СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРИЗАБОЙНЫХ ЗОН ДОБЫВАЮЩИХ И НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR CLEANING BOTTOMHOLE ZONES OF PRODUCERS AND INJECTION WELLS AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области горно-рудной, нефтедобывающей и строительной промышленности, а именно к установкам для воздействия на пласт, для очистки призабойных зон и фильтров добывающих и нагнетательных скважин, а также уплотнения грунтов и снижение проницаемости бетона. Обеспечивает качественную очистку, повышение концентрации полезных ископаемых и экологичность установки.
Известна установка для обработки призабойных зон нефтегазодобывающих и водонагнетательных скважин, содержащая снабженную запорной арматурой линию подвода жидкости в скважину, пневматический генератор волн сжатия-разрежения в скважинной жидкости, линии подачи сжатого газового агента, систему сброса сжатого газового агента, поршневую группу с запорными элементами, а в боковой стенке выполнены окна для сброса сжатого газового агента из полости оголовка (SU 1373024, кл. Е21В 43/25,1991).
К недостаткам известной установки относятся:
1) низкая эффективность очистки из-за невозможности создания в скважинной жидкости волн сжатия-разрежения с крутыми фронтами;
2) отсутствие в установке средств защиты от нештатных ситуаций, в частности выброса нефтегазопроявлений из пласта в открытое пространство атмосферы, что делает установку опасной в плане экологии.
Из уровня техники известна установка для обработки призабойных зон нефтегазоносных пластов (см. RU 2318984 С2, опубл.: 10.03.2008), содержащая снабженную запорной арматурой линию подвода жидкости в скважину, пневматический генератор, линии подачи сжатого газового агента с запорной арматурой и систему сброса сжатого газового агента с запорными элементами. Причем пневматический генератор включает оголовок с полнопроходным сечением, содержащий выхлопное отверстие, с торцевой стенкой, установленный открытым торцом на скважине, для поступления сжатого газа по линиям подачи сжатого газового агента, а запорная арматура линии подачи газового агента выполнена в виде быстродействующей запорной арматуры. Решение принято за прототип.
Технической проблемой известной по прототипу установки относятся:
1) низкая эффективность очистки из-за невозможности создания в скважинной жидкости волн сжатия-разрежения с крутыми фронтами; скорость меньше 1 сек.
2) отсутствие в установке средств защиты от нештатных ситуаций, в частности выброса нефтегазопроявлений из пласта в открытое пространство атмосферы, что делает установку опасной в плане экологии.
3) невозможность использовать прототип в качестве быстродействующей подающей, сбросной арматуры.
Задачей изобретения является устранение данных технических проблем прототипа.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании предлагаемой установки, заключается в обеспечении качественной очистки и непрерывном производственном цикле, воздействию на флюиды пласта и уплотнению грунта перед заливкой свай. Также достигается повышение концентрации полезных ископаемых при обработке скважин горно-рудной промышленности методом выщелачивания. Дополнительный технический результат, который может быть достигнут при использовании предлагаемой установки, заключается в частотной характеристики подаваемого импульса, которая обладает низкочастотной характеристикой несущей волны менее одного герца с более высокой частотной составляющей, оказывающей сейсмическое воздействие на пласт. Кроме того, обеспечивается возможность работы без бригады КРС. Изгиб скважины не влияет на прохождение ударной волны (возможность работы на горизонтальных скважинах). Достигается более высокий КПД за счет быстродействия пневматических генераторов 0,02 сек., возможность воздействия ударного импульса непосредственно на передающую среду без воздушной подушки, увеличение межфазной поверхности взаимодействия, воздействие на поверхность раздела жидкости и твердого тела, разрушение (смывание) пограничного слоя кавитационными потоками, диспергирование и эмульгирование.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен способ очистки призабойных зон, в котором очистку осуществляют циклами с чередованием в каждом цикле волн сжатия и разряжения скважинной жидкости, в зависимости от степени загрязнения нефтяного пласта, причем в призабойной зоне очистку производят многократно с использованием ресиверов различной емкости и выпускным пневматическим генератором, отличающийся тем, что каждый цикл очистки осуществляют выпускным пневматическим генератором через стыковочный блок, а скважину заполняют скважинной жидкостью, после чего линию подвода скважинной жидкости, посредством быстродействующего выпускного пневматического генератора закрывают, затем с пульта управления подают сигнал на электромагнитные клапана, которыми инициируют быстродействующие впускные пневматические генераторы, через которые запасенный в ресиверах сжатый газовый агент мгновенно сбрасывается через стыковочной блок в скважину, с созданием давления на скважинную жидкость и образования над ее зеркалом газовой подушки.
