УСТРОЙСТВО ИМПЛОЗИОННО-ГИДРОИМПУЛЬСНОЕ ДЛЯ СТИМУЛЯЦИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СКВАЖИН
IMPLOSION-HYDROPULSE DEVICE FOR STIMULATION OF WELL PRODUCTIVITY

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к интенсификации скважинной добычи нефти и увеличению приемистости нагнетательных скважин.
Известен гидравлический скважинный пульсатор (патент N 2101459, МПК Е21В 28/00, опубл. БИ №1, 1998 г.), содержащий корпус с каналом для потока жидкости и запирающий элемент, периодически перекрывающий проходное сечение канала. В качестве запирающего элемента служит шар, перемещающийся внутри канала корпуса между сеткой, расположенной в нижней его части, и гнездом, имеющим переливные отверстия и расположенным в верхней его части.
Недостатком известного устройства является то, что высокоскоростное возвратно-поступательное движение шара вызывает динамические ударные нагрузки, снижается надежность и долговечность устройства. Частота пульсаций, возникающих в известном устройстве, велика, и, следовательно, глубина проникновения импульсов давления в радиальном направлении от скважины в продуктивный пласт незначительна.
Известен также гидравлический скважинный пульсатор, выполненный в виде клапанного механизма-вибратора (книга "Использование вибрации в добыче нефти", Гадиев С.М. - М.: Недра, 1977 г., с.150, рис.89), в котором подпружиненный рабочий орган (золотник) совершает возвратно-поступательное движение, периодически перекрывая проходное сечение потока, при этом создаются гидравлические импульсы давления и механические вибрации.
Его недостатком является недостаточная эффективность гидродинамического воздействия рабочей жидкостью на прискважинную область продуктивного пласта из-за низкой пропускной способности заколонного пространства, обусловленной образованием в нем слабоподвижных отложений сложного состава (тяжелые углеводороды, эмульсии пластовых нефти и воды, нерастворимые соли, механические частицы и т.д.), которые могут быть удалены только приложением значительной энергии, например путем создания имплозионного эффекта в стволе скважины.
Известно большое количество имплозионных устройств, спускаемых в скважину на геофизическом кабеле, в составе колонны НКТ, штанг или гибких труб, принципиально они отличаются друг от друга исполнительными органами узлов срабатывания на сообщение имплозионной камеры со стволом скважины: разрушаемые диафрагмы, клапанные системы и кинематические пары «поршень-цилиндр».
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки прискважинной зоны продуктивного пласта путем создания мгновенной депрессии в стволе скважины (Попов А.А. «Имплозия в процессах нефтедобычи». - М.: Недра, 1996, с.115-116), включающее корпус имплозионной камеры с окнами, вставной плунжер и перепускной клапан в донной части имплозионной камеры. Корпус имплозионной камеры в составе колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) спускают в скважину и размещают таким образом, чтобы окна корпуса находились против обрабатываемого интервала продуктивного пласта. По колонне НКТ на колонне штанг спускают вставной плунжер до упора в седло перепускного клапана. Тяговым усилием вставной плунжер поднимают к окнам камеры, при этом перепускной клапан закрывается, и в имплозионной камере создается разрежение. С момента достижения нижним торцом плунжера окон корпуса рабочая жидкость из ствола скважины устремляется в разреженную полость имплозионной камеры за счет созданного перепада между давлением в камере и давлением рабочей жидкости в стволе скважины. Процесс периодически повторяется до требуемой очистки прискважинной зоны продуктивного пласта от кольматантов.
Недостатком устройства является невозможность осуществления гидродинамической промывки прискважинной области продуктивного пласта рабочей жидкостью, подаваемой с устья скважины по колонне НКТ под давлением, за одну спуско-подъемную операцию, поскольку рабочая жидкость может двигаться только из ствола скважины в колонну НКТ.
