ДЕМПФЕР-ПУЛЬСАТОР ПОТОКА ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНЕ
DAMPING PULSATOR OF FLUID FLOW IN WELL

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к интенсификации скважинной добычи нефти и увеличению приемистости нагнетательных скважин.
Известен гидравлический вибратор золотниковый, предназначенный для обработки призабойной зоны продуктивного пласта (книга "Использование вибрации в добыче нефти", Гадиев С.М. - М.: Недра, 1977 г., с.49). Устройство включает жестко закрепленный на конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) ствол, имеющий вид стакана со щелевыми прорезями на его образующей. На стволе свободно вращается золотник, имеющий также щелевые прорези вдоль его образующей. Жидкость проходит через щелевые прорези в стволе и попадает в щелевые прорези в золотнике. Так как эти щелевые прорези расположены под углом, золотник начинает вращаться под действием реакции струи. Вращаясь, он периодически перекрывает щелевые прорези в стволе, в результате чего происходит истечение рабочей жидкости в ствол скважины в пульсирующем режиме.
Недостатком известного устройства является отсутствие герметизации внутренней полости колонны НКТ от ствола скважины при любой высоте столба рабочей жидкости, находящейся в колонне НКТ.
Известен также гидравлический скважинный пульсатор, выполненный в виде клапанного механизма-вибратора (книга "Использование вибрации в добыче нефти", Гадиев С.М. - М.: Недра, 1977 г., с.150, рис.89), в котором подпружиненный рабочий орган (золотник) совершает возвратно-поступательное движение, периодически перекрывая проходное сечение потока, при этом создаются гидравлические импульсы давления.
Преимуществом известного гидравлического скважинного пульсатора является обеспечение герметизации внутренней полости колонны НКТ от ствола скважины при заданном избыточном давлении столба рабочей жидкости, находящейся в колонне НКТ, за счет подпружиненного рабочего органа. В связи с этим он может быть использован как демпфер гидроударов, возникающих, например, при срабатывании в стволе скважины имплозионных камер.
Недостатком известного гидравлического скважинного пульсатора является отсутствие возможности регулирования пружины для настройки его на надежное исполнение заданных функций, а именно демпфирования гидроударов и преобразования в пульсирующий режим течения потока рабочей жидкости в скважине.
Технической задачей, решаемой предлагаемым демпфером-пульсатором, является повышение надежности при его настройке на исполнение заданных функций, а именно демпфирования гидроударов и преобразования в пульсирующий режим движения потока рабочей жидкости в скважине.
Указанная задача решается демпфером-пульсатором потока жидкости в скважине, включающим односторонний гидроцилиндр, содержащий составную гильзу с выполненными в ее нижней части сливными каналами малого сечения, соединительную головку с уплотнением, дно со сквозной проточкой и размещенные в гильзе упругий элемент, направляющий шток и силовой поршень с манжетными уплотнениями, герметично разделяющий штоковую и поршневую полости гильзы.
Новым является то, что гидроцилиндр дополнительно содержит винтовой механизм, состоящий из ходового винта и ответной резьбы в сквозной проточке дна, и ступенчатую опору со сквозными отверстиями, размещенную в гильзе между упругим элементом и верхним торцом ходового винта, направляющий шток выполнен частично полым с возможностью сообщения со штоковой полостью гильзы, в стенке верхней части гильзы выполнено перепускное отверстие малого сечения, а в стенке средней части гильзы выполнены проточные отверстия, сообщающие штоковую полость гильзы со стволом скважины, причем проточные отверстия выполнены с возможностью оснащения гидромониторными и кавитационными насадками.
Сущность изобретения заключается в том, что благодаря винтовому механизму и полости, выполненной в верхней части направляющего штока с возможностью сообщения со штоковой полостью гильзы, обеспечивается надежное исполнение демпфером-пульсатором заданных функций, а именно демпфирования гидроударов и преобразования в пульсирующий режим течения потока рабочей жидкости в скважине.
На фиг.1 изображен демпфер-пульсатор при спуске в скважину в позиции, настроенной для гашения гидроудара потока рабочей жидкости.
На фиг.2 изображен демпфер-пульсатор в положении гашения гидроудара потока рабочей жидкости в скважине.
На фиг.3 изображен демпфер-пульсатор при спуске в скважину в позиции, настроенной для пульсации потока рабочей жидкости.
На фиг.4 изображен демпфер-пульсатор в положении максимального импульса истечения рабочей жидкости в ствол скважины.
