VIBROACID BOTTOMHOLE ZONE STIMULATION DEVICE
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОКИСЛОТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к области проектирования и эксплуатации устройств по организации виброволнового воздействия на призабойную зону продуктивного нефтяного пласта преимущественно карбонатного типа.
Во время строительства скважины, перфорации обсадной колонны и эксплуатации скважины фильтрационные каналы малых размеров заполняются механическими примесями, тяжелыми компонентами нефти (асфальтены, смолы и парафины). Это приводит к значительному снижению проницаемости горной породы продуктивного пласта в зоне дренирования скважины и как следствие, к уменьшению притока нефти и воды в скважину.
При воздействии соляной кислотной на пласт с карбонатными соединениями образуются продукты реакции в виде хлорида кальция, которые образуют барьерную зону, закрывая собой доступ свежих порций кислоты к поверхности горной породы. Для повышения эффективности кислотного воздействия на пласт необходимо кислотный состав периодически перемешивать непосредственно в поровом пространстве продуктивного пласта и сделать это можно только путем изменения давления в различных точках пласта и организацией знакопеременного движения кислоты и продуктов химической реакции в фильтрационных каналах пласта.
В связи с этим рассмотрим существующие конструкции устройств по созданию виброкислотного воздействия на пласт.
Известен скважинный гидравлический вибратор (Патент RU №2161237, опубл. 27.12.2000), содержащий корпус и установленный в корпусе ствол с центральным осевым каналом, выполненным в виде расширяющегося диффузорного сопла, и щелевыми прорезями, к стволу коаксиально установлен золотник с щелевыми прорезями, выполненными под углом к образующей, но в противоположном направлении щелевым прорезям ствола.
В устройстве использован гидравлический принцип организации изменения давления в потоке жидкости. Недостатком известного вибратора является сложность конструкции, обусловленная значительным количеством деталей и установкой ствола и золотника на подшипниках, которые быстро изнашиваются и уменьшают время исправной работы данного вибратора.
Известны вибраторы ГВЗ-135, ГВЗ-108 и ГВЗ-85 (стр. 449-451, Справочная книга по добыче нефти под редакцией Ш.К. Гиматудинова. - М.: «Недра», 1974. - 704 с.) Вибраторы состоят из верхних ниппелей для соединения с насосными трубами, нижнего ниппеля, ствола, подшипника, золотника и множества уплотнителей. Недостатком вибраторов данного типа является сложность конструкции, незащищенность рабочих органов от воздействия агрессивных жидкостей как кислота и щелочь. Отметим также, что устройства меняет давления в пласте с чрезвычайно высокой частотой - до 1000 Гц и более. При кислотном воздействии для перемешивания свежей кислоты с продуктами реакции необходима значительно меньшая цикличность в перепадах давления (несколько Гц). Химическая реакция между кислотой и минералами горной породы - это достаточно не быстрый процесс ввиду неоднородности породы, наличия на ее поверхности тяжелых компонентов нефти в виде асфальтенов, смол и парафинов.
В качестве прототипа заявленного устройства выбран двигатель внутреннего сгорания (ДВС), содержащий кривошипно-шатунный механизм (КШМ), способный вращательное движение преобразовывать в возвратно-поступательное и наоборот. Также в состав ДОС входит поршневая группа с системой клапанов и форсунки для подачи топлива. Эти устройства нашли самое широкое распространение в жизни людей, но для создания потока химического реагента переменного давления заданной частоты они не пригодны из-за отсутствия механизма перекрытия и открытия гидравлического потока реагента в скважинных условиях.
Технической задачей заявленного изобретения является создание контролируемого вибровоздействия на ПЗП пласта с помощью устройства, которое конструктивно обеспечит пульсирование закачиваемого в пласт кислотного состава по двум параметрам: расходу и давлению.
Задача по изобретению решается тем, что в устройстве для виброкислотного воздействия на пласт, которое состоит из кривошипно-шатунного механизма (КШМ), преобразующего вращательное движение зубчатого колеса в возвратно-поступательное движение шатуна и поршня в цилиндре, корпус устройства выполнен в кислотостойком исполнении, КШМ приводится в действие электродвигателем, шатун шарнирно соединен с центратором цилиндрической формы, который через сальниковое уплотнение создает возвратно-поступательное движение полой затворной втулки в полости рабочей камеры цилиндрической формы для периодического открытия и закрытия одновременно впускного и выпускного отверстий камеры, причем частота вращения электродвигателя и изменения давления жидкости после выпускного отверстия регулируется частотным преобразователем тока со станции управления устройства по показаниям датчика давления, находящегося в зоне выпускного отверстия камеры.
