Устройство для комплексной обработки продуктивного пласта

Полезная модель относится к горному делу, а именно к способам и устройствам для освоения скважин различной конструкции, в том числе для обработки призабойной зоны пласта (далее ОПЗ), с использованием технологии обработки продуктивного пласта в несколько стадий за одну спускоподъемную операцию и с применением струйных насосов.
В связи с растущей потребностью в освоении глубоких вертикальных, горизонтальных/наклонно-направленных скважин, а также скважин со сложной геометрией особое значение имеет оптимизация технологических мероприятий при обработке призабойной зоны продуктивного пласта, а также модернизации скважинного оборудования.
При эксплуатации таких скважин приходится сталкиваться с разными осложнениями, наиболее частыми из которых являются прихваты из-за шламов или/и заклинивания на участках со сложной геометрией ствола. Прихваты со шламом создают угрозу потери дорогостоящего оборудования и, возможно, к необходимости забуривать боковой ствол. Причиной таких прихватов является некачественная очистка. Заклинивание на участках со сложной геометрией ствола происходит там, где форма скважинного оборудования не соответствует форме ствола. Иногда компоновка не может свободно пройти через такой участок. Если же оборудование перемещают в таком участке вверх или вниз по стволу или под большой нагрузкой, возникает высокий риск прихвата. Такие осложнения, ведущие к аварийным ситуациям, снижают эффективность работы с трудно извлекаемыми запасами нефти.
Повышение технологической и экономической эффективности ОПЗ может обеспечить использование современных технологий разработки в протяженных горизонтальных, многозабойных или разветвленных скважинах, в сочетании с использованием забойного оборудования, позволяющего удалять шламы из скважины, особенно в скважинах со сложной геометрией.
Для качественного выполнения полного технологического цикла по обработке продуктивного пласта, в частности безаварийного спуска скважинного оборудования, особенно пакера, необходимо оценить возможности беспрепятственного спуска оборудования. Это связано с тем, что на внутренней поверхности обсадной трубы скапливается ржавчина, окалина и различный мусор и возникает необходимость в очистке обсадной трубы. Для этих целей перед спуском в скважину оборудования проводят операции шаблонирования и очистки эксплуатационной колонны с помощью шаблона и скрепера.
Выполнение отдельных спускоподъемных операций приводит к уменьшению производительности обработки ОПЗ за счет временных затрат на их проведение.
В качестве прототипа выбрано устройство для комплексной обработки продуктивных пластов, обеспечивающее комплексную обработку скважины за одну спускоподъемную операцию, совмещенную с очисткой эксплуатационной колонны в пределах призабойной зоны пласта и, содержащий струйный насос и обратный клапан (патент РФ на полезную модель №158059, публ. 20.12.2015, бюл. 35).
Скважинная струйная установка содержит верхнюю часть колонны НКТ, струйный аппарат, пакер, нижнюю часть НКТ, скребок с ножами, контейнер с регистрирующими приборами, воронку. Скребок с ножами предназначен для очистки эксплуатационной колонны от буровой грязи, цемента, осколков, ржавчины, накипи, парафина, перфорационных заусенцев и прочих предметов, находящихся на внутренних стенках труб. Очистка сопровождается движением всей установки вверх или вниз. После очистки производится промывка по затрубному пространству, при этом пакер находится в транспортном положении.
Струйный аппарат не имеет сообщения с затрубным пространством, т.е. выполнен герметично по отношению к внутренней полости колонны НКТ. Струйная установка герметична от устья до воронки, что позволяет производить промывку скважины. По окончании промывки производится подъем струйной установки до места посадки пакера и установка его в рабочее положение, тем самым осуществляется разобщение затрубного пространства, что не позволяет жидкости с верхней части поступать в нижнюю подпакерную зону. Далее при сбрасывании функциональной вставки с активным соплом и камерой смешения с диффузором в струйный аппарат обеспечивают сообщение внутренней части колонны НКТ с затрубным пространством выше струйного аппарата. Это позволяет создать циркуляцию рабочей жидкости через активное сопло, камеру смешения с диффузором, верхнюю часть затрубья и разобщение внутренней части колонны НКТ с нижней частью струйной установки - подпакерной зоны. Это позволяет производить отбор из подпакерной зоны. Жидкость поступает в камеру смешения с диффузором, верхнюю часть затрубного пространства.