Демпфер-пульсатор потока жидкости в скважине (фиг. 1) включает односторонний гидроцилиндр, содержащий составную гильзу 1 с выполненными в ее нижней части сливными каналами малого сечения 2, соединительную головку 3 с уплотнением 4, дно 5 со сквозной проточкой 6.
В составной гильзе 1 размещены упругий элемент 7 и направляющий шток 8, а также силовой поршень 9 с манжетными уплотнениями 10, герметично разделяющий штоковую 11 и поршневую 12 полости составной гильзы 1.
Гидроцилиндр дополнительно содержит винтовой механизм, состоящий из ходового винта 13 и ответной резьбы 14 в сквозной проточке 6 дна 5, и ступенчатую опору 15 со сквозными отверстиями 16, размещенную в составной гильзе 1 между упругим элементом 7 и верхним торцом ходового винта 13. Ступенчатая опора 15 служит основанием и обеспечивает центрирование упругого элемента 7 в поршневой полости 12 составной гильзы 1.
В верхней части направляющего штока 8 выполнена полость 17 с выходом 18 из его тела.
В стенке верхней части составной гильзы 1 выполнено перепускное отверстие малого сечения 19, сообщающее ствол скважины и штоковую полость 11 составной гильзы 1 через кольцевой технологический зазор 20 между направляющим штоком 8 и внутренней поверхностью верхней части составной гильзы 1.
В стенке средней части составной гильзы 1 выполнены проточные отверстия 21, сообщающие штоковую полость 11 составной гильзы 1 со стволом скважины (не показан), причем проточные отверстия выполнены с возможностью оснащения гидромониторными и кавитационными насадками (не показаны).
Демпфер-пульсатор в позиции, настроенной для гашения гидроудара потока рабочей жидкости в скважине, работает следующим образом.
На поверхности силовой поршень 9 (фиг.1) устанавливают в составной гильзе 1 в крайнее верхнее положение, при этом часть направляющего штока 8 в осевом направлении выходит за габариты соединительной головки 3.
Силовой поршень 9 поджимают упругим элементом 7 вращением ходового винта 13 винтового механизма. Поступательное движение ходового винта 13 через ступенчатую опору 15 передается упругому элементу 7. Силу поджатия выбирают исходя из предполагаемой величины давления гидроудара, например, при срабатывании имплозионной камеры в стволе скважины, заполненной рабочей жидкостью.
Демпфер-пульсатор через соединительную головку 3 гидроцилиндра крепят к трубчатому хвостовику 22 имплозионного оборудования вместо запорных узлов, например заглушек в виде глухих муфт, и спускают в заданный интервал скважины (не показан). Наращивание длины хвостовика насосно-компрессорными трубами приводит к необходимому увеличению объема имплозионной камеры при спуске в скважину из-за ограничения рабочего хода наземных подъемных агрегатов.
Герметизация направляющего штока 8 уплотнением 4 соединительной головки 3 гидроцилиндра надежно предохраняет хвостовик 22 и, соответственно, имплозионную камеру от преждевременного (несанкционированного) заполнения рабочей жидкостью.
Гашение давления гидроудара потока рабочей жидкости в трубчатом хвостовике 22 при плановом срабатывании имплозионной камеры в стволе скважины основано на локальном увеличении объема жесткой системы «трубчатый корпус имплозионной камеры - трубчатый хвостовик» в месте остановки скоростного потока рабочей жидкости, а именно в торцевой части направляющего штока 8.
Резкий рост давления в рабочей жидкости вызывает принудительное движение направляющего штока 8 (фиг.2), осевое перемещение которого в тело составной гильзы 1 соответственно уменьшает объем его части, выступающей за соединительную головку 3 гидроцилиндра во внутреннюю полость трубчатого хвостовика 22. Уменьшение объема направляющего штока 8 во внутренней полости трубчатого хвостовика 22 синхронно приводит к пропорциональному увеличению объема жесткой системы «трубчатый корпус имплозионной камеры - трубчатый хвостовик».
В первой фазе роста давления при гидроударе движение направляющего штока 8 вызывает движение силового поршня 9, перемещение которого сжимает упругий элемент 7. В первой фазе понижения давления упругий элемент 7 возвращает силовой поршень 9 и, соответственно, направляющий шток 8 в исходное положение, тем самым подготавливая демпфер-пульсатор к гашению давления в следующей фазе роста давления при гидроударе.
Повторяющееся возвратно-поступательное движение направляющего штока 8 не приводит к разгерметизации трубчатого хвостовика 22 в зоне крепления с соединительной головкой 3 за счет уплотнения 4, тем самым обеспечивается сохранение материала, внесенного скоростным потоком рабочей жидкости из ствола скважины в трубчатый хвостовик 22 при срабатывании имплозионной камеры.
