СКВАЖИННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПЛАСТА
DOWN-HOLE INSTALLATION FOR EFFECT ON BOTTOMHOLE FORMATION ZONE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к скважинным струйным насосам, а также к устройствам для формирования и передачи колебаний давления в продуктивный пласт и может быть использовано в качестве скважинного технологического оборудования при освоении, восстановлении и повышении производительности призабойной зоны нефтегазосодержащих пластов.
Известно устройство для гидродинамического воздействия на пласт, содержащее колонну насосно-компрессорных труб, верхний цилиндрический корпус, пакер с центральным каналом, разобщающий затрубное пространство с подпакерной зоной, размещенный в цилиндрическом корпусе струйный насос, камера всасывания которого сообщена с подпакерной зоной, а выход сообщен с затрубным пространством, а также содержащее нижний цилиндрический корпус с измерителем расхода и давления (патент RU 2360103 С1, кл. Е21В 43/18, опубликовано: 27.06.2009). В устройстве предусмотрена установка генераторов пульсаций потока рабочей жидкости перед соплом струйного насоса и в линии откачивания пластовой жидкости выше измерителя расхода и давления. Устройство позволяет проводить гидродинамическое воздействие на пласт при распакерованном пакере, с чередованием режимов репрессий и депрессий при подаче рабочей жидкости в затрубное пространство или по насосно-компрессорным трубам соответственно. В устройстве предусмотрена автономная регистрация величины расхода и давления с последующей расшифровкой и анализом записанного сигнала на дневной поверхности. Использование генераторов пульсаций позволяет интенсифицировать технологический процесс по выносу кольматирующих частиц из пористой среды коллектора.
К недостаткам устройства можно отнести ограничение величины создаваемой репрессии на пласт при использовании затрубного пространства в качестве линии нагнетания рабочей жидкости. Использование затрубного пространства для создания циркуляции ограничивает применимость устройства в комплексе с другими методами воздействия, например подачу химических реагентов и последующую их продавку в пласт при высоких забойных давлениях. Установка измерителя расхода в линии откачки совместно с генератором пульсаций потока уменьшает точность показаний прибора и оказывает дополнительное гидравлическое сопротивление пульсирующему потоку, что приводит к потере энергии упругих колебаний, воздействующих на пористую среду. К недостаткам относится и большое гидравлическое сопротивление самого устройства при использовании множества каналов с клапанами для изменения направления рабочих потоков, что, как следствие, приводит к существованию застойных зон, их загрязнению и снижению работоспособности, а также к необходимости использования повышенного напора при подаче рабочей жидкости на сопло струйного насоса.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является скважинная струйная установка для знакопеременного гидродинамического воздействия, содержащая смонтированные на колонне труб снизу-вверх хвостовик, выше которого установлены пакерующее устройство и струйный насос, в корпусе которого установлены активное сопло, камера смешения с диффузором, канал подвода откачиваемого из скважины флюида, а также переключатель направления потока рабочего агента, представляющий собой полую вставку с отверстием в боковой стенке (патент RU 2222717 С1, кл. F04F 5/02, опубликовано: 27.01.2004). Данная скважинная струйная установка позволяет проводить знакопеременное гидродинамическое воздействие (депрессия - репрессия) на призабойную зону продуктивного пласта с принудительным механическим переключением режимов работы установки, а также формирование упругих волн от гидроударов при резком изменении направления потока с помощью переключателя. К недостаткам при использовании установки можно отнести необходимость применения дополнительного привода, например каротажного кабеля, для управления переключателем направления потоков рабочей жидкости, с помощью которого формируется величина и знак давления в зоне воздействия. Недостатком является ограниченная величина создаваемого избыточного давления (репрессии) на забое скважины вследствие гидравлической связи с затрубным пространством выше пакерующего устройства, что ограничивает применимость установки в комплексе с другими методами воздействия, например с продавкой в пласт химических реагентов при высоких забойных давлениях. Формирование упругих волн возможно только в кратковременном интервале, при переключении направления потока.
