Устройство виброволнового воздействия на продуктивные пласты

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована при добыче жидких и газообразных углеводородов для поддержания пластового давления путем закачки в продуктивный пласт через него рабочего агента с виброволновым воздействием.
Известно устройство виброволнового воздействия на призабойную зону нефтяного пласта (Минеев Б.П., Сидоров Н.А. Практическое руководство по испытанию скважин, Москва, «Недра», 1981, с. 145-146), включающее гидравлический вибратор золотникового типа, который создает колебания давления вследствие периодического перекрытия золотником потока рабочей жидкости, который состоит из корпуса, в котором жестко закрепляется ствол в виде стакана с щелевидными прорезями на его образующей, внизу цилиндра имеется отверстие, на стволе вращается золотник со щелевидными прорезями вдоль образующей, прорези в стволе и золотнике выполнены под некоторым углом к их образующим, направления прорезей в стволе и золотнике противоположные.
Недостатками данного устройства являются необходимость создания высокого расхода жидкости, так как оптимальный (резонансный) режим работы устройства-прототипа достигается при расходе рабочей жидкости 24-26 л/с, который установлен в процессе промысловых испытаний, а для создания такого расхода необходимо иметь 3-4 насосных агрегата, невозможность запуска вращения золотника, если наклонные отверстия в нем и в стакане на начальном этапе не совпадают, а также высокая вероятность аварийных ситуаций, так как не контролируемые гидравлические удары внутри колонны труб могут привести к ее разрушению, а коррозия, расположенного снаружи стакана золотника вывести его из рабочего состояния.
Наиболее близким по технической сущности является устройство виброволнового воздействия на призабойную зону нефтяного пласта (патент RU №2572262, МПК Е21В 28/00, Е21В 43/25, опубл. 10.01.2016 Бюл. №01), включающее стакан с косыми щелевидными прорезями, на котором с возможностью вращения размещен цилиндрический золотник с косыми щелевидными прорезями, выполненными в противоположном направлении относительно прорезей стакана, а в нижней части стакана выполнено донное проходное отверстие, причем диаметр донного отверстия стакана составляет 0,79-0,81 от внутреннего диаметра стакана, причем в стакане размещен шар с возможностью его перемещения внутри стакана и перекрытия его донного отверстия, а шар выполнен со сквозными каналами в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
Недостатками данного устройства являются необходимость создания высокого расхода жидкости, так как оптимальный (резонансный) режим работы устройства-прототипа достигается при расходе рабочей жидкости не менее 5 л/с, который установлен в процессе промысловых испытаний, а для создания такого расхода необходимо иметь 1-2 дополнительных насосных агрегата, невозможность запуска вращения золотника, если наклонные отверстия в нем и в стакане на начальном этапе не совпадают, а также высокая вероятность аварийных ситуаций, так как не контролируемые гидравлические удары внутри колонны труб могут привести к ее разрушению, а коррозия, расположенного снаружи стакана золотника вывести его из рабочего состояния, и узкая область применения, так как диаметр донного отверстия стакана составляет 0,79 - 0,81 от внутреннего диаметра стакана, что требует дополнительных переходников для работы в скважинах большого диаметра (с наружным диаметром обсадной колонны 0168 мм и более).
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание устройства виброволнового воздействия на продуктивные пласты, позволяющего начинать работать в любом положении золотника, расположенного внутри стакана, при малых расходах жидкости (от 0,2 л/с) с контролем давления, что в совокупности повышает надежность и работоспособность устройства, снижая вероятность аварий из-за перепада давлений или коррозии.
Техническая задача решается устройством виброволнового воздействия на продуктивные пласты, включающим расположенный в составе колонны труб полый стакан с прорезями и установленным с возможностью вращения на подшипниках цилиндрическим золотником, оснащенным движителем и прорезями, выполненными с возможностью сообщения с прорезями стакана при вращении.
Новым является то, что золотник расположен внутри стакана, а движитель золотника изготовлен в виде закрепленного выше прорезей по наружному периметру многолопастного винта с центральной осью, имеющей заострение сверху для распределения потока.
Новым является также то, что количество лопастей винта и их шаг выбирают исходя из необходимой частоты вращения при выбранном расходе жидкости для получения нужной частоты виброволнового воздействия.
