Генератор давления многократного действия для воздействия на призабойную зону скважины

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована при освоении нефтяных или газовых скважин и для интенсификации притока в действующих скважинах.
Известен имплозионный гидрогенератор давления многократного действия, содержащий заборный трубопровод с отверстиями для подвода пластового давления скважинной жидкости, цилиндр имплозионной камеры, переводник, соединяющий заборный трубопровод с цилиндром имплозионной камеры, плунжер, соединенный со штангой, рабочую камеру, состоящую из рабочего цилиндра с окнами и концентраторами давления, запорного клапана, штока, цилиндрической пружины сжатия и жесткого упора, и муфту запорного клапана, соединяющую цилиндр имплозионной камеры с рабочей камерой (см. патент RU № 2303691, кл. F16F 5/00, опубл. 27.07.2007).
Однако данный имплозионный гидрогенератор давления имеет сложную конструкцию, что сужает область его использования.
Известен генератор давления многократного действия для воздействия на призабойную зону скважины, содержащий колонну насосно-компрессорных труб, соединенную с имплозионной камерой, установленный на канате плунжер и установленный под имплозионной камерой запорный клапан с горизонтальными выходными каналами (см. книгу А.А. Попова, Имплозия в процессах нефтедобычи, М., Недра, 1996, с. 113-115).
Однако данный генератор имеет сложную конструкцию и ненадежен в работе.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является генератор давления многократного действия для воздействия на призабойную зону скважины, содержащий колонну насосно-компрессорных труб, соединенную посредством переводника с имплозионной камерой с механическим уплотнением в ее верхней части, соединенный с колонной штанг плунжер, установленный в нижней части имплозионной камеры запорный клапан с горизонтальными выходными каналами (см. патент на полезную модель RU № 140281, опубл. 10.05.2014).
Однако в данном устройстве в имплозионной камере находится очень большое количество жидкости, что снижает способность создавать вакуум и снижает эффективность устройства. Кроме того, конструкция шарикового клапанного узла малоэффективна, т.к. отсутствует манометр для замера давления, что сужает возможности генератора.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является устранение указанных выше недостатков.
Технический результат заключается в том, что достигается возможность повысить надежность работы за счет упрощения конструкции и уменьшения вредного пространства в имплозионной камере за счет использования насосной пары цилиндр-поршень, повышения эффективности воздействия генератора на призабойную зону скважины за счет преобразования кинетической энергии потока жидкости в энергию гидравлического удара и, дополнительно, за счет увеличения давления на криволинейной поверхности при повороте потока в нижней части имплозионной камеры и обеспечения воздействия на призабойную зону скважины по всему поперечному сечению скважины в месте истечения жидкостного потока из клапана в призабойную зону скважины.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что генератор давления многократного действия для воздействия на призабойную зону скважины содержит колонну насосно-компрессорных труб, соединенную посредством переводника с имплозионной камерой, соединенный с колонной штанг поршень с механическим уплотнением, установленный в нижней части имплозионной камеры запорный клапан с горизонтальными выходными каналами, нижняя часть имплозионной камеры посредством криволинейной поверхности преобразована в кольцевой канал, кольцевой поток из которой направлен в обратном направлении под углом 180° относительно направления потока в верхней и средней частях имплозионной камеры, при этом запорный клапан расположен над выходным сечением кольцевого канала и снабжен кольцевым затвором, установленным с возможностью перекрытия выходного сечения кольцевого канала имплозионной камеры.
Под имплозионной камерой генератора установлен самопишущий манометр.
В ходе проведенной работы удалось создать конструкцию устройства, состоящую из небольшого набора конструктивно простых элементов: имплозионной камеры в виде вертикальной трубы в верхней и средней частях имплозионной камеры и выполнение поршня с механическим уплотнением. Кроме того, обеспечено воздействие на призабойную скважину по всему поперечному периметру генератора в горизонтальной плоскости, что значительно расширяет зону воздействия на призабойную зону пласта, причем значительно увеличивается воздействие на пласт за счет подачи жидкой среды под более высоким давлением в результате увеличения энергии в ходе разворота потока на 180° в нижней части имплозионной камеры.