По окончании работ производится снятие пакера, перевод его в транспортное положение и последующий подъем компоновки. Все вышеописанные технологические операции фиксируются регистрирующими приборами, установленными в контейнер.
Механический скребок с ножами устанавливается на нижней границе интервала скреперования. Устройство работает следующим образом. Очистка участка эксплуатационной колонны для установки пакера производится механическим скребком в заданном планом работ интервале. Скреперование производят путем подъема и спуска всей компоновки на величину равную интервалу скреперования. При этом ножи скребка соскребают налет (буровая грязь, цемент, осколки, ржавчина, накипь, парафин и прочие предметы) с внутренней поверхности эксплуатационной колонны. Скважина промывается жидкостью глушения по затрубному пространству до отсутствия в поступающей из скважины жидкости механических примесей. Затем производится посадка пакера и монтируется фонтанная арматура.
Используя насосный агрегат, скважина заполняется рабочей жидкостью, производится опрессовка пакера, вызывается циркуляция. Повышая давление нагнетания на насосном агрегате, добиваются максимального стабильного притока из пласта. Далее производится отбор необходимого объема жидкости.
Недостаток известного технического решения заключается в высоком риске возникновения аварийной ситуации из-за прихватов или заклинивания при передвижении устройства в процессе выполнения технологических операций в условиях работы в горизонтальных и наклонных участках скважины, а также в скважинах с участками со значительной кривизной ствола.
Задачей полезной модели является повышение безопасности проведения комплексной обработки продуктивного пласта.
Техническим результатом является снижение риска возникновения прихватов и заклинивания и, связанного с ними повреждения скважинного оборудования, при перемещении в скважинах с горизонтальными и наклонными участками, и с участками со значительной кривизной ствола.
Технический результат достигается тем, что устройство для комплексной обработки продуктивного пласта содержит струйный насос, выполненный с возможностью сообщения и разобщения с затрубным пространством с использованием герметизирующей втулки и сбрасываемого элемента, пакер, размещенный под струйным насосом, и узел для очистки участка эксплуатационной колонны для посадки пакера. Герметизирующая втулка установлена в полом цилиндрическом корпусе струйного насоса с возможностью осевого перемещения посредством сбрасываемого элемента. Устройство дополнительно снабжено устройством для шаблонирования эксплуатационной колонны, соединенным с пакером через сферическое шарнирное соединение. На нижнем конце узла для шаблонирования установлен узел для очистки участка эксплуатационной колонны для посадки пакера.
Струйный насос содержит установленные в его корпусе обратный клапан, сопло и камеру смешения с диффузором, при этом обратный клапан соединен с камерой смешения каналом. Герметизирующая втулка снабжена проточкой, в пределах которой выполнены радиальные отверстия. В качестве сбрасываемого элемента используется шар.
Диаметр шаблона соответствует диаметру очищенной от буровой грязи внутренней поверхности эксплуатационной колонны».
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для комплексной обработки продуктивного пласта при осуществлении шаблонирования и скреперования участка эксплуатационной колонны под посадку пакера; на фиг. 2 - поперечный разрез по В-В струйного насоса с отображением канала от обратного клапана к камере смешения; на фиг. 3 - устройство, установленное в подготовленном участке скважины для осуществления обработки продуктивного пласта; на фиг. 4 - продольный разрез по А-А устройства в процессе шаблонирования и скреперования и с изображением движения рабочей жидкости во время обратной промывки; на фиг. 5 - продольный разрез по Б-Б устройства в процессе обработки продуктивного пласта с иллюстрацией движения жидкости во время закачки в пласт; на фиг. 6 - продольный разрез по Б-Б устройства в процессе отбора пластовой жидкости с изображением направления движения жидкости.