Допустимо, что с целью создания разряжения в газовой подушке, быстродействующие выпускные пневматические генераторы мгновенно закрывают, а при приходе отраженной скважинной волны открывают быстродействующий выпускной пневматический генератор в линию сброса.
Допустимо, что в качестве сжатого газового агента используют инертный газ или технический азот.
Допустимо, что сжатый газ из газовой подушки через глушитель по линии сброса через отводящий трубопровод сбрасывают в приемный контейнер.
Допустимо, что при прохождении пика амплитуды быстродействующий выпускной пневматический генератор, сбросной линии резко закрывают, создавая отраженную волну, с помощью которой повторяют колебательный процесс в скважине.
Допустимо, что в случае необходимости, циклы очистки повторяют.
Допустимо, что результат очистки определяют контрольно-измерительной аппаратурой, для чего в свободный фланец стыковочного блока в призабойную зону опускают контрольно-измерительную аппаратуру.
Допустимо, что при окончании процесса очистки, что определяется по показаниям контрольно-измерительной аппаратуры, скважинную жидкость в фазе разрежения сливают в специальное хранилище (амбар).
Допустимо, что согласование момента срабатывания при работе двух установок методом встречного резонанса по площадям осуществляют автоматически через контроллер.
Допустимо, что воздействуют на скорость протекания химической реакции методом выщелачивания и увеличивают концентрацию рудного тела в разы.
Допустимо, что согласование работы быстродействующих пневматических генераторов производится через пульт управления с синхронизацией амплитуды не меньше 0,0002 сек.
Допустимо, что синхронизация момента срабатывания быстродействующих впускных и выпускных пневматических генераторов происходит автоматически через электронный контроллер.
Также заявлена установка для обработки призабойных зон нефтегазоносных пластов и рудных полезных ископаемых пластов, содержащая быстродействующий пневматический генератор, линию подачи сжатого газового агента с запорной арматурой и систему сброса сжатого газового агента с запорными элементами, причем пневматические генераторы включают оголовок с полнопроходным сечением, содержащий выхлопное отверстие, с торцевой стенкой, установленный открытым торцом на скважине, для поступления сжатого газа по линиям подачи сжатого газового агента, а запорная арматура линии подачи газового агента выполнена в виде быстродействующей запорной арматуры, отличающаяся тем, что содержит несколько быстродействующих пневматических генераторов, которые установлены через стыковочный блок, закрепленный открытым торцом на скважине, для поступления сжатого газа по линиям подачи сжатого газового агента, причем запорная арматура линии подачи газа выполненная в виде впускного быстродействующего пневматического генератора со скоростью быстродействия 0,02 сек.
Допустимо, что установка включает глушитель, который имеет проходное сечение, превышающее проходное сечение выхлопного отверстия, и который снабжен перегородками с отверстиями разного сечения и трубопроводом, который совместно с ней образует систему сброса сжатого газового агента из скважины.
Допустимо, что система сброса сжатого газа может быть выполнена в верхней части стыковочного блока с целью полного освобождения от воздушной подушки а также за счет встроенных клапанов.
Допустимо, что запорные элементы системы сброса выполнены в виде быстродействующих выпускных пневматических генераторов со скоростью быстродействия 0,02 сек.
Допустимо, что запорная арматура системы сброса установлена на стыковочном блоке.
Допустимо, что запорная арматура системы сброса является быстродействующим выпускным пневматическим генератором со скоростью быстродействия 0,02 сек.
Допустимо, что запорная арматура системы сброса, выполненная в виде быстродействующего выпускного пневматического генератора, использована в качестве генератора отраженной волны.
Допустимо, что выхлопное отверстие быстродействующего впускного пневматического генератора в исполнении "гребенка" в несколько раз превосходит проходное сечение торцевого фланца стыковочного блока.