На чертеже представлено схематичное изображение генератора давления многократного действия для воздействия на призабойную зону скважины.
Генератор давления многократного действия для воздействия на призабойную зону скважины содержит колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 1, соединенную посредством переводника с имплозионной камерой 2, соединенный с колонной штанг 3 поршень 4 с механическим уплотнением и установленный в нижней части имплозионной камеры 2 запорный клапан 5 с горизонтальными выходными каналами 6.
Нижняя часть имплозионной камеры 2 посредством криволинейной поверхности 7 преобразована в кольцевой канал 8.
Кольцевой поток из имплозионной камеры 2 направлен в обратном направлении под углом 180° относительно направления потока в верхней и средней частях имплозионной камеры 2, при этом запорный клапан 5 расположен над выходным сечением кольцевого канала 8 и снабжен кольцевым затвором, установленным с возможностью перекрытия выходного сечения кольцевого канала 8 имплозионной камеры 2.
Под имплозионной камерой 2 генератора установлен самопишущий манометр 9.
Генератор работает следующим образом.
После того, как на НКТ 1 в скважину спущена имплозионная камера 2 вместе с запорным клапаном 5, в скважину на колонне штанг 3 спускают поршень 4 с механическим уплотнением до криволинейной поверхности 7. Затем в НКТ 1 закачивают рабочую жидкость, причем НКТ 1 заполняют до уровня устья скважины.
При подъеме поршня 4 вверх в имплозионной камере 2 создается глубокий вакуум, обеспеченный работой механического уплотнения поршня 4 и запорного клапана 5, перекрывающего выходное кольцевое сечение кольцевого канала 8 имплозионной камеры 2. Запорный элемент запорного клапана 5 может быть выполнен в виде плоского кольца, изготовленного из твердого сплава, что позволяет повысить надежность работы клапана и одновременно увеличить его вес, что дополнительно увеличивает надежность его работы.
При выходе поршня 4 из имплозионной камеры 2 создается сначала депрессия, а затем жидкость из НКТ 1 устремляется в имплозионную камеру 2 с огромной скоростью.
Эффект создания депрессии усиливается за счет того, что выход поршня 4 с учетом использования механического уплотнения происходит практически мгновенно, что обеспечивает возможность создания и поддержания более глубокой депрессии до момента, когда жидкость устремляется в имплозионную камеру 2.
Волна депрессии не оказывает воздействия на продуктовый пласт и гасится в НКТ 1. При этом не происходит засорения имплозионной камеры 2 продуктами колматации.
За депрессией в результате резкого торможения потока рабочей жидкости в нижней части имплозионной камеры 2 перед запорным клапаном 5 формируется гидравлический удар. Под действием гидроудара запорный клапан 5 открывается и пропускает волну давления через горизонтальные выходные каналы 6 в призабойную зону пласта. Под действием этого гидравлического удара потока рабочей жидкости в пласте формируются щели, что приводит к увеличению притока пластовой жидкости при добыче нефти или к увеличению закачки воды в нагнетательных скважинах.
Затем поршень 4 опять опускают в имплозионную камеру 2. Рабочая жидкость, находящаяся в имплозионной камере 2, будет при этом выдавливаться в зону перфорации НКТ 1 и далее в призабойную зону пласта.
Во время работы необходимо следить за уровнем рабочей жидкости в НКТ 1, и по мере необходимости добавлять рабочую жидкость с помощью насосного агрегата. В рабочую жидкость можно добавлять, при необходимости, различного рода смеси для увеличения эффекта гидроразрыва, например соляную кислоту и др.
Далее, при необходимости, описанный выше цикл повторяется.