СКВАЖИННАЯ СТРУЙНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ)

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности, а именно к струйным устройствам для интенсификации притока углеводородов, и может быть использовано при проведении гидроразрыва пласта (ГРП) или кислотной обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) с последующей очисткой скважины.
Известны скважинные струйные установки и технологии для проведения гидроразрыва пласта и кислотной обработки ПЗП, например, раскрытые в патентах RU 2263235 C1, МПК-7 F04F 5/02, E21B 43/27, 27.10.2005; RU 2273772 С1, МПК F04F 5/54, 10.04.2006. Эти устройства включают смонтированные на колонне насосно-компрессорных труб струйный насос с проходным каналом в его корпусе и расположенные ниже струйного насоса пакер с проходным каналом и хвостовик с входной воронкой, согласно технологии, производят распакеровку пакера выше продуктивного пласта, устанавливают в проходном канале струйного насоса блокирующую вставку с центральным проходным каналом и проводят закачку жидкости гидроразрыва или жидкости с химическими реагентами в продуктивный пласт, после чего извлекают на поверхность блокирующую вставку и спускают через колонну труб в скважину гибкую трубу, пропущенную через герметизирующий узел, устанавливаемый в проходном канале струйного насоса, проводят дренирование продуктивного пласта путем создания в подпакерном пространстве скважины депрессии, осуществляют промывку забоя скважины, после чего извлекают из скважины гибкую трубу с герметизирующим узлом и проводят с использованием струйного насоса гидродинамические и геофизические исследования продуктивного пласта для оценки его продуктивности.
Недостатком указанных устройств является необходимость установки и извлечения блокирующей вставки, что связано с большими затратами времени и ведет к удорожанию себестоимости работ. Помимо этого, дополнительное удорожание себестоимости работ происходит в результате использования в процессе работ гибких труб (ГНКТ).
Известны технические решения, в которых предпринята попытка отказа от использования сменной блокирующей вставки в целях ускорения процесса выполнения работ, например, изобретения по патентам RU 2280787 С1, МПК F04F 5/54, 27.07.2006; RU 2289042 C1, МПК F04F 5/54, E21B 47/00, 10.12.2006; RU 2287723 C1, МПК F04F 5/54, E21B 47/00, 20.11.2006; RU 2303172 C1, МПК F04F 5/54, E21B 47/00, 20.07.2007; RU 2320899 C1, МПК F04F 5/00, 27.03.2008; RU 2320900 C1, МПК F04F 5/00, 27.03.2008; RU 2324843 C1, МПК F04F 5/54, E21B 47/00, 20.05.2008; RU 2362914 C2, МПК F04F 5/54, E21B 47/00, 27.07.2009; RU 2287095 C1, МПК F04F 5/54, E21B 47/00, 10.11.2006; RU 2287094 C1, МПК F04F 5/54, 10.11.2006.
Наиболее близким аналогом предлагаемой группы изобретений, принимаемым за прототип, является устройство по патенту RU 2287094 C1, МПК F04F 5/54, 10.11.2006.
Скважинная струйная установка по прототипу содержит корпус, в котором выполнены перепускные окна, и вкладыш со струйным насосом, при этом во вкладыше выполнены канал подвода активной среды в сопло струйного насоса, канал подвода в струйный насос откачиваемой среды и выходной канал, выходной канал сообщен с внутренней полостью корпуса выше струйного насоса, а на вкладыше установлены уплотнительные элементы, при этом в канале подвода откачиваемой среды установлен обратный клапан, на вкладыше ниже струйного насоса установлены автономные приборы для замера физических параметров, например давления, температуры и расхода поступающей в струйный насос среды, в корпусе установлена подвижная в осевом направлении опорная втулка, подпружиненная относительно корпуса, и на выполненное в опорной втулке посадочное место установлен вкладыш со струйным насосом, причем опорная втулка выполнена с перепускными отверстиями в ее стенке и фланцем в нижней ее части, в корпусе под перепускными окнами выполнена кольцевая расточка, ограничивающая своими торцами перемещение расположенного в ней фланца опорной втулки и сообщенная через зазор между опорной втулкой и корпусом с перепускными окнами корпуса, при этом в нижнем положении опорной втулки канал подвода активной среды сообщен с окружающим корпус пространством через перепускные отверстия и перепускные окна, а в верхнем положении перепускные окна корпуса перекрыты стенкой опорной втулки.