Допустимо, что система сброса снабжена приемным контейнером или системой отводящих трубопроводов.
Допустимо, что в качестве приемных контейнеров использована штатная емкость.
Допустимо, что выполнена с возможностью работать на скважине с высоким устьевым давлением.
Допустимо, что выполнена с возможностью использования магазина ресиверов.
Допустимо, что включает глушитель, который имеет три перегородки, каждая из которых имеет отверстие разного сечения.
Допустимо, что выполнена с возможностью работать в методе встречного резонанса, как по вертикали так и по горизонтали.
Допустимо, что выполнена с возможностью работать по площадям.
Допустимо, что выполнена с возможностью использования для уплотнения грунтов.
Допустимо, что имеет погружные датчики срабатывания для синхронизации сброса при прохождении обратной волны.
Допустимо, что имеет встроенные датчики давления для синхронизации момента подачи импульса от быстродействующих впускных пневматических генераторов.
Изобретение поясняется рисунками.
На фиг. 1-4 изображена установка для применения в области нефтедобывающей промышленности с синхронизацией амплитуды обратной волны.
На фиг. 1 устройство изображено в исходном положении при заполнении скважины жидкостью до перелива.
На фиг. 2 устройство изображено в момент выхлопа сжатого газового агента в скважину.
На фиг. 3 устройство изображено в момент сброса давления из скважины по сигналу от датчика, регистрирующего прохождение отраженной волны от забоя ударной волны.
На фиг. 4 устройство изображено в варианте исполнения оголовка, имеющим уменьшенное гидравлическое сопротивление.
На фиг. 5 изображена компоновка для уплотнения и снижения проницаемости грунтов и бетона в области строительства.
На фиг. 6 изображена установка для применения в горно-рудной промышленности для воздействия на пласт с целью повышения концентрации полезных ископаемых и ускорения химической реакции. Данный процесс происходит за счет прохождения длинных волн которые оказывают сейсмическое воздействие на рудное тело.
На фиг. 7 изображена компоновка установки для применения в нефтедобывающей промышленности с глубиной скважин до 3000 м.
На фиг. 8 изображена компоновка установки для применения в нефтедобывающей промышленности с глубиной скважин свыше 3000 м. и для обработки перфорационной зоны скважины по вертикали методом встречного резонанса.
На фиг. 9 изображена установка для применения в области горнорудной и нефтедобывающей промышленности для обработки месторождений по площадям методом встречного резонанса.
На фигурах с 1-9 устройство содержит: 1 - стыковочный блок, 2 - быстродействующий впускной пневматический генератор, 3 - золотник для удаления газовой подушки при заполнении скважины жидкостью, 4 - линия подвода сжатого газового агента, 5 - ресивер, 6 - выпускной быстродействующий пневматический генератор, 7 - линия подвода жидкости для заполнения скважины, 8 - датчик регистрации прохождения отраженной волны, 9 - камеры узла сепарации, 10 - перфорированные перегородки, 11 - глушитель, 12 - скважина, 13 - компрессор, 14 баллоны с жатым газовым агентом, 15 - пульт управления сжатым газовым агентом, 16 - отводящие трубопроводы, 17 - приемная емкость, 18 - пульт управления эл/м клапанами, 19 - патрубок, 20 - эл/м клапан.
Осуществление изобретения
Для достижения указанного технического результата предлагается установка для обработки призабойных зон нефтегазоносных пластов, содержащая снабженную запорной арматурой линию подвода жидкости в скважину, в виде быстродействующего выпускного пневматического генератора, в линию подачи сжатого газового агента, снабжена запорной арматурой в виде быстродействующих впускных пневматических генераторов и систему сброса сжатого газового агента с быстродействующими выпускными пневматическими генераторами установленными на стыковочном блоке содержащим выхлопное отверстие с торцевым фланцем установленным открытым торцом на скважине куда производится выброс с быстродействующих впускных генераторов а в сбросную линию установлен быстродействующий выпускной пневматический генератор, который в заданный момент обеспечивает мгновенную разгрузку 0,02 сек. в момент прохождения отраженной волны скважинной жидкости с газовым агентом через глушитель в приемную емкость. Устройство содержит стыковочный блок 1 с установленными быстродействующим выхлопными пневматическими генераторами 2, имеющим в верхней части золотник 3 для удаления газовой подушки при заполнении скважины жидкостью, линию подвода 4 сжатого газового агента, запасенного перед воздействием в ресивере 5, линию сброса отработанного агента через выпускной быстродействующий пневматический генератор 6, линию подвода жидкости 7 для заполнения скважины, датчик 8 регистрации прохождения отраженной волны, глушитель 11 отработанного газового агента с капельными включениями скважинной жидкости, состоящий из ряда последовательно соединенных камер 9 с перфорированными перегородками 10, причем последняя камера имеет патрубки для слива скважинной жидкости, например, в нефтяной амбар, и сброса в атмосферу отсепарированного газа.
