КАВИТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТИМУЛЯЦИИ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ СКВАЖИН
CAVITATING DEVICE FOR RESERVOIR RECOVERY STIMULATION

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для решения задач по восстановлению коллекторских свойств прискважинной зоны продуктивных пластов добывающих нефтегазовых скважин и вовлечения в разработку трудноизвлекаемых и нерентабельных запасов углеводородов, а также может быть использовано для декольматажа фильтров и прифильтровых зон гидрогеологических скважин.
Известны кавитирующие устройства для стимуляции нефтеотдачи пластов скважин (см. книгу Ибрагимова Л.Х., Мищенко И.Г., Челоянца Д.К. «Интенсификация добычи нефти». - М.: Наука, 2000, - 414 с., с.133-153).
Ввиду тангенциального расположения выбросных каналов струйного аппарата указанные кавитирующие устройства не обеспечивают надежного попадания струй рабочей жидкости в перфорационные каналы при обработке призабойной зоны ствола скважины, что снижает эффективность кавитационно-волнового воздействия на околоскважинную и околоканальные зоны стимулируемого пласта в части освобождения его от кольматирующих материалов и создания благоприятных условий для вызова притока углеводородов в скважину.
Указанные недостатки устранены в кавитирующем устройстве, описанном в патенте РФ №2448242 (опубл. 20.04.2012). Из известных кавитирующих устройств это устройство является по технической сущности наиболее близким предлагаемому. Оно содержит полый корпус в виде цилиндрической камеры с днищем и входным отверстием для нагнетания в него через фильтр-разделитель рабочей жидкости, размещенные в корпусе механизм приведения рабочей жидкости во вращательное движение, кольцевой конфузор, кольцевую вихревую камеру и расположенный на наружной поверхности корпуса кольцевой диффузор, а также многоканальный струйный аппарат в виде двух соосно жестко связанных с корпусом кольцевых элементов с расположенными по окружности между их контактирующими торцовыми поверхностями преимущественно дуговыми выбросными каналами с критическим сечением выходных отверстий для сообщения кольцевой вихревой камеры с кольцевым диффузором.
В этом устройстве кольцевые элементы многоканального струйного аппарата выполнены за одно целое с цилиндрической камерой и днищем корпуса, что при интенсивном эрозионном износе стенок дуговых каналов приводит к выходу из строя всей конструкции. При этом такая конструкция значительно затрудняет применение в ней технологически сложных в обработке износоустойчивых материалов, что снижает потенциально возможный рабочий ресурс устройства. Кроме того, выполнение в рассматриваемом устройстве механизма приведения рабочей жидкости во вращательное движение в виде цилиндрического тела с многозаходными винтовыми каналами при всех достоинствах, связанных с минимизацией уплотняемых резьбовых соединений в корпусе, приводит к усложнению технологии изготовления конструкции при решении задачи повышения пропускной способности механизма с дожатием рабочей жидкости на входе в кольцевую вихревую камеру за счет изменяющихся (уменьшающихся) по длине площадей сечений винтовых каналов. Другим недостатком известного устройства является выполнение фильтра-разделителя в виде тонкостенной трубы с множеством высверленных на его боковых стенках фильтрующих отверстий малого диаметра. Выгодно отличаясь более высокой прочностью от сетчатого фильтра, подверженного быстрому эрозионному износу, трубчатый фильтр-разделитель, однако, также не лишен недостатков. Основными из них являются большая трудоемкость изготовления большого количества (до 1000 шт.) фильтрирующих отверстий малого диаметра (до 1 мм), а также большие затраты времени и неудобства в обслуживании, связанные с очисткой упомянутых отверстий от загрязнений.
Изобретение направлено на устранение указанных недостатков.
