УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам очистки разведочных и нефтегазодобывающих скважин.
Известно устройство для имплозионной обработки пласта (патент RU №2191897, МПК Е21В 43/25), содержащее полый корпус с входящей в него депрессионной камерой и пакер. На корпусе телескопически установлена и зафиксирована срезным винтом крышка, соединенная с канатом и имеющая фиксатор и шток переменного сечения, который установлен с возможностью взаимодействия с переточным отверстием корпуса, на цилиндрической поверхности крышки размещены пакер и клин, при этом наружная коническая поверхность клина взаимодействует с плашками, которые соединены с направляющей корпуса с возможностью радиального перемещения, причем осевое перемещение пакера относительно крышки ограничено с одной стороны клином, а с другой - фиксатором крышки, крышка также имеет ограничитель, установленный с возможностью взаимодействия с выступом корпуса, и упор, установленный с возможностью взаимодействия с клином, ниже направляющей корпуса размещены приемные отверстия.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (плашки, клин);
- во-вторых, после подъема устройства на устье разбирают депрессионную камеру для очистки ее от продуктов имплозионной обработки пласта прямо на устье скважины, при этом загрязняется приустьевая территория скважины и снижается культура производства;
- в-третьих, низкая надежность фиксации плашек устройства, спускаемого на канате на стенках скважины, что обусловлено малым весом устройства (до 5 кН) и запарафиненностью стенок скважины в призабойной зоне пласта, при этом плашки скользят вниз по стенкам скважины и устройство не фиксируется в скважине;
- в-четвертых, низкая эффективность работы, что связанно с тем, что полый шток при заполнении депрессионных камер имеет постоянный кольцевой зазор, что не обеспечивает постепенное и равномерное заполнения депрессионных камер продуктами имплозионной очистки пласта, поэтому после выравнивания давления в депрессионных камерах и подпакерном пространстве скважины в призабойной зоне пласта остаются не извлеченные загрязнения.
Известно "Устройство для очистки скважины методом имплозии" (см. RU 2086753, МКИ Е21В 37/00), включающее имплозионную камеру, снабженную геофизическим наголовником для прикрепления к каротажному кабелю, грузоштангой, подвешенной в верхней части камеры на разрушаемом элементе, ступенчатым штоком, расположенным в нижней части камеры и центрируемым скобой, стаканом, кулачками, расположенными в стакане, переводником и центрирующей втулкой, при этом ступенчатый шток соединен с центрирующей втулкой с возможностью перекрытия кулачков в транспортном положении и взаимодействия с грузоштангой для освобождения стакана от зацепления с переводником, причем ступенчатый шток может соединяться с центрирующей втулкой при помощи срезных штифтов.
Эти приборы тоже имеют регистрирующее устройство, записывающее показания датчиков давления. Так же имеется камера сбора и клапанный узел.
Недостатки:
- в клапанном узле в качестве упорных элементов используются сухари призматического сечения, трудоемкие в изготовлении и менее надежные в процессе открытия клапана;
- принцип открытия клапана имеет низкую надежность срабатывания, так как открытие происходит при срезании фиксирующего штифта после того, как на него с высоты камеры сбора падает металлическая болванка. Эта болванка предварительно привязывается в верхней части прибора веревкой, которая пережигается нихромовой проволокой. Вероятность точного попадания болванки на срезаемый штифт при свободном падении невысокая.
Основной недостаток этих приборов - спуск в скважину и их эксплуатация осуществляются на каротажном кабеле или тросе.
Вследствие значительного перепада давления и возникновения гидроударов в камере сбора скважинный прибор испытывает значительные осевые нагрузки. В связи с этим возникает серьезная опасность обрыва каротажного кабеля или троса, на котором прибор опускают в скважину.
Помимо аварийной опасности это делает возможным эксплуатацию данных приборов только на вертикальных участках скважин.
Современное интенсивное развитие наклонно-направленного и горизонтального бурения и, как следствие, значительное увеличение парка скважин соответствующего профиля выводит эти приборы из ряда актуальных.
В качестве прототипа рассматривается устройство (патент RU 2203403, МПК Е21В 43/25), включающее депрессионную камеру со стравливающим клапаном и впускной клапан депрессионной камеры, включающий корпус, перемычку с центральным и радиальными отверстиями и подвижную часть впускного клапана с уплотнением, при этом подвижная часть впускного клапана выполнена с внутренней полостью и имеет в стенках отверстия, ее внутренняя полость закрыта сверху гайкой с отверстиями в стенках, во внутренней полости подвижной части впускного клапана размещен своим большим диаметром боек, с возможностью осевого перемещения и вхождения меньшим диаметром в отверстие гайки и центральное отверстие перемычки, приспособление для этого перемещения, подвижная часть клапана запирается сухариками, опирающимися на боек (шток) переменного сечения, при ударе по которому сбрасываемым грузом или специальным пружинным механизмом происходит освобождение сухариков и открытие впускного клапана.
