ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПУЛЬСАТОР
HYDRODYNAMIC PULSATOR

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может найти применение при эксплуатации действующего фонда добывающих скважин для воздействия на газожидкостный поток, путем генерации импульсов расхода и давления с передачей возмущения на призабойную зону скважины.
Известно техническое решение гидравлический вибратор (а.с. №817219, Мкл. Е21В 43/00, опубл. 30.03.1981, бюлл. №12) (1). Устройство предназначено для генерации гидравлического удара, с воздействием на призабойную зону скважины.
Устройство состоит из корпуса с окнами, подвижной лифты с посадочным седлом под запорный орган - шар. Подвижная муфта кинематически связана через палец со втулкой опирающейся на пружину, которая в свою очередь, снабжена стопорной втулкой.
Недостатки конструкции:
- устройство имеет ограниченное применение, поскольку может накладывать пульсации на поток в достаточно узком диапазоне частот.
Перенастройку устройства на другой диапазон частот осуществить невозможно;
- совместное перемещение втулки с муфтой в осевом направлении приводят к неопределенности процесса генерации импульсов, поскольку промывочные окна в теле корпуса, перекрываются телом муфты, при ее перемещении;
- необходимость сброса шара с поверхности, в осевой канал лифтовой колонны труб, с его установкой на посадочное седло во втулке, требует дополнительных затрат рабочего времени.
В режиме откачки пластовой жидкости из скважины, такое устройство не может быть применено из особенностей конструкции, которые не позволяют осуществлять генерацию импульсов по расходу и давлению.
Известен забойный пульсатор (см. а.с. СССР №439593, Мкл Е21В 43/00, опубл. 15.08.1974) (2), состоящий из корпуса с патрубком, снабженным окнами в его осевом канале. Патрубок установлен в корпусе с образованием между ними кольцевого зазора.
Верхний конец патрубка снабжен заглушкой, а нижний конец соединен с муфтой, снабженной пружинным амортизатором, установленным в осевом канале патрубка под седлом, в котором установлен подпружиненный шаровой клапан.
К недостаткам конструкции следует отнести:
- пружина, которая поджимает шаровой клапан к седлу, имеет постоянную силовую характеристику, которую в условиях скважины невозможно изменить. Необходимость настройки на режим связана с тем, что на промысловый коллектор обычно работают несколько скважин, с различными технологическими параметрами.
Применение устройства для генерации гидродинамических импульсов возможно только при оснащении им лифтовой колонны труб и подаче из продуктивного пласта пластового давления, осуществить генерацию импульсов невозможно.
Известно устройство для воздействия на призабойную зону скважины (см. а.с. №1535971, Мкл Е21В 43/00, опубл. 15.01.90 г., бюлл. №2) (3), принятое за прототип.
Устройство включает полый корпус, в осевом канале которого размещен полый патрубок, с образованием между ними кольцевого зазора.
Полый патрубок связан с перфорированной перегородкой, закрепленной в полом корпусе.
Полый патрубок снабжен коническим каналом, с посадочным местом под шаровой клапан, поджимаемый к нему, через втулку, пружиной.
Осевой канал полого патрубка постоянно гидравлически с полостью скважины.
Кольцевой зазор между внутренней поверхностью полого корпуса и наружной поверхностью полого патрубка, постоянно гидравлически связан отверстиями в теле перфорированной перегородки, с полостью скважины. Сверху кольцевой зазор перекрыт подпружиненным поршнем.
Путем изменения жесткости пружины, возможно регулировать усилие поджима шарового клапана, что позволяет изменять - регулировать частоту и амплитуду пульсаций рабочей жидкости.
Недостатки конструкции;
- при добыче пластового флюида, с наложением на поток гидродинамических импульсов, с контролем расхода, настроить на нужный диапазон пульсаций представляется затруднительным.
При работе нескольких скважин на один промысловый коллектор, необходимо учитывать условия эксплуатации, а именно давление, расход, наличие автоколебательных пульсаций.
