Устройство для кольматации стенок проницаемых пластов нефтяных и газовых скважин

Устройство для кольматации стенок проницаемых нластов нефтяных н газовых скважнн
Полезная модель относится к технике нефтегазового строительства скважин, а именно, к технике бурения скважин.
Известно устройство для кольматации стенок скважины, которое входит в компоновку бурильного инструмента и устанавливается над долотом с соплом, содержащее полый корпус с радиально расположенным соплом и установленным на входе в корпус завихрителем с радиально расположенными лопастями, в нижней части корпуса имеется патрубок, внутри которого находится кольматирующее сопло. Недостатком этого устройства является низкая эффективность кольматации, особенно в высокопроницаемых трещинно-кавернозных породах со значительной раскрытостью каналов фильтрации.
Аналогом заявленной полезной модели является известное устройство для кольматации и очистки стенок скважины по патенту № 1536918, которое состоит из полого цилиндра и радиально расположенной внутри него втулки, которая выполнена в виде вихревой камеры с входными и выходными отверстиями, устройство снабжено регулировочными кольцами и тангенциальными отверстиями.
Z00312661«
МПКЕ21В37/02
Вторым аналогом является известное устройство для кольматации проницаемых пластов в процессе бурения по патенту № 2023139, состоящее из корпуса, на который установлен лопастной завихритель, из сопла, содержащего гидромониторные насадки, одна из них установлена на лопасти, другая - в корпусе, которые взаимодействуют с инжектируемым потоком.
Недостаток аналогов - это невысокая эффективность кольматации стенок проницаемых пластов нефтяных и газовых скважин из-за слабого давления на стенки скважины.
Также известно «Устройство для кольматации стенок скважины по патенту JSfe 2023138, включающее корпус, выполненный с радиальными насадками, в которых установлены заглущки в виде полых цилиндров с возможностью перемещения вдоль оси насадок. Полые цилиндры заглущек заполнены твердым кольматантом и связаны с корпусом подпружиненными фиксаторами, помещенными у выхода радиальных насадок. Заглушки, выполненные в виде подпружиненных фиксаторов, со стороны нерабочей поверхности, исполнены с наружными коническими проточками. Корпус выполнен с дополнительными радиальными насадками, находящимися на различных уровнях, гидравлические каналы, соединяющие основные и дополнительные радиальные насадки, выполнены с возможностью поочередного приведения в рабочее положение заглушек, причем заглущки последующего уровня приводятся в рабочее
положение после перемещепия заглушек предыдущего уровня в крайнее фиксированное положение. Этот аналог взят за прототип полезной модели.
Недостатком прототипа - устройства по патенту .№ 2023138 является то, что затруднена возможность поочередного приведения в рабочее положение заглушек последующего уровня, велика вероятность прихвата бурильного инструмента в скважине, из - за чего возможна поломка инструмента, в результате чего снижается эффективность кольматации.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для кольматации стенок проницаемых пластов нефтяных и газовых скважин, позволяющее повысить эффективность производимых работ за счёт создания периодического давления на стенки скважины и исключения прихвата бурильного инструмента в скважине.
Техническая задача осуществляется устройством для кольматации стенок проницаемых пластов нефтяных и газовых скважин, содержащим корпус с установленными в нём радиальными насадками, расположенными на разных уровнях, согласно заявленной полезной модели насадки, находящиеся в пределах одного уровня, установлены в диаметральной противоположности друг к другу, уровни насадок размещены по всей длине корпуса парами, причём в каждой паре насадки расположены тангенциально и имеют встречное направление под углом 60 и расстояние h между центрами выходных сопел насадок, которое определяется по формуле:
h Мп (г2- ri) (1-К), где:
М- количество насадок, расположенных на одном уровне п - количество уровней насадок
Г2, Г - радиусы долота и корпуса устройства для кольматации соответственно, мм К - коэффициент:
К  О- для устойчивых к гидроэрозийному разрушению горных пород К  0,,2 - для рыхлых слабосцементированных пород.
На Фиг. изображено устройство для кольматации стенок проницаемых пластов нефтяных и газовых скважин (далее: устройство) и долото.
Устройство состоит из корпуса 1 (см. Фиг.), внутри которого имеется сквозной канал 2. К корпусу прикреплены посредством резьбового соединения втулки 3, в которых жестко установлены цилиндрические насадки 4. Соединение втулок и насадок уплотнено резиновыми кольцами 5.
На входе и выходе сквозного канала выполнена коническая резьба для присоединения корпуса на входе к колонне бурильных труб (на Фиг. не показано), на выходе - к долоту 6.