Недостатки прототипа:
- низкая надежность срабатывания клапана. Во-первых, при способе открытия клапана путем удара по штоку грузом, подвешенным в верхней части депрессионной камеры, малейшее изменение угла наклона скважины от нулевого значения приводит к тому, что этот груз съезжает вниз к штоку клапана по боковой поверхности депрессионной камеры, теряя при этом значительное количество энергии. В результате груз или не попадает по штоку клапана, или его энергии удара оказывается недостаточно для открытия клапанного узла. Во-вторых, при открытии клапана с помощью специального пружинного механизма сама пружина до момента открытия должна находиться постоянно в нагруженном состоянии, что может привести к самопроизвольному срабатыванию механизма в любой момент времени, либо вследствие усталости материала пружины ее энергии окажется недостаточно для открытия клапана;
- недостатком также является то, что в качестве срезного элемента снаряженного клапанного узла используется металлический штифт, материал которого сложно подбирать с требуемым пределом прочности на срез, чтобы с одной стороны усилия падающего груза или пружины было достаточно для его разрушения, а с другой - не было самопроизвольного срабатывания в процессе сборки, транспортировки и спуска в скважину данного прибора;
- сложность конструкции запорных элементов клапанного узла - сухариков. Помимо их низкой технологичности изготовления и увеличения себестоимости клапанного узла применение данного вида запорных элементов приведет к тому, что при повышении гидростатического давления в скважине будет возрастать осевая нагрузка, действующая на закрытый клапан. Сложность геометрической формы сухариков приведет к возникновению перекосов в месте их установки и, как следствие, к заклиниванию под сухариками опорной поверхности штока. В связи с этим потребуется многократное увеличение усилия для осевого перемещения штока и освобождения сухариков, а это невозможно обеспечить ни подвешенным грузом, ни пружинным механизмом открытия;
- отсутствие фиксации штока относительно клапана после его открытия. В связи с этим, при обратном ходе клапана шток, имеющий возможность перемещаться вдоль оси клапана, снова расклинит запорные элементы - сухарики в раскрытом состоянии, что приведет к невозможности возврата клапана в гнездо корпуса клапанного узла. Это повлечет за собой невозможность удержания призабойной жидкости с кольматирующими элементами в депрессионной камере и, как следствие, доставку ее на поверхность;
- интенсивный износ клапанного узла вследствие значительных ударных нагрузок, возникающих при открытии депрессионной камеры в скважине.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы скважинного оборудования, повышение его эффективности, снижение аварийности работ по обработке призабойной зоны, а также снижение затрат на их производство.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее депрессионную камеру со стабилизатором давления и клапанный узел депрессионной камеры, включающий упорную перегородку с центральным направляющим отверстием и периферийными каналами, седло и подвижную часть клапана, содержащую корпус клапана с уплотнением и запорным механизмом, фиксирующие элементы которого размещены в радиальных отверстиях корпуса клапана и опирающиеся на шток переменного сечения, размещенный в осевом отверстии корпуса клапана и упорной перегородки с возможностью осевого перемещения, согласно предлагаемой полезной модели упорная перегородка в корпусе депрессионной камеры установлена с возможностью осевого перемещения и снабжена демпфирующими элементами, в нижней части штока размещены пиротехнический снаряд с запальным элементом электрически связанный через гермовводы с размещенным над депрессионной камерой блоком управления и регистрации в герметичном отсеке с автономным источником питания.
Кроме того, фиксирующие элементы запорного механизма корпуса клапана представляют собой стандартные шары подшипников качения, а срезной элемент выполнен в виде шайбы. Кроме того, на штоке размещен стопор, выполненный, например, в виде стопорного кольца.
Кроме того, на торцовой поверхности корпуса клапана установлен демпфирующий элемент.
Устройство для обработки призабойной зоны скважины, представленное на фиг. 1 конструктивно состоит из следующих частей:
1 - блок управления и регистрации; 2 - стабилизатор давления;
3 - депрессионная камера, в качестве которой используются стандартные трубы НКТ диаметром 89 мм; 4 - клапанный узел.
На фиг. 2 показан клапанный узел 4, входящий в компоновку устройства, где позициями обозначены: 3 - депрессионная камера, 5 - демпфирующие элементы, 6 - упорная перегородка, 7 - шток, 8 - корпус клапанного узла, 9 - корпус клапана, 10 - пиротехнический снаряд, 11 - седло клапанного узла, 12 - демпфирующий элемент, 13 - стопор, 14 - шайба, 15 - фиксирующие элементы, 16 - манжета, 17 - гермовводы.
Устройство для обработки призабойной зоны скважины представляет собой автономное, энергонезависимое устройство, которое устанавливается в состав колонны НКТ и спускается в скважину на интересующий интервал обработки.
В данном устройстве предлагается принцип управления открытием клапанного узла 4 (фиг. 2) с помощью пиротехнического снаряда 10 с запалом, расположенного внутри корпуса клапана 9 под штоком 7.
