УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ В ПЛАСТ
DEVICE FOR PULSE INJECTION OF LIQUID TO RESERVOIR

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений для импульсной закачки жидкости в пласт.
Известно устройство для закачки жидкости в пласт (патент на изобретение RU №2241825, МПК Е21В 43/18, опубл. в бюл. №34 от 10.12.2004 г.), включающее полый корпус с крышкой, дном и выпускными каналами для сообщения полости корпуса с призабойной зоной скважины, подвижный рабочий орган и каналы подачи рабочего агента, при этом устройство снабжено в верхней части корпуса подвижным соплом с опорными поверхностями и впускным каналом в виде радиального отверстия для инжекции жидкости с призабойной зоны скважины в каналы подачи рабочего агента при уменьшении приемистости скважины, при этом выпускные каналы сообщают одну из полостей корпуса с полостью под опорными поверхностями сопла, а каналы подачи рабочего агента выполнены в виде камеры смешения.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- во-вторых, сложность изготовления деталей, таких как подвижный орган, подвижное сопло ведет к удорожанию стоимости устройства;
- в-третьих, низкая эффективность работы устройства, так как не регулируется амплитуда колебаний импульсной закачки жидкости.
Также известен забойный пульсатор (патент на полезную модель RU №53363, МПК Е21В 43/00, опубл. в бюл. №13 от 10.05.2006 г.), включающий корпус, концентрично размещенный внутри корпуса патрубок с окнами, при этом патрубок заглушен гайкой и жестко связан с переводником, подпружиненный клапан, при этом патрубок снабжен внутренней цилиндрической выборкой, а клапан выполнен в виде полого цилиндра, заглушенного снизу и оснащенного кольцевым выступом сверху; причем кольцевой выступ клапана размещен во внутренней цилиндрической выборке патрубка, при этом клапан оснащен сквозными отверстиями на боковой поверхности и установлен в патрубке с возможностью герметичного осевого перемещения в пределах внутренней цилиндрической выборки патрубка с возможностью частичного взаимного перекрытия сквозных отверстий клапана и окон патрубка.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая эффективность работы устройства, так как не регулируется амплитуда и частота колебаний, так что в процессе длительной закачки при небольшом расходе и низкой частоте колебаний жидкости происходит засорение призабойной зоны нагнетательной скважины, что уменьшает ее приемистость, поэтому для ускорения процесса самоочистки призабойной зоны необходимо увеличивать расход и давление жидкости в импульсном устройстве и создавать более высокую частоту и амплитуду жидкости. Чтобы увеличить глубину очистки пласта, необходимо увеличить амплитуду, а так как гидравлическое сопротивление пластов различно, в зависимости от их физико-химических свойств необходимо регулировать амплитуду и частоту колебаний, чтобы подобрать оптимальную величину для эффективной работы устройства;
- во-вторых, импульсная закачка жидкости происходит только при небольших значениях давления и небольших расходах жидкости, что при повышенном давлении, и особенно при увеличении расхода жидкости, приводит к тому, что пружина практически остается в сжатом состоянии, вследствие чего устройство переходит в стабильный (постоянный) режим закачки.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для импульсной закачки жидкости в пласт (патент на изобретение RU №2400615, МПК Е21В 43/25, опубл. в бюл. №27 от 27.09.2010 г.), 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 патрубка, 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.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (полый цилиндрический клапан, пружина, гайка, переводник и т.д.);
- во-вторых, низкая надежность работы, обусловленная наличием в конструкции устройства пружины, и, как следствие, высокая вероятность поломки пружины в процессе циклической закачки при циклических знакопеременных нагрузках и выход из строя устройства;
- в-третьих, ограниченные функциональные возможности работы, обусловленные невозможностью проведения таких технологических операций, как:
- обратная промывка через устройство;
- извлечение продуктов реакции свабированием по колонне труб без подъема устройства на поверхность, например, после импульсной закачки кислоты в пласт.
Кроме того, устройство не позволяет производить заполнение внутреннего пространства колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) скважинной жидкостью в процессе спуска устройства в скважину и создает излив скважинной жидкости на устье скважины при высоком пластовом давлении, причем после спуска колонны НКТ с устройством в заданный интервал скважины необходимо с устья скважины полностью заполнять колонну НКТ жидкостью перед началом работы устройства.
Технической задачей предложения является упрощение конструкции устройства и повышение надежности его работы, а также расширение функциональных возможностей работы устройства за счет проведения дополнительных технологических операций (обратная промывка и/или свабирование через устройство) с возможностью заполнения колонны НКТ скважинной жидкостью и исключение излива скважинной жидкости на устье скважины в процессе спуска колонны НКТ с устройством в заданный интервал скважины.
Поставленная задача решается устройством для импульсной закачки жидкости в пласт, включающим корпус, концентрично расположенный в корпусе патрубок с центральным каналом, технологическое сужение, размещенное в центральном канале патрубка, выполненное в виде сменной втулки.