Для достижения этого технического результата в предлагаемом кавитирующем устройстве для стимуляции нефтеотдачи пластов скважин, содержащем полый корпус в виде цилиндрической камеры с днищем и входным отверстием для нагнетания в него через фильтр-разделитель рабочей жидкости, размещенные в корпусе механизм приведения рабочей жидкости во вращательное движение, кольцевой конфузор, кольцевую вихревую камеру и расположенный на наружной поверхности кольцевой диффузор, а также многоканальный струйный аппарат в виде двух соосно жестко связанных с корпусом кольцевых элементов с расположенными по окружности между их контактирующими торцовыми поверхностями преимущественно дуговыми выбросными каналами с критическим сечением выходных отверстий для сообщения кольцевой вихревой камеры с кольцевым диффузором, многоканальный струйный аппарат установлен между фланцами, которые выполнены, по меньшей мере, с тремя сквозными отверстиями, сообщенными с ложементами для обеспечения возможности изъятия из них кольцевых элементов по мере износа, а механизм приведения рабочей жидкости во вращательное движение выполнен с винтовыми лопастями, имеющими шаг навивки, уменьшающийся в сторону днища.
Причем кольцевые элементы выполнены из материала повышенной износоустойчивости, например металлокерамики.
Кроме того, фильтр-разделитель выполнен в виде набора контактирующих между собой торцовыми поверхностями корончатых колец, соосно установленных на направляющей и образующих фильтрующие отверстия с осевым шагом, равным ширине упомянутых колец.
Причем поперечное сечение направляющей выполнено звездообразным и имеющим не менее трех лучей, размеры которых обеспечивают свободный монтаж-демонтаж корончатых колец.
Отличительными признаками предлагаемого кавитирующего устройства для стимуляции нефтеотдачи пластов скважин от указанного выше известного наиболее близкого к нему являются размещение многоканального струйного аппарата между фланцами, которые выполнены, по меньшей мере, с тремя сквозными отверстиями, сообщенными с ложементами для обеспечения возможности изъятия из них кольцевых элементов, а также выполнение механизма приведения жидкости во вращательное движение с винтовыми лопастями, имеющими шаг навивки, уменьшающийся в сторону днища.
Другим отличительным признаком является выполнение кольцевых элементов из материала повышенной износоустойчивости, например, металлокерамики.
Другими отличительными признаками являются выполнение фильтра-разделителя в виде набора контактирующих между собой торцовыми поверхностями корончатых колец, соосно установленных на направляющей и образующих фильтрующие отверстия с осевым шагом, равным ширине упомянутых колец, а также выполнение поперечного сечения направляющей звездообразным и имеющим не менее трех лучей, размеры которых обеспечивают свободный монтаж-демонтаж корончатых колец.
Предлагаемое кавитирующее устройство для стимуляции нефтеотдачи пластов скважин поясняется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 показан общий вид кавитирующего устройства с продольным разрезом.
На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
На фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
На фиг.4 - разрез В-В на фиг.1.
Кавитирующее устройство (фиг.1) включает в себя корпус, выполненный в виде цилиндрической камеры 1 с днищем 2 и входным отверстием для нагнетания в него через фильтр-разделитель 3 рабочей жидкости. Входное отверстие цилиндрической камеры 1 расположено в ее горловине, имеющей наружную трубную резьбу для соединения с муфтой колонны насосно-компрессорных труб. При этом боковые стенки цилиндрической камеры 1 и днища 2 снабжены наружными фланцами 4 и 5 с прочно-плотным соединением, обеспечиваемым болтами 6. Между фланцами 4 и 5 установлен съемный многоканальный струйный аппарат, выполненный в виде двух соосно жестко связанных с корпусом кольцевых элементов 7 и 8 с расположенных по окружности между их контактирующими торцовыми поверхностями дуговыми выбросными каналами 9 (фиг.2) с критическим сечением выходных отверстий для сообщения совмещенной с кольцевым конфузором кольцевой вихревой камеры 10 (см. фиг.1) с кольцевым диффузором 11. Причем, многоканальный струйный аппарат в зависимости от решаемых технологических задач не исключает возможности использования выбросных каналов прямолинейной формы, а также комбинации последних с дуговыми выбросными каналами. При этом встречные торцовые поверхности фланцев 4 и 5 имеют ложементы в которых с уплотнением, обеспечиваемым кольцами 12 и 13, выполненными, например, из отожженной меди, размещены кольцевые элементы 7 и 8, выполненные с целью увеличения рабочего ресурса устройства из материала повышенной износоустойчивости, например, металлокерамики. Для обеспечения возможности беспроблемного изъятия кольцевых элементов 7 и 8 для замены на неизношенные элементы или элементы с другим поперечным сечением дуговых выбросных каналов 9 фланцы 4 и 5 снабжены равномерно расположенными по окружности параллельно оси корпуса, по меньшей мере, тремя сквозными отверстиями 14 и 15, сообщающимися с ложементами. При этом для изъятия из ложементов кольцевых элементов 7 и 8 с уплотнительными кольцами 12 и 13 могут быть использованы как специальные съемники, так и обычные цилиндрические штифты требуемой длины. Для предохранения фланцев 4 и 5 от повреждений при перемещении устройства в процессе работы в обсадной колонне скважины днище 2 с наружной стороны имеет хвостовик 16 с закрепленным на нем с помощью болта 17 центратором 18, а также выполненный за одно целое с цилиндрической камерой 1 конусный предохранитель 19 с продольными боковыми прорезями 20 (фиг.3) для доступа через них инструмента к отверстиям 14.