Подпружиненная опорная втулка в устройстве по прототипу выполняет функцию блокирующей вставки, она перекрывает каналы подвода рабочей и откачиваемой сред, что предотвращает их засорение при закачке в скважину жидкости гидроразрыва и/или химических реагентов. При этом опорная втулка выполнена с посадочным местом под струйный насос, при сбрасывании которого втулка перемещается, открывая соответствующие каналы для проведения гидродинамической обработки и дренирования продуктивного пласта. При удалении струйного насоса пружина возвращает опорную втулку в исходное блокирующее положение. Такая конструкция позволяет избежать расхода времени на сброс и изъятие блокирующей вставки.
Однако, устройтво по прототипу имеет следующие недостатки, снижающие его эффективность:
1. Пружинный возврат втулки в исходное положение при присутствующих в скважине загрязнениях соприкасающихся поверхностей может приводить к заклиниванию втулки, что снижает надежность работы устройства.
2. Являясь подвижной, опорная втулка может не, обеспечивать надежной герметизации трубного пространства во время закачки проппанта и/или реагентов под большим давлением.
3. В случае, если давление в затрубном пространстве больше, чем давление в НКТ, наличие зазора для сообщения фланца опорной втулки с перепускными окнами допускает перемещение вниз опорной втулки за счет давления затрубной жидкости на фланец и, следовательно, возможно нежелательное открытие перепускных окон, что приводит к разгерметизации установки. В связи с этим затруднительно проведение ряда скважинных операций, требующих создания повышенного давления в затрубном пространстве (например, опрессовка пакера, создание противодавления при ГРП и т.д.)
4. Являясь подвижной, опорная втулка не обеспечивает достаточной стационарности при выполнении функции посадочного места для вставного насоса, в силу чего при перепадах давлений размещенный во втулке струйный насос совершает вместе со втулкой осевые перемещения, что приводит к ускоренному износу уплотнений и потере герметичности, тем более когда требуются многократные чередующиеся закачки реагентов в пласт с последующим дренированием струйным насосом.
5. Пружина в качестве возвратного механизма опорной втулки недостаточно надежна для использования в ситуациях постоянных перепадов давлений, покольку проявление со временем свойства усталости металла пружины приводит к образованию зазоров.
6. Являясь опорной, втулка несет на себе нагрузки, оказываемые давлением на насосную вставку, что может привести к расклиниванию опорной втулки в области посадочного места и к ее застреванию в нижнем положении.
7. В случае засорения кольцевой расточки, в границах которой перемещается опорная втулка, возможно неполное опускание втулки и несовпадение перепускных отверстий втулки с перепускными окнами в корпусе установки.
Устранение указанных недостатков является задачей, на решение которой направлена предлагаемая группа изобретений.
Технический результат предлагаемых изобретений заключается в следующем:
1. Повышение надежности скважинной струйной установки, улучшение ее эксплуатационных характеристик, снижение аварийности.
2. Оптимизация расхода времени, затрачиваемого на проведение скважинных операций по ГРП, кислотной обработке, очистке и освоению скважины.
3. Снижение себестоимости работ за счет экономии времени на проведение работ и за счет повышения износостойкости деталей струйной установки.
Достижение технического результата обеспечивается за счет замены опорной втулки блокирующей втулкой (блокирующей шторкой), установленной соосно посадочному месту под струйный насос с возможностью осевого перемещения в границах расточки, и снабжением установки фиксаторами, ограничивающими самопроизвольное перемещение блокирующей втулки.