Компановка и составные части предлагаемого к рассмотрению устройства изображены на фиг. 1, где цифрами обозначены: 1 - обсадная колонна, 2 - кислотостойкий корпус, 3 - электродвигатель, 4 - ведущая коническая шестерня, 5 - коническая ведомая шестерня, 6 - шатун КШМ, 7 - центратор, 8 - сальниковый уплотнитель, 9 - полая затворная втулка, 10 - входное отверстие, 11 - выпускное отверстие, 12 - обратный клапан, 13 - пакер, 14 - кабель электрического питания и обратной связи датчика давления, 15 - станция управления, 16 - датчик давления, 17 - рабочая камера устройства в форме цилиндрическая полости, 18 - колонна насосно-компрессорных труб.
На фиг. 2 изображен вид с боку на сочленение элементов: шестерни 5, шатуна 6 и центратора 7. На фиг. 3 затворная втулка 9 устройства изображена в своем нижнем положении, отверстия 10 и 11 закрыты.
Устройство работает в скважинных условиях в следующем порядке:
1. Корпус устройства 2 спускается на колонне насосно-компрессорных труб 18 и с помощью пакера 13 фиксируют в обсадной колонне 1 напротив продуктивного пласта.
2. По датчику давления 16 фиксируют начальное давление между устройством и пластом и начинают закачивать в колонну насосно-компрессорных труб 18 соляную кислоту необходимого состава.
3. Кислоту закачивают с устья скважины насосным агрегатом центробежного типа, кислота попадает в устройство и в цикличном режиме проходит через входное отверстие 10, камеру 17, выпускное отверстие 11, обратный клапан 12 и под давлением поступает в продуктивный пласт преимущественно карбонатного типа.
В качестве устьевого насоса предпочтение отдается центробежному насосу во избежание возникновения гидравлического удара кислотным составом при закрытии отверстий 10 и 11 рабочей камеры 17.
4. На фиг. 1 изображено верхнее положение центратора 7 и затворной втулки 9. Отверстия 10 и 11 открыты, но клапан 12 не дает возможность жидкости из пласта попадать во внутреннюю полость устройства, в частности в камеру 17.
5. При вращении вала электродвигателя 3 шестерня 5 повернется вокруг своей оси, а шатун 6, центратор 7 и втулка 9 займут свое нижнее положение (фиг. 3). Отверстия 10 и 11 будут перекрыты затворной втулкой 9 при продолжающейся закачке кислотного состава в НКТ. Это приведет к повышению давления в колонне НКТ и перед устройством на входе в отверстие 10.
6. При последующем вращении вала электродвигателя 3 вся система вернется в позицию, изображенную на фиг. 1, отверстия 10 и 11 откроются, кислотный состав под более высоким давлением начнет поступать в продуктивный пласт, пройдя рабочую камеру 17.
Благодаря сальниковому уплотнению 8 агрессивная жидкость не проникает в зону КШМ и электродвигателя, этим обеспечивается продолжительный период их эксплуатации.
Положительный эффект от применения устройства заключается в том, что из-за создания в пласте колебания давления по амплитуде возникнет не только циклическое движение кислотного состава в пласт, но еще и его обратное движение из пласта в сторону скважины с определенной частотой и амплитудой. Это приведет к смешению продуктов химической реакции со свежей порцией кислоты и ускорению растворения карбонатных пород, повышению проницаемости пласта.
Устройство обладает следующими достоинствами:
1. Благодаря организации шестеренчатой пары коническая шестерня 3 и шестерня 4 значительно снижается частота движения затворной втулки 9. Например, при частоте вращения вала электродвигателя 1000 оборотов в минуту и соотношении числа зубьев шестерен 4 и 5 как 1 к 10, частота возвратно-поступательного движения втулки 9 понизится до 100 раз в минуту.
2. Частота вращения вала электродвигателя регулируется частотным преобразователем тока питания двигателя по показаниям датчика давления 16. Это позволяет менять частоту вибровокислотного воздействия на пласт по амплитуде и частоте колебаний примерно в два раза, это дает возможность адаптировать воздействие к фильтрационным характеристикам пласта, к компонентному составу слагающих пласт пород исходя из скорости химической реакции между кислотой и карбонатными соединениями.
По мнению авторов, новизна и существенное отличие заявленного устройства от существующих заключается в том, что с помощью известной конструкции кривошипно-шатунного механизма организуется с регулируемой частотой открытие и закрытие выпускного отверстия устройства. Это приводит к периодическому изменению давления и расхода кислотного состава при его закачке в пласт насосным агрегатом с устья скважины, что позволяет адаптировать условия его работы к любым геолого-физическим особенностям карбонатных пластов и повысить эффективность воздействия на пласт.