Новым является то, что корпус установлен на патрубке на шариковых опорах, при этом патрубок снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, между которыми внутри патрубка размещен обратный клапан, пропускающий снизу вверх, при этом верхний и нижний ряды радиальных отверстий сообщаются между собой посредством перепускного канала, выполненного между корпусом и патрубком, причем в перепускном канале на внутренней поверхности корпуса тангенциально размещены лопатки, позволяющие корпусу вращаться относительно патрубка, частично перекрывая и изменяя проходное сечение нижнего ряда радиальных отверстий патрубка кольцом, оснащенным рядом сквозных отверстий, при этом кольцо установлено снаружи патрубка напротив нижнего ряда радиальных отверстий патрубка и жестко закреплено к корпусу, а сменная втулка установлена в центральном канале на нижнем конце патрубка.
На фигуре 1 схематично изображено предлагаемое устройство для импульсной закачки жидкости в пласт в продольном разрезе.
На фигуре 2 изображено сечение А-А устройства для импульсной закачки жидкости в пласт.
На фигуре 3 изображено сечение А-А устройства для импульсной закачки жидкости в пласт положении, когда корпус повернут на 90° относительно патрубка.
Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт включает корпус 1 (см. фигуру 1), концентрично расположенный в корпусе 1 патрубок 2 с центральным каналом 3, технологическое сужение, размещенное в центральном канале 3 патрубка 2, выполненное в виде сменной втулки 4.
Корпус 1 установлен на патрубке 2 на шариковых опорах 5 и 5'.
Патрубок 2 снабжен верхним 6 и нижним 7 рядами радиальных отверстий, между которыми внутри патрубка 2 размещен обратный клапан 8, пропускающий снизу вверх.
Верхний 6 и нижний 7 ряды радиальных отверстий сообщаются между собой посредством перепускного канала 9, выполненного между корпусом 1 и патрубком 2.
В перепускном канале 9 на внутренней поверхности корпуса 1 тангенциально размещены лопатки 10, позволяющие корпусу 1 вращаться относительно патрубка 2 (см. фиг.1, 2, 3), частично перекрывая и изменяя проходное сечение нижнего ряда 7 радиальных отверстий патрубка 2 кольцом 11, оснащенным рядом 12 сквозных отверстий, при этом кольцо 11 установлено снаружи патрубка 2 напротив нижнего ряда 7 радиальных отверстий патрубка 2 и жестко закреплено к корпусу 1.
Например, нижний ряд 7 радиальных отверстий (см. фиг.2 и 3) патрубка 2 имеет четыре отверстия, а ряд 12 сквозных отверстий кольца 11, также имеет четыре отверстия, Количество радиальных отверстий в нижнем ряду 7 патрубка 2 и количество сквозных отверстий в ряду 12 кольца 11 может не совпадать. Например, в нижнем ряду 7 патрубка 2 выполнено четыре радиальных отверстия, а в ряду 12 кольца 11 выполнено пять сквозных отверстий.
Сменная втулка 4 (см. фиг.1) установлена в центральном канале 3 в нижнем конце патрубка 2, например ввернута по резьбе (на фиг.1 показано условно).
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 13.
Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт работает следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину (на фиг.1, 2, 3 не показано) в зависимости от приемистости пласта, например, с целью проведения кислотной обработки пласта производят регулировку устройства, то есть подбирают оптимальный режим (частоту колебаний, амплитуду) импульсной закачки.
Подбирают внутренний диаметр D сменной втулки 4 и расход жидкости, подаваемой в устройство по колонне труб, что при определенном расходе жидкости и давления создает требуемую частоту колебаний и амплитуду импульсов, подбираемую при стендовых испытаниях. Кроме того, с увеличением расхода жидкости увеличивается частота колебаний жидкости, при этом внутренний диаметр D сменной втулки 4 остается неизменным, а при постоянном расходе жидкости, изменяя внутренний диаметр D сменной втулки 4, можно подобрать оптимальную частоту колебаний жидкости в зависимости от гидравлического сопротивления пласта.
1
2
Для работы устройства в режиме импульсной закачки жидкости площадь проходного сечения S сменной втулки 4 (см. фиг 1 и 3), установленной в центральном канале 3 патрубка 2, не должна превосходить суммарную площадь S нижнего ряда 7 радиальных отверстий, которая в свою очередь не должна превосходить суммарную площадь S ряда 12 сквозных отверстий кольца 11, то есть:
1
2
S<S<S или
<mrow><mtext>(</mtext><mi>π</mi><mo>×</mo><msup><mtext>D</mtext><mtext>2</mtext></msup><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mn>4</mn><mo><</mo><mo stretchy="false">(</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>π</mi><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mn>4</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>×</mo><mi>n</mi><mo><</mo><mo stretchy="false">(</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>π</mi><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mn>4</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>×</mo><mi>n</mi></mrow>
;
где π=3,14;
D - внутренний диаметр сменной втулки 4;
n - количество отверстий в ряду;
1
d - диаметр радиального отверстия нижнего ряда 7 патрубка 2;
2
d - диаметр сквозного отверстия в ряду 12 кольца 11.
