УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ КАНАЛОВ ПЕРФОРАЦИИ И ДЕКАЛЬМАТАЦИИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА
DEVICE FOR CLEANING OF BOTTOM HOLE FORMATION ZONE PERFORATION AND UNSEALING ZONE

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к технологиям ремонта скважин и очистки призабойной зоны пласта (ПЗП).
Прототипом заявляемого является устройство для очистки каналов перфорации и обработки призабойной зоны, включающее жестко закрепленный на насосно-компрессорной трубе - НКТ ствол, имеющий вид стакана с отверстиями в его стенках, выполненными под углом, корпус и ротор с отверстиями в его стенках, выполненный с возможностью вращения, отличающееся тем, что в качестве корпуса устройства использован участок перфорированной обсадной колонны, при этом ротор оснащен жестко закрепленными в нем крыльчаткой и подшипниками скольжения, причем имеется возможность перемещения НКТ с закрепленными на ней элементами устройства вдоль корпуса устройства. Угол наклона лопатки крыльчатки противоположен углу наклона отверстия в стенке ствола /патент РФ №2304700, опубл. 20.08.2007/.
НКТ постоянно перемещают подъемником с поверхности в пределах корпуса устройства - участка перфорированной обсадной колонны. Рабочий агент прокачивают под давлением через жестко закрепленный на НКТ ствол, а именно через отверстия в его стенках, выполненные под углом и равно распределенные по кольцу сечения ствола. Рабочий агент истекает из отверстий ствола с высокой скоростью на крыльчатку, жестко закрепленную в роторе. На лопатках крыльчатки энергия скоростного напора струй рабочего агента преобразуется в разность давлений, что создает момент вращения на крыльчатке, вращающий ее и ротор вокруг ствола. Подшипники скольжения обеспечивают легкий пуск и устойчивое вращение ротора. Рабочий агент, пройдя через крыльчатку, движется к отверстиям ротора и истекает из них в виде нескольких струй в направлении стенки корпуса с перфорационными отверстиями. Ствол с отверстиями и ротор с крыльчаткой в совокупности представляют собой гидравлическую машину или ступень турбины. Струи рабочего агента также движутся по направлению вращения ротора и, кроме того, - за счет перемещения НКТ - вдоль корпуса устройства, что обеспечивает гарантированное многократное воздействие струй рабочего агента на все встречающиеся в корпусе перфорационные отверстия и, соответственно, на все каналы перфорации пористой среды.
Устройство-прототип, так же как и заявляемое, навинчивается на башмак НКТ и так же имеет элемент, генерирующий тангенциальный поток, и так же устройство перемещают в процессе обработки вверх-вниз в интервале перфорации.
Устройство-прототип недостаточно эффективно по следующим причинам.
1. Наличие вращающегося элемента (ротор), который может заклиниваться, особенно в условиях большого количества механических примесей, обуславливает ненадежность устройства.
2. Во время работы устройства не исключено репрессивное воздействие на нижележащие каналы перфорации; в то же время при перемещении вверх устройство не создает свабирующего эффекта.
3. В силу особенностей конструкции невозможно создание аппарата с достаточным крутящим моментом ротора и достаточной прочностью ствола для работы в обсадных колоннах малых диаметров (102 и 114 мм).
4. Конструкция устройства-прототипа достаточно сложная и дорогая для производства.
Решаемая задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности и надежности устройства за счет отсутствия подвижных деталей и повышения качества очистки созданием зоны пониженного давления и обеспечением свабирующего эффекта при движении НКТ вверх. Устройство эффективно в условиях большого количества мехпримесей и в обсадных колоннах малых диаметров (102 и 114 мм).
Благодаря двум рабочим элементам устройства (что повышает кратность обработки и вероятность размыва твердых отложений в два раза), генерирующим противоположно направленные тангенциальные потоки, а также свабирующему эффекту эластичного обтюратора и наличию зоны пониженного давления происходит более полный и качественный гидромониторный размыв и вынос твердых отложений в каналах перфорации и, соответственно, более качественная очистка ПЗП.
Поставленная задача решается тем, что заявляемое устройство для очистки каналов перфорации и декальматации призабойной зоны пласта, включающее жестко закрепленный на насосно-компрессорной трубе (НКТ) ствол, имеющий вид стакана с отверстиями в его стенке, корпус-участок перфорированной обсадной колонны, причем имеется возможность перемещения вверх-вниз НКТ с закрепленными на ней рабочими элементами устройства вдоль корпуса устройства, отличается тем, что ствол оснащен снаружи двумя противоположно направленными верхним и нижним неподвижными рабочими элементами, состоящими из неподвижных относительно ствола корпуса завихрителя, завихрителя и направляющего конуса завихрителя, образующих кольцевую щель, внутренние полости рабочих элементов совмещены с отверстиями в стенке ствола, дополнительно ствол оснащен внутри перепускным каналом направленного перетока рабочей среды, сообщающим межтрубное пространство под нижним рабочим элементом с межтрубным пространством над верхним рабочим элементом, на нижнем торце ствола жестко закреплен эластичный обтюратор.
На фиг.1 представлено заявляемое устройство, на фиг.2 - общий вид завихрителя. Здесь:
1 - НКТ
2 - обсадная колонна - корпус устройства
3, 4, 5, 6, 7 - каналы перфорации в корпусе устройства
8 - корпус завихрителя
9 - завихритель
10 - направляющий конус завихрителя
11 - перепускной канал направленного перетока рабочей среды
12 - эластичный обтюратор
13 - зона пониженного давления
14 - ствол устройства
15 - межтрубное пространство
16 - верхний тангенциальный поток
17 - нижний тангенциальный поток.