Управление запалом осуществляется из энергонезависимого электронного модуля, расположенного в герметичном отсеке в блоке управления и регистрации 1 над депрессионной камерой 3. В качестве срезного элемента используется шайба 14, которая с одной стороны надежно фиксирует шток 7 клапанного узла в снаряженном состоянии, а с другой - гарантированно разрушается при срабатывании пиротехнического снаряда 10. Принцип управления открытием клапана позволяет эксплуатировать скважинный прибор на любом интервале вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин любого профиля и обеспечивает высокую надежность работы клапанного узла и его максимальную управляемость.
В качестве запорных элементов в данном изобретении применяются стандартные шарики 15 от подшипников качения. Простота формы запорных элементов клапана позволяет полностью ликвидировать зависимость вероятности открытия клапанного узла на нужном интервале скважины от величины гидростатического давления, повысить надежность работы клапанного узла, технологичность конструкции и снизить себестоимость изготовления.
Кроме того, данное устройство предусматривает возможность фиксации штока 7 в осевом направлении относительно корпуса клапана 9 после его открытия. Так как шток в клапане после открытия депрессионной камеры надежно фиксируется с помощью стопора 13, это дает возможность предотвратить повторное расклинивание запорных элементов клапана в раскрытом состоянии. Следовательно, клапан после срабатывания снова вернется в седло 11 корпуса клапанного узла 8 и обеспечит требуемую герметичность депрессионной камеры 3, заполненной после обработки призабойной жидкостью, шламом, кольматирующими элементами.
В предлагаемом устройстве упорная перегородка 6 корпуса клапана 9 является отдельным элементом конструкции. Она установлена в корпусе депрессионной камеры 3 с возможностью осевого перемещения и снабжена демпфирующими элементами 5. Кроме того, в верхней части корпуса клапана 9 также расположен демпфирующий элемент 12. Наличие этих элементов обеспечивает последовательное двухуровневое демпфирование корпуса клапана 9 после его открытия. Это значительно снижает ударные нагрузки как на сам клапан, так и на корпусные детали скважинного прибора. Как следствие - снижение износа оборудования и увеличение ресурса его работы.
Порядок работы устройства для обработки призабойной зоны скважины.
Перед спуском в скважину при сборке устройства блок управления и регистрации 1 со стабилизатором давления 2 соединяют с депрессионной камерой 3 и клапанным узлом 4. Через интерфейсный разъем к устройству подсоединяется компьютер, с помощью которого осуществляется включение контроллера, подача питания и постановка устройства на задержку. После этого устройство включается в состав колонны НКТ и спускается на интересующий интервал скважины. По истечении времени задержки блок управления и регистрации 1 включает режим записи технологических параметров (давление внешнее, внутреннее, температуру). После включения режима записи контроллер формирует электрический сигнал, который приводит к срабатыванию пиротехнического снаряда 10. После срабатывания происходит срезание шайбы 14 и осевое перемещение штока 7. Под действием гидростатического давления фиксирующие элементы 15 освобождают корпус клапана 9, что приводит к разгерметизации депрессионной камеры 3. Высокая скорость потока при заполнении депрессионной камеры создает ряд гидроударов, формирующих гармонические затухающие колебания давления. Стопор 13, фиксирующий шток 7, после открытия клапанного узла 4 предотвращает расклинивание корпуса клапана 9 в седле 11 после первого же обратного гидроудара в депрессионной камере 3. Это дает возможность корпусу клапана 9 многократно перемещаться в осевом направлении, открывая и закрывая депрессионную камеру 3, до полного выравнивания давления внутри и снаружи. В течение всего периода обработки призабойной зоны идет регистрация технологических параметров этого процесса с записью в энергонезависимую память блока управления и регистрации 1. После окончания обработки устройство поднимается на устье скважины. С помощью стабилизатора давления 2 выравнивается давление внутри депрессионной камеры 3 до атмосферного. После этого производится отбор скважинной жидкости из депрессионной камеры 3 и считывание информации, записанной в процессе обработки.
Предполагаемое использование: при эксплуатации нефтяных скважин. Обеспечивает повышение эффективности, надежности и снижения аварийности при проведении работ; обеспечивает надежное закрытие впускного клапана после заполнения депрессионной камеры, эффективную очистку призабойной зоны пласта от шлама и кольматирующих элементов.
Прибор выполняет следующие функции:
- интенсивная очистка от шлама, производственного мусора и других инородных предметов любого интервала скважины от призабойной зоны до устья;
- обработка старого фонда эксплуатационных нефтегазодобывающих скважин со сниженным коэффициентом нефтеотдачи пластов с целью его повышения;
- улучшение коллекторских свойств продуктивных пластов;
- регистрация и запись в энергонезависимую память прибора ряда параметров, таких, как гидростатическое давление, температура интересующего интервала, динамика их изменения в процессе обработки и после нее, а также возможность считывания этой информации для последующей обработки и интерпретации.