Кроме того, известное устройство не может быть применено в скважинах сложной архитектуры, кривизна которых не позволит безопасно осуществлять возвратно-поступательные движения колонны штанг внутри колонны НКТ для перемещения вставного плунжера внутри корпуса имплозионной камеры.
Технической задачей, решаемой предлагаемым устройством, является расширение совокупности гидродинамических эффектов, реализуемых в скважине против продуктивного пласта, за одну спуско-подъемную операцию при упрощении конструкции и повышении надежности работы устройства.
Указанная задача решается устройством имплозионно-гидроимпульсным для стимуляции производительности скважин, включающим крышку, днище и составной трубчатый корпус имплозионной камеры, верхним торцом скрепленный по меньшей мере с одним односторонним гидроцилиндром, состоящим из соединительной головки и дна с уплотнениями, направляющего штока, цельной тяги, гильзы с боковыми сливными каналами малого сечения и силового поршня, герметично разделяющего штоковую и поршневую полости гильзы.
Новым является то, что сливные каналы выполнены ниже головки с возможностью их разобщения от поршневой полости силовым поршнем в его верхнем положении, в стенке гильзы предусмотрены проточные отверстия между сливными каналами и верхней кромкой силового поршня в его нижнем положении, направляющий шток выполнен полым с возможностью сообщения с поршневой полостью, цельная тяга жестко соединена сквозь дно гидроцилиндра с крышкой имплозионной камеры, причем крышка размещена в корпусе имплозионной камеры и выполнена в виде поршня с манжетными уплотнениями, в стенке корпуса, выше крышки в ее нижнем положении, предусмотрены перепускные отверстия и впускные окна, причем перепускные отверстия размещены в верхней части корпуса, а впускные окна и проточные отверстия гильзы выполнены с возможностью поочередного их срабатывания при движении силового поршня от нижнего к верхнему положениям.
Новым является также то, что днище имплозионной камеры жестко соединено с переводником под крепление трубчатого хвостовика с заглушкой, причем в днище и переводнике предусмотрен единый сквозной канал, оснащенный уплотнениями.
Новым является также то, что в корпусе имплозионной камеры выше крышки размещен возвратный упругий элемент.
Новым является также то, что крышка имплозионной камеры снабжена втулкой, делящей имплозионную камеру на секции при герметичном контакте с уплотнениями в сквозном канале днища.
Новым является также то, что проточные отверстия гильзы оснащены гидромониторными и кавитационными насадками.
Новым является также то, что хвостовик в верхней части содержит запорно-наполнительный узел.
Сущность изобретения заключается в том, что за один ход вверх силового поршня гидроцилиндра можно за минимальный промежуток времени последовательно обеспечить, во-первых, движение рабочей жидкости в режиме экстремально высоких скоростей из ствола скважины в имплозионную камеру, что приводит к принудительному выносу кольматантов из прискважинной области продуктивного пласта, и, во-вторых, движение рабочей жидкости в стволе скважины для гидродинамической промывки прискважинной области продуктивного пласта с возможностью повышения эффективности промывки импульсным режимом ее осуществления, а также наложением гидромониторного и кавитационного эффектов.
На фиг.1 изображено устройство в положении спуска в скважину.
На фиг.2 изображено устройство в положении срабатывания впускных отверстий корпуса имплозионной камеры.
На фиг.3 изображено устройство с возвратным упругим элементом в положении срабатывания проточных отверстий гильзы гидропривода.
На фиг.4 изображено устройство в положении перед дополнительным срабатыванием впускных отверстий корпуса имплозионной камеры.
Устройство (фиг.1) включает крышку 1, днище 2 и составной трубчатый корпус 3 имплозионной камеры 4. Верхний торец корпуса 3 скреплен с односторонним гидроцилиндром, состоящим из соединительной головки 5 с уплотнением 6 и дна 7 с уплотнением 8, направляющего штока 9, цельной тяги 10, гильзы 11 с боковыми сливными каналами 12 малого сечения и силового поршня 13, разделяющего штоковую полость 14 от поршневой полости 15 гильзы 11.
