УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ В НАГНЕТАТЕЛЬНУЮ СКВАЖИНУ
DEVICE TO FORCE FLUID INTO INJECTION WELL

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в системе поддержания пластового давления путем импульсной закачки жидкостей в нефтеносные пласты.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для воздействия на призабойную зону скважины, включающее полый корпус с крышкой, дном и выпускными каналами для сообщения полости корпуса с призабойной зоной скважины, подвижный рабочий орган, который образует с корпусом рабочие камеры, и каналы подачи рабочего агента (см. Ав. св-во СССР №1538589, Е21В 43/00, 19.10.1987 г.).
Однако недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает длительной эффективности при стационарной закачке жидкости в пласт в системе поддержания пластового давления за счет неудовлетворительной надежности и незначительной амплитуды колебания давления выходных импульсов жидкости.
Технической задачей изобретения является повышение длительной эффективности стационарной импульсной закачки жидкости за счет увеличения надежности и амплитуды колебания давления.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для закачки жидкости в нагнетательную скважину, включающем полый корпус с крышкой, в которой выполнены каналы подачи рабочего агента, и дном с выпускным каналом, расположенным в нем концентрично и имеющем площадь поперечного сечения, большую площади поперечного сечения канала подачи рабочего агента для сообщения полости корпуса с призабойной зоной скважины, подвижный рабочий орган, который образует с корпусом рабочие камеры, согласно предлагаемому техническому решению подвижный рабочий орган выполнен в виде усеченного эллипса, установленного в корпусе на опоре скольжения и выполненного в виде оси с соотношением длин плеч верхнего и нижнего концов 1:2, в рабочем органе выполнен канал с возможностью сообщать рабочую камеру, опору скольжения с выпускным каналом дна корпуса, под дном расположена насадка с сообщающимся выпускным каналом и с радиальными отверстиями одинаковой площади поперечного сечения, причем общая площадь поперечного сечения отверстий равна площади поперечного сечения выпускного канала, нижняя поверхность крышки и верхняя поверхность дна выполнены в виде образующей цилиндра с возможностью перемещения по ним верхнего и нижнего плеч рабочего органа и изоляцией рабочих камер.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в устройстве для закачки жидкости в нагнетательную скважину подвижный рабочий орган выполнен в виде усеченного эллипса, установленного в корпусе на опоре скольжения и выполненного в виде оси с соотношением длин плеч верхнего и нижнего концов 1:2, а в рабочем органе выполнен канал с возможностью сообщать рабочую камеру, опору скольжения с выпускным каналом дна корпуса, под дном расположена насадка с сообщающимся выпускным каналом и с радиальными отверстиями одинаковой площади поперечного сечения, причем общая площадь поперечного сечения отверстий равна площади поперечного сечения выпускного канала, нижняя поверхность крышки и верхняя поверхность дна выполнены в виде образующей цилиндра с возможностью перемещения по ним верхней и нижней плеч рабочего органа и изоляцией рабочих камер.
Вышеперечисленные отличительные признаки достаточны для соответствия заявляемого устройства критерию «новизна».
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что в устройстве рабочий орган в виде балансира на оси вращения с разными длинами плеч, крышка с каналами подачи рабочего агента и дополнительный выпускной канал известны.
Однако при их введении в совокупности в заявляемое решение позволяет получить в нем новые свойства, отличительные от свойств каждого отличительного признака - увеличение надежности за счет полного исключения задевания нижних кромок подвижного рабочего органа, выполненного в виде усеченного эллипса обтекаемой наружной поверхности с двух сторон, при крайних периферийных его положениях о внутренние полости корпуса и увеличение амплитуды колебания давления закачиваемой жидкости за счет полного попеременного перекрытия каналов подачи рабочего агента и переноса одного из выпускных каналов с днища в подвижный рабочий орган. Использование вышеприведенных свойств, которые проявляет устройство для закачки жидкости в нагнетательную скважину, приводят к достижению поставленной цели, а именно повышению длительной эффективности стационарной импульсной закачки жидкости. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «существенные отличия».