Задача изобретения - повышение эффективности работы устройства при увеличении надежности, увеличение амплитуды знакопеременного гидродинамического воздействия, расширение диапазона эффективной генерации упругих волн при различных режимах прокачки рабочей жидкости, а также расширение условий эксплуатации установки в различных типах скважин и совместно с другими методами воздействия на призабойную зону пласта с целью освоения, восстановления и увеличения производительности.
Поставленная задача решается тем, что в известной скважинной установке для знакопеременного гидродинамического воздействия на призабойную зону пласта, содержащей на колонне насосно-компрессорных труб хвостовик, выше которого установлены пакерующее устройство и струйный насос, в корпусе которого установлены активное сопло, камера смешения с диффузором, канал подвода откачиваемого из скважины флюида, а также переключатель направления потока рабочего агента, представляющий собой полую вставку с отверстием в боковой стенке, согласно изобретению между пакерующим устройством и корпусом струйного насоса установлена муфта, в которой выполнены центральный канал, по крайней мере, один сквозной канал подвода откачиваемого из скважины флюида и боковой канал, соединяющий центральный канал с наружной поверхностью муфты, торец полой вставки заглушен со стороны отверстия в боковой стенке, на внутренней поверхности колонны насосно-компрессорных труб закреплено седло, внутри которого, с зазором, расположен корпус струйного насоса, соединенный с полой вставкой, со стороны открытого торца, при этом полая вставка расположена в центральном канале муфты с возможностью перемещения в нем, муфта снабжена переключающим механизмом длины хода полой вставки, корпус струйного насоса снабжен выступом для герметичной посадки в седло и, по крайней мере, одним боковым отверстием между активным соплом и камерой смешения, а хвостовик снабжен регулятором расхода.
При использовании установки в различных типах скважин (вертикальных или горизонтальных), а также при различных требованиях по креплению колонны насосно-компрессорных труб в скважине, связанных с особенностями технологии воздействия, например продавке химических реагентов при высоком давлении, когда необходимо неподвижное закрепление или при виброволновой обработке большого интервала продуктивного пласта, когда требуется периодически перемещать колонну вдоль обрабатываемого интервала, пакерующее устройство может быть выполнено в виде манжеты для сваба.
Для регулирования минимальной величины давления под пакерующим устройством, достигаемой при откачке жидкости струйным насосом, целесообразно между муфтой и пакерующим устройством установить регулятор давления.
С целью уменьшения затрат на изготовление конструкции эффективнее выступ на корпусе струйного насоса и внутреннюю поверхность седла выполнять в виде тел вращения.
При остановке работы струйного насоса, с целью предупреждения притока рабочего агента в канал подвода откачиваемого из скважины флюида, в боковое отверстие между активным соплом и камерой смешения целесообразно установить обратный клапан.
Для увеличения скорости переключения направления потоков рабочей жидкости, и при использовании одной линии нагнетания для управления переключателем направления потока, целесообразно корпус струйного насоса подпружинить относительно муфты.
При использовании внутренней поверхности колонны насосно-компрессорных труб в качестве линии нагнетания рабочей жидкости для работы струйного насоса его корпус соединен с полой вставкой, со стороны диффузора, при этом со стороны сопла корпус снабжен фильтром для очистки подаваемой на сопло жидкости, а для осуществления пульсирующей подачи жидкости на сопло струйного насоса с целью интенсификации смесеобразования перед соплом, на корпусе струйного насоса, установлен генератор колебаний расхода.
При использовании затрубного пространства в качестве линии нагнетания рабочей жидкости для работы струйного насоса его корпус соединен с полой вставкой со стороны сопла. При этом внутри полой вставки установлен обратный клапан для гидравлической изоляции затрубного пространства во время прекращения подачи жидкости, а для интенсификации смесеобразования, между соплом и обратным клапаном, устанавлен генератор колебаний расхода. Для очистки подаваемой на сопло жидкости боковой канал муфты снабжен фильтром.