Жирными стрелками на фиг.1 показаны направления движения потоков рабочей среды, закачиваемой с поверхности в НКТ 1, включая верхний 16 и нижний 17 тангенциальный поток, а также поток рабочей среды через перепускной канал 11.
Незакрашенные стрелки на фиг.1 показывают направления выноса дезинтегрированного кальматанта притоком пластовой жидкости из каналов перфорации 4, 5, 7.
Стрелки в каналах 3 и 6 указывают процесс гидромониторного размыва кальматанта тангенциальными потоками.
Устройство жестко закрепляют, например навинчивают на башмак НКТ 1 или гибкой ГНКТ, и с помощью подъемника опускают в зону перфорации обсадной колонны 2, т.е. совмещают с корпусом устройства, после чего устройство готово к работе.
Совокупность элементов 8, 9 и 10, жестко закрепленных на стволе 14, заявители называют рабочим элементом устройства; при этом внутренние полости рабочих элементов совмещены с отверстиями в стенке ствола 14, а сопрягаемые участки корпуса завихрителя 8 и направляющего конуса завихрителя 10 образуют кольцевую щель; в оптимальном варианте ширина кольцевой щели определяется толщиной завихрителя 9.
Перепускной канал направленного перетока рабочей среды 11 сообщает межтрубное пространство 15 под нижним рабочим элементом с межтрубным пространством 15 над верхним рабочим элементом, что позволяет избежать репрессии на нижележащий интервал перфорации при работе устройства.
Устройство работает следующим образом.
Для пуска устройства в работу начинают качать с поверхности в НКТ 1 рабочую среду (в качестве которой могут быть эффективно использованы любые жидкости, а также газожидкостные смеси ГЖС) и одновременно с помощью подъемника перемещать вверх-вниз колонну НКТ 1, а соответственно и компоновку внутри корпуса заявляемого устройства - в зоне перфорации обсадной колонны 2.
Рабочая среда, проходя через отверстия, сообщающие внутреннюю полость ствола 14 с внутренней полостью корпуса завихрителя 8, проходит через завихритель 9, приобретает вращательно-направленное движение (направленное вверх в верхнем рабочем элементе или вниз - в нижнем рабочем элементе) и истекает в виде направленных тангенциальных потоков 16, 17 через кольцевую щель соответствующего рабочего элемента, образуемую сопрягаемыми участками корпуса завихрителя 8 и направляющего конуса завихрителя 10. Совокупность элементов 8, 9 и 10 заявители называют рабочим элементом устройства.
Поскольку устройство оснащено двумя вышеописанными рабочими элементами - верхним и нижним - причем противоположно направленными, то генерируемые ими тангенциальные потоки 16, 17 истекают через кольцевую щель, образуемую сопрягаемыми участками корпуса завихрителя 8 и направляющего конуса завихрителя 10, в противоположных направлениях: верхний тангенциальный поток 16 уходит вверх по межтрубному пространству 15, а нижний поток 17 - уходит также вверх в межтрубное пространство 15 - через перепускной канал направленного перетока рабочей среды 11. Такая гидравлическая схема движения рабочей среды обеспечивает принудительное снижение давления в зоне 13 (эффект инжекции).
Вне зависимости от направления перемещения компоновки в интервале перфорации, истекающие тангенциальные потоки 16, 17 из верхнего и нижнего рабочих элементов при совмещении с каналами перфорации 3 и 6 корпуса устройства осуществляют гидромониторный размыв твердых отложений в полости каналов перфорации 3 и 6 и возбуждают в них высокочастотные акустические колебания, что также способствует эффективной дезинтеграции твердых отложений (кальматирующего материала).
Находящиеся в зоне 13 каналы перфорации 4 и 5 испытывают депрессионное воздействие, что провоцирует приток через них пластовой жидкости, которая и выносит дезинтегрированные кальматирующие отложения, которые впоследствии потоком рабочей среды удаляются на поверхность.
Эластичный обтюратор 12 имеет двоякое назначение:
1) предотвращает уход тангенциального потока 17 вниз, минуя перепускной канал направленного перетока рабочей среды 11, т.е. предотвращает репрессивное воздействие на канал перфорации 7;
2) при движении устройства вверх создает под ним зону разрежения, что также способствует притоку через канал 7 пластовой жидкости, которая и выносит из него дезинтегрированные кальматирующие отложения (свабирующий эффект).
Предлагаемое устройство при его перемещении вверх-вниз в интервале перфорации позволяет очищать от кальматанта все без исключения каналы перфорации и, соответственно, ПЗП.
Таким образом, повышены эффективность и надежность устройства за счет отсутствия подвижных деталей и повышения качества очистки созданием зоны пониженного давления и обеспечением свабирующего эффекта при движении НКТ вверх. Устройство эффективно в условиях большого количества мехпримесей и в обсадных колоннах малых диаметров (102 и 114 мм).
Благодаря двум рабочим элементам устройства (что повышает кратность обработки и вероятность размыва твердых отложений в два раза), генерирующим противоположно направленные тангенциальные потоки, а также свабирующему эффекту эластичного обтюратора и наличию зоны пониженного давления происходит более полный и качественный гидромониторный размыв и вынос твердых отложений из каналов перфорации и, соответственно, более качественная очистка ПЗП.