Устройство для очистки скважин от плотных отложений

Полезная модель относится к нефтегазовой отрасли, в частности к скважинным струйным устройствам, и предназначена для очистки от плотных отложений в наклонно направленных, горизонтальных скважинах, в том числе в скважинах малого диаметра, с возможностью работы в поглощающих скважинах, в скважинах с аномально низкими пластовыми давлениями и низкими дебитами.
Известно устройство для очистки скважин (см. патент РФ на полезную модель №196747, з. 2019137093, МПК Е21В 37/00, оп. 13.03.2020 г.), включающее последовательно соединенные снизу вверх насадку-рыхлитель, контейнер для шлама с обратным клапаном в нижней части, образованный насосно-компрессорными трубами, сбивной клапан, насадка-рыхлитель включает корпус, коронку с зубьями, фрезу-райбер, винтовой вал, обгонную муфту, гайку, пружину, внутренний полый поршень, снабженный каналами, обеспечивающими соединение внутренней полости поршня с внутренней полостью корпуса, при этом каналы выполнены под углом 12-15° к оси поршня не параллельно друг другу, устройство также содержит гидравлический узел, состоящий из корпуса, вала, гайки, уплотнительных колец и срезных штифтов.
Недостаток известного устройства состоит в том, что шлам идет через пружину, снижая надежность и эффективность устройства.
Известна скважинная струйная установка для очистки забоя скважин от песчаных пробок (см. патент на изобретение №2393332, МПК Е21В 37/00, з. 2009119598, з. 26.05.2009, оп. 27.26.2010 г.), содержащая установленные на гибкой колонне насосно-компрессорных труб (ГНКТ) эжекторный насос, включающий корпус, в котором установлены соосно ГНКТ сопло и камера смешения с диффузором, а также выполнены осевой канал и сообщенный с ним поперечный канал подвода рабочей среды, выполненный ниже сопла, причем параллельно осевому каналу выполнен канал подвода откачиваемой из скважины среды, со стороны верхнего конца осевой канал сообщен с соплом, а со стороны нижнего конца осевой канал сообщен с установленной под корпусом с возможностью вращения под действием истекающей рабочей среды вокруг оси осевого канала многосопловой форсункой, ниже поперечного канала на наружной боковой поверхности корпуса установлен уплотнитель из эластичного материала, например из резины, состоящий не менее чем из двух уплотнительных манжет, разделенных металлическими прокладками.
Недостаток известного устройства состоит в том, что использование технологии «труба в трубе» усложняет процесс очищения скважины, снижая эффективность и надежность устройства, и приводит к удорожанию.
Наиболее близкой по технической сущности к рассматриваемой установке является погружная эжекционная установка для очистки забоя скважин от песчаных пробок в условиях аномально низкого пластового давления (см. патент на изобретение №2563896, МПК Е21В 37/00, з. 2014141096, з. 10.10.2014, оп. 27.09.2015), содержащая установленные на колонне насосно-компрессорных труб эжекторный насос, включающий корпус, в котором установлены соосно внутренней колонне насосно-компрессорных труб сопло и камера смешения с диффузором, в корпусе параллельно камере смешения выполнены осевые каналы для подвода рабочего потока и сообщенные с ними радиально расположенные поперечные боковые каналы для подвода эжектируемого потока, со стороны верхнего конца осевые каналы сообщены с кольцевым пространством между внешней НКТ и внутренней НКТ, а со стороны нижнего конца - с рабочей камерой, в основании корпуса установлены опорная пята, сообщенная с соплом эжекторного насоса, посредством подпружиненного толкателя, с возможностью движения вверх и вниз под действием истекающей рабочей среды и функциональная вставка, внутри которой под углом 30° расположено не менее четырех генераторов кавитации, представляющие собой насадку, образованную цилиндрической и конической поверхностями с углом раскрытия канала от 6° до 7°.