На чертеже изображено устройство в продольном разрезе.
Устройство виброволнового воздействия на продуктивные пласты включает расположенный в скважине (не показана) в составе колонны труб 1 полый стакан 2 с прорезями 3 и установленным внутри с возможностью вращения на подшипниках 4 цилиндрическим золотником 5, оснащенным движителем в виде многолопастного винта 6 и прорезями 7, выполненными с возможностью сообщения с прорезями 3 стакана 2 при вращении. Лопасти 8 винта 6 соединены по наружному периметру выше прорезей 7 с золотником 5, а изнутри с центральной осью 9, имеющей заострение 10 сверху для распределения потока. Количество лопастей 8 (на практике 2-6 лопастей) винта 6 и их шаг (на практике от 0,5-11 м) выбирают исходя из необходимой частоты вращения при выбранном расходе жидкости для получения нужной частоты виброволнового воздействия (на практике 20-500 Гц - выяснено на разных месторождениях Республики Татарстан (РТ) эмпирическим путем). Чем меньше шаг лопастей 8 и их количество, тем ниже скорость вращения золотника 5. После определения необходимой частоты вращения лопастей 8 их количество и шаг определяют эмпирическим путем в лабораторных или цеховых условиях с последующей фиксацией подготовленного винта 6 внутри золотника 5, который обильно смазав снаружи густым машинным маслом (нигрол, солидол или т.п.) устанавливают внутрь стакана 2 вместе с подшипниками 4.
Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность устройства, на чертеже не показаны или показы условно.
Устройство работает следующим образом.
Устройство в сборе в составе колонны труб 1 спускают в скважину. Низ колонны труб 1 располагают в нижней части вскрытого интервала пласта (не показаны), а прорезей 3 стакана 2 - напротив верхнего края, или низ колонны труб 1 располагают напротив вскрытого нижнего пласта (не показан), а прорезей 3 стакана 2 - напротив верхнего пласта (не показан), при этом ниже прорезей 3 стакана 2 может быть расположен пакер (не показан), который устанавливают между пластами. После спуска через колонну труб 1 начинают закачивать рабочий агент (вода, реагенты, газированная жидкость газ или их сочетания), который распределятся заострением 10 по центральной оси 9 для взаимодействия с лопастями 8 движителя 6, что увеличивает крутящий момент и позволяет, в том числе, и благодаря подшипникам 4 вращать движитель 6 вместе золотником 5 даже при небольшом расходе жидкости (от 0,2 л/с) без привлечения дополнительных агрегатов для нагнетания рабочего агента. Так как движитель 6 расположен выше прорезей 7 золотника 5, а канал колонны труб 1 ниже стакана 2 ничем не перекрыт, то вращение начинается без проблем при перекрытых стенками стакана 2 прорезей 7 и при совмещенных с прорезями 3 стакана 2 прорезями 7 золотника 5, так как поток жидкости через движитель 6 все равно осуществляется через прорези 3 и 7 или колонну труб 1. В колонне труб 1 для исключения их порыва поддерживают давление не выше допустимого (определяется по паспорту завода изготовителя труб) с расходом, обеспечивающим необходимую частоту вращения золотника 5. При этом прорези 3 и 7 периодически совмещаются и давление из колонны труб 1 сбрасывается через них, воздействуя на верхнюю часть продуктивного пласта или на верхний пласт, или прорези 7 золотника перекрываются стенками стакана 2, воздействуя на нижнюю часть продуктивного пласта или на нижний пласт. Время импульсного воздействия через прорези 3 и 7 прямо пропорциональна их длине по периметру стакана 2 и золотника 5 соответственно, а чрез колонну труб 1 - обратно пропорционально. Поток рабочего агента и постоянное вращение золотника 5, находящегося внутри стакана 2, практически исключает его коррозию и выход из строя под действием внешних факторов (например, деформации при спуске).
Предлагаемое устройство виброволнового воздействия на продуктивные пласты позволяет начинать работать в любом положении золотника, расположенного внутри стакана, при малых расходах жидкости (от 0,2 л/с) с контролем давления, что в совокупности повышает надежность и работоспособность устройства, снижая вероятность аварий из-за перепада давлений или коррозии.