Наложение на поток добываемого флюида и поток пластового флюида, транспортируемого по промысловому коллектору, который имеет собственную картину пульсаций может изменить в худшую сторону процесс генерации импульсов, в жидкости, находящийся в осевом канале труб лифтовой колонны, что в итоге снижает эффективность работы устройства по воздействию на призабойную зону скважины.
Устройство можно использовать только в случае подачи рабочей жидкости в пласт, когда факторы продуктивного пласта не оказывает существенного влияния на процесс генерации гидродинамических импульсов в потоке рабочей жидкости.
Регулировка усилия поджима поршня к торцовой поверхности втулки пружиной сжатия, не оказывают влияния не генерацию гидродинамических импульсов, поскольку поршень и так поджимается сверху перепадом давления и находится в закрытом состоянии.
Отсутствует четкий сигнал, при котором возможно получить изменение расхода пластового флюида в осевом канале труб лифтовой колонны.
Известна конструкция пульсатора (см. «Применение импульсных технологий в добыче газа на поздней стадии разработки месторождений», «Вестник Северокавказского Государственного Университета», Серия «Нефть и Газ», №1(4), 2004 г.).
Пульсатор способен накладывать импульсы расхода и давления, на поток газа при закачке, так и при откачке. Устройство состоит из полого корпуса со сквозным осевым каналом и кольцевым выступом в средней части, седла с осевым каналом, на которое опирается торцовый клапан опорной гайки.
В осевом канале седла установлен подпружиненный толкатель с насадкой. Полый шток снабжен кольцевым выступом и опирается на пружину, поджимаемую гайкой.
В устройстве реализована возможность пропуска рабочей или пластовой жидкости в прямом и обратном направлении.
Технический результат, который может быть получен при реализации предполагаемого изобретения, сводится к следующему:
- возможность генерации гидродинамического импульсов большой мощности при большом перепаде давления, воспринимаемым торцовым клапаном;
- возможность подачи рабочей жидкости в продуктивный пласт скважины, при необходимости замены внутрискважинного оборудования, и глушения скважины.
Технический результат достигается тем, что устройство состоит из полого корпуса с седлом в осевом канале, подпружиненного торцового клапана и кольцевого поршня, перфорированной перегородки и стакана в осевом канале, седло снабжено днищем с продольными отверстиями и штоком, с перемычкой в его осевом канале. Торцовый клапан снабжен юбкой с продольными пазами, входящий в осевой канал седла и подпружиненным шаровым фиксатором, и установлен с возможностью образования подвижного соединения со штоком.
Дополнительно торцовый клапан снабжен гильзой, пропущенной в осевой канал стакана, перекрытого подпружиненным кольцевым поршнем с кольцевой проточкой внутри, гидравлически связанной отверстиями в теле штока, с его осевым каналом над перемычкой, а осевой канал стакана под кольцевым поршнем гидравлически связан радиальными отверстиями в теле штока, с его осевым каналом под перемычкой.
Конструкция гидродинамического пульсатора поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 дана конструкция устройства в разрезе, в исходном положении деталей;
- на фиг.2 - конструкция устройства, в положении образования гидродинамической связи осевого канала устройства с полостью скважины.
- на фиг.3 - конструкция устройства в положении образования гидродинамической связи осевого канала устройства с полостью скважины.
Заявляемое устройство состоит из полого корпуса 1 в осевом канале 2 которого установлена перфорированная перегородка 3 со стаканом 4.
