УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ КАНАЛОВ ПЕРФОРАЦИИ И ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА УСЛОВНО БЕСКОНЕЧНОЙ ТОЛЩИНЫ
DEVICE FOR SELECTIVE CLEANING OF PERFORATION CHANNELS AND BOTTOMHOLE FORMATION ZONE OF CONVENTIONALLY UNLIMITED THICKNESS

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для селективной очистки каналов перфорации и обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) любой толщины.
Прототипом является устройство для очистки каналов перфорации и обработки призабойной зоны, включающее жестко закрепленный на насосно-компрессорной трубе (НКТ) статор с отверстиями, ротор с каналами, причем отверстия статора выполнены под углом к плоскости крыльчатки ротора, статор представляет собой шайбу, закрепленную на наружной поверхности НКТ, оснащенную элементом, герметизирующим пространство между статором и корпусом; устройство дополнительно оснащено штуцирующим элементом, жестко закрепленным на наружной поверхности НКТ; ротор расположен между статором и штуцирующим элементом и выполнен заодно с крыльчаткой, образующей каналы, причем имеется возможность перемещения НКТ с закрепленными на ней элементами устройства вдоль участка перфорированной обсадной колонны, выполняющего функцию корпуса устройства /патент №2359114, опубл. 20.06.2009/.
Устройство-прототип недостаточно эффективно по следующим причинам.
Наличие вращающейся детали обусловливает возможность заклинивания в условиях большого количества мехпримесей (кальматанта) в рабочей жидкости; сложность конструкции. Отсутствие соосности рабочего элемента - ротора - с обсадной колонной - корпусом устройства - приводит к неравномерному воздействию на каналы перфорации. Поток рабочей жидкости формируется в роторе, преодолевает изменяющийся зазор между ротором и обсадной колонной и лишь тогда начинается воздействие на канал перфорации в обсадной колонне. Воздействие рабочей жидкостью на канал перфорации неравномерное вследствие однонаправленности потока рабочей жидкости, так как прототип работает только при спуске.
Решаемая задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности устройства для очистки каналов перфорации и призабойной зоны без ограничения одновременно обрабатываемой толщины интервала перфорации за счет исключения возможности его заклинивания в условиях большого количества мехпримесей (кальматанта) в рабочей жидкости, при упрощении конструкции. Устройство, благодаря соосности рабочего элемента с корпусом, поддерживается в рабочем состоянии - в состоянии свободы радиального перемещения НКТ относительно соосных между собой рабочего элемента и корпуса - независимо от степени кривизны ствола скважины, вплоть до сохранения работоспособности в горизонтальных стволах; что улучшает равномерность обработки. Поток рабочей жидкости воздействует на канал перфорации при перемещении устройства как вверх, так и вниз; обеспечена равномерная обработка каналов перфорации благодаря соосности рабочего элемента с корпусом и разнонаправленности потока рабочей жидкости при перемещении устройства в любом направлении. Соответственно, время активного воздействия рабочего элемента на перфорационный канал увеличено в разы. Поток рабочей жидкости формируется непосредственно на стенке перфорированной обсадной колонны.
Оптимальный вариант реализации устройства усиливает указанные технические результаты; например обеспечивает равномерную обработку всех без исключения каналов перфорации; кратно увеличивает время активного воздействия рабочего элемента на канал перфорации при перемещении устройства.
Поставленная задача решается тем, что устройство для селективной очистки каналов перфорации и призабойной зоны пласта условно бесконечной толщины, включающее расположенный на насосно-компрессорной трубе (НКТ) с ограничением осевого перемещения рабочий элемент с каналами, причем имеется возможность перемещения НКТ с расположенным на ней рабочим элементом вдоль участка перфорированной обсадной колонны, выполняющего функцию корпуса устройства, НКТ имеет возможность радиального перемещения относительно корпуса, отличается тем, что рабочий элемент с одним или несколькими каналами на внешней поверхности соосен с корпусом устройства, а НКТ имеет возможность радиального перемещения относительно рабочего элемента.
Рабочий элемент имеет верхнюю и нижнюю части, которые имеют противоположные направления винтовых каналов.
