УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНО-ДЕПРЕССИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПЛАСТА
DEVICE FOR PULSE-DEPRESSION ACTION ON BOTTOMHOLE FORMATION ZONE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для воздействия на призабойную зону импульсом депрессии для повышения производительности скважин, эксплуатирующихся штанговыми глубинно-насосными установками.
Известно устройство для импульсно-депрессионного воздействия на призабойную зону пласта (патент RU №2177540, МПК E21B 43/25, опубл. 27.12.2001 г., бюл. №36), включающее колонну насосно-компрессорных труб с патрубком в нижней части, уплотнительный элемент, выполненный в виде пустотелой цилиндрической упругой манжеты с отверстиями, снабженной с внутренней стороны цилиндрической пружиной, и установленный на патрубке между верхним неподвижным и нижним подвижным упорами, цилиндрический корпус с боковыми отверстиями и заглушкой в нижней части, связанный верхним концом с подвижным упором и размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения плунжером с клапаном, при этом цилиндрический корпус концентрично расположен в перфорированном кожухе, гидравлически связывающем его с обрабатываемым пластом, и снабжен втулкой, размещенной в патрубке с возможностью осевого перемещения, при этом перфорированный кожух жестко соединен с патрубком и нижним заглушенным концом упирается на искусственный забой скважины, а втулка при помощи шпилек, проходящих через боковые продольные окна, выполненные на патрубке, соединена подвижным упором.
Недостатками данного устройства являются:
- сложное конструктивное исполнение и вытекающая из-за этого трудоемкость при обслуживании и подготовке к работе;
- высокая металлоемкость, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- низкое качество очистки призабойной зоны пласта, связанное с периодическими пропусками жидкости в процессе работы через уплотнительный элемент, выполненный в виде пустотелой цилиндрической упругой манжеты с отверстиями, снабженной с внутренней стороны цилиндрической пружиной.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для имплозионной обработки пласта (патент RU №2195550, МПК E21B 43/25, опубл. 27.12.2002 г., бюл. №36), содержащее полый корпус с входящей в него депрессионной камерой и пакер, при этом на корпусе телескопически установлена и зафиксирована срезным винтом крышка, соединенная с канатом, с фиксатором, дополнительной депрессионной камерой и полым штоком переменного сечения, который соединяет депрессионную камеру корпуса с дополнительной депрессионной камерой и 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:
- низкая эффективность работы, что обусловлено тем, что устройство не обеспечивает создание многократных импульсов в призабойной зоне пласта без дополнительных многократных спускоподъемных операций;
- отсутствие колонны труб в конструкции устройства не позволяет создать достаточное усилие для герметичной посадки пакера в скважине и приводит к перетокам жидкости через пакер в процессе работы устройства, что снижает качество очистки призабойной зоны пласта;
- низкая надежность работы устройства обусловлена отсутствием в конструкции плашек, гарантирующих фиксацию устройства от перемещения вверх в момент создания глубокой депрессии, что приводит к срыву пакера и его разгерметизации.
Технической задачей изобретения является создание надежной и эффективной в работе конструкции устройства, обеспечивающего качественную очистку призабойной зоны пласта с созданием многократных импульсов без проведения многократных спускоподъемных операций устройства.
Поставленная задача решается устройством для импульсно-депрессионного воздействия на призабойную зону пласта, содержащим полый корпус с направляющей и приемными отверстиями, входящую в него депрессионную камеру, на полом корпусе телескопически установлена и зафиксирована срезным винтом крышка, в полый корпус концентрично установлен полый шток переменного сечения, который соединяет депрессионную камеру полого корпуса с дополнительной депрессионной камерой, полый шток переменного сечения взаимодействует с переточным отверстием полого корпуса, на цилиндрической поверхности крышки размещены пакер и клин, при этом наружная коническая поверхность клина взаимодействует с плашками, имеющими возможность радиального перемещения, крышка оснащена упором с возможностью взаимодействия с клином, ограничитель.
Новым является то, что полый корпус выполнен с опорой на забой скважины, а на верхнем конце полого корпуса выполнен ограничитель в виде наружной кольцевой выборки, при этом крышка жестко соединена с полым штоком переменного сечения, а верхний конец полого штока переменного сечения жестко соединен с колонной труб, причем на цилиндрической поверхности крышки ниже плашек установлены упорное кольцо и дополнительные плашки, имеющие возможность радиального перемещения, а также дополнительный клин, жестко соединенный с направляющей полого корпуса, снизу полый шток переменного сечения оснащен боковыми отверстиями и оснащен заглушкой в нижней торцовой части, в полом штоке переменного сечения размещен плунжер с нагнетательным клапаном, при этом плунжер с помощью колонны штанг соединен со станком-качалкой, в исходном положении переточное отверстие полого корпуса взаимодействует с полым штоком переменного сечения и гидравлически разобщает приемные отверстия полого корпуса с боковыми отверстиями полого штока переменного сечения, в рабочем положении переточное отверстие полого корпуса выходит из взаимодействия с полым штоком переменного сечения и гидравлически сообщает приемные отверстия полого корпуса с боковыми отверстиями полого штока переменного сечения.