Недостаток установки заключается в том, что использование технологии «труба в трубе» и с кавитатором усложняет процесс очищения скважины, не обеспечивает необходимой эффективности очищения скважины и снижает надежность устройства.
Задачей полезной модели является создание надежного устройства, способного к разрушению и эффективному удалению пробок из плотных отложений из скважины за одну спускоподъемную операцию при одновременной промывке или работе струйного насоса.
Технический результат заключается в повышении эффективности эксплуатации скважин за счет использования струйного насоса, пакерно-дросселирующего узла и насадки для разбуривания, спускаемой в эксплуатационную колонну, позволяющей производить разбуривание и разрушение плотных отложений, вынос отложений осуществляется за счет промывки, а при наличии поглощения с помощью струйного насоса, при этом вынос отложений производится на поверхность за один спуск устройства в скважину.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для очистки скважин от плотных отложений, включающем установленный на насосно-компрессорной трубе струйный насос, на насосно-компрессорной трубе под струйным насосом в следующем порядке, дополнительно установлены пакерно-дросселирующий узел и насадка для разбуривания, при этом пакерно-дросселирующий узел снабжен дроссельными каналами, обеспечивающими возможность перетока жидкости по затрубному пространству из надпакерной зоны в подпакерную.
Использование пакерно-дросселирующего узла позволяет обеспечить работу струйного насоса при одновременном движении устройства вниз, и осуществлять промывку по затрубному пространству. Обеспечивает возможность дополнительной подачи жидкости в подпакерную зону, что позволяет повысить скорость потока для подъема, например, песка по внутреннему пространству НКТ, что значительно повышает эффективность работы устройства для очистки скважины, например, с низкими дебитами.
Введение насадки для разбуривания обеспечивает механическое разрушение и рыхление плотных отложений (например, песка, проппанта, солей и т.п.), что повышает эффективность очистки скважины, за счет перетирания и измельчения плотных отложений, что дает возможность вымывать разрушенные отложения через струйный насос.
На рис. 1 представлено устройство для очистки скважин от плотных отложений. На рис. 2 представлено устройство для очистки скважин от плотных отложений с установленной вставкой струйного насоса.
Устройство состоит из
1. Эксплуатационная колонна;
2. НКТ (необходимой длины),
3. Затрубное пространство;
4. Внутреннее пространство НКТ;
5. Корпус струйного насоса;
6. Втулка, перекрывающая циркуляционные отверстия 7 (НКТ 2 - Затрубное пространство 3);
7. Циркуляционные отверстия в корпусе струйного насоса;
8. Вставка струйного насоса;
9. Смеситель, камера смешения во вставке струйного насоса;
10. Сопло струйного насоса;
11. Всасывающий канал во вставке струйного насоса;
12. Пакерно-дросселирующий узел;
13. Корпус пакерно-дросселирующего узла;
14. Чашечная герметизирующая манжета;
15. Дроссельные каналы;
16. Насадка для разбуривания;
17. Корпус насадки для разбуривания;
18. Направляющий штифт;
19. Спиральные каналы;
20. Пружина;
21. Вал;
22. Коронка;
23. Проточный канал;
24. Вращающаяся фреза.
Насадка для разбуривания и рыхления плотных отложений (например, песчаные, проппантовые пробки) 16 представляет собой породоразрушающий инструмент, состоящий из корпуса насадки для разбуривания 17, вращающейся внутренней фрезы 24, коронки 22, установленной на корпус насадки для разбуривания 17, которая, в свою очередь, может быть представлена в виде калибратора для обеспечения номинального прохода в эксплуатационной колонне 1.