Рабочий элемент может быть выполнен из эластичного материала.
Одновременно могут быть спущены несколько перемещаемых на НКТ рабочих элементов нескольких устройств.
Таким образом, заявляемое устройство, в отличие от прототипа, имеет рабочий элемент в виде стакана без дна (шайбы), устанавливаемый на НКТ не жестко, коаксиально, с ограничением осевого перемещения, с возможностью радиального перемещения НКТ относительно соосных между собой рабочего элемента и корпуса устройства; в отличие от прототипа рабочий элемент может иметь не только несколько каналов, но и один канал.
Также заявляемое устройство, в отличие от прототипа, не имеет отдельного герметизирующего элемента, так как его рабочий элемент, будучи выполненным эластичным, выполняет функцию герметизации. Если рабочий элемент выполнен жестким, то он обладает только функцией штуцера, но не утрачивает способности направления потока жидкости в канал/каналы рабочего элемента.
Заявляемое устройство иллюстрируется фигурами 1-3, где: фиг.1 - устройство по первому пункту формулы изобретения (левая вертикальная штрихпунктирная линия показывает ось радиально перемещаемой НКТ; а правая вертикальная штрихпунктирная линия показывает общую ось корпуса и рабочего элемента); фиг.2 - оптимальный вариант заявляемого устройства; фиг.3 - поперечное сечение оптимального варианта заявляемого устройства.
На фигурах:
1 - НКТ; 2 - участок перфорированной обсадной колонны, выполняющий функцию корпуса устройства; 3 - рабочий элемент с одним или несколькими каналами; 4 и 5 - жестко закрепленные на НКТ соответственно верхний и нижний ограничители с распорной втулкой 6; 7 - жестко закрепленный на НКТ компенсатор эластичный; 8 - жестко закрепленная на НКТ шайба; 9 - жестко закрепленные на НКТ муфты НКТ; 10 - верхняя часть рабочего элемента с винтовыми каналами, 11 - нижняя часть рабочего элемента с винтовыми каналами, причем части 10 и 11 отличаются правой и левой направленностью винтовых каналов; 12 - зона смены направления потока в винтовых каналах рабочего элемента 3; 13 - канал перфорации; 14 - канал, выполненный на внешней поверхности рабочего элемента 3.
Рабочий элемент 3 устанавливают на НКТ 1 коаксиально, с возможностью радиального перемещения НКТ 1 относительно соосных между собой корпуса 2 и рабочего элемента 3 (соответственно с возможностью перемещения НКТ относительно обсадной колонны, например, при искривлении скважины). Ограничение осевого перемещения рабочего элемента 3 обеспечивается верхним 4 и нижним 5 ограничителями. Вдоль участка 2 перфорированной обсадной колонны, который является корпусом устройства, перемещается расположенный на НКТ 1 с ограничением осевого перемещения рабочий элемент 3 с одним или несколькими каналами 14.
Устройство (фиг.1) работает следующим образом.
1. Спуск перемещаемого на НКТ 1 рабочего элемента 3 устройства, расположенного на наружной поверхности НКТ 1 между ограничителями 4 и 5, с помощью подъемника в зону участка 2 перфорированной обсадной колонны (выполняющего функцию корпуса устройства), подлежащего обработке.
Будучи спущен в скважину, рабочий элемент 3 всегда остается соосен с корпусом устройства - участком 2 перфорированной обсадной колонны. Из-за кривизны скважины НКТ 1 радиально перемещается относительно корпуса и рабочего элемента 3 устройства.
2. Перемещение вверх-вниз НКТ 1 с расположенным на ее наружной поверхности между ограничителями 4 и 5 рабочим элементом 3 устройства приводит к перетеканию рабочей жидкости, заполняющей ствол скважины, через канал/каналы 14 рабочего элемента 3, что, в свою очередь, приводит к воздействию ее на кальматант, отложившийся в каналах перфорации 13, мимо которых перемещается рабочий элемент 3 в процессе спуска-подъема НКТ 1 устройства.
Если рабочий элемент 3 выполнен жестким, то он обладает только функцией штуцера, но не утрачивает способности направления потока жидкости в канал/каналы 14.
