ИМПЛОЗИОННЫЙ ГИДРОГЕНЕРАТОР ДАВЛЕНИЯ
IMPLOSION PRESSURE GENERATOR

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в оборудовании для восстановления/увеличения продуктивности добывающих и нагнетательных скважин при многократном гидроимпульсном воздействии на призабойную зону пласта с использованием эффекта имплозии.
Известны устройства, обеспечивающие многократные гидроимпульсные воздействия на призабойную зону пласта [Попов А.А. «Имплозия в процессах нефтедобычи». М.: Недра, 1996, с. 106-108, с. 113-114].
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является имплозионный гидрогенератор давления многоразового действия по патенту №2303691, МПК E21В 37/00, содержащий заборный трубопровод с отверстиями для подвода пластового давления скважинной жидкости, цилиндр имплозионной камеры, переводник, соединяющий заборный трубопровод с цилиндром имплозионной камеры, плунжер, соединенный со штангой, муфту, рабочую камеру, состоящую из рабочего цилиндра с окнами и концентраторами давления, запорного клапана, представляющего собой седло клапана, внутри которого расположен шарик, цилиндрической пружины сжатия, при этом рабочая камера снабжена гидравлическим амортизатором.
Принцип работы имплозионного гидрогенератора давления многоразового действия по патенту №2303691 заключается в том, что при поднятии плунжера в цилиндре имплозионной камеры создается разряжение, а при выходе его в расширенную часть переводника, в имплозионную камеру обрушивается столб скважинной жидкости, как из колонны насосно-компрессионных труб (НКТ), на которых устройство опускается в скважину, так и из межтрубного пространства, расположенного между обсадной трубой и НКТ, создавая гидравлический удар в нижней части имплозионной камеры, открывая при этом запорный клапан. Созданный таким образом импульс давления в зоне выходных окон рабочей камеры передается в призабойную зону пласта через перфорационные окна в обсадной трубе.
Однако указанный имплозионный гидрогенератор давления, как впрочем и все подобные устройства, имеющие в своем составе запорный клапан, выполненный, например, в виде седла и подпружиненного шарика, конуса и т.п., имеют общие конструктивные недостатки, связанные с тем, что:
- при попадании посторонних предметов в зазор между седлом клапана и шариком запорного клапана (а это часто имеет место быть на практике в связи с загрязненностью скважинной жидкости) нарушается герметичность этого узла и при поднятии плунжера вверх не приводит к созданию разряжения в цилиндре имплозионной камеры, а следовательно, к нарушению работы всего устройства. Удаление этих предметов представляет определенные трудности и увеличивает время обработки скважин с применением этих устройств;
- открытие запорного клапана в момент гидроудара и прохождение скважинной жидкости из имплозионного цилиндра через этот узел представляет собой местное гидравлическое сопротивление, приводящее к снижению импульса давления далее, после клапана, т.е. и в зоне выходных окон и, следовательно, в зоне перфорационных окон в обсадной трубе;
- отсутствует возможность эффективной работы на скважинах с низким пластовым давлением, когда уровень скважинной жидкости в межтрубном пространстве, а следовательно, и в самой НКТ (т.к. они соединяются между собой через отверстия заборного трубопровода) значительно меньше глубины скважины, что в итоге приводит к уменьшению силы гидроудара, который непосредственно зависит от высоты и веса столба жидкости в межтрубном пространстве.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: исключение влияния посторонних предметов, находящихся в скважинной жидкости, на создание разряжения в цилиндре имплозионной камеры и, как следствие, нарушение работоспособности всего устройства, увеличение силы гидроудара и расширение функциональных возможностей устройства для работы на скважинах с низким пластовым давлением.
Данный технический результат достигается тем, что в имплозионном гидрогенераторе давления, содержащем заборный трубопровод, цилиндр имплозионной камеры, переводник, соединяющий заборный трубопровод с цилиндром имплозионной камеры, плунжер, соединенный со штангой, рабочую камеру с гидравлическим амортизатором, состоящую из рабочего цилиндра с окнами и концентратором давления и снабженную гидравлическим амортизатором, согласно заявляемому техническому решению в цилиндре имплозионной камеры выполнен упор, разделяющий его на две части: в верхней части расположен плунжер с встроенным обратным клапаном, а в нижней - поршень. Упор служит для ограничения перемещений плунжера и поршня и не позволяют плунжеру перемещаться ниже упора, а поршню - выше упора. Поршень жестко связан штоком с гидравлическим амортизатором и выполнен с возможностью перемещения вниз под действием гидроудара, который возникает в зоне упора под действием «рабочей» жидкости, находящейся исключительно во внутренней полости заборного трубопровода. В качестве «рабочей» жидкости может использоваться практически любая необходимая жидкость с любым удельным весом, в том числе и отфильтрованные скважинные жидкости, которые в процессе работы не перемешиваются со скважинной жидкостью, находящейся в межтрубном пространстве, т.к. заборный трубопровод выполнен без отверстий, «глухим», благодаря чему отсутствует гидравлическая связь между межтрубным пространством и внутренним объемом НКТ.
На чертеже схематично изображен имплозионный гидрогенератор давления в скважине.