В предпочтительном варианте изготовленная установка включает глушитель, который обеспечивает разгрузку при сбросе скважинной жидкости из скважины, имеет проходное сечение превышающее проходное сечение выхлопного отверстия и который снабжен по меньшей мере тремя перегородками с отверстиями разного сечения и связан трубопроводом с выхлопным отверстием быстродействующего выпускного пневматического генератора а с другой стороны связан с приемным контейнером.
В предпочтительном варианте изготовления установка включает по меньшей мере один или два быстродействующих впускных пневматических генератора расположенных на V образном стыковочном блоке причем на не глубоких скважинах до 1000 м. отводы на V образном блоке, могут быть расположены под 90 градусов. Для более глубоких скважин, на V образным стыковочным блоке отводы располагаются под углом обеспечивающим максимальный вектор сложения результирующих сил, а количество отводов может меняться от 2-х до 5-ти в зависимости от условий проводимых работ и удобства монтажа. При проведении работ по встречному резонансу по длине перфорации, добавляется сверху дополнительный стыковочный блок с впускными быстродействующими пневматическими генераторами. В целях устранения колебания стойки со скважинной арматурой, быстродействующие выпускные пневматические генераторы монтируются с двух сторон стыковочного блока оппозитно (на встречу друг другу). Для проведения работ по площадям методом встречного резонанса, требуются две установки «Атлас» размещенных на соседних скважинах. Возможна установка дополнительного стыковочного блока как на центральном входном фланце, так и на V образном ответвлении по системе гребенка. Предпочтительно суммарная площадь выхлопных сечений быстродействующих впускных пневматических генераторов превышает диаметр проходного сечение стыковочного блока. Предпочтительно запорные элементы системы сброса, выполнены в виде быстродействующих выпускных пневматических генераторов смонтированы на стыковочном блоке в один из его раструбов.
Предпочтительно, выхлопное отверстие быстродействующих пневматических генераторов соразмерно с проходным сечением торцевого фланца стыковочного блока.
Предпочтительно, пульт управления электромагнитными клапанами, позволяет выполнить синхронизацию одновременного срабатывания впускных пневматических генераторов с точностью 0,002 сек.
Благодаря измененной конструкции быстродействующего пневматического генератора и освобождения от его элементов полости скважины, а также выполнению выхлопного отверстия в торцевой стенке стыковочного блока в скважинной жидкости создаются волны сжатия-разрежения с крутыми фронтами. Это достигается тем, что в фазе сжатия, сжатый газ мгновенно беспрепятственно подается на зеркало скважинной жидкости без образования газовой подушки, так как полость стыковочного блока заполнена скважинной жидкостью. При этом волна сжатия с крутым фронтом, перенося энергию с высокой плотностью потока по трубе как по волноводу с незначительным затуханием, обеспечивает переход молекул флюида, насыщающего породу - коллектор, в состояние сильного взаимодействия, результатом которого является огромное расклинивающее давление. Это давление превышает горное давление, обеспечивая раскрытие фильтрационных каналов пласта. Приходящая на смену волне сжатия волна разряжения с крутым фронтом благодаря указанным изменениям конструкции генератора создает кавитационную полость в жидкости и обеспечивает выброс кольматирующих частиц из пласта в скважину. В случае работы на скважинах с повышенным устьевым давлением возможна работа без подающей линии 7 скважинной жидкости и быстродействующего выпускного пневматического генератора соединенной с этой линии.