Устройство работает на любых рабочих жидкостях или газожидкостных смесях, заполняющих ствол скважины; не только специально закачиваемых, но и притекающих из ПЗП пластовых флюидах.
Кроме того, перемещение рабочего элемента 3 приводит к формированию зон повышенного и пониженного давления над и под рабочим элементом 3 устройства, что обеспечивает дополнительное знакопеременное гидродинамическое воздействие на канал перфорации 13.
Разрушенный кальматант периодически удаляется из устройства притекающей пластовой жидкостью или прокачкой свежей порции рабочей жидкости, например, по схеме НКТ-затрубное пространство.
Исключена возможность заклинивания рабочего элемента 3 устройства в условиях большого количества мехпримесей (кальматанта) в рабочей жидкости, при упрощении конструкции. Благодаря тому, что рабочий элемент 3 расположен на НКТ 1 коаксиально между ограничителями 4 и 5, а НКТ имеет возможность радиального перемещения относительно соосных между собой корпуса 2 и рабочего элемента 3, устройство поддерживается в рабочем состоянии независимо от степени кривизны ствола скважины, вплоть до сохранения работоспособности в горизонтальных стволах. Поток рабочей жидкости воздействует на канал перфорации при перемещении устройства как вверх, так и вниз; достигается равномерная обработка каналов перфорации благодаря соосности рабочего элемента 3 с корпусом 2 и разнонаправленности потока рабочей жидкости при перемещении устройства в любом направлении. Время активного воздействия рабочего элемента на перфорационный канал увеличено в разы. Поток рабочей жидкости формируется непосредственно на стенке перфорированной обсадной колонны.
Оптимальный вариант устройства (фиг.2) работает следующим образом.
1. Спуск перемещаемого на НКТ 1 «двойного» рабочего элемента 3 устройства, расположенного на наружной поверхности НКТ между ограничителями 4 и 5, с помощью подъемника в зону участка 2 перфорированной обсадной колонны (выполняющего функцию корпуса устройства), подлежащего обработке. «Двойной» рабочий элемент 3 имеет верхнюю и нижнюю части, которые имеют противоположные направления винтовых каналов 14. «Двойной» рабочий элемент 3 выполнен из эластичного материала.
2. Перемещение вверх-вниз НКТ 1 с расположенным на ее наружной поверхности между ограничителями 4 и 5 «двойным» рабочим элементом 3 устройства приводит к перетеканию рабочей жидкости, заполняющей ствол скважины, через каналы 14 рабочего элемента 3, причем в зоне 12 происходит смена направления тока рабочей жидкости в винтовых каналах 14 «двойного» рабочего элемента 3, что приводит к еще более эффективному воздействию на кальматант, отложившийся в каналах перфорации 13, которые проходит «двойной» рабочий элемент 3 в процессе спуска-подъема.
Выполнение рабочего элемента 3 из эластичного материала обеспечивает его герметизирующий характер, минимизируя утечки рабочей жидкости мимо каналов 14 рабочего элемента 3, что увеличивает скорость движения рабочей жидкости в направлении канала 14 рабочего элемента 3 и в целом КПД устройства. Сохраняется и функция рабочего элемента 3 как штуцера, т.е. способность направления потока рабочей жидкости в канал/каналы 14 рабочего элемента 3.
Устройство работает на любых рабочих жидкостях или газожидкостных смесях, заполняющих ствол скважины; не только специально закачиваемых, но и притекающих из ПЗП пластовых флюидах.
Разрушенный кальматант периодически удаляется из устройства притекающей пластовой жидкостью или прокачкой свежей порции рабочей жидкости, например, по схеме НКТ-затрубное пространство.
Одновременно могут быть спущены несколько перемещаемых на НКТ рабочих элементов нескольких устройств. Это позволяет применять заявляемое устройство для очистки каналов перфорации и ПЗП условно бесконечной толщины. Селективная очистка каналов перфорации обеспечивается за счет перемещения устройства в интервале перфорации. Штуцирующий характер устройства обеспечивает при перемещении вниз-вверх возбуждение низкочастотных возмущений в обрабатываемом интервале (эффект вантуза), что обеспечивает воздействие на удаленные зоны ПЗП.