УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ В ПЛАСТ
DEVICE FOR PULSE PUMPING OF LIQUID TO FORMATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений для импульсной закачки жидкости в пласт.
Известно устройство для импульсной закачки жидкости в пласт (патент на изобретение RU №2400615, МПК 8 E21B 43/18, опубл. в бюл. №27 от 27.09.2010), включающее корпус, концентрично расположенный в корпусе патрубок с центральным каналом, окнами и гайкой, жестко соединенный с переводником, пружину, полый цилиндрический клапан, оснащенный внутренней заглушкой и боковыми сквозными отверстиями, а вверху - кольцевым выступом, выполненным с возможностью ограниченного герметичного перемещения вниз относительно внутренней цилиндрической выборки, при этом полый цилиндрический клапан жестко снизу присоединен к патрубку, который вставлен в корпус с возможностью продольного герметичного перемещения, причем гайка установлена на наружной поверхности патрубка между корпусом и переводником, при этом пружина установлена между гайкой и корпусом, внутренняя цилиндрическая выборка выполнена в корпусе, ниже которой в корпусе, оснащенном радиальными каналами, выполнена нижняя цилиндрическая выборка, а отверстия полого цилиндрического клапана выполнены в два ряда по высоте, между которыми установлена внутренняя заглушка, причем полость внутренней цилиндрической выборки корпуса над выступом сообщена окнами с центральным каналом, в которой выше окон размещено технологическое сужение, а полость внутренней цилиндрической выборки под выступом сообщена радиальными каналами с пространством снаружи корпуса, нижняя цилиндрическая выборка которого выполнена с возможностью сообщения с нижним рядом сквозных отверстий полого цилиндрического клапана, а при его перемещении вниз относительно корпуса - с верхним и нижним рядами сквозных отверстий полого цилиндрического клапана одновременно, при этом площадь проходного сечения сужения центрального канала не превосходит суммарную площадь проходных сечений верхнего или нижнего ряда сквозных отверстий.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, в процессе работы устройства корпус циклически перемещается относительно полого цилиндрического клапана с той же частотой и амплитудой, при которой происходит импульсная закачка жидкости в пласт, поэтому работа устройства в наклонных и горизонтальных скважинах невозможна вследствие того, что корпус будет взаимодействовать с внутренними стенками скважины;
- во-вторых, устройство не позволяет производить извлечение продуктов реакции свабированием по колонне труб без подъема устройства на поверхность, например, после импульсной закачки кислоты в пласт.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для импульсной закачки жидкости в пласт (патент на полезную модель RU №115402, МПК E21B 43/18, опубл. в бюл. №12 от 27.04.2012 г.), включающее корпус, концентрично расположенный в корпусе патрубок с центральным каналом, окнами и гайкой, пружину, полый цилиндрический клапан, оснащенный боковыми сквозными отверстиями, а вверху - кольцевым выступом, выполненным с возможностью ограниченного герметичного перемещения вниз относительно внутренней цилиндрической выборки, при этом полый цилиндрический клапан жестко снизу присоединен к патрубку, который вставлен в корпус с возможностью продольного герметичного перемещения, причем гайка установлена на наружной поверхности патрубка между корпусом и переводником, при этом пружина установлена между гайкой и корпусом, внутренняя цилиндрическая выборка выполнена в корпусе, ниже которой в корпусе, оснащенном радиальными каналами, выполнена нижняя цилиндрическая выборка, а отверстия полого цилиндрического клапана выполнены в два ряда по высоте, между которыми установлена внутренняя заглушка, причем полость внутренней цилиндрической выборки корпуса над выступом сообщена окнами с центральным каналом, в которой выше окон размещено технологическое сужение, выполненное в виде сменной втулки, а полость внутренней цилиндрической выборки под выступом сообщена радиальными каналами с пространством снаружи корпуса, нижняя цилиндрическая выборка которого выполнена с возможностью сообщения с нижним рядом сквозных отверстий полого цилиндрического клапана, а при его перемещении вниз относительно корпуса - с верхним и нижним рядами сквозных отверстий полого цилиндрического клапана одновременно, при этом площадь проходного сечения сужения центрального канала не превосходит суммарную площадь проходных сечений верхнего или нижнего ряда сквозных отверстий, при этом внутри полого цилиндрического клапана между верхним и нижним рядами сквозных отверстий размещен обратный клапан, пропускающий снизу вверх, причем на верхнем конце патрубка заглушка.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, импульсная закачка жидкости происходит через ряды радиальных отверстий, соединенных между собой нижней цилиндрической выборкой при их сообщении между собой, поэтому их пропускная способность ограничена диаметром нижней цилиндрической выборки, выполненной в корпусе устройства, в связи с чем импульсная закачка жидкости происходит с ограниченным расходом обычно до 2 л/с и производится малопроизводительным насосным агрегатом, что ограничивает его область применения и позволяет применять данное устройство только при кислотных обработках пластов небольшой толщины;
- во-вторых, низкая эффективность работы устройства при использовании его в системе поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений, что связано с ограниченным расходом импульсной закачки до 2 л/с через само устройство.