Предложен имплозионный гидрогенератор давления, спускаемый в скважину на колонне НКТ 1 и содержащий трубопровод 2, переводник 3, соединяющий его с цилиндром имплозионной камеры 4, штангу 5, соединенную с плунжером 6, концентратор давления 7, рабочую камеру 8, состоящую из рабочего цилиндра с окнами, гидроамортизатор 9 (условно не показан), согласно предложенному техническому решению в плунжере 6 размещен обратный клапан 10, а в цилиндре имплозионной камеры установлен упор 11, разделяющий его на две части: в верхней части расположен плунжер 6 с встроенным обратным клапаном, а в нижней - поршень 12. Упор служит для ограничения перемещений плунжера и поршня и не позволяют плунжеру перемещаться ниже упора, а поршню - выше упора. Поршень 12 жестко связан штоком 13 с гидроамортизатором 9 и выполнен с возможностью перемещения вниз под действием гидроудара, возникающего в зоне упора под действием «рабочей» жидкости, находящейся исключительно во внутренней полости заборного трубопровода. В качестве «рабочей» жидкости может использоваться практически любая необходимая жидкость с любым удельным весом, в том числе и отфильтрованные скважинные жидкости, которые в процессе работы не перемешиваются со скважинной жидкостью, находящейся в межтрубном пространстве.
Заборный трубопровод выполнен без отверстий, «глухим», благодаря чему отсутствует гидравлическая связь между межтрубным пространством и внутренним объемом НКТ, а объема заборного трубопровода, даже при нахождении в нем плунжера, вполне достаточно для свободного заполнения цилиндра имплозионной камеры жидкостью из заборного трубопровода и из колонны НКТ, что обеспечивает устойчивую работу всего устройства и не создает затруднений для создания гидроударов.
Наличие «рабочей» жидкости в полностью заполненной ею НКТ (и соответственно заборного трубопровода) позволяет обрабатывать скважины с низким пластовым давлением и использовать жидкости с любым удельным весом, сохранять высокое качество используемой жидкости (в том числе и для стабильной работы обратного клапана, расположенного в плунжере), т.к. отсутствуют расход жидкости, находящейся внутри НКТ, и она не смешивается со скважинной жидкостью и ее состав всегда постоянен. Размещение обратного клапана в плунжере не представляет собой конструктивной сложности.
Рассмотрим работу имплозионного гидрогенератора давления.
На НКТ 1 имплозионный гидрогенератор давления опускают в скважину на нужную глубину. Затем внутренний объем НКТ 1 и соответственно заборного трубопровода 2 заполняют «рабочей» жидкостью (при необходимости - вплоть до самого устья скважины). Далее на штангах 5 опускают плунжер 6 до упора 11. При его опускании в цилиндре имплозионной камеры 4 обратный клапан 10, расположенный в плунжере, свободно пропускает через себя «рабочую» жидкость. В это время под действием пружин гидроамортизатора 9 и давления скважинной жидкости из межтрубного пространства поршень 12 находится в верхнем положении, упираясь в нижнюю часть упора 11.
В начале рабочего цикла, когда штанга 5 поднимает плунжер 6 из крайнего нижнего положения, клапан 10 «закрывается» (т.е. в это время «рабочая» жидкость через обратный клапан не проходит), что позволяет создавать в цилиндре имплозионной камеры разряжение.
В момент, когда плунжер 6 при подъеме вверх выходит из цилиндра имплозионной камеры 4 в расширенную часть переводника 3, из заборного трубопровода 2 обрушивается столб «рабочей» жидкости в цилиндр 4, создавая гидроудар в зоне упора 11, в нижнюю часть которого упирается поршень 12.
Для создания гидроудара используют «рабочую» жидкость, поступающую только из внутренней полости заборного трубопровода (выше которого расположена колонна НКТ, также заполненная «рабочей» жидкостью, при необходимости - вплоть до самого устья скважины), для создания максимально возможного гидроудара независимо от высоты столба жидкости в межтрубном пространстве. Гидроудар, возникающий в зоне упора, в результате обрушения «рабочей» жидкости из заборного трубопровода в цилиндр имплозионной камеры, в момент, когда плунжер при своем движении вверх выходит в расширенную часть переводника, воздействует на поршень, который практически без потерь передает импульс давления далее в зону окон рабочей камеры и далее в пласт.
Созданный импульс давления передается поршнем 12 через скважинную жидкость, находящуюся ниже него, практически без потерь в зону выходных окон рабочей камеры 8 и далее в пласт.
После этого рабочего цикла поршень под действием пружин гидроамортизатора 9 и давления скважинной жидкости из межтрубного пространства поднимается вверх до упора, а плунжер 6 под действием штанг 5 опускается вниз до упора 11 (обратный клапан 10 в это время «открывается» и свободно пропускает через себя нужный объем рабочей жидкости).
Затем процесс повторяется.
Преимущество заявляемого технического решения заключается в том, что в предлагаемой конструкции исключено влияние посторонних предметов на создание разряжения в цилиндре имплозионной камеры и на работоспособность всего устройства. Кроме того, предложенный имплозионный гидрогенератор давления позволяет работать на различных «рабочих» жидкостях, расположенных внутри НКТ, не перемешивая их со скважинной засоренной жидкостью из межтрубного пространства, работать на скважинах с низким пластовым давлением и соответственно с неполным уровнем скважинной жидкости, находящейся в межтрубном пространстве, обеспечивая при этом высокие значения величины гидроударов и эффективно передавая импульсы давления (с минимальными потерями) в призабойную зону пласта. Основным из достоинств предложенного имплозионного гидрогенератора давления является то, что он позволяет работать с наличием в скважинной жидкости, находящейся в межтрубном пространстве, посторонних предметов, а в качестве «рабочей» жидкости, используемой для обеспечения работы устройства и находящейся только внутри НКТ, использовать практически любые жидкости, в том числе и отфильтрованные скважинные жидкости, которые в процессе обработке скважины не перемешиваются со скважинной жидкостью из межтрубного пространства.