СТРУЙНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОМЫВКИ СКВАЖИН
WELL FLUSHING-OUT JET UNIT

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к струйной технике, используемой в откачке из скважин жидкой и газожидкостной среды. Изобретение может использоваться для промывки интервала перфорации добывающих нефтяных, газовых, фильтровой зоны артезианских скважин с целью увеличения их дебита, а также для нагнетательных скважин с целью увеличения их приемистости.
Известен струйный аппарат для промывки скважин (патент РФ 2139422), при использовании которого качество промывки улучшается за счет повышения надежности разобщения межтрубного пространства. Струйный аппарат содержит корпус с установленным в нем струйным насосом. В корпусе выполнены каналы подвода активной и пассивной сред. При работе установки активная среда, действуя на поршень, вызывает изоляцию зоны всасывания от зоны нагнетания. При этом совместная работа струйного насоса с уплотнительным пакером позволяет повысить надежность разобщения затрубного пространства.
Данный аппарат упрощает конструкцию уплотнительного пакера устройства, повышает надежность разобщения затрубного пространства. Однако данный струйный аппарат обладает рядом недостатков, так как на качество очистки, по результатам промысловой практики, влияет множество факторов. По своей сути аппарат предназначен для очистки загрязненных скважин, т.е. вся загрязненная пассивная среда проходит через камеру смешения и диффузор и далее движется по обсадной эксплуатационной колонне. В результате эксплуатации данного струйного аппарата, возможна забивка его проточной части (диффузора, камеры смешения, входной диаметр которых в скважинных условиях для данных конструкций составляет порядка 8 мм) механическими примесями. Механические примеси также могут иметь абразивный характер (частицы продуктов коррозии металла, песок, проппант), что приводит к износу проточных элементов струйного насоса и обсадной эксплуатационной колонны. В самой конструкции струйного насоса отсутствует возможность замены его составных частей с целью регулирования основных параметров струйных насосов: коэффициента эжекции и относительного безразмерного перепада давлений, а также замены вследствие абразивного и эрозионного износов.
Конструктивное решение аналога позволяет осуществлять процесс промывки однородно распределенных по призабойной зоне загрязнений, но не предусматривает разрушение и вынос с забоя скважины наиболее плотных технологических отложений, например сцементированных песчаных пробок.
Известна насосно-эжекторная струйная установка для очистки забоя скважин от песчаных пробок (патент РФ №2239728). Она содержит смонтированный на колонне труб струйный насос и устройство для разрушения песчаной пробки, причем в корпусе струйного насоса установлены активное сопло и камера смешения с диффузором, а также выполнены канал подвода активной среды и канал подвода откачиваемой из скважины среды, при этом колонна труб установлена на вертлюге с возможностью вращения посредством привода.
Конструктивное решение прототипа и его осуществления не предусматривает возможность осуществления непрерывной промывки скважины с целью очистки всего интервала перфорации на депрессии по всей его длине. Диаметр активного сопла незначителен. И конструктивно не обеспечивает требуемых расходов промывочной жидкости для глубокой депрессии. Отсутствует возможность регулирования технологического процесса промывки скважины в зависимости от глубины интервала перфорации, плотности и размера песчаных пробок.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей струйной установки для промывки скважин с целью увеличения дебита для добывающих и увеличения приемистости для нагнетательных скважин.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности, надежности и долговечности работы устройства.
Указанный технический результат достигается за счет того, что струйная установка для промывки скважин включает конусообразный корпус, внутри которого параллельно расположены канал подвода активной жидкостной среды и активное сопло, сопряженное через боковой паз с камерой смешения, соединенной с трубопроводом отвода смеси сред, при этом внизу конусообразного корпуса установлена функциональная насадка, выполненная в виде цилиндрического корпуса насадок, горизонтально разделенного на две части, при этом верхняя часть непосредственно примыкает к конусообразному корпусу и через наклонные патрубки разных диаметров соединена с активным соплом и каналом подвода активной жидкостной среды, а нижняя часть, равная основному диаметру конусообразного корпуса, содержит по четыре радиальные насадки, расположенные по периметру, и одну насадку, расположенную по оси функциональной вставки. Активное сопло и камера смешения выполнены сменными и изготовлены из износостойких материалов. Отношение внешнего диаметра конусообразного корпуса к внутреннему диаметру камеры смешения равно четырем.
Установка функциональной вставки позволяет использовать кинетическую энергию активной жидкостной среды размывать и гомогенизировать наиболее плотные технологические отложения, встречающиеся при промывке скважин, например песчаные пробки.