Устройство для комплексной обработки продуктивного пласта спускается в скважину на насосно-компрессорной трубе 1 и состоит из струйного насоса 2, проходного пакера 3, шаблона 4 и скрепера 5 с ножами 6, предназначенными для очистки внутренней поверхности эксплуатационной колонны от буровой грязи, цемента, ржавчины, парафина, перфорационных заусенцев и прочих загрязнений. Между пакером 3 и шаблоном 4 установлено сферическое шарнирное соединение 7, снижающее жесткость компоновки на изгиб (фиг. 1). Струйный насос содержит полый цилиндрический корпус 8, в котором с возможностью осевого перемещения размещена герметизирующая втулка 9. Внешняя поверхность герметизирующей втулки 9 снабжена проточкой 10, в пределах которой выполнены радиальные отверстия 11. В корпусе 8 струйного насоса 2 установлены обратный клапан 12, в составе шарика 13, седла 14 и канала обратного клапана 15. Кроме того, в корпусе 8 установлены сопло 16 с каналом 17 к соплу, диффузор 18 и камера смешения 19. Канал обратного клапана 15 связан с камерой смешения 19 каналом 20 (фиг. 2). Втулка 9 удерживается в корпусе 8 разрушаемым элементом 21, а в нижней части корпуса 8 выполнен выступ 22.
Устройство для комплексной обработки продуктивного пласта работает следующим образом.
Устройство в составе из струйного насоса 2, проходного пакера 3, шаблона 4 и скрепера 5 спускают в скважину, при этом пакер 3 находится в транспортном положении, герметизирующая втулка 9 находится в верхнем положении, перекрывая канал 17 к соплу 16, струйный насос 2 не имеет сообщения с затрубным пространством. Устройство герметично изолировано от устья скважины до ножей 6, что позволяет проводить промывку скважины (фиг. 1 и фиг. 4). Продвигаясь по скважине вверх и вниз, ножи 6 скрепера 5 воздействуют на внутреннюю поверхность эксплуатационной колоны, очищая ее от буровой грязи, до свободного продвижения шаблона. При очистке участков скважины со значительной кривизной сферическое шарнирное соединение 7 снижает жесткость устройства на изгиб и предотвращает прихват и заклинивание устройства. Механическая очистка скважины осуществляется с одновременной промывкой скважины путем подачи в затрубное пространство рабочей жидкости 25 и обратной циркуляцией через внутреннюю полость устройства (фиг. 1 и фиг. 4). По завершении очистки эксплуатационной колонны производят подъем устройства до места посадки пакера 3 в интервале «Н» и устанавливают пакер в рабочее положение (фиг. 3). Разобщение затрубного пространства не позволяет жидкости из надпакерной зоны поступать в подпакерную зону. Далее через НКТ и внутренние полости устройства осуществляют подачу жидкости обработки 26 в подпакерную зону и в пласт 23 (фиг. 4 и фиг. 6). По окончании закачки жидкости обработки 26 в НКТ 1 сбрасывают шар 28, который через центральное отверстие проникает в корпус 8, взаимодействует с герметизирующей втулкой 9, смещает ее до выступа 22 и перекрывает внутреннюю полость устройства (фиг. 6). В результате смещения герметизирующей втулки 9 приобретено сообщение через каналы 15 и 17 внутренней части НКТ 1 с затрубным пространством, что создает условия для циркуляции рабочей жидкости 25 через сопло 16, камеру смешения 19. диффузор 18 и надпакерным затрубным пространством. Кроме того, смещение герметизирующей втулки 9 изолировало внутреннюю полость НКТ с подпакерным пространством.
Для отбора пластовой жидкости в НКТ 1 осуществляют подачу под давлением рабочей жидкости 25, которая поступает в канал 17, сопло 16 через камеру смешения 19. диффузор 18 и далее через надпакерное затрубное пространство на устье скважины. Поток рабочей жидкости 25, находящейся под давлением, создает в камере смешения 19 область пониженного давления, в которую устремляется через подпакерное затрубное пространство выходящая из продуктивного пласта 23 пластовая жидкость 27. Продвигаясь через внутреннюю полость устройства, пластовая жидкость смешивается с рабочей жидкостью и поднимается по надпакерному затрубному пространству на поверхность.
По окончании обработки продуктивного пласта производят деактивацию пакера 3, перевод его в транспортное положение и последующий подъем устройства.
Предлагаемое к патентованию техническое решение позволяет обеспечить эффективную и безопасную обработку продуктивного пласта за счет качественной очистки эксплуатационной колонны, которая снижает риск заклинивания и прихвата скважинного оборудования, работающего в скважинах с горизонтальными, наклонными участками и участками со значительной кривизной ствола.