Предлагаемая скважинная струйная установка по первому варианту исполнения содержит смонтированный на колонне НКТ корпус, в котором выполнено по меньшей мере одно перепускное окно, посадочное место под вставной струйный насос, подвижная в осевом направлении втулка (блокирующая втулка), установленная с возможностью перекрытия и открытия перепускных окон, и расточка, ограничивающая перемещение блокирующей втулки, а также содержит вставной струйный насос, выполненный с возможностью установки на посадочное место в корпусе и с возможностью смещающего воздействия на блокирующую втулку. Согласно изобретению, корпус устройства и/или ограничивающая расточка, выполненная в корпусе, снабжены пазом (пазами), а блокирующая втулка снабжена фиксатором (фиксаторами), выполненными с возможностью фиксации в пазах корпуса и/или расточки и удерживающими блокирующую втулку в положении перекрытия перепускных окон при отсутствии вставного струйного насоса (насосной вставки). Установка укомплектована ловителем для возврата блокирующей втулки в исходное положение.
По второму варианту исполнения скважинная струйная установка содержит смонтированный на колонне НКТ корпус, в котором выполнено по меньшей мере одно перепускное окно, посадочное место под вставной струйный насос, подвижная в осевом направлении втулка (блокирующая втулка), установленная с возможностью перекрытия и открытия перепускных окон, и расточка, ограничивающая перемещение блокирующей втулки, а также содержит вставной струйный насос, выполненный с возможностью установки на посадочное место в корпусе и с возможностью смещающего воздействия на блокирующую втулку. Согласно изобретению, блокирующая втулка снабжена пазом (пазами), а ограничивающая расточка и/или корпус устройства снабжены фиксатором (фиксаторами), выполненными с возможностью фиксации в пазах блокирующей втулки и удерживающими блокирующую втулку в положении перекрытия перепускных окон при отсутствии вставного струйного насоса (насосной вставки). Установка укомплектована ловителем для возврата блокирующей втулки в исходное положение.
В отличие от опорной втулки в устройстве по прототипу, блокирующая втулка в предлагаемом устройстве не служит посадочным местом для насосной вставки и не выполняет опорную функцию, в связи с чем не влияет на подвижность насосной вставки при проведении работ. Отказ от возвратной пружины обеспечивает неподвижность насосной вставки при работе и исключает ее нежелательные перемещения при перепадах рабочего давления, за счет чего уменьшается износ уплотнительных элементов и не нарушается герметичность устройства.
Снабжение установки фиксаторами, удерживающими блокирующую втулку, обеспечивает стационарность блокирующей втулки в положении перекрытия перепускных окон, в отличие от неэффективной пружины. Тем самым достигается повышение надежности при работе скважинной струйной установки, улучшение ее эксплуатационных характеристик, снижение аварийности.
Фиксаторы могут быть выполнены в виде подпружиненных элементов (выступов).
Фиксаторы могут быть выполнены в виде подвижных фигурных элементов, снабженных выступами и элементами расклинивания.
Расточка, ограничивающая перемещение блокирующей втулки, может быть выполнена в виде кольцевой расточки либо в виде фигурной расточки. Выполнение расточки в виде кольцевой ограничивает осевое перемещение блокирующей втулки, а выполнение расточки в виде фигурной ограничивает как осевое, так и вращательное перемещение блокирующей втулки.
Во избежание засорения расточки, в границах которой перемещается опорная втулка, нижняя ограничивающая поверхность расточки может быть выполнена под тупым углом к боковой поверхности расточки. Такое расположение ограничивающей поверхности не позволяет скапливаться на ней засоряющим частицам.
На насосной вставке ниже струйного насоса могут быть установлены автономные приборы для замера физических параметров, например давления, температуры и расхода поступающей в струйный насос среды. Этим обеспечивается возможность определения интересующих характеристик скважины на любом этапе проведения работ с использованием насосной вставки.
