Устройство для комплексной обработки скважин
COMPLEX WATER TREATMENT DEVICE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для комплексного воздействия на продуктивный пласт.
Устройство для комплексной обработки продуктивных пластов, включающее струйный насос и пакер, установленные на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ). Устройство дополнительно содержит установленный в нижней части колонны НКТ щелевой перфоратор (патент РФ №92466, МПК E21B43/25, опубл. 20.03.2010 г.).
Недостаток – недостаточная эффективность обработки ввиду ограниченных функциональных возможностей.
Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины, которое представляет собой комплексный скважинный прибор, включающий управляемый датчиком скважинного гидродинамического давления генератор возбуждения акустических излучателей с системой всасывающих радиальных каналов в корпусе между ними. Радиальные каналы сообщаются с имплозионной камерой через впускной клапан, управляемый термопластическим стопором с помощью электронагревателя (патент РФ №2180938, МПК E21B 43/25, опубл. 27.03.2002 г.).
Недостатком является сложная конструкция.
Известно гидравлическое устройство золотникового типа (справочная книга по добыче нефти. –М.: Недра, 1974 г./Под редакцией Ш.К. Гиматудинова, стр.419). Устройство содержит ротор и статор, вплотную притертые друг к другу (с минимальным зазором). В роторе и статоре имеются прорези, подшипниковый и уплотнительные узлы. Устройство принято за прототип.
Недостатки заключаются в следующем. Устройство создает колебания путём периодического перекрытия потока рабочей жидкости, протекающей через золотниковое устройство. Ввиду кратковременного совпадения  отверстий в статоре и роторе на выходе из устройства энергия потока не успевает достигнуть максимального значения, поэтому эффективность обработок скважин будет несколько снижаться.
Задачей изобретения является повышение эффективности обработки призабойной зоны пласта за счет конструктивных особенностей устройства, позволяющих осуществлять гидромониторную промывку с одновременной импульсной обработкой пласта, кислотную и пенокислотную обработку пласта, разрыв пласта с последующей закачкой расклинивателя (проппанта) через рабочие органы устройства.
Задача решается, а технический результат достигается устройством для комплексной обработки скважин, содержащим ротор и статор с отверстиями, подшипниковый узел. В отличие от прототипа отверстия в роторе выполнены цилиндрическими и расположены вдоль вертикальной образующей ротора по касательной к его внутренней поверхности, причем ротор жестко связан с верхним и нижним подшипниками скольжения с возможностью скольжения по наружной поверхности статора, а по всей длине ротора выполнен плоский срез для обеспечения дисбаланса ротора, и в поперечном сечении ротор имеет вид круга с отсеченным сегментом, при этом статор жестко связан с осью, на которую посажен подшипник, опирающийся на верхний упор пружины для перемещения ротора, которая в свою очередь опирается на нижний упор, причем количество всех отверстий в роторе и статоре определяют исходя из наименьших гидравлических потерь.
Технический результат достигается следующим.
Устройство комплексной обработки скважин позволяет выполнять несколько технологических операций при одном спуске его в скважину:
1.Гидромониторная промывка с одновременной импульсной обработкой пласта.
Ротор имеет отверстия, которые выполнены цилиндрическими и расположены вдоль вертикальной образующей ротора по касательной к его внутренней поверхности. При истечении из этих отверстий жидкость становится импульсной вращающейся высокоскоростной струей, энергия которой преображается в высокоскоростной напор, воздействующий на обрабатываемый объект (продуктивный пласт). За счёт гидроструйного обмена со скелетом пласта происходит его интенсивная очистка от механических примесей и продуктов кальмотации и вынос их на поверхность. Таким образом, импульсная вращающаяся высокоскоростная струя используется для повышения эффективности технологического процесса по увеличению продуктивности скважины.
2. Кислотная и пенокислотная обработка пласта.
Возможность закачки через дополнительные отверстия статора при движении ротора вниз за счет сжатия пружины (при максимальном режиме прокачки жидкости через генератор 8-10 л/с). При этом в обрабатываемый пласт возможна закачка кислот и других реагентов для очистки призабойной зоны и внутренней поверхности обсадной колонны от солей, механических примесей и асфальтосмолистых парафинистых отложений (АСПО).
3. Разрыв пласта с последующей закачкой расклинивателя (проппанта) при меньшем давлении за счет жесткой вибрации.
За счёт использования несбалансированного колебательного вращения ротора, имеющего срез «В» (в поперечном сечении ротор имеет вид круга с отсеченным сегментом, площадь которого не превышает 30% от площади круга для обеспечения дисбаланса ротора), образуется жесткая вибрация, который позволяет повысить «эффект» воздействия импульсных сил на обрабатываемый объект в начальной и последующих стадиях обработки скважины. Это в свою очередь позволяет образовывать в пласте новые трещины (или расширять имеющиеся), которые, соединяясь с другими, становятся проводниками нефти и газа, связывающими скважину с удаленными от забоя продуктивными зонами пласта, что повышает проницаемость пласта. Разрыв пласта без вибрации достигается при давлении 50-70 МПа и при расходе жидкости до 30 л/с, а с вибрацией – при давлении 25-35 МПа при таком же расходе жидкости.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано заявляемое устройство.