Насадки 4 установлены в отверстия корпуса 1, выполненные рядами в нескольких поперечных сечениях корпуса. Нричём оси отверстий в
пределах одного ряда расположены тангенциально в плоскости поперечного сечения корпуса в диаметральной противоположности друг к другу, ряды отверстий выполнены по всей длине корпуса на разных уровнях парами. Оси отверстий, образующих пару, расположены навстречу друг к другу под углом 60°. Расстояние h между центрами выходных сопел насадок, образующих пару, выбрано из следующего выражения:
h  Мп (Г2 - Г}) (1-К), где:
М- количество насадок, расположенных на одном уровне п - количество уровней насадок
Г2, Г - радиусы долота и корпуса устройства для кольматации соответственно, мм К - коэффициент:
К  О- для устойчивых к гидроэрозийному разрушению горных пород К  0,,2 - для рыхлых слабосцементированных пород.
Устройство работает следующим образом. Устройство устанавливают в компоновку бурильного инструмента и соединяют входом с колонной бурильных труб, а выходом с долотом. После чего компоновку бурильного инструмента опускают в скважину. По колонне бурильных труб подают промывочную жидкость, которая, протекая по сквозному каналу 2 корпуса 1 устройства, делится на потоки, проходящие через промывочные отверстия в долоте 6 и струями через отверстия насадок 4,
расположенных на корпусе устройства. Струи промывочной жидкости, истекающие из отверстий насадок под углом 60°, взаимодействуют между собой и со стенкой скважины, что приводит к торможению потоков и локальному повышению гидродинамического давления на стенки скважины и в непосредственной близости от неё, вызывая проникновения промывочной жидкости в проницаемые стенки, происходит процесс кольматации. Основная часть потока растекается в стороны от точки встречи струй. Результатом взаимодействия двух струй, истекающих из насадок под углом 60, является возникновение в зоне встречи струй автоколебательных процессов, обуславливающих периодическое изменение гидродинамического давления на стенки скважины и в окружающем пространстве.
При встрече струй под углом 60 происходит их гидродинамическое торможение, локальное повыщение давления и как бы отталкивание струй друг от друга и искривление их так, что имеет место периодическая пульсация скорости потока и давления промывочной жидкости, что приводит к возникновению мощных акустических волн.
Ударяясь о стенки скважины с большой скоростью, струя воздействует на неё с повышенным гидродинамическим давлением, затем, растекаясь по стенкам также с большой скоростью, образует на стенках и в близлежащих от точки удара областях зоны пониженного давления.
Когда давление в этих зонах становится меньше пластового давления, рыхлая часть глинистой корки за счёт перепада давления отойдёт от стенки и устремится в кольцевое пространство. В зоне повышенного давления происходит кольматация стенок скважины. Процесс кольматации интенсифицируется благодаря совместному действию повышенного давления и акустических импульсов, имеюш;их широкий спектр частот.
Расположение боковых гидромониторных насадков навстречу друг другу под углом 60° обеспечивает возникновение и поддержание автоколебательных процессов с одной стороны и сохранение достаточно скоростного напора струй на стенки - с другой.
При бурении скважины с кольматацией стенок опрессовочный перепад давления, выдерживаемый стволом скважины больше, примерно, на  Мпа, чем при бурении без кольматации.
При проведении работ по кольматации стенок скважины устройство приводится во враш;ательное и поступательное движение с устья скважины с заранее заданной расчётной скоростью, так что проницаемые стенки полностью охватываются вихревоструйной обработкой, создающей периодическое давление на стенки скважины.
Простая конструкция заявленного устройства, а именно, отсутствие выступаюш;их частей на поверхности корпуса, как то: регулировочные кольца, лопасти, заглушки и т.п., позволяет избежать прихвата инструoUUU 1(4(0
мента в стволе скважины, что увеличивает срок службы самого бурильного инструмента, в компоновку которого входит устройство. Таким образом, предложенное устройство для кольматации стенок проницаемых пластов нефтяных и газовых скважин, повышает эффективность производимых работ, уменьшает потери при бурении скважины. Устройство используется при бурении как прямых, так и наклоннонаправленных нефтяных и газовых скважин, а также может быть использовано в обш;ем машиностроении.
Предлагаемое устройство для кольматации стенок проницаемых пластов нефтяных и газовых скважин имеет ряд преимуществ перед известными: просто в изготовлении и эксплуатации, дает возможность быстрой и надежной кольматации проницаемых пластов стенок нефтяных и газовых скважин, предотвраш;ает возможность прихвата бурильного инструмента.
8