3
В результате проведенных теоретических и лабораторных исследований работы предлагаемого устройства для закачки жидкости в нагнетательную скважину было выявлено следующее. При работе устройства в лабораторных условиях с учетом всех факторов, возникающих при нагнетании жидкости (приемистость в среднем составляла 100…200 м/сут при давлении закачки 12,0…15,0 МПа), частота импульсов закачиваемой жидкости на выходе при ее расходе 1,15…3,21 л/с составляла 22,0…93,0 Гц. Данный диапазон частот колебания является оптимальным для дальности распространения колебаний (с точки зрения фазовой скорости распространения колебаний и коэффициента поглощения - выводы на основе теоретических и лабораторных исследований) в массиве горных пород с учетом их собственных частот (глинистые сланцы, известняки и песчаники). В этом случае процесс охвата импульсным воздействием неоднородностей углеводородной залежи имеет значительные границы. При проведении стендовых испытаний с расходом закачиваемой жидкости 1,0…2,0 л/с и давлением закачки 4,5…5,0 МПа амплитуда колебания давления на выходе из устройства составила 0,15…4,85 МПа. Такой большой диапазон амплитуды колебания давления (у прототипа относительно вышеприведенных условий испытания немного меньше) положительно сказывается на уменьшении остаточной нефтенасыщенности (ускоряются процессы капиллярной пропитки замкнутых пор - замещение пластовой жидкости закачиваемой водой) и, как следствие, увеличении нефтеотдачи в эксплуатационных скважинах. Опытное применение заявляемого устройства было проведено на двух нагнетательных скважинах в ОАО «РН-Самаранефтегаз» в течение 1,5 лет. При наружном обследовании извлеченных устройств не было обнаружено поломок, а при визуальном осмотре внутренней поверхности корпуса мест контакта с ней рабочего органа также не имело место. Кроме того, был получен прирост нефтеотдачи в реагирующих эксплуатационных скважинах, который в среднем сохранялся в течение 14…15 месяцев. Вышеприведенные доводы достаточны для соответствия заявляемого устройства для закачки жидкости в нагнетательную скважину критерию «промышленная эффективность».
На фиг.1 представлен общий вид устройства для закачки жидкости в нагнетательную скважину в разрезе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Устройство для закачки жидкости в нагнетательную скважину включает полый корпус 1 с крышкой 2, дном 3 и выпускными каналами 4 и 5 для сообщения полости корпуса 1 с призабойной зоной нагнетательной скважины, подвижный рабочий орган 6, выполненный в виде усеченного эллипса, который образует с корпусом 1 рабочие камеры 7 и 8 и каналы подачи рабочего агента 9 и 10. Рабочий орган 6 установлен в корпусе 1 на опоре скольжения 11, которая выполнена в виде оси 12, закрепленной в корпусе 1 с помощью гайки 13 и пружинной шайбой 14. Выпускной канал 4 выполнен в дне 3 концентрично и имеет площадь поперечного сечения, большую площади поперечного сечения канала 9 или 10 подачи рабочего агента. Рабочий орган 6 имеет два плеча: нижнее Б и верхнее В, причем отношение их длин соответственно составляет 2:1, а выпускной канал 5 выполнен в рабочем органе 6 с возможностью сообщать полость 8, опору скольжения 11 с выпускным каналом 4. Наличие выпускного канала 5 позволяет создавать перепад давления на рабочий орган со стороны камеры 7. При одинаковом давлении закачиваемой жидкости в камерах 7 и 8, равной площади поверхности рабочего органа 6, через выпускной канал 5 происходит истечение жидкости в призабойную зону скважины, т.е. давление в камере 8 падает. За счет большего давления в камере 7 и разности плеч рабочего органа 6 (нижнее больше верхнего в два раза) и происходит отключение нижнего плеча рабочего органа 6 в сторону камеры 8. Таким образом, происходит запуск самого устройства. В нижней части устройства имеется насадка 15 с радиальными отверстиями 16 одинаковой площади поперечного сечения, причем общая площадь поперечного сечения отверстий 16 равна площади поперечного сечения выпускного канала 4. Нижняя поверхность крышки 2 выполнена в виде образующей цилиндра, по которой перемещается верхний конец верхнего плеча В рабочего органа 6, а сама крышка 2 фиксируется в корпусе 1 переводником 17. Верхняя поверхность дна 3 также выполнена в виде образующей цилиндра, по которой перемещается нижний конец нижнего плеча Б рабочего органа 6. Таким образом, камеры 7 и 8 изолированы друг от друга.