Для разделения потоков нагнетаемой на забой рабочей жидкости и откачиваемой с забоя пластовой жидкости в хвостовике выше регулятора расхода установлена дополнительная муфта с центральным, по крайней мере, одним сквозным и боковыми каналами, при этом центральный канал и регулятор расхода снабжены обратными клапанами, которые задают направленность прокачиваемых потоков.
При установке в центральном канале дополнительной муфты генератора колебаний расхода обеспечивается режим формирования упругих колебаний в откачиваемом потоке пластовой жидкости с целью увеличения степени подвижности кольматирующих поровое пространство частиц и увеличения производительности струйного насоса.
Для интенсификации процессов диспергации подаваемых на забой разнородных технологических жидкостей, увеличения степени охвата обрабатываемого интервала пласта и глубины знакопеременного воздействия, а также с целью разуплотнения кольматирующего материала и создания дополнительной сети микротрещин в продуктивном поровом пространстве призабойной зоны и дальнейшего увеличения производительности струйного насоса целесообразно регулятор расхода выполнить пульсирующим, например, в виде, по крайней мере, одного генератора колебаний расхода. При этом генератор колебаний расхода может быть рассчитан на необходимый средний расход прокачиваемой рабочей жидкости, для выхода пульсирующего потока в затрубное пространство на наружной поверхности хвостовика, ниже генератора, выполнено, по крайней мере, одно сквозное отверстие, а на конце хвостовика установлена заглушка.
Для увеличения мощности, а также формирования пульсирующего потока с различными амплитудно-частотными характеристиками и эффективностью радиуса действия целесообразно генераторы колебаний расхода соединять последовательно или параллельно.
Регулирование длины хода полой вставки и соединенного с ней корпуса струйного насоса для управления направлением потока рабочей жидкости целесообразно осуществлять с помощью переключающего механизма, выполненного в виде штифта, перемещающегося по шлицевому ступенчатому фигурному пазу. При этом штифт может быть установлен в муфте, в его верхней или нижней части, а шлицевой ступенчатый фигурный паз выполнен соответственно на боковой поверхности полой вставки или боковой поверхности вала, соединенного с заглушенным торцом полой вставки, с возможностью вращения и перемещения в центральном канале. Для принудительного, при помощи гидравлического давления, и направленного перемещения полой вставки в центральном канале муфты последний выполнен сквозным и разного диаметра, при этом в части канала с большим диаметром установлена полая вставка, а с меньшим диаметром - вал. Как вариант конструктивного исполнения переключающего механизма его штифт может быть установлен на валу, а шлицевой ступенчатый фигурный паз - на боковой поверхности нижней части муфты.
При циркуляции потока рабочей жидкости через генераторы колебаний расхода и затрубное пространство, а также при откачке пластовой жидкости струйным насосом из затрубного пространства целесообразно для эффективного формирования и концентрации поля упругих колебаний в интервале пласта выше бокового канала дополнительной муфты и ниже сквозного отверстия на наружной поверхности хвостовика установить регуляторы колебаний расхода потока жидкости в затрубном пространстве. При этом регуляторы колебаний расхода могут быть установлены на наружной поверхности хвостовика в виде гидрозатворов, например, обращенных друг другу открытой стороной цилиндрических стаканов или в виде манжет для сваба, которые дополнительно, для эффективного отражения упругих волн, снабжены акустическими отражателями. Для эффективного преобразования колебаний расхода в колебания давления в затрубном пространстве расстояние между акустическими отражателями целесообразно установить равным половине длины волны колебаний, по крайней мере, одного генератора колебаний расхода, установленного в хвостовике, у которого сквозное отверстие выполнено в середине этого расстояния.
На фиг.1 схематично представлен продольный разрез скважинной установки для воздействия на призабойную зону пласта. При этом на фиг.1, а) изображено положение струйного насоса, зафиксированное с помощью переключающего механизма для режима закачки рабочей жидкости в пласт в условиях репрессии, а на фиг.1, б) изображено положение струйного насоса при подаче рабочей жидкости на его сопло для откачки жидкости и создания депрессии на забое скважины.