Задачами изобретения являются разработка конструкции устройства, позволяющей повысить расход жидкости при импульсной закачке в пласт, и повышение эффективности работы устройства за счет использования его в системе поддержания пластового давления в процессе разработки нефтяных месторождений.
Поставленная задача решается устройством для импульсной закачки жидкости в пласт, включающим корпус, концентрично расположенный в корпусе патрубок с центральным каналом, окнами и гайкой, пружину, причем гайка установлена на наружной поверхности патрубка в ее верхней части, а пружина установлена между гайкой и корпусом, в котором выполнена внутренняя цилиндрическая выборка, в нижней части внутренней цилиндрической выборки корпуса выполнены радиальные каналы, при этом снизу к патрубку, вставленному в корпус, жестко присоединен полый цилиндрический клапан, оснащенный кольцевым выступом сверху с возможностью ограниченного герметичного перемещения вниз относительно внутренней цилиндрической выборки корпуса, причем полость внутренней цилиндрической выборки корпуса над кольцевым выступом цилиндрического клапана сообщена окнами с центральным каналом, а полость внутренней цилиндрической выборки под выступом сообщена радиальными каналами с пространством снаружи корпуса, сменную втулку и обратный клапан, пропускающий снизу вверх.
Новым является то, что полый цилиндрический клапан ниже внутренней цилиндрической выборки корпуса оснащен радиальными окнами, ниже радиальных окон цилиндрический клапан снабжен сменной втулкой со сквозными окнами сверху, причем в сменную втулку установлен глухой стержень, оснащенный сверху радиальным сквозным отверстием, в которое установлен палец, вставленный в радиальные окна полого цилиндрического клапана и жестко зафиксированный в корпусе, при этом глухой стержень имеет возможность ограниченных возвратно-поступательных осевых перемещений совместно с корпусом относительно сменной втулки с полым цилиндрическим клапаном с возможность циклического открытия и закрытия сквозных отверстий сменной втулки в процессе закачки жидкости в устройство.
На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство для импульсной закачки жидкости в пласт в продольном разрезе.
На фигуре 2 изображено сечение А-А устройства.
Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт состоит из корпуса 1 (см. фиг.1), концентрично размещенного в нем патрубка 2 с центральным каналом 3, снабженным окнами 4, и гайкой 5, и пружиной 6. Гайка 5 установлена на наружной поверхности патрубка 2 в ее верхней части.
Пружина 6 установлена между гайкой 5 и корпусом 1 и упирается в верхний торец 7 корпуса 1. В корпусе 1 выполнена внутренняя цилиндрическая выборка 8, в нижней части внутренней цилиндрической выборки 8 корпуса 1 выполнены радиальные каналы 9.
Снизу к патрубку 2, вставленному в корпус 1, жестко присоединен полый цилиндрический клапан 10 (см. фиг.1 и 2), оснащенный кольцевым выступом 11 (см. фиг.1) сверху, выполненный с возможностью ограниченного герметичного перемещения вниз относительно внутренней цилиндрической выборки 8 корпуса 1 на длину L относительно внутренней цилиндрической выборки 8 корпуса 1.
Полость 12 внутренней цилиндрической выборки 9 корпуса 1 над кольцевым выступом 11 сообщена окнами 4 с центральным каналом 3.
Полость 13 внутренней цилиндрической выборки 9 под кольцевым выступом 11 радиальными каналами 9 сообщена с пространством скважины (на фиг.1 и 2 не показано) за устройством, что исключает «поршневание» жидкости в процессе работы.
Полый цилиндрический клапан 10 ниже внутренней цилиндрической выборки 8 корпуса 1 оснащен радиальными окнами 14. Ниже радиальных окон 14 цилиндрический клапан 10 снабжен сменной втулкой 15 со сквозными окнами 16 (см. фиг.1 и 2) сверху, например четырех сквозных окон 16 (см. фиг.2). В сменную втулку 15 (см. фиг.1 и 2) установлен глухой стержень 17, оснащенный сверху радиальным сквозным отверстием 18, в которое установлен палец 19, вставленный в радиальные окна 14 полого цилиндрического клапана 10 и жестко зафиксированный в корпусе 1.
Глухой стержень 17 (см. фиг.1) имеет возможность ограниченных возвратно-поступательных осевых перемещений совместно с корпусом 1 относительно сменной втулки 15 с полым цилиндрическим клапаном 10 с возможность циклического открытия и закрытия сквозных окон 16 сменной втулки 15 в процессе импульсной закачки жидкости.
Несанкционированные перетоки жидкости в процессе работы устройства предотвращаются уплотнительными кольцами.
Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт работает следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину (не показано) в зависимости от приемистости пласта производят регулировку устройства, то есть подбирают оптимальный режим (частоту колебаний, амплитуду) импульсной закачки.