Устройство работает следующим образом.
Устройство на колонне насосно-компрессорных труб, ниже пакера, устанавливают на забое нагнетательной скважины. Жидкость с устья скважины через колонну труб и пакер, переводник 17 поступает через каналы 9 и 10 крышки 2 соответственно в рабочие камеры 7 и 8 корпуса 1. Давление закачиваемой жидкости в камерах 7 и 8 одинаковое. Благодаря выпускному каналу 5, соединяющему камеру 8 с выпускным каналом 4 и радиальными отверстиями 16 при расположении рабочего органа в вертикальном положении (как показано на чертеже), перепад давления жидкости на рабочий орган 6 со стороны камеры 7 будет больше. Из-за разности длин плеч рабочего органа 6 и под действием большего перепада давления нижнее плечо Б рабочего органа 6 перемещается в правое положение в сторону камеры 8, и открывается канал 4, импульс жидкости с максимальной амплитудой давления поступает через канал 4 и радиальные отверстия 16 на забой нагнетательной скважины. При отклонении рабочего органа 6 в сторону камеры 8 происходит поочередное закрытие выпускного канала 5 и канала подачи рабочего агента 9 в камеру 7 с помощью верхнего плеча В рабочего органа 6, в которой давление жидкости падает до давления столба жидкости в затрубном пространстве. В камере 8 давление закачиваемой жидкости повышается, а за счет разности давлений в камерах 7 и 8 и длин плеч Б и В рабочего органа 6 нижнее плечо Б рабочего органа 6 перемещается в сторону камеры 7 и полностью перекрывает проходное сечение канала 4. В следующий момент времени канал подачи рабочего агента 9 открывается, и в камеру 7 поступает закачиваемая жидкость, и давление в камерах 7 и 8 начинает выравниваться. Рабочий орган 6, имея определенный момент инерции, зависящей от расхода закачиваемой жидкости, некоторое время перемещается дальше в направлении камеры 7, открывая проходное сечение канала 4 и выдавая новый импульс жидкости с максимальной амплитудой давления на забой нагнетательной скважины. При достижении нижним плечом Б рабочего органа 6 крайнего левого положения происходит перекрытие верхним плечом В рабочего органа 6 канала подачи рабочего агента 10 в камеру 8. Давление жидкости в камере 8 падает до давления столба жидкости в затрубном пространстве, а в камере 7 давление повышается. Нижнее плечо Б рабочего органа 6 перемещается в сторону камеры 8, поочередно закрывая выпускной канал 4 и канал подачи рабочего агента 9. Закачиваемая жидкость с максимальной амплитудой давления попеременно воздействует на призабойную зону нагнетательной скважины со стороны камер 7 и 8 через выпускной канал 4 и радиальные отверстия 16 в насадке 15. Контактирование острых кромок нижнего плеча Б рабочего органа 6 со стенками корпуса 1 полностью исключено за счет эллипсной обтекаемой формы рабочего органа 6, поскольку нижнее плечо не успевает соприкасаться с корпусом из-за изменения значения давления в камерах 7 и 8 при одновременном перекрытии каналов подачи рабочего агента 9 или 10 и открытии канала 4 и большего диаметра канала 4, чем диаметры каналов подачи рабочего агента 9 или 10. Это является средством для торможения рабочего органа 6 при открытии последним проходного сечения выпускного канала 4. Выпускной канал 5 обеспечивает первоначальную сдвижку рабочего органа 6. В опоре скольжения 11 благодаря расположению выпускного канала 5 в рабочем органе 6 создается перепад давления закачиваемой жидкости, который способствует очищению опоры от механических примесей, содержащихся в жидкости, и служит для жидкостной смазки колеблющегося рабочего органа 6.
Применение данного устройства позволяет вести непрерывную закачку жидкости импульсами в нагнетательную скважину, повышая длительную эффективность стационарной импульсной закачки жидкости за счет увеличения надежности и амплитуды колебания давления, а именно увеличение проницаемости пласта, повышение скорости обратной капиллярной пропитки замкнутых пор и нефтеотдачи в эксплуатационных скважинах.