Скважинная установка для воздействия на призабойную зону пласта содержит смонтированные на колонне насосно-компрессорных труб 1 муфту 2, пакерующее устройство 3 и хвостовик 4. Внутри колонны насосно-компрессорных труб 1, выше муфты 2, установлено седло 5, внутри муфты 2 выполнены центральный канал 6, боковой канал 7 и сквозной канал 8, при этом в центральном канале 6 установлена подвижная полая вставка 9 с боковым отверстием 10 и торцевой заглушкой 11, к которой присоединен вал 12 с выполненным на его боковой поверхности шлицевым ступенчатым фигурным пазом 13, сопряженным со штифтом 14, установленным в нижней части муфты 2. Полая вставка 9 соединена с корпусом струйного насоса 15, содержащим фильтр 16, сопло 17, камеру смешения 18 и диффузор 19. Корпус струйного насоса 15 установлен внутри седла 5 с зазором 20, снабжен выступом 21 и боковым отверстием 22, а между корпусом струйного насоса 15 и муфтой 2 установлена пружина 23. Хвостовик 4 снабжен регулятором расхода 24.
Скважинная установка для воздействия на призабойную зону пласта работает следующим образом.
Предварительно выбирают линию нагнетания рабочей жидкости и линию стравливания ее из скважины и в соответствии с этим производят соединение корпуса струйного насоса с полой вставкой. При использовании внутренней поверхности колонны насосно-компрессорных труб в качестве линии нагнетания рабочей жидкости, а затрубного пространства в качестве стравливающей линии для работы струйного насоса его корпус 15 соединен с полой вставкой 9 со стороны диффузора 19. При этом полая вставка 9 и корпус струйного насоса 15 зафиксированы с помощью штифта 14 в короткоходовой ступени шлицевого ступенчатого фигурного паза 13, например, в верхнем положении, когда боковое отверстие 10 и боковой канал 7 изолированы друг от друга (см. фиг.1, а), герметично разделяя при этом напорную и стравливающую линии. По известной расходно-напорной характеристике регулятора расхода 24 определяют номинальную величину давления нагнетаемой рабочей жидкости, при которой происходит расчетное сжатие пружины 23 и перемещение полой вставки 9. Опускают установку в скважину так, чтобы хвостовик 4 располагался в обрабатываемом интервале перфорации, производят распакеровку пакерующего устройства 3 и закрепляют колонну насосно-компрессорных труб 1. Затем в колонну насосно-компрессорных труб 1 подают под напором рабочую жидкость, которая по зазору 20 через сквозной канал 8 муфты 2 и регулятор расхода 24 нагнетается в пласт. Создаваемое при нагнетании рабочей жидкости давление в колонне насосно-компрессорных труб 1 за счет разницы диаметров полой вставки 9 и вала 12 перемещает их вниз, сжимая пружину 23, при этом длина хода ограничена движением штифта 14 в короткоходовой ступени шлицевого ступенчатого фигурного паза 13. Затем прекращают подачу рабочей жидкости. После стравливания давления в колонне насосно-компрессорных труб 1 пружина 23, разжимаясь, производит перемещение вверх вала 12 с поворотом и переводом штифта 14 в длиноходовую ступень шлицевого ступенчатого фигурного паза 13. При дальнейшей подаче рабочей жидкости под напором в колонну насосно-компрессорных труб 1 корпус струйного насоса 15 перемещается вниз, его выступ 21 перекрывает зазор 20, а боковое отверстие 10 совмещается с боковым каналом 7, при этом штифт 14 фиксирует данное положение в конце длинной ступени шлицевого ступенчатого фигурного паза 13 (см. фиг.1, б). Рабочий поток жидкости поступает через фильтр 16 на сопло 17, из него в камеру смешения 18 и диффузор 19, а затем через боковое отверстие 10 полой вставки и боковой канал 7 муфты 2 - в затру бное пространство, по которому поднимается на устье скважины для дальнейшего стравливания. Скоростной поток жидкости между соплом 17 и камерой смешения 18 создает пониженное давление в этом пространстве, куда через боковое отверстие корпуса 22 поступает из-под пакерующего устройства 3 жидкость, создавая депрессию на забое. После прекращения подачи рабочей жидкости на сопло 17 и после стравливания давления из колонны насосно-компрессорных труб 1 пружина 23, разжимаясь, производит перемещение вверх вала 12 с поворотом и переводом штифта 14 в короткоходовую ступень шлицевого ступенчатого фигурного паза 13. При этом корпус струйного насоса 15 занимает первоначальное положение с зазором 20 между седлом 5 и герметизацией затрубного пространства выше пакерующего устройства 3 для осуществления следующего цикла репрессии.