Расположение быстродействующего выпускного пневматического генератора в линии сброса также определяется исходя из эксплуатационных и технологических соображений. Важным результатом при использовании в установке предлагаемой конструктивной схемы, является дополнительный отвод в стыковочном блоке для проникновения через нее на забой скважины или в интервал прискважинной зоны нефтяного пласта контрольно-измерительной аппаратуры и слежения за процессом очистки, что повышает эксплуатационные характеристики установки.
На Фиг. 7 схематично изображен общий вид установки, с глушителем 11 связанного патрубком для сброса скважинной жидкостью, с приемным контейнером.
Установка содержит установленный на скважине 12, соосно с ней стыковочный блок 1, имеющий в верхней части стыковочные фланцы в необходимом количестве. В боковую стенку стыковочного блока подведена линия подвода скважинной жидкости 7, с быстродействующим выпускным пневматическим генератором 6 и линию подачи сжатого газового агента 4 с быстродействующими впускными пневматическими генераторами 2 от ресиверов 5. На чертежах Фиг. 6 - Фиг. 8 представлен вариант расположения с глушителем 11, патрубком 19 с образованием линии сброса сжатого газа через отводящие трубопроводы 16, в приемный контейнер 17.
Работает установка следующим образом.
Очистку осуществляют циклами с чередованием в каждом цикле волн сжатия и разряжения скважинной жидкости, в зависимости от степени загрязнения нефтяного пласта, в призабойной зоне очистка, может производится многократно с использованием различной емкостью ресиверов в зависимости от магазина ресиверов и количества установленных на стыковочном блоке быстродействующих впускных пневматических генераторов 2. Каждый цикл осуществляется следующим образом. По линии 7, при открытым быстродействующим выпускным пневматическим генератором 6, через стыковочный блок 1, скважину 12 заполняют скважинной жидкостью, после чего линию 7, посредством быстродействующего выпускного пневматического генератора 6 закрывают. Затем с пульта управления 18, подают сигнал на электромагнитные клапана 20, которые инициируют быстродействующие впускные пневматические генераторы 2, через которые запасенный в ресиверах 5 сжатый газовый агент (инертный газ, технический азот) мгновенно сбрасывается через стыковочной блок 1 в скважину 12, с созданием давления на скважинную жидкость и образования над ее зеркалом газовой подушки. При этом в скважинной жидкости создается ударная волна давления с крутым фронтом, характеризующаяся высокой плотностью потока энергии и малым затуханием, способная распространяться на большие расстояния и создавать ударно-силовое воздействие на призабойную зону нефтяного пласта. С целью создания разряжения в газовой подушке, быстродействующие выпускные пневматические генераторы 6 мгновенно закрываются. При приходе отраженной скважинной волны открывается быстродействующий выпускной пневматический генератор 6 в линию сброса 19. Скорость быстродействия менее 0,02 сек.
Сжатый газ из газовой подушки через глушитель 11 по линии сброса через отводящий трубопровод 16 сбрасывается в приемный контейнер 17.
При этом за счет перепада давления создается подсасывающий эффект при сбросе сжатого газового агента, а также частичная дегазация скважинной жидкости, что препятствует одновременному сбросу смеси газа и жидкости, увеличивает скорость сброса сжатого газового агента и обеспечивает создание волны разрежения в скважинной жидкости с крутым фронтом и создает в скважине кавитационные полости. При прохождении пика амплитуды быстродействующий выпускной пневматический генератор 6, сбросной линии 19 резко закрываются, скорость быстродействия 0,02 сек. Что создает отраженную волну, которая повторяет колебательный процесс в скважине.
В случае необходимости, циклы очистки повторяются.
Результат очистки можно определить контрольно-измерительной аппаратурой, для чего в свободный фланец стыковочного блока в призабойную зону опускают контрольно-измерительную аппаратуру (на чертежах не показано).
Конструкция позволяет производить качественную очистку с одновременным контролем процесса.
При окончании процесса очистки, что определяется по показаниям контрольно-измерительной аппаратуры, скважинную жидкость в фазе разрежения сливают в специальное хранилище (амбар). Для достижения наибольшего эффекта, технология и методика работы может меняться как от глубины скважины так и от свойств коллектора пласта.