Увеличить амплитуду колебаний импульсного воздействия на пласт и соответственно перепад давлений можно увеличив частоту вращения корпуса 1 относительно патрубка 2 путем повышения расхода жидкости, подаваемого в устройство по колонне труб. И наоборот, уменьшить амплитуду колебаний импульсного воздействия на пласт и соответственно перепад давлений можно уменьшив частоту вращения корпуса 1 относительно патрубка 2 путем снижения расхода жидкости, подаваемого в устройство по колонне труб.
После регулировки устройство для импульсной закачки жидкости в пласт соединяют с колонной труб, например колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) с пакером (на фиг.1, 2, 3 не показано) любой известной конструкции (например, проходной пакер с механической осевой установкой П-ЯМО (на 25 МПа) производства научно-производственной фирмы «Пакер», г. Октябрьский, Республика Башкортостан, Российская Федерация).
Далее в скважину производят спуск колонны НКТ с пакером так, чтобы пакер находился на 5-10 м выше кровли пласта, подлежащего импульсной закачке жидкости.
В процессе спуска устройства на колонне НКТ благодаря наличию обратного клапана 8 (см. фиг.1), установленного внутри патрубка 2 между верхним 6 и нижним 7 радиальными рядами отверстий, находящаяся в скважине жидкость свободно заполняет внутренние пространства устройства и колонны НКТ, что не требует последующего заполнения всего внутреннего пространства колонны НКТ, так как скважинная жидкость в процессе спуска перетекает сквозь обратный клапан 8, пропускающий снизу вверх, т.е. из скважинного пространства внутрь колонны НКТ.
После спуска устройства на колонне НКТ в заданный интервал производят герметизацию заколонного пространства (на фиг.1, 2, 3 не показано). 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, 15% водного раствора соляной кислоты) в скважину по колонне НКТ.
Поток жидкости под действием давления, создаваемого с устья скважины насосным агрегатом, по колонне НКТ через центральный канал 3 (см. фиг.1) патрубка 2, верхний ряд 6 радиальных отверстий патрубка 2 попадает в перепускной канал 9, где воздействует на тангенциально размещенные на внутренней поверхности корпуса 1 лопатки 10, что приводит к вращению корпуса 1 относительно патрубка 2.
Поток жидкости с вращением опускается вниз по перепускному каналу 9, достигая нижнего ряда 7 радиальных отверстий, при этом корпус 1, вращающийся относительно патрубка 2, увеличивает проходное сечение нижнего ряда радиальных отверстий 7, открывая их, при этом нижний ряд 7 радиальных отверстий патрубка 2 сообщается со сквозными отверстиями ряда 12 кольца 11 (см. фиг.1 и 3), пропуская поток жидкости в центральный канал 3 патрубка 2 ниже обратного клапана 8. Откуда поток жидкости через сменную втулку 4 попадает в пласт (на фиг.1, 2, 3 не показано).
Корпус 1 (см. фиг.1) продолжает вращаться и уменьшает проходное сечение нижнего ряда радиальных отверстий 7 штока 1, перекрывая их снаружи, при этом нижний ряд радиальных отверстий 7 патрубка 2 разобщается со сквозными отверстиями ряда 12 кольца 11 (см. фиг.1 и 2). Поступление жидкости в центральный канал 3 (см. фиг.1) патрубка 2 ниже обратного клапана 8 и соответственно в пласт прекращается, так происходит один цикл импульсной закачки жидкости в пласт.
В дальнейшем цикл с изменением проходного сечения нижнего ряда 7 радиальных отверстий патрубка 2 повторяется, при этом происходит пульсация жидкости, и частота пульсаций прямо пропорциональна расходу жидкости.
Эти циклы многократно повторяются, как описано выше, при этом равномерный поток жидкости преобразуется в импульсный, при этом корпус 1 вращается относительно патрубка 2.
Благодаря установке обратного клапана 8 при необходимости можно произвести дополнительные технологические операции. Например, произвести обратную промывку, для этого распакеровать пакер и подачей жидкости с устья в заколонное пространство скважины вызвать циркуляцию по колонне НКТ, после чего вновь произвести посадку пакера в требуемом интервале и продолжить работу устройства, как описано выше.
Также можно произвести свабирование по колонне НКТ, например, после импульсной кислотной обработки пласта, выждав технологическую паузу, спускают в колонну НКТ сваб, например, с помощью геофизического подъемника ПКС-5 и производят удаление продуктов реакции кислоты в пласте, при этом обратный клапан 8 свободно перепускает жидкость и продукты реакции снизу вверх. По окончании работ производят распакеровку пакера в скважине и извлекают колонну НКТ с устройством из скважины.
Предлагаемое устройство для импульсной закачки жидкости имеет простую конструкцию, а значит, низкую себестоимость изготовления, и обладает высокой надежностью в работе вследствие исключения из конструкции устройства пружины, быстро выходящей из строя при циклических знакопеременных нагрузках, воспринимаемых устройством при импульсной закачке жидкости в пласт. Также устройство позволяет проводить дополнительные технологические операции, такие как обратная промывка (после распакеровки пакера) или свабирование по колонне НКТ после кислотной реакции в пласте, а также позволяет заполнить колонну НКТ скважинной жидкостью в процессе спуска и исключить излив скважинной жидкости на устье скважины в процессе спуска.