Благодаря простоте конструкции, отсутствию уплотнительного пакера, струйная установка для промывки скважины может перемещаться возвратно-поступательно, за счет наземного оборудования для спускоподъемных операций на длину одной трубы насосно-компрессорных труб, обеспечивая качество промывки интервала перфорации (или фильтровой зоны) скважины, в том числе и от наиболее плотных технологических отложений в призабойной зоне.
В зависимости от назначения струйной установки в технологическом процессе промывки скважины выбираются и устанавливаются основные конструктивные элементы, изготавливаемые сменными: активное сопло, камера смешения.
Для обеспечения интенсивного процесса очистки интервала перфорации (или фильтровой зоны) скважины
- расстояние от выхода струи из активного сопла до входа в камеру смешения должно быть равным от 1 до 5 диаметра камеры смешения (Z=1÷5 dкс),
- отношение диаметра камеры смешения к диаметру активного сопла от 3 до 8 (dкс/dc=6÷9),
- на функциональной вставке осевая насадка заглушена отверстием, перпендикулярные к оси четыре насадки открыты.
Для обеспечения размыва песчаной пробки интервала перфорации (или фильтровой зоны) скважины
- расстояние от выхода струи из активного сопла до входа в камеру смешения должно быть равным от 1 до 5 диаметра камеры смешения (Z=1÷5 dkc),
- отношение диаметра камеры смешения к диаметру активного сопла от 3 до 8 (dкс/dc=6÷9),
- на функциональной вставке открыта одна осевая насадка, а четыре, перпендикулярные к оси насадки, заглушены.
Для создания глубоких депрессий
- расстояние от вывода струи из активного сопла до входа в камеру смешения должно быть равным от 0,5 до 1 диаметра камеры смешения (Z=0,5÷1 dкс),
- отношение диаметра камеры смешения к диаметру активного сопла от 3 до 8 (dкc/dc=3÷5,5),
- все насадки функциональной вставки заглушены.
Изготовление сменных частей струйной установки для промывки скважин: активного сопла 5, камеры смешения 7, из материалов стойких к абразивному и эрозионному износу (например, металлокерамика) повысит надежность и долговечность работы струйной установки. Повысится производительность технологического процесса промывки скважины за счет снижения затрат времени на спускоподъемные операции, связанные с заменой износившихся или разрушившихся частей струйной установки.
Принципиальная схема конструкции струйной установки для промывки скважин предусматривает отношение внешнего диаметра корпуса 1 к внутреннему диаметру камеры смешения 7 как равное четырем, т.е. диаметр камеры смешения достаточный (свыше 11 мм) для того, чтобы исключить забивку его проточной части размываемыми и откачиваемыми отложениями, а также срыв работы струйного насоса для промывки скважин.
На фиг. 1 представлен общий вид конструкции струйной установки для промывки скважин, на фиг. 2 изображен ее разрез.
На фиг 3 представлена схема скважинной компоновки размещения струйной установки для промывки скважин при реализации процесса интенсивной очистки интервала перфорации (или фильтровой зоны) скважины.
На фиг 4 представлена схема скважинной компоновки размещения струйной установки для промывки скважин при реализации процесса размыва песчаной пробки интервала перфорации (или фильтровой зоны) скважины.
Струйная установка для промывки скважин (фиг 1) состоит из конусообразного корпуса 1, который крепится на внешней колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 3 (фиг.3). Внутри конусообразного корпуса 1 параллельно расположены канал подвода активной жидкостной среды 2 и активное сопло 6, сопряженное через боковой паз 7 с камерой смешения 8, соединенной с трубопроводом отвода смеси сред 9 (внутренней колонны НКТ 2 (фиг.3), при этом внизу корпуса установлена функциональная вставка 3, выполненная в виде цилиндрического корпуса насадок, горизонтально разделенного на две части, при этом верхняя часть непосредственно примыкает к конусообразному корпусу 1 и через наклонные патрубки разных диаметров соединена с активным соплом 5 и каналом подвода активной жидкостной среды 2, а нижняя часть, равная основному диаметру конусообразного корпуса 1, содержит по периметру четыре радиальные насадки 4, оси которых расположены под углом 90° относительно образующей корпуса, и одну центральную насадку, расположенную по оси функциональной вставки 3.
Наклонные патрубки в конусообразном корпусе 1 выполнены разного диаметра из-за изменяющего расхода жидкостной среды, применяемой для промывки скважин. Так, по внешней колонне НКТ 3 (фиг.3) весь поток проходит по наклонному патрубку большего диаметра, часть потока поступает на функциональную вставку 3, а часть потока поступает на активное сопло 6 по наклонному патрубку меньшего диаметра.