В оптимальном режиме работы устройства процесс охвата импульсным воздействием неоднородностей углеводородной залежи имеет значительные границы, что положительно сказывается на уменьшении остаточной нефтенасыщенности (ускоряются процессы капиллярной пропитки замкнутых пор), и, как следствие, увеличивается нефтеоотдача в эксплуатационных скважинах.
Подбирают пропускную способность сквозных окон 16 (см. фиг.1) сменной втулки 15 и настраивают жесткость пружины 6 так, что при определенном расходе жидкости и давления создавали требуемую частоту колебаний и амплитуду импульсов, подбираемую при стендовых испытаниях.
Увеличить амплитуду колебаний импульсного воздействия на пласт и соответственно перепад давлений можно, увеличив жесткость пружины путем заворота гайки 6 в патрубок 2, и, наоборот, уменьшить амплитуду колебаний импульсного воздействия на пласт и соответственно перепад давлений можно, уменьшив жесткость пружины путем отворота гайки 5 на патрубке 2.
После регулировки устройство для импульсной закачки жидкости в пласт соединяют с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) с пакером (не показано) любой известной конструкции (например, проходной пакер с механической осевой установкой ПРО-ЯМО (на 25 МПа) производства научно-производственной фирмы «Пакер» г. Октябрьский, Республика Башкортостан, Российская Федерация).
Далее в скважину производят спуск колонны НКТ с пакером (не показано) так, чтобы пакер находился на 5-10 м выше кровли пласта, подлежащего импульсной закачке жидкости, например сточной воды или раствора кислоты.
После спуска устройства на колонне НКТ в заданный интервал производят герметизацию заколонного пространства, для этого производят посадку проходного пакера в скважине, после чего производят долив жидкости в колонну НКТ, обвязывают верхний конец колонны с насосным агрегатом любой известной конструкции, например с насосным агрегатом ЦА-320. После чего начинают импульсную закачку жидкости (например, водного раствора соляной кислоты для кислотной обработки пласта) в скважину по колонне НКТ с расходом 5-6 л/с.
Увеличение расхода жидкости в процессе закачки жидкости позволяет не только увеличить частоту и амплитуду импульсной закачки жидкости в пласт, но и повысить эффективность работы устройства при использовании его в системе поддержания пластового давления в процессе разработки нефтяного месторождения.
Поток жидкости под действием давления, создаваемого с устья скважины, через центральный канал 3 (см. фиг.1) и окна 4 попадает в полость 12.
В полости 12 поток жидкости под действием избыточного гидравлического давления воздействует на верхний торец кольцевого выступа 11 полого цилиндрического клапана 10, при этом последний начинает смещаться вниз относительно корпуса 1 (максимально на длину L), сжимая пружину 6, при этом кольцевой выступ 11 полого цилиндрического клапана 10 перемещается вниз по внутренней цилиндрической выборке 8 корпуса 1.
Также смещается вниз жесткозакрепленная с полым цилиндрическим клапаном 10 сменная втулка 15, а глухой стержень 17 благодаря тому, что жестко соединен посредством пальца 19 с корпусом 1, остается неподвижным.
Полый цилиндрический клапан 10 имеет окна 14 длиной l. Длина l окон 14 больше длины L - длины хода кольцевого выступа 11 полого цилиндрического клапана 10, из-за чего полый цилиндрический клапан 10 имеет возможность перемещения вниз на длину L.
Как только нижний торец глухого стержня 17 поднимется до уровня сквозных окон 16 сменной втулки 15, жидкость начинает перетекать в центральный канал 3 полого цилиндрического клапана 10 ниже сменной втулки 15, откуда и попадает в пласт (не показано), при этом давление в центральном канале 3 полого цилиндрического клапана 10 выше сменной втулки 15, а также внутри патрубка 2 и в полости 12 резко снижается и полый цилиндрический клапан 10 с кольцевым выступом 11 и сменной втулкой 15 под действием возвратной силы пружины 6 поднимаются и сквозные окна 16 сменной втулки 15 герметично перекрываются изнутри глухим стержнем 17.
Поступление жидкости под сменную втулку 15 и соответственно в пласт прекращается, так происходит один цикл импульсной закачки жидкости в пласт.
Далее в момент герметичного разделения сквозных окон 16 полой втулки 15 глухим стержнем 17 избыточное гидравлическое давление в центральном канале 3 полого цилиндрического клапана 10 выше сменной втулки 15, а также внутри патрубка 2 и в кольцевом пространстве 12 вновь возрастает и повторяется, как описано выше.
Эти циклы многократно повторяются, как описано выше, при этом равномерный поток жидкости преобразуется в импульсный, при этом корпус 1 циклически перемещается относительно полого цилиндрического клапана 10.
Предлагаемое устройство позволяет повысить расход жидкости при импульсной закачке и тем самым расширить технологические возможности устройства, в том числе и в системе поддержании пластового давления.