Заявляемое устройство в некоторых из возможных видов его исполнения представлено на чертежах:
фиг.1 - корпус устройства по первому варианту изобретения с блокирующей втулкой, перекрывающей перепускное окно (осевой разрез),
фиг.2 - корпус устройства по первому варианту изобретения в сборе с установленной на посадочное место насосной вставкой, с блокирующей втулкой в положении открытия перепускного окна (осевой разрез),
фиг.3 - блокирующая втулка в корпусе по первому варианту изобретения (крупный план, осевой разрез),
фиг.4 - возможные исполнения расточки, ограничивающей перемещение блокирующей втулки (поперечный разрез),
фиг.5 - блокирующая втулка в корпусе по второму варианту изобретения (крупный план, осевой разрез).
Скважинная струйная установка по первому варианту исполнения (фиг.1-3) содержит смонтированный на колонне НКТ корпус 1, в котором выполнено перепускное окно 2, посадочное место 3 под вставной струйный насос 4, подвижная в осевом направлении втулка 5 (блокирующая втулка), установленная с возможностью перекрытия и открытия перепускного окна 2, и расточка 6, ограничивающая перемещение блокирующей втулки 5, а также содержит вставной струйный насос 4, выполненный с возможностью установки на посадочное место 3 в корпусе 1 и с возможностью смещающего воздействия на блокирующую втулку 5. Ограничивающая расточка 6 снабжена пазом 7 (пазами), а блокирующая втулка 5 снабжена фиксаторами 8, выполненными с возможностью фиксации в пазах 7 расточки 6 и удерживающими блокирующую втулку 5 в положении перекрытия перепускного окна 2 при отсутствии вставного струйного насоса 4 (насосной вставки). Установка укомплектована ловителем (не показан) для возврата блокирующей втулки 5 в исходное положение. В нижней части насосной вставки 4 установлены автономные приборы 9 для замера физических параметров. Нижняя ограничивающая поверхность 10 расточки 6 выполнена под тупым углом а к боковой поверхности 11 расточки 6.
Скважинная струйная установка по второму варианту исполнения (фиг.5) отличается только переменой расположения фиксаторов и пазов: блокирующая втулка 5 снабжена пазом 7 (пазами), а корпус 1 снабжен фиксаторами 8, выполненными с возможностью фиксации в пазах 7 блокирующей втулки 5 и удерживающими блокирующую втулку 5 в положении перекрытия перепускного окна 2 при отсутствии вставного струйного насоса 4 (насосной вставки).
Устройство работает следующим образом.
Скважинная струйная установка в составе корпуса 1 и блокирующей втулки 5 опускается в скважину на колонне НКТ до заданного интервала, производятся технологические операции согласно применяемой технологии (закачка геля с проппантом при ГРП, закачка химреагентов при кислотной обработке ПЗП). При этом, рабочая среда закачивается через корпус 1 устройства при перекрытом блокирующей втулкой 5 перепускном окне 2 корпуса 1. Блокирующая втулка 5 зафиксирована фиксаторами 8 в пазах 7 расточки 6 корпуса 1. По завершении необходимых технологических операций в корпус 1 устройства на посадочное место 3 устанавливается вставной струйный насос 4 (насосная вставка) с размещенными в нижней его части автономными приборами 9 для замера физических параметров. При посадке на место 3 насосная вставка 4 воздействует на блокирующую втулку 5 и смещает ее вниз вдоль оси устройства, открывая тем самым перепускное окно 2 в корпусе 1. Насосным агрегатом на устье скважины нагнетается рабочая жидкость в НКТ или затрубье, под струйным насосом 4 создается депрессия, возникает движение жидкости наверх, производится откачка флюида из скважины. Автономными приборами 9 регистрируются температура, давление и иные показатели. По окончании работы струйного насоса насосная вставка 4 извлекается на поверхность. С помощью ловителя (не показан) блокирующяя втулка 5 приводится в первоначальное положение перекрытия перепускного окна 2 корпуса 1. Установка извлекается из скважины либо перемещается для проведения дальнейших работ на следующий интервал.
Скважинная струйная установка по второму варианту исполнения изобретения работает аналогичным образом, с тем лишь отличием, что при отсутствии насосной вставки 4 блокирующая втулка 5 зафиксирована фиксатором 8 корпуса 1 посредством пазов 7 блокирующей втулки 5.