Таким образом, создавая напор в колонне насосно-компрессорных труб и стравливая его, происходит автоматическое изменение направления рабочего потока с помощью переключающего механизма и формирование периодических и управляемых режимов репрессий и депрессий на забое скважины.
Для дистанционного (принудительного) управления переключающим механизмом пружину 23 не устанавливают, а штифт 14 с помощью короткоходовой ступени шлицевого ступенчатого фигурного паза 13 предварительно фиксирует корпус струйного насоса 15 в верхнем положении с зазором 20. Затем с помощью устьевого насосного агрегата в колонну насосно-компрессорных труб 1 подают под напором рабочую жидкость, которая по зазору 20 через сквозные каналы 8 муфты 2 и регулятор расхода 24 поступает в пласт. Затем создают гидравлическое давление в затрубном пространстве, с помощью которого происходит перемещение корпуса струйного насоса 15 вверх и перевод штифта 14, при повороте вала 12, в длинноходовую ступень шлицевого ступенчатого фигурного паза 13. При следующей закачке рабочей жидкости в колонну насосно-компрессорных труб 1 корпус струйного насоса 15 перемещается вниз, его выступ 21 перекрывает зазор 20, а боковое отверстие 10 совмещается с боковым каналом 7, при этом штифт 14 фиксирует данное положение в конце длинной ступени шлицевого ступенчатого фигурного паза 13 (см. фиг.1, б). Такое положение переключающего механизма обеспечивает работу струйного насоса с откачкой пластовой жидкости. Таким образом, управление переключающим механизмом происходит при чередовании подачи напора жидкости в насосно-компрессорные трубы или в затрубное пространство, обеспечивая режимы задавки жидкости в пласт под высоким давлением и откачки ее из пласта с выносом на дневную поверхность.
При необходимости произвести дополнительное интенсивное виброволновое воздействие в интервале пласта в хвостовике устанавливают пульсирующий регулятор расхода, дополнительную муфту с генератором колебаний расхода и гидрозатворы с акустическими отражателями. При этом поток жидкости, проходя через комплект генераторов колебаний расхода и концентрируясь в интервале обрабатываемого участка, производит эффективное непрерывное упругое волновое воздействие на призабойную зону пласта.
Реализация изобретения позволяет существенно повысить эффективность знакопеременного гидродинамического воздействия за счет увеличения разницы между величинами создаваемых репрессий и депрессий, возможности выбора автоматического или дистанционно-гидравлического управления приводом переключающегося механизма, а также за счет возможности формирования поля упругих колебаний с эффективной концентрацией энергии волнового воздействия в интервале продуктивного пласта. Использование в установке механизма возбуждения колебаний потока с помощью генераторов с различными амплитудно-частотными характеристиками и радиуса действия позволяет увеличить зону эффективного воздействия. Применение скважинной установки позволяет существенно повысить эффективность при проведении работ, связанных с освоением скважин после бурения, восстановлением и повышением производительности призабойной зоны совместно с другими технологиями, например химическими.