Движение силового поршня 9 с манжетными уплотнениями 10 в составной гильзе 1 без создания разряжения в штоковой полости 11 обеспечивают сообщающиеся перепускное отверстие малого сечения 19 и кольцевой технологический зазор 20 между направляющим штоком 8 и внутренней поверхностью составной гильзы 1, в результате чего рабочая жидкость может перетекать из ствола скважины в штоковую полость 11 составной гильзы 1, и наоборот, из штоковой полости 11 в ствол скважины, в зависимости от направления движения силового поршня 9. При этом проточные отверстия 21 в средней части составной гильзы 1 и сливные каналы малого сечения 2 в ее нижней части обеспечивают перетекание рабочей жидкости между поршневой полостью 12 составной гильзы 1 и стволом скважины.
Демпфер-пульсатор в позиции, настроенной для пульсации потока рабочей жидкости в скважине, работает следующим образом.
На поверхности силовой поршень 9 (фиг.3) устанавливают в составной гильзе 1 в положение, при котором выход 18 полости 17, выполненной в верхней части направляющего штока 8, расположен выше уплотнения 4 соединительной головки 3. Силовой поршень 9 поджимают упругим элементом 7 вращением ходового винта 13 винтового механизма. Поступательное движение ходового винта 13 через ступенчатую опору 15 передается упругому элементу 7, и вращение ходового винта 13 осуществляют до момента начала смещения силового поршня 9 с места начальной установки.
От незапланированного смещения направляющего штока 8 с исходного места установки при спуске в скважину возможна его фиксация, например, срезным штифтом (не показан).
Демпфер-пульсатор через соединительную головку 3 гидроцилиндра крепят к хвостовой части 22 колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и с доливом рабочей жидкости в НКТ спускают в заданный интервал скважины, также заполненной рабочей жидкостью (не показано).
Под давлением начинают закачку рабочей жидкости по колонне НКТ, вызывая при этом движение направляющего штока 8 и, соответственно, силового поршня 9 в составной гильзе 1.
Перемещение направляющего штока 8 (фиг.4) приводит к сообщению выхода 18 полости 17, выполненной в его верхней части, со штоковой полостью 11 составной гильзы 1, при этом давление в штоковой полости 11 повышается.
Перемещение силового поршня 9 приводит к сжатию упругого элемента 7 и вытеснению рабочей жидкости из поршневой полости 12 составной гильзы 1 в ствол скважины через проточные отверстия 21 в средней части составной гильзы 1 и сливные каналы малого сечения 2 в ее нижней части.
Как только силовой поршень 9 гидроцилиндра проходит проточные отверстия 21, сразу же происходит их срабатывание на сообщение штоковой полости 11 составной гильзы 1 со стволом скважины, и рабочая жидкость под давлением истекает в ствол скважины. При этом вытеснение рабочей жидкости в ствол скважины из поршневой полости 12 составной гильзы 1 происходит через сливные каналы малого сечения 2, причем через сквозные отверстия 16 в ступенчатой опоре 15 рабочая жидкость из части поршневой полости 12, занятой упругим элементом 7, перетекает под ступенчатую опору 15.
В процессе истечения рабочей жидкости из проточных отверстий 21 давление в штоковой полости 11 падает и становится меньше противодавления, обеспечиваемого силой сжатия упругого элемента 7. При этом за счет жесткости упругого элемента 7 силовой поршень 9 смещается вверх и вновь разобщает штоковую полость 11 составной гильзы 1 от проточных отверстий 21, тем самым временно прерывая истечение рабочей жидкости в ствол скважины.
Возвратно-поступательное движение силового поршня 9 в составной гильзе 1 относительно проточных отверстий 21 обеспечивает импульсный характер истечения рабочей жидкости в ствол скважины.
Проточные отверстия 21 составной гильзы 1 гидроцилиндра оснащают при необходимости гидромониторными и кавитационными насадками (не показано) для создания прерывистых мощных направленных струй рабочей жидкости и пульсирующего режима истечения в ствол скважины рабочей жидкости с образованием в ней зон кавитации.
Таким образом, благодаря винтовому механизму и полости, выполненной в верхней части направляющего штока с возможностью сообщения со штоковой полостью гильзы, обеспечивается надежное исполнение демпфером-пульсатором заданных функций, а именно демпфирования гидроударов и преобразования в пульсирующий режим течения потока рабочей жидкости в скважине.