Силовой поршень 13 жестко соединен с цельной тягой 10.
Уплотнение 6 герметизирует сопряжение поверхностей направляющего штока 9 и соединительной головки 5 гидроцилиндра.
Уплотнение 8 герметизирует сопряжение поверхностей цельной тяги 10 и дна 7 гидроцилиндра.
В стенке гильзы 11 предусмотрены проточные отверстия 16 между сливными каналами 12 и верхней кромкой силового поршня 13 в его нижнем положении.
Проточные отверстия 16 гильзы 11 гидропривода оснащают гидромониторными и кавитационными насадками (не показано).
В направляющем штоке 9 выполнена полость 17 с возможностью сообщения с поршневой полостью 15.
Цельная тяга 10 жестко соединена сквозь дно 7 гидроцилиндра с крышкой 1 имплозионной камеры 4.
Крышка 1 размещена в корпусе 3 имплозионной камеры 4 и выполнена в виде поршня с манжетными уплотнениями 18.
Манжетные уплотнения 18 герметизируют сопряжение поверхностей крышки 1 и корпуса 3 имплозионной камеры 4.
В стенке корпуса 3 имплозионной камеры 4 выше крышки 1 в ее нижнем положении предусмотрены перепускные отверстия 19 и впускные окна 20, причем перепускные отверстия размещены в верхней части корпуса 3 имплозионной камеры 4.
Днище 2 имплозионной камеры 4 жестко соединено с переводником 21 под крепление трубчатого хвостовика 22 с заглушкой 23.
Хвостовик 22 в верхней части содержит запорно-наполнительный узел (не показано).
В днище 2 и переводнике 21 предусмотрен единый сквозной канал 24, оснащенный уплотнениями 25.
Впускные окна 20 корпуса 3 имплозионной камеры 4 и проточные отверстия 16 гильзы 11 выполнены с возможностью поочередного их срабатывания при движении силового поршня 13 от нижнего к верхнему положениям (фиг.2 и фиг.3).
Сливные каналы 12 (фиг.3) гильзы 11 выполнены ниже соединительной головки 5 гидроцилиндра с возможностью их разобщения от поршневой полости 15 силовым поршнем 13 в его верхнем положении.
В корпусе 3 имплозионной камеры 4 выше крышки 1 размещен возвратный упругий элемент 26.
Крышка 1 (фиг.4) снабжена втулкой 27, делящей имплозионную камеру 4 на верхнюю 28 и нижнюю 29 секции при герметичном контакте с уплотнениями 25 в сквозном канале 24 днища 2.
Работает устройство следующим образом. Устройство (фиг.1) через соединительную головку 5 гидропривода крепят к насосно-компрессорной трубе 30 и наращиванием колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с доливом рабочей жидкости спускают в заданный интервал скважины, также заполненной рабочей жидкостью (не показано).
По колонне НКТ рабочую жидкость под давлением непрерывно закачивают через полость 17 направляющего штока 9 в поршневую полость 15 гильзы 11. При этом силовой поршень 13 начинает движение от нижнего к верхнему положениям, вытесняя рабочую жидкость из штоковой полости 14 через сливные каналы 12 и проточные отверстия 16 гильзы 11 в ствол скважины.
При ходе вверх силовой поршень 13 через цельную тягу 10 приводит в движение крышку 1 внутри корпуса 3, перемещение которой увеличивает объем имплозионной камеры 4, что создает в ней разрежение.
При движении вверх крышки 1 через перепускные отверстия 19 и впускные окна 20 происходит вытеснение в ствол скважины рабочей жидкости из внутреннего пространства корпуса 3, которое ограничено нижней поверхностью дна 7 гидроцилиндра и верхней поверхностью крышки 1.