Струйная установка для промывки скважины работает следующим образом.
На функциональной вставке 3 устанавливается необходимое количество насадок с диаметрами, соответствующими расходно-напорным характеристикам используемого наземного насосного оборудования 1 (фиг.3, фиг.4).
При интенсивной промывке скважины на функциональной вставке 3 открываются четыре радиальные насадки 4, осевая насадка 5 глушится.
При разрушении песчаной пробки на функциональной вставке 3 четыре радиальные насадки 4 глушатся, осевая насадка 5 открывается.
При создании наибольшей депрессии: глушатся все пять насадок.
Схема осуществления струйной установки для промывки скважин при реализации процесса интенсивной очистки интервала перфорации (или фильтровой зоны) скважины представлена на фиг. 3.
Струйная установка доводится до интервала перфорации 6 (фиг. 3).
Активная жидкостная среда под давлением, создаваемым на поверхности насосным оборудованием 1 (фиг. 3) подается по внешней колонне НКТ 3 (фиг. 3) в конусообразный корпус 1 струйной установки 5 (фиг. 3). Часть потока по наклонному патрубку подвода активной жидкостной среды 2 направляется на функциональную вставку 3. Жидкостная среда истекает из насадок 4, обладая большой кинетической энергией, которая направлена на раскольматацию (очистку и промывку от отложений) образованных на интервале перфорации (или фильтровой зоны) скважин 7 (фиг. 3). Отложения разрушаются и перемешиваются с жидкостной средой, образуется пассивный поток.
Другая часть потока подводится к активному соплу 6. При истечении жидкостного потока из активного сопла 6 скорость увеличивается, а давление падает, в результате чего образуется в боковом пазу 7 конусообразного корпуса 1 зона пониженного давления, и весь пассивный поток с загрязнениями из интервала перфорации (или фильтровой части) скважины 6 (фиг. 4) увлекается в камеру смешения 8 струйной установки 5 (фиг. 3), в которой активный и пассивный потоки перемешиваются, и далее поток по внутренней колонне НКТ 2 (фиг. 3) направляется на устье скважины. Отношение внешнего диаметра конусообразного корпуса 1 к внутреннему диаметру камеры смешения 8 равно четырем, что позволит обеспечить требуемые расходные характеристики, создаваемые на поверхности насосным оборудованием 1, а также расширить функциональные возможности струйной установки за счет исключения забивки его проточной части (камеры смешения 8) механическими примесями.
Схема осуществления струйной установки для промывки скважин при реализации процесса разрушения песчаной пробки в интервале перфорации (или фильтровой зоны) скважины представлена на фиг. 4.
Жидкостная среда истекает из насадки 5, обладая большой кинетической энергией, которая направлена на размыв песчаных пробок 7 (фиг. 4) в интервале перфорации (или фильтровой зоне) скважины 6 (фиг. 4). Пробка 7 (фиг. 4), состоящая из песка, и/или частиц продуктов коррозии металла, и/или проппанта, разрушается и гомогенизируется, образуется пульпа в интервале перфорации (либо фильтровой зоне) скважины 6 (фиг. 4).
Другая часть потока подводится к активному соплу.  При истечении жидкостного потока из активного сопла 6 скорость увеличивается, а давление падает, в результате чего, образуется в боковом пазу 7 конусообразного корпуса 1 зона пониженного давления, и весь пассивный поток с загрязнениями (пульпой) из интервала перфорации (или фильтровой части) скважины 6 (фиг. 4) увлекается в камеру смешения 8, в которой активный и пассивный потоки перемешиваются, и далее поток по внутренней колонне НКТ 2 (фиг. 4) направляется на устье скважины.
При осуществлении изобретения межтрубное пространство, образованное обсадными трубами 4 (фиг. 3, фиг. 4) и внешней колонной НКТ 3 (фиг. 3, фиг 4), в технологическом процессе не задействовано. Колонна обсадных труб 4 (фиг. 3, фиг. 4) не будет подвергаться абразивному и эрозионному износу, что повысит надежность и длительную эксплуатацию скважины в целом.
Предлагаемое изобретение может успешно использоваться при проведении работ по освоению и ремонту нефтяных, газовых, артезианских скважин.
Для реализации поставленных задач используется только энергия жидкой среды, которая направляется на стенки скважины, способствуя размыву и гомогенизации наиболее плотных технологических отложений, встречающихся при промывке скважин, например песчаных пробок.
Для повышения надежности и работоспособности струйной установки, наиболее подверженные абразивному износу ее части предлагается выполнять сменными и с использованием износостойких материалов.