На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство для импульсно-депрессионного воздействия на призабойную зону пласта в продольном разрезе.
Устройство для импульсно-депрессионного воздействия на призабойную зону пласта содержит полый корпус 1 с направляющей 2 и приемными отверстиями 3 и входящую в полый корпус 1 депрессионную камеру 4. На полом корпусе 1 телескопически установлена и зафиксирована срезным винтом 5 крышка 6. В полый корпус 1 концентрично установлен полый шток переменного сечения 7, который соединяет депрессионную камеру 4 полого корпуса 1 с дополнительной депрессионной камерой 8.
Полый шток переменного сечения 7 взаимодействует с переточным отверстием 9 полого корпуса 1. На цилиндрической поверхности 10 крышки 6 размещены пакер 11 и клин 12. Наружная коническая поверхность клина 12 взаимодействует с плашками 13 (например, тремя плашками, расположенными по периметру под углом 120° относительно друг друга), имеющими возможность радиального перемещения. Полый корпус 1 выполнен с опорой на забой 14 скважины 15.
На верхнем конце полого корпуса 1 в виде наружной кольцевой выборки выполнен ограничитель 16. Крышка 6 жестко соединена с полым штоком 8 переменного сечения. Верхний конец полого штока переменного сечения 7 жестко соединен с колонной труб 17, внутренне пространство которой представляет собой дополнительную депрессионную камеру 8.
На цилиндрической поверхности 10 крышки 6 ниже плашек 13 установлены упорное кольцо 18 и дополнительные плашки 19 (например, три плашки, расположенные по периметру под углом 120° относительно друг друга), имеющие возможность радиального перемещения, а также дополнительный клин 20, жестко соединенный с направляющей 2 полого корпуса 1.
Снизу полый шток переменного сечения 7 оснащен боковыми отверстиями 21 и оснащен заглушкой 22 в нижней торцовой части.
В полом штоке переменного сечения 7 размещен плунжер 23 с нагнетательным клапаном 24. Плунжер 23 с помощью колонны штанг 25 соединен со станком-качалкой (не показано).
В исходном положении переточное отверстие 9 (см. чертеж) полого корпуса 1 взаимодействует с полым штоком переменного сечения 7 и гидравлически разобщает приемные отверстия 3 полого корпуса 1 с боковыми отверстиями 21 полого штока переменного сечения 7.
В рабочем положении переточное отверстие 9 полого корпуса 1 выходит из взаимодействия с полым штоком переменного сечения 7 и гидравлически сообщает приемные отверстия 3 полого корпуса 1 с боковыми отверстиями 21 полого штока переменного сечения 7.
Крышка 6 оснащена упором 26 с возможностью взаимодействия с клином 12. Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами.
Устройство работает следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину 15 (см. чертеж) нижний заглушенный конец полого корпуса 1 удлиняют с применением труб, например насосно-компрессорных труб диаметром 102 мм, с условием того, чтобы при опоре на забой 14 нижнего конца полого корпуса 1 пакер 11 находился на 3-7 м выше пласта 27.
Далее устройство без плунжера 23 в собранном виде в исходном положении спускают на колонне труб 17 в скважину 15, например колонне насосно-компрессорных труб диаметром 73 мм, до упора нижнего заглушенного конца полого корпуса 1 в забой 14 скважины 15.
После чего с устья скважины 15 разгружают колонну труб 17 на предлагаемое устройство, при этом при разгрузке, например, на 30-50 кН происходит разрушение срезных винтов 5.
В результате разрушения срезных винтов 5 крышка 6 и полый корпус 1 начинают сходиться, при этом расстояние L начинает сокращаться. Сначала дополнительные плашки 19 раздвигаются радиально наружу по конической поверхности неподвижного дополнительного клина 20 до упора в стенки скважины 15 и дополнительные плашки 19 фиксируются на стенках скважины 15. Разгрузку колонны труб 17 на устройство продолжают, при этом упорное кольцо 18, дополнительные плашки 19, дополнительный клин 20 перемещаются вверх по цилиндрической поверхности 10 крышки 6 относительно неподвижных дополнительных плашек 19. Плашки 13 раздвигаются радиально наружу по конической поверхности неподвижного клина 12 до упора в стенки скважины 15 и плашки 13 фиксируются на стенках скважины 15.
При дальнейшей разгрузке колонны труб 17 на устройство пакер 11 сжимается и герметизирует внутреннее пространство скважины 15, при этом упор 26 крышки 6 вступает во взаимодействие с верхним торцом дополнительного клина 20, так как расстояние L меньше расстояния В.
В отличии от прототипа, где устройство спускается в скважину на канате, в предлагаемом устройстве используется колонна труб 17, которая своим весом, например, 130 кН позволяет создать нагрузку на пакер 11, чтобы исключить перетоки жидкости через пакер в процессе работы, а это качество очистки призабойной зоны пласта 27.