Корпус насадки для разбуривания 17 неподвижно присоединен к НКТ 2 и в нижней части оснащен коронкой 22, внутри соосно установлен вал 24 со спиральными каналами 19 по длине, оснащенный на конце вращающейся внутренней фрезой 24. Вал 21 внутри корпуса подпружинен пружиной 20 и имеет при этом выход за пределы корпуса на некоторое расстояние. Вертикальное движение вала 21 относительно корпуса 17 осуществляется по спиральным каналам 19, что приводит к вращению фрезы 24 при возврате в корпус 17 и выходе из него. Возврат в корпус 17 осуществляется путем разгрузки устройства об забой, а выход за счет пружины 20 при отрыве устройства от забоя. Так же в валу 21 внутри расположен проточный канал 23 для прохождения разрушенных плотных отложений с пластовой и циркуляционной жидкостью. Насадка для разбуривания 16 может быть выполнена как свращающейся коронкой 22, со встречным вращением фрезы 24, так и в виде калибратора под номинальный диаметр эксплуатационной колонны 1.
Пакерно-дросселирующий узел 12 представляет собой пакерующий механизм, состоящий из корпуса 14, чашечной герметизирующей манжеты 13, снабжен дроссельными каналами 15, обеспечивающими переток по затрубному пространству 3 из надпакерной зоны в подпакерную, тем самым обеспечивая возможность осуществления промывки по затрубному пространству 3. Также оборудован механизмом частичного или полного перекрытия дроссельных каналов 15, который инициируется сбрасываемой вставкой струйного насоса 8 или отдельным сбрасываемым в НКТ 2 механизма (в данном материале не рассматривается). Перекрытие затрубного пространства 3 осуществляется за счет раскрытия герметизирующей манжеты 13, созданием перепада давления на манжете путем закачки жидкости в затрубное пространство 3 для работы струйного насоса 8. При полностью открытых дроссельных каналах 15 (транспортное положение пакерно-дросселирующего узла 12) раскрытие герметизирующей манжеты 13 не происходит, что позволяет осуществлять промывку по затрубному пространству 3 с выносом разрушенных плотных отложений по НКТ 2.
Струйный насос конструктивно выполнен таким образом, что при спуске устройства на НКТ в скважину установлен только корпус 5 с втулкой 6, перекрывающей циркуляционные отверстия 7 (сообщение НКТ - Затрубное пространство), что позволяет осуществлять промывку по НКТ 2 и затрубному пространству 3 (без ограничения потока при транспортном положении пакерно-дросселирующего узла 12). Сам струйный насос в виде вставки 8 спускается в НКТ 2, устанавливается и фиксируется за счет создания давления в НКТ насосным агрегатом с поверхности (наличие смесителя 9 во вставке 8 создает штуцирование, что позволяет создать давление), при этом происходит смещение втулки 6 в корпусе 5, открывая циркуляционные отверстия 7. При смещении втулки 6 происходит полное или частичное перекрытие дросселирующих каналов 15 в пакерно-дросселирующем узле 16. При частичном перекрытии дросселирующих каналов 15 поток, поступающий в затрубное пространство 3, делится на два потока: первый основной идет на работу струйного насоса 8, второй, меньший, уходит по частично закрытым дросселирующим каналам 15 в подпакерную зону, обеспечивая скорость потока при всасывании шлама через насадку для разбуривания 16.
Устройство работает следующим образом.
Устройство опускается в скважину до упора на плотные отложения. Спускают устройство в следующем порядке (снизу вверх): насадка для разбуривания 16, НКТ 2 (необходимой длины), пакерно-дросселирующий узел 12, корпус струйного насоса 5 с перекрывающей отверстия 7 (НКТ - затрубное пространство) втулкой 6, НКТ 2 до устья.
Устройство спускается до текущего забоя, вращающаяся фреза 24 упирается в плотные отложения, далее под весом устройства вал 21, вращаясь за счет спиралевидного канала 19 и направляющего штифта 18, входит в корпус 17 и сжимает пружину 20, при этом разбуривая и рыхля плотные отложения. Далее устройство приподнимается, при этом пружина 20 выталкивает вал 21 из корпуса 17 в исходное положение.
