УСТРОЙСТВО ДЛЯ КИСЛОТНОГО ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА
DEVICE FOR ACID-HYDRAULIC FRACTURING OF FORMATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для проведения кислотного гидроразрыва пласта в открытых стволах скважин.
Известно устройство для гидроразрыва пласта (патент ФРГ №2402757, МПК Е21В 43/25, опубл. в 1978 г.), содержащее корпус с радиальными каналами, в которых закреплены втулки с коническим соплом.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность, связанная с невозможностью изменения расстояния между торцами сопел и обрабатываемым пластом.
Также известно устройство для гидроразрыва пласта (авторское свидетельство SU №1029673, МПК Е21В 43/263, опубл. 10.05.1999 г.), содержащее корпус с крышкой со штоком и отражатель, образующие камеру сгорания, в которой размещены пороховой заряд с воспламенителем и уплотнительный элемент.
Недостатками этого устройства являются малая надежность в работе и необходимость соблюдения строгих мер безопасности для исключения травматизма обслуживающего персонала.
Также известно устройство для гидроразрыва пластов (патент RU №2412346, МПК Е21В 43/26, опубл. 20.02.2011 г., Бюл. №5), содержащее геофизический кабель, средство транспортировки, соединенное со средством гидроразрыва, при этом средство транспортировки выполнено в виде гидравлического движителя, соединенного общим валом с приводом и высоковольтным генератором, размещенными внутри закрытого герметичного корпуса, установленного, в свою очередь, внутри кожуха с образованием кольцевого зазора, при этом высоковольтный генератор выполнен с пьезоэлектрическими пластинами, а общий вал имеет диски с роликами, последние из которых имеют возможность оказывать давление на пьезоэлектрические пластины при вращении общего вала от привода.
Недостатками этого устройства являются сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей, а также низкая эффективность проведения гидроразрыва пласта вследствие того, что гидроразрыв пласта происходит из-за разряда, вызывающего гидроудар в скважине.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для гидроразрыва пласта (патент RU №2462589, МПК Е21В 43/26, опубл. 27.09.2012 г., Бюл. №27), содержащее корпус с радиальными каналами, в которых закреплены втулки с коническим соплом, при этом оно снабжено размещенной в полости корпуса втулкой с центральным отверстием и конической наружной поверхностью, выполненной с радиальными каналами, совмещенными в рабочем положении с радиальными каналами сопел и подпружиненной в осевом направлении, при этом сопла выполнены с наклонным торцом, контактирующим с конической поверхностью втулки, при этом сопла установлены с возможностью радиального перемещения и подпружинены в радиальном направлении, при этом втулка, размещенная в полости корпуса, выполнена с седлом под бросовый клапан, при этом седло клапана выполнено с наклонными пазами, соединяющими в рабочем положении надклапанную полость с подклапанной полостью.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая эффективность работы, связанная с тем, что наклонные пазы втулки имеют расчетную пропускную способность, при превышении которой в процессе проведения гидроразрыва пласта возникает «запирание» потока жидкости выше клапана и разобщение радиальных каналов конических сопел и втулки под бросовым клапаном (шаром), что приводит к резкому росту давления в устройстве и, как следствие, невозможности дальнейшего проведения гидроразрыва пласта;
- во-вторых, низкая надежность работы устройства, связанная с высокой вероятностью поломки пружины под втулкой при создании избыточного давления в полости устройства выше клапана;
- в-третьих, невозможность промывки скважины через устройство после проведения кислотного гидроразрыва пласта в открытом стволе скважины;
- в-четвертых, излив жидкости, вытесняемой колонной труб при спуске и подъеме устройства, на устье скважины.
Техническими задачами предложения являются повышение эффективности и надежности работы устройства с возможностью промывки скважины после проведения кислотного гидроразрыва пласта и исключение излива скважинной жидкости на устье скважины.
Поставленные задачи решаются устройством для кислотного гидроразрыва пласта, содержащим корпус с радиальными каналами, в которых закреплены втулки с коническими соплами, установленными с возможностью радиального перемещения и подпружиненными в радиальном направлении, втулку с конической наружной поверхностью, размещенной в полости корпуса и оснащенной центральным отверстием с седлом под бросовый клапан, выполненный в виде шарика.
Новым является то, что в корпусе сверху на втулку установлен разрезной конус, при этом конические сопла жестко соединены с разрезным конусом, выполненным в виде секторов, охватывающих внутреннюю поверхность корпуса по периметру, причем количество секторов разрезного конуса соответствует количеству конических сопел, при этом разрезной конус оснащен внутренней конической поверхностью, взаимообращенной к наружной конической поверхности втулки, причем в корпусе выполнена внутренняя кольцевая проточка, а разрезной конус и конические сопла имеют возможность радиального расширения и размещения разрезного конуса во внутренней кольцевой проточке корпуса при осевом перемещении втулки вниз до внутреннего упора, выполненного на нижнем конце корпуса под действием избыточного давления над клапаном и сообщения надклапанного пространства с коническими соплами, при этом к шарику бросового клапана, пропускающего жидкость снизу вверх, сверху жестко закреплен шток, оснащенный сверху парашютом.
На фиг.1 схематично в продольном разрезе изображено предлагаемое устройство.
На фиг.2 изображено сечение А-А устройства.