В результате разгрузки колонны труб 17 на устройство полый шток переменного сечения 7 с колонной труб 17 перемещается вниз на длину L относительно полого корпуса 1, упертого на забой 14 скважины 15, а поскольку расстояние L больше расстояния А, то переточное отверстие 9 полого корпуса 1 выходит из взаимодействия (полый шток переменного сечения 7 большим сечением проходит через уплотнение переточного отверстия 9 полого корпуса) с полым штоком 7 переменного сечения и гидравлически сообщает приемные отверстия 3 полого корпуса 1 с боковыми отверстиями 21 полого штока 7 переменного сечения, и устройство занимает рабочее положение.
Депрессионная камера 4 и дополнительная депрессионная камера 8 начинают заполняться жидкостью из затрубного пространства 28 скважины 15 через приемные отверстия 3 полого корпуса 1, тем самым создавая имплозионное воздействие на пласт 27. По мере заполнения депрессионной камеры 4 и дополнительной депрессионной камеры 8 жидкостью давление в них и во внутритрубном пространстве 28 скважины 15 выравнивается. После чего в колонну труб 17 спускают плунжер 23 с нагнетательным клапаном 24 на колонне штанг 25 и устанавливают плунжер 23 в колонне труб 17.
Длина хода плунжера 23 выбирается так, чтобы обеспечивалось открытие боковых отверстий 21 при крайнем верхнем и закрытие при крайнем нижнем положении плунжера 23. Рабочий объем в полом штоке переменного сечения 7, длина хода плунжера 23, расположение и диаметр боковых отверстий 21 выбираются исходя из параметров конкретной скважины и обрабатываемого пласта 27.
При ходе колонны штанг 25 и связанного с ней плунжера 23 вниз открывается клапан 24, перекрывающий боковые отверстия 21 полого штока переменного сечения 7, и жидкость перекачивается в пространство плунжера 23, находящееся над клапаном 24.
В момент начала хода плунжера 23 вверх клапан 24 закрывается и под плунжером 23 в пространстве 29 полого штока переменного сечения 7 создается разрежение, причем чем выше перемещение плунжера 23, тем меньше давление во внутренней полости 29 полого штока переменного сечения 7. Плунжер 23 продолжает движение вверх и к моменту открытия боковых отверстий 21 происходит максимальное разрежение в пространстве 29 полого штока переменного сечения 7.
Жидкость из затрубного пространства 28 скважины 15 через приемные отверстия 3 полого корпуса 1 и боковые отверстия 21 полого штока переменного сечения 7 устремляется в пространство 29 полого штока переменного сечения 7, при этом под пакером 11 в забое 14 скважины 15 происходит глубокий импульс депрессии, вызывающий ускоренное движение флюида в призабойной зоне и распространяющийся в соответствии с пьезопроводностью пласта 27.
В результате за один цикл (вниз вверх) работы плунжера 23 в призабойной зоне пласта 27 создается импульс депрессии. Циклическая работа устройства продолжается, как описано выше, что обеспечивает качественную очистку от загрязнений парового пространства призабойной зоны пласта 27. Таким образом, устройство позволяет создавать многократные импульсы в призабойной зоне пласта без дополнительных многократных спускоподъемных операций, что позволяет повысить эффективность очистки призабойной зоны пласта 27.
После воздействия на призабойную зону пласта 27 с одновременной откачкой жидкости из скважины осуществляется извлечение устройства.
Для этого сначала извлекают из колонны труб плунжер 23 с нагнетательным клапаном 24 и колонной штанг 25.
Далее приподнимают колонну труб 17. В результате крышка 6 и полый корпус 1 начинают расходиться, при этом расстояние L начинает увеличиваться, при этом сначала пакер 11 выходит из герметичного взаимодействия со стенками скважины 15 и разгерметизирует внутреннее пространство скважины 15.
После чего упорное кольцо 18, дополнительные плашки 19, дополнительный клин 20 перемещаются вниз по цилиндрической поверхности 10 крышки 6 относительно неподвижных дополнительных плашек 19, при этом плашки 13 раздвигаются радиально внутрь по конической поверхности неподвижного клина 12 и выходят из фиксации со стенками скважины 15. Затем дополнительные плашки 19 раздвигаются радиально внутрь по конической поверхности неподвижного дополнительного клина 20 и выходят из фиксации со стенками скважины 15, а ограничитель 16 занимает исходное положение (см. чертеж). Далее устройство извлекают из скважины.
Далее осуществляют спуск глубинного штангового насоса с расчетными параметрами для эксплуатации скважины.
Наличие плашек 13 и дополнительных плашек 19 гарантирует надежную фиксацию устройства на стенках скважины от перемещения вниз и вверх в момент создания глубокой депрессии, что исключает срыв пакера 11 и его разгерметизацию и повышает надежность работы устройства.
Предлагаемое устройство имеет надежную и эффективную в работе конструкцию, обеспечивающую качественную очистку призабойной зоны пласта с созданием многократных импульсов без проведения многократных спускоподъемных операций устройства.