Совершая возвратно-поступательные движения вверх-вниз, устройство разгружают об отложения и отрывают на некоторое расстояние. При этом в пакерно-дроссельном узле 12 открыты дроссельные каналы 15 для перетока жидкости сверху вниз по затрубному пространству 3, исключая эффект поршневания, который мог бы возникнуть за счет раскрытия герметизирующей чашечной манжеты 13 при движении устройства вверх. В насадке для разбуривания 16 при разгрузке устройства об отложения, фреза 24 вращаясь уходит в корпус насадки для разбуривания 17, перетирая/разбуривая плотные (например, песчаную или проппантовую) отложения. При этом коронка 22 (например, выполненная в виде спирального калибратора) своими краями срезает отложения со стенок скважины, осыпая их вниз для разрыхления фрезой 24, обеспечивая номинальный проход в эксплуатационной колонне 1.
В корпусе струйного насоса 5 жидкость свободно циркулирует, не нарушая герметичность НКТ 2 за счет перекрывающей втулки 6.
По мере разбуривания пробки непрерывно производим нагнетание в затрубное пространство, вымывая разрушенные плотные отложения через НКТ 2 на поверхность. На поверхности жидкость с измельченными отложениями очищают. Очищенная жидкость поступает на прием нагнетающего промывочную жидкость насоса в затрубное пространство 3 для дальнейшего использования в циркуляции.
В процессе разбуривания и увеличения прохождения устройства вниз начнет проявляться гидродинамическая связь с пластом, при появлении которой может начаться поглощение пластом циркулирующей промывочной жидкости. При поглощении циркулирующей жидкости пластом необходимо перейти на очистку с помощью струйного насоса 8, для этого в НКТ 2 с поверхности сбрасываем (или спускаем на кабеле) вставку струйного насоса 8 и созданием давления в НКТ 2 (путем подачи жидкости в НКТ, давление образуется за счет штуцирования смесителем 9 во вставке струйного насоса 8), производим открытие циркуляционных отверстий 7 в корпусе струйного насоса 5 с одновременным перекрытием дросселирующих каналов 15 в пакерно-дроссельном узле и фиксацию вставки струйного насоса 8 в корпусе струйного насоса 5 за счет фиксатора на вставке 8.
Разгрузив устройство на плотные отложения, начинаем нагнетание рабочей жидкости в затрубное пространство 3. При этом все каналы 15 в пакерно-дросселирующем узле 12 перекрыты. При необходимости может быть оставлен небольшой проток по каналам 15 в пакерно-дроссельном узле 12 для обеспечения необходимого объема жидкости на вымыв разрушенных отложений. По мере увеличения веса устройства производят спуск устройства до разгруженного состояния.
При этом основной поток рабочей жидкости проходит через струйный насос 8, в котором за счет эжекции происходит всасывание разрушенных отложений с пластовой и промывочной жидкостью по каналам всасывания 11 во вставке струйного насоса 8, перемешиваясь в смесителе 9 общим потоком, поступает в НКТ 2 и выносится на поверхность, где производят очистку жидкости от разрушенных плотных отложений.
При возникновении непроходимости (встали на жестко плотные отложения) останавливаем подачу промывочной жидкости в затрубное пространство 3 (убедившись в отсутствии отложений на выходе из НКТ 2 на поверхности) и производим возвратно-поступательные движения вверх-вниз, разгружая устройство об плотные отложения и поднимая на некоторое расстояние вверх при этом происходит разрушение плотных отложений за счет насадки для разбуривания 16.
При проходке 1-2 м запускаем в работу струйный насос 8 нагнетанием рабочей жидкости в затрубное пространство 3, постепенно увеличивая глубину спуска. При возникновении непроходимости устройства повторяем процедуру.
Таким образом, данное устройство позволяет производить работы по очистке скважин от плотных отложений в наклонно-направленных, горизонтальных скважинах, в том числе, скважинах малого диаметра с низкими пластовыми давлениями, высокими поглощениями, маленькими дебитами. Так же при необходимости данное устройство применимо в дополнительно спущенной технической колонне, при нарушении герметичности эксплуатационной колонны.