Устройство, спускаемое в скважину  на насосно-компрессорных трубах 1, содержит ротор 2, статор 3, ротор жестко связан с верхним и нижним подшипниками скольжения, соответственно 4 и 5 с возможностью скольжения по наружной поверхности статора, статор жестко связан с осью, на которую посажен подшипник 6, опирающийся на верхний упор 7 пружины 8 для перемещения ротора, которая в свою очередь опирается на нижний упор 9. Позицией 10 обозначена пробка для регулирования пропускной способности отверстий в роторе, 11 - верхнее упорное приварное кольцо, 12 - гайка с контргайкой, 13 – пакер.
Кроме того, на чертеже обозначено:
А – отверстия в статоре;
Б – отверстия в роторе;
В - срез ротора, выполненный по всей его длине, как показано на чертеже;
Г – кольцевое пространство (полость) между внутренней поверхностью ротора и наружной поверхностью статора;
F1 – площадь кольцевого сечения между внутренней поверхностью ротора и наружной поверхностью статора;
F2 - площадь кольцевого сечения между внутренней поверхностью ротора и наружным диаметром оси статора.
Комплексная обработка скважины с помощью заявляемого устройства производится следующим образом.
Вначале производят гидромониторную промывку с одновременной импульсной обработкой пласта. После спуска устройства в компоновке с пакером 13 на насосно-компрессорных трубах 1 в заданный интервал обрабатываемой скважины, при непосаженном пакере,  производится прокачка жидкости с расходом насосного оборудования 8-10 литров в секунду.  Рабочая жидкость из полости насосно-компрессорных труб 1 проходит через отверстия «А» статора 3, попадает в кольцевое пространство «Г» между статором и ротором, далее в цилиндрические отверстия ротора «Б». Отверстия в роторе просверливаются по образующей вертикали (по касательной к внутренней поверхности) исходя из максимально требуемого расхода жидкости – 8-10 л/с. Диаметр отверстий может составлять 5-10 мм исходя из необходимой скорости истечения жидкости из отверстия. Скорость истечения из отверстия подбирается в пределах 8-10 м/с исходя из максимального расхода жидкости 30 л/с, при  количестве отверстий 5-15 шт. Пропускная способность отверстий «Б» регулируется вворачиванием пробок 10. Расход на каждое отверстие 1,5-2,0 л/с.  За счёт реакции истекающей из отверстий ротора 2 непрерывной струи ротор получает несбалансированное вращательное импульсное движение, передающееся через окружающую жидкость в обрабатываемый пласт. Осуществляется интенсивная очистка призабойной зоны пласта от механических примесей и продуктов кальмотации.
Далее сажается пакер 13 в заданный интервал и продолжается закачка жидкости по насосно-компрессорным трубам 1 в полость устройства с расходом жидкости 8-10 литров в секунду, устройство работает и воздействует на пласт. По мере увеличения пропускной способности пласта расход жидкости увеличивается до режима обработки скважины. При увеличении потока давление в полости «Г» устройства увеличивается, при этом происходит увеличение сжатия пружины 8 (поскольку площадь F2 кольцевого сечения между  внутренней поверхностью ротора и наружным диаметром оси статора больше, чем площадь F1 кольцевого сечения между внутренней поверхностью ротора и наружной поверхностью статора) и перемещение ротора 2, жестко связанного с подшипниками скольжения 4 и 5, по наружной поверхности статора 3 вниз. При этом открываются верхние отверстия «А» статора, позволяющие пропускать больший объём жидкости с агентами в обход ротора. При этом в обрабатываемый пласт возможна закачка кислот и других реагентов для очистки призабойной зоны и внутренней поверхности обсадной колонны от солей, механических примесей и асфальтосмолистых парафинистых отложений (АСПО). Повышение проницаемости пласта достигается за счёт использования несбалансированного колебательного вращения ротора, имеющего срез «В», который позволяет повысить «эффект» воздействия импульсных сил на обрабатываемый объект. Это в свою очередь позволяет образовывать в пласте новые трещины (или расширять имеющиеся), которые, соединяясь с другими, становятся проводниками нефти и газа, связывающими скважину с удаленными от забоя продуктивными зонами пласта.
Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективность обработки призабойной зоны пласта за счет конструктивных особенностей устройства, позволяющих осуществлять гидромониторную промывку с одновременной импульсной обработкой пласта, кислотную и пенокислотную обработку пласта, разрыв пласта с последующей закачкой расклинивателя (проппанта) через рабочие органы устройства.