Как только манжетные уплотнения 18 крышки 1 (фиг.2) проходят впускные окна 20 в корпусе 3, сразу происходит их срабатывание на сообщение разреженной имплозионной камеры 4 со стволом скважины и мгновенное заполнение рабочей жидкостью хвостовика 22 и непосредственно самой имплозионной камеры 4 за счет большого перепада давлений.
Для регулирования величины перепада давления, создаваемого имплозионной камерой при срабатывании впускных окон 20 корпуса 3, на устье скважины через запорно-наполнительный узел (не показано) в верхней части хвостовика 22 осуществляют наполнение имплозионной камеры 4 и хвостовика 22 воздухом до заданного давления, величина которого обеспечивает перепад давления, допустимый для скважины.
Как только силовой поршень 13 гидропривода (фиг.3) проходит проточные отверстия 16, сразу же происходит их срабатывание на сообщение поршневой полости 15 гильзы 11 со стволом скважины, и рабочая жидкость под давлением непрерывно истекает в ствол скважины.
Проточные отверстия 16 гильзы 11 гидропривода оснащают гидромониторными и кавитационными насадками (не показано) для создания мощных направленных струй рабочей жидкости и кавитационного режима истечения рабочей жидкости, создающего мощное поле упругих колебаний в широком диапазоне акустических частот.
Возвратный упругий элемент 26 (фиг.3) обеспечивает обратный ход силового поршня 13 в гильзе 11 для периодического разрыва потока рабочей жидкости, выходящего в ствол скважины. В этом случае энергию рабочей жидкости, находящейся под дополнительным давлением в поршневой полости 15 гильзы 11, расходуют на сжатие упругого элемента 26 путем перемещения вверх силового поршня 13 до срабатывания проточных отверстий 16 на сообщение поршневой полости 15 гильзы 11 со стволом скважины. В процессе истечения рабочей жидкости из проточных отверстий 16 давление в поршневой полости 15 падает и становится меньше противодавления, обеспечиваемого силой поджатия упругого элемента 26. При этом за счет жесткости упругого элемента 26 силовой поршень 13 смещается вниз и вновь герметично разобщает поршневую полость 15 гильзы 11 от проточных отверстий 16, тем самым прерывая истечение рабочей жидкости в ствол скважины. Также при этом реверсивное движение силового поршня 13 через цельную тягу 10 обеспечивает синхронное с ним реверсивное движение крышки 1, знакопеременное перемещение которой создает поле упругих низкочастотных колебаний в рабочей жидкости, находящейся в корпусе 3 имплозионной камеры 4 и, соответственно, в стволе скважины.
Втулка 27 (фиг.4) крышки 1 последовательно сообщает со стволом скважины верхнюю 28 и нижнюю 29 секции имплозионной камеры 4. Как только манжетные уплотнения 18 крышки 1 при ее движении вверх проходят впускные окна 20 в корпусе 3, сразу происходит их срабатывание на сообщение верхней секции 28 имплозионной камеры 4 со стволом скважины и ее мгновенное заполнение рабочей жидкостью. Как только втулка 27 выходит из герметичного контакта с уплотнениями 25 в сквозном канале 24 днища 2, происходит сообщение нижней секции 29 имплозионной камеры 4 со стволом скважины и мгновенное заполнение хвостовика 22 рабочей жидкостью.
Таким образом, предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, надежно в работе и позволяет за одну спуско-подъемную операцию обеспечить реализацию гидродинамического воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта сначала в режиме экстремально высоких скоростей движения рабочей жидкости за счет создания мгновенной депрессии в стволе скважины, а затем в режиме движения рабочей жидкости в стволе скважины под давлением, причем с возможностью обеспечения импульсного режима ее движения, а также позволяет повысить эффективность гидродинамического воздействия возможностью реализации гидромониторного и кавитационного эффектов с излучением в рабочую жидкость колебаний в низком и акустическом диапазоне частот.