндрическая выборка 8, в нижней части внутренней цилиндрической выборки 8 корпуса 1 выполнены радиальные каналы 9.
Снизу к патрубку 2, вставленному в корпус 1, жестко присоединен полый цилиндрический клапан 10 (см. фиг.1 и 2), оснащенный кольцевым выступом 11 (см. фиг.1) сверху, выполненный с возможностью ограниченного герметичного перемещения вниз относительно внутренней цилиндрической выборки 8 корпуса 1 на длину L относительно внутренней цилиндрической выборки 8 корпуса 1.
Полость 12 внутренней цилиндрической выборки 9 корпуса 1 над кольцевым выступом 11 сообщена окнами 4 с центральным каналом 3.
Полость 13 внутренней цилиндрической выборки 9 под кольцевым выступом 11 радиальными каналами 9 сообщена с пространством (не показано) скважины за устройством, что исключает «поршневание» жидкости в процессе работы.
Полый цилиндрический клапан 10 ниже внутренней цилиндрической выборки 8 корпуса 1 оснащен радиальными окнами 14,
Ниже радиальных окон 14 в полом цилиндрическом клапане 10 выполнены радиальные отверстия 15 герметично перекрытые изнутри сменной втулкой 16.
Сверху сменная втулка 16 соединена с корпусом 1 стержнем 17, вставленным в радиальные окна 14 полого цилиндрического клапана 10.
Полый цилиндрический клапан 10 заглушен снизу заглушкой 18.
Корпус 1 имеет возможность ограниченных возвратно-поступательных осевых перемещений совместно со сменной втулкой 16 относительно полого цилиндрического клапана 10 с циклическим открытием и закрытием радиальных отверстий 15 полого цилиндрического клапана 10 в процессе импульсной закачки жидкости.
Устройство также содержит жесткий центратор 19 со сбивным клапананом 20, размещенный на верхнем конце патрубка 2.
Несанкционированные перетоки жидкости в процессе работы устройства предотвращаются уплотнительными кольцами, которые на фигуре изображены условно.
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 пропускную способность сменной втулки 16 по ее внутреннему диаметру - d и настраивают жесткость пружины 6 так, что при определенном расходе жидкости и давления создавали требуемую частоту колебаний и амплитуду импульсов, подбираемую при стендовых испытаниях.
Увеличить амплитуду колебаний импульсного воздействия на пласт и соответственно перепад давлений можно, увеличив жесткость пружины путем заворота гайки 6 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 механический пакер марки 2 ПВМ производства фирмы «НефтеМаш-Комплект».
Далее в скважину производят спуск колонны НКТ с пакером (на фиг.1 и 2 не показано) так, чтобы радиальные отверстия 15 устройства находились напротив интервала перфорации пласта.
После спуска устройства на колонне НКТ в заданный интервал производят долив жидкости в колонну НКТ, обвязывают верхний конец колонны с насосным агрегатом любой известной конструкции, например, с насосным агрегатом ЦА-320. После чего при не посаженном пакере начинают импульсную закачку жидкости (например, углеводородного растворителя для растворения асфальто-парафиновых отложений в интервале пласта) в скважину по колонне НКТ с расходом 3-4 л/с.
Увеличение расхода жидкости в процессе закачки жидкости по сравнению с прототипом позволяет не только частоту и амплитуду импульсной закачки жидкости, но и сократить само время импульсной закачки (использование привлеченной техники: насосный агрегат, кислотовоз и т.д.) и тем самым сократить затраты на проведения работ.
Поток жидкости под действием давления, создаваемого с устья скважины насосным агрегатом, через центральный канал 3, через окна 4 попадает в полость 12, так как снизу полый цилиндрический клапан 10 заглушен заглушкой 18.
В полости 12 поток жидкости под действием давления воздействует на верхний торец кольцевого выступа 11 полого цилиндрического клапана 10, при этом корпус 1 начинает перемещаться вверх относительно полого цилиндрического клапана 10 (максимально на длину - а, т.е. до упора нижнего торца кольцевого выступа 11 в нижний торец внутренней цилиндрической выборки 8 корпуса 1), сжимая пружину 6, при этом вместе с корпусом 1 перемещается вверх и сменная втулка 16, соединенная с корпусом 1 стержнем 17, вставленным в радиальные окна 14 полого цилиндрического клапана 10, при этом полый цилиндрический корпус 10 остается неподвижным.
Полый цилиндрический клапан 10 имеет радиальные окна 14 длиной - l. Длина l окон 14 больше длины а - хода корпуса 1 относительно полого цилиндрического клапана 10(l>а).
Как только нижний торец сменной втулка 16 поднимется выше радиальных отверстий 15 полого цилиндрического клапана 10 на длину - с, т.е. дину хода сменной втулки 16, причем (l>с), то поток жидкости (углеводородный растворитель) в виде струи через радиальные отверстия 15 полого цилиндрического корпуса 10 под высоким давлением воздействует непосредственно в интервал перфорации пласта на асфальтено-парафиновые отложения, вызывая их растворение, при этом давление внутри патрубка 2 и в полости 12 резко снижается и полый цилиндрический клапан 10 с кольцевым выступом 11 и сменной втулкой 16 под действием возвратной силы пружины 6 поднимаются, и радиальные отверстия 15 полого цилиндрического корпуса 10 изнутри герметично перекрываются сменной втулкой 16.
Поступление жидкости в радиальные отверстия 15 полого цилиндрического корпуса 10 прекращается и соответственно в интервал перфорации пласта, так происходит один цикл импульсной закачки жидкости в пласт.
Далее в момент герметичного разделения радиальных отверстий 15 полого цилиндрического корпуса 10 сменной втулкой 16, давление в центральном канале 3 полого цилиндрического клапана 10 и внутри патрубка 2, а также в кольцевом пространстве 12 вновь возрастает и процесс повторяется, как описано выше.
Эти циклы многократно повторяются, при этом равномерный поток жидкости преобразуется в импульсный, при этом корпус 1 циклически перемещается относительно полого цилиндрического клапана 10.
По окончании импульсной закачки углеводородного растворителя в интервал перфорации пласта с целью растворения отложений, находящихся в интервале пласта, приступают к закачке кислоты, например 15%-ного водного раствора соляной кислоты.
Производят герметизацию межколонного пространства скважины и осуществляют посадку проходного пакера в скважине.
Далее производят импульсную закачку кислоты в пласт по колонне труб через устройство при посаженном пакере.
По окончании импульсной закачки кислоты производят ожидание на реакцию, например в течение 12 часов. После чего сбрасывают в колонну труб груз, например отрезок штанги диаметром 19 мм и длиной 1,5 м, который по колонне труб доходит до устройства и разрушает сбивной клапан 20.
После чего производят свабирование по колонне НКТ через отверстие разрушенного сбивного клапана 20. Для этого спускают в колонну НКТ сваб, например, с помощью геофизического подъемника ПКС - 5 и производят удаление продуктов реакции кислоты в пласте.
По окончании свабирования производят извлечение устройства из скважины.
Предлагаемое устройство позволяет повысить расход жидкости при импульсной закачке и тем самым расширить технологические возможности устройства. Также устройство позволяет осуществить импульсное воздействие струей жидкости в интервал перфорации пласта с целью повышения эффективности последующей кислотной обработки или импульсной закачки вытесняющего агента при разработке нефтяного месторождения.