Внутри корпуса устройства размещен механизм приведения рабочей жидкости во вращательное движение, выполненный в виде напорного шнека с направляющим элементом 21 (см. фиг.1), имеющим форму конуса, острие которого направлено навстречу потоку, а винтовые лопасти 22 имеют шаг навивки, уменьшающийся в сторону днища 2. Направляющий элемент 21 в нижней своей части имеет расположенный в кольцевой вихревой камере 10 цилиндрический участок, переходящий в хвостовик 23 с резьбовой нарезкой для присоединения к днищу 2 и имеющий направление резьбы, исключающей самоотвинчивание напорного шнека при воздействии напора рабочей жидкости на его винтовые лопасти 22. Такая конструкция напорного шнека при изготовлении из коррозионностойких сталей (обычно с применением аргоно-дуговой сварки) обеспечивает при большой долговечности высокую пропускную способность рабочей жидкости с дожатием на входе в кольцевую вихревую камеру 10, что способствует увеличению скорости истечения жидкости из дуговых выбросных каналов 9, а следовательно и повышению эффективности воздействия ударных волн на стимулируемые пласты скважин. Для повышения надежности эксплуатации и простоты обслуживания устройства фильтр-разделитель 3 выполнен в виде набора контактирующих между собой торцовыми поверхностями корончатых колец 24, соосно установленных на направляющей и образующих фильтрующие отверстия 25 с осевым шагом, равным ширине упомянутых колец. Причем, фильтрующие отверстия могут иметь любую форму, наиболее предпочтительной из которых является прямоугольная, легко обеспечиваемая при использовании стандартной дисковой фрезы для изготовления прорезей (короны) на торцах корончатых колец 24. Для обеспечения необходимой жесткости конструкции, беспрепятственного пропуска рабочей жидкости через фильтрующие отверстия 25, простоты и удобства обслуживания фильтра-разделителя 3 поперечное сечение его направляющей выполнено звездообразным (фиг.3) и имеющим не менее трех лучей 26, размеры которых обеспечивают свободный монтаж-демонтаж корончатых колец 24. Для этого направляющая фильтра-разделителя 3 посредством жестко связанной с помощью штифтов 27 втулки 28 установлена во входном отверстии цилиндрической камеры 1 и зафиксирована гайкой 29 с возможностью быстрого отсоединения от корпуса при проведении операции очистки фильтрующих отверстий от загрязнений. При этом сердцевина направляющей в верхней своей части имеет резьбовое окончание, несущее обтекатель 30, удерживающий корончатые кольца 24 в сжатом относительно друг друга состоянии при проведении работ в скважине и позволяющий при его отвинчивании обеспечить легкое отделение от конструкции упомянутых колец для последующей очистки их торцевых прорезей, например, с помощью щетки.
Работа описанного кавитирующего устройства аналогична работе известных устройств. Однако благодаря предложенным техническим решениям позволит повысить эффективность обработки пластов скважин, упростить обслуживание и увеличить рабочий ресурс устройства.