Устройство для кислотного гидроразрыва пласта (КГРП) содержит корпус 1 (см. фиг.1) с радиальными каналами 2, в которых закреплены втулки 3 с коническими соплами 4, установленными с возможностью радиального перемещения наружу и подпружиненными посредством пружин 5 в радиальном направлении. Устройство также содержит втулку 6, размещенную в полости корпуса и оснащенную центральным отверстием 7 с седлом 8 под бросовый клапан, выполненный в виде шарика 9.
n
Конические сопла 4 жестко соединены, например, с помощью резьбового соединения 10 с разрезным конусом 11 (см. фиг.2), выполненным в виде секторов 11', 11″…11, охватывающих внутреннюю поверхность корпуса 1 по периметру.
n
Количество секторов 11', 11″…11 разрезного конуса 11 соответствует количеству конических сопел 4. Например, для трех конических сопел 4 выполняют разрезной конус 11, состоящий из трех секторов 11', 11″, 11‴, охватывающих внутреннюю поверхность корпуса 1 по периметру с углом 120° каждый.
Разрезной конус 11 (см. фиг.1) оснащен внутренней конической поверхностью 12, взаимообращенной к наружной конической поверхности 13 втулки 6.
В корпусе 1 выполнена внутренняя кольцевая проточка 14, а разрезной конус 11 и конические сопла 4 имеют возможность радиального расширения с размещением разрезного конуса 11 во внутренней кольцевой проточке 14 корпуса 1 при осевом перемещении втулки 6 вниз до внутреннего упора 15, выполненного на нижнем конце корпуса 1 под действием избыточного давления и сообщения надклапанного пространства 16 с коническими соплами 4. К шарику 9 бросового клапана, пропускающего жидкость снизу вверх, сверху жестко закреплен шток 17, оснащенный сверху парашютом 18. Парашют 18 выполняют из резинового материала, например, толщиной 5 мм и диаметром d на 15-20 мм меньше внутреннего диаметра D корпуса 1.
Устройство для кислотного гидроразрыва пласта работает следующим образом.
Устройство, как показано на фиг.1, на конце колонны труб (на фиг.1 и 2 не показана) спускают в скважину с открытым стволом. В процессе спуска скважинная жидкость снизу вверх через центральное отверстие 7 (см. фиг.1) втулки 6 поступает в колонну труб выше устройства, что исключает ее излив на устье скважины.
После достижения интервала открытого ствола скважины, где необходимо выполнить трещину, сбрасывают в колонну труб бросовый клапан, который садится на седло 8 втулки 6, после чего начинают процесс кислотного гидроразрыва с закачкой жидкости разрыва по колонне труб. В качестве жидкости разрыва применяют 10-15%-ный водный раствор загущенной соляной кислоты по ГОСТ 857-95.
Жидкость разрыва по колонне труб достигает устройства и оказывает давление на втулку 6, так как центральное отверстие 7 втулки 6 перекрыто бросовым клапаном. В результате втулка 6 начинает перемещаться вниз и своей конической поверхностью воздействует на разрезной конус 11, состоящий из трех секторов 11', 11″, 11‴ (см. фиг.2).
Разрезной конус 11, состоящий из трех секторов 11', 11″, 11‴, совместно с коническими соплами 4 перемещается радиально наружу, при этом разрезной конус 11 (секторы 11', 11″, 11‴) движется во внутреннюю кольцевую проточку 14 корпуса 1, а конические сопла 4, сжимая пружины 5, перемещаются радиально и выходят за диаметр корпуса 1.
Жидкость разрыва проходит через конические сопла 4, набирает значительную скорость и оказывает динамическое воздействие на продуктивный пласт (на фиг.1 и 2 не показан), образуя в нем трещины.
В предлагаемом устройстве увеличение или уменьшение объема прокачиваемой жидкости разрыва, т.е. перепад давления на выходе из сопла, не влияет на работоспособность устройства, при этом достаточно создать в устройстве над клапаном избыточное давление, равное 1,5-2,0 МПа, для перемещения втулки вниз и сообщения надклапанного пространства с пластом через конические сопла. Кроме того, конструкция предлагаемого устройства не «запирает» поток жидкости и нет необходимости совмещать радиальные отверстия втулки и конического сопла для работы устройства, как указано в прототипе, поэтому повышается эффективность его работы.
После прекращения подачи жидкости разрыва конические сопла 4 под действием усилия пружин 5 возвращаются в исходное положение.
По окончании КГРП производят обратную промывку скважины, т.е. закачивают промывочную жидкость в заколонное пространство скважины с выносом продуктов реакции через устройства снизу вверх и по колонне труб на устье скважины, при этом жидкость с продуктами реакции попадает в устройство и перетекает из подклапанного пространства 19 в надклапанное 16 пространство, при этом бросовый клапан благодаря парашюту 18 вымывается потоком жидкости снизу вверх из устройства по колонне труб на устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано), а жидкость с продуктами реакции через центральное отверстие 7 (см. фиг.1) втулки 6 поднимается наверх по колонне труб и на устье скважины попадает в желобную емкость (на фиг.1 и 2 не показана).
После обратной промывки устройство может быть переведено в другой интервал открытого ствола для проведения КГРП в другом интервале скважины или может быть свободно поднято на поверхность. В процессе подъема устройства с колонной труб скважинная жидкость не изливается на устье скважины, так как бросовый клапан вымыт из устройства по колонне труб.
Предлагаемое устройство для кислотного гидроразрыва пласта позволяет повысить эффективность и надежность работы, а также производить промывку скважины после проведения кислотного гидроразрыва пласта и исключает излив скважинной жидкости на устье скважины.