На нижнем конце полого корпуса 1 установлена цилиндрическая втулка 5 с седлом 6 в верхней части и днищем 7, в котором выполнен ряд продольных отверстий 8 и установлен шток 9, с образованием с внутренней поверхностью цилиндрической втулки 5 кольцевой зазор 10, перекрытый тарельчатым клапаном 11, снабженным юбкой 12 с продольными пазами 13, и поджимаемым к седлу 6 силовой пружиной 14. Тарельчатый клапан 11 снабжен гильзой 15, пропущенной в осевой канал 16 стакана 4, с образованием между ними подвижного соединения. Сверху в осевом канале 16 стакана 4 установлен кольцевой поршень 17, опирающийся на пружину 18 и охватывающий шток 9. Ход кольцевого поршня 17 вверх, относительно штока 9 и стакана 4 ограничен гайкой 19 на верхнем конце штока 9. Осевой канал 20 штока 9 снабжен перемычкой 21. В теле кольцевого поршня 17 выполнена внутренняя кольцевая проточка 22, гидравлически связанная через отверстия 23 в теле штока 9 с его осевым каналом 20 над перемычкой 21. Ниже места расположения кольцевого поршня 17, в теле штока 9 под перемычкой 21 выполнены радиальные отверстия 24, соединяющими осевой канал 16 стакана 4 с осевым каналом 20 штока 9. В теле тарельчатого клапана 11 выполнена расточка 25, в которой установлен подпружиненный шаровой фиксатор 26, входящим в кольцевую канавку 27 на теле штока 9
Плунжер 17 снабжен уплотнительными кольцами 28 и 29. Гильза 15 снабжена уплотнительными кольцами 30 и 31 герметизирующими зазор между ней и стаканом 4, и между гильзой 15 и штоком 9. Тарельчатый клапан 11 снабжен уплотнительными кольцами 32 и 33.
При этом по наружному диаметру тарельчатый клапан 11 выполнен больше, чем диаметр гильзы 15.
Гидродинамический пульсатор устанавливается в составе труб лифтовой колонны, располагается в интервале продуктивного пласта и работает следующим образом.
При открытии подачи пластового флюида из скважины давление сообщается на площадь поперечного сечения тарельчатого клапана 11. Это же давление через радиальные отверстия 24 в теле штока 9 сообщается на площадь поперечного сечения гильзы 15. Поскольку площадь восприятия давления пластовой жидкости тарельчатым клапаном 11 больше площади восприятия гильзой 15, то открытие тарельчатого клапана 11 происходит при значительно большем перепаде давления и при усилии поджатия силовой пружины 14. При расчетном перепаде давления происходит выход шарового фиксатора 26 из взаимодействия с кольцевой канавкой 27 на штоке 9.
Тарельчатый клапан 11 резко отрывается от седла 6 и перемещается вверх, с подачей пластовой жидкости в осевой канал 2 полого корпуса 1 и далее через отверстия в перфорированной перегородке 3. в осевой канал лифтовой колонны труб. При перемещении тарельчатого клапана 11 вверх происходит сжатие пружины 14 и пружины 18. в осевом канале 16 стакана 4.
Расход пластовой жидкости через кольцевой зазор между седлом 4 и тарельчатым клапаном 11, превосходит дебит скважины, что приводит после сброса пластовой жидкости к падению давления и возврату тарельчатого клапана 11 на седло 5.
Тем самым происходит генерация импульсов расхода и давления пластовой жидкости, в осевом канале лифтовой колонны труб. При закрытии тарельчатого клапана 11 происходит рост давления пластовой жидкости, что при расчетном перепаде приводит к открытию тарельчатого клапана 11 и повторению процесса генерации импульса расхода и давления пластовой жидкости.
При необходимости подачи с поверхности рабочей жидкости, например в случае глушения продуктивного пласта и проведения капитального ремонта скважин. Под действием избыточного перепада давления, подаваемого сверху, рабочая жидкость перемещается вниз в осевом канале 16 стакана 4 до упора, с сжатием пружины 18 и образованием гидравлической связи осевого канала 20 штока 9, через отверстия 23, и кольцевую проточку 22 и радиальные отверстия 24 в штоке 9, с его осевым каналом 20. Тем самым возможно осуществить задавливание продуктивного пласта. Необходимость выполнения тарельчатого клапана 11 большим по диаметру, чем диаметр гильзы 15, воспринимающими при большом перепаде давления без этого конструктивного решения, необходимо иметь очень жесткую силовую пружину 14 для посадки на седло 6.
Источники информации
1. А.с. СССР №817819 Мкл. Е21В 42/00, опубл. 30.03.1981 г., бюл. №12.
2. А.с. СССР №439503 Мкл. Е21В 43/00, опубл. 15.08.1974 г., бюл. №30.
3. А.с. СССР №1.535971 Мкл. Е21В 43/00, опубл. 15.03.1990 г., бюл. №2.