УСТРОЙСТВО ВИБРОВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ НЕФТЯНОГО ПЛАСТА
DEVICE FOR VIBRO-WAVE BOTTOM-HOLE TREATMENT OF OIL FORMATION

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче жидких и газообразных углеводородов для поддержания пластового давления путем закачки в продуктивный пласт через него рабочего агента.
Известно устройство, обеспечивающее циклическое воздействие на призабойную зону пласта (Аллахвердиев Р.А. Интенсификация притока методом циклического импульсного воздействия на призабойную зону пласта // РНТС. Сер. Нефтепромысловое дело и транспорт нефти, 1985, вып. 3, с. 10-12), использующее циклическое нагнетание и стравливание давления из скважины. В качестве рабочей жидкости используют жидкость с добавлением ПАВ.
Недостатком известного устройства является то, что оно малоэффективно при большой длине фильтра и требует значительных трудозатрат, так как оказывает воздействие только на наиболее проницаемую часть пласта. Низкопроницаемые или закольматированные части пласта остаются незатронутыми обработкой.
Известно также устройство для обработки призабойной зоны пласта, включающее корпус с каналами. В корпусе концентрично установлены подпружиненные дифференциальный поршень и обратный клапан, снабженный седлом для посадки дифференциального поршня и соединенный с дифференциальным поршнем с возможностью телескопического соединения (RU 2102577, опубл. 20.01.1998 г.).
Недостатком данного устройства является то, что его невозможно устанавливать и извлекать без спуска и подъема насосно-компрессорных труб, а также менять частоту генерируемых импульсов без изменения их ударных характеристик. Существенным недостатком является то, что воздействие на призабойную зону пласта этим устройством осуществляется кратковременно только в процессе проведения ремонтных работ.
Наиболее близким к заявляемому является устройство виброволнового воздействия на призабойную зону нефтяного пласта, включающее гидравлический вибратор золотникового типа, который создает колебания давления вследствие периодического перекрытия золотником потока рабочей жидкости, который состоит из корпуса, в котором жестко закрепляется ствол в виде стакана с щелевидными прорезями на его образующей. Внизу цилиндра имеется отверстие. На стволе вращается золотник со щелевидными прорезями вдоль образующей. Прорези в стволе и золотнике выполнены под некоторым углом к их образующим. Направления прорезей в стволе и золотнике противоположные (Минеев Б.П., Сидоров Н.А. Практическое руководство по испытанию скважин, Москва, «Недра», 1981, с. 145-146).
Оптимальный (резонансный) режим работы устройства-прототипа достигается при расходе рабочей жидкости 24-26 л/с, который установлен в процессе промысловых испытаний. Для создания такого расхода необходимо иметь 3-4 насосных агрегата.
При наличии одного насосного агрегата типа ЦА-320 при производительности рабочей жидкости, которую он может развить (8-10 л/с), прототип не сможет выйти на оптимальный режим работы. При этом расходе величина создаваемых гидравлических импульсов (амплитуда давления, частота следования импульсов) недостаточна для качественной очистки призабойной зоны пласта.
С увеличением расхода жидкости от 5 до 25 л/с для известного устройства амплитуда давления увеличивается от 0,8 до 15 МПа. При дальнейшем увеличении расхода величина амплитуды давления гидродинамических импульсов снижается. Соответственно, в зависимости от расхода частота гидравлических импульсов меняется от 35-40 до 200-500 Гц. Обеспечение заданного расхода рабочей жидкости необходимо при формировании импульса удара и, следовательно, для увеличения эффективности воздействия на призабойную зону пласта. То есть при расходе 8-10 л/с необходимой эффективности от обработки не достигается. Кроме того, возникают трудности при запуске устройства в работу, при создании начального крутящего момента для вращения золотника.
Таким образом, недостатком известного устройства является низкая эффективность работы, так как оно не обеспечивает формирование импульсных гидравлических ударов при оптимальных расходах рабочей жидкости для качественной обработки призабойной зоны пласта. Кроме того, для установки и извлечения устройства требуются операции спуска и подъема насосно-компрессорных труб, что влечет за собой простой скважины.
Технический результат заключается в создании конструкции устройства, обеспечивающего высокую эффективность виброволновой обработки призабойной зоны пласта путем периодического воздействия на нее волновыми импульсами гидравлических ударов рабочей жидкости заданной частоты, а также исключения спускоподъемных операций и простоя скважины.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве виброволнового воздействия на призабойную зону нефтяного пласта, включающем стакан с косыми щелевидными прорезями, на котором с возможностью вращения размещен цилиндрический золотник с косыми щелевидными прорезями, выполненными в противоположном направлении относительно прорезей стакана, а в нижней части стакана выполнено донное проходное отверстие, диаметр донного отверстия стакана составляет 0,79-0,81 от внутреннего диаметра стакана, причем в стакане размещен шар с возможностью его перемещения внутри стакана и перекрытия его донного отверстия, а шар выполнен со сквозными каналами в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
Размещение шара со сквозными каналами в трех взаимно перпендикулярных плоскостях внутри стакана позволяет перекрывать донное отверстие стакана и обеспечивать периодическое воздействие волновыми импульсами на забой скважины при протекании через каналы рабочей жидкости, то есть увеличивать количество и силу периодических волновых возмущений на забое, вызванных перепадом давления при перекрытии донного отверстия шаром.
Гидравлический импульсный удар будет сопровождаться подъемом давления и способствовать резкому импульсному истечению рабочей жидкости из каналов шара. Формирование импульсного гидравлического удара частотой от 100 до 400 Гц, необходимого для эффективной очистки призабойной зоны пласта от кольматанта, при оптимальных расходах рабочей жидкости возможно в том случае, если в конструкции использован шар, перекрывающий донное отверстие и обеспечивающий дополнительный ударный эффект.
За счет свободного перемещения шара внутри стакана после прекращения указанной операции шар в процессе обратной промывки скважины «вымывается» на поверхность, что позволяет исключить операции спуска-подъема насосно-компрессорных труб с заявляемым устройством и тем самым избежать простоя скважины. Усилия, приложенные для «вымывания» шара, минимальны в том случае, если диаметр донного отверстия стакана составляет 0,79-0,81 от внутреннего диаметра стакана. Если это соотношение меньше 0,79, то усилия будут расти и эффективность падать, если - больше 0,81, то шар не будет иметь возможности свободно перемещаться вдоль стакана.
Выполнение сквозных каналов шара в трех взаимно перпендикулярных плоскостях необходимо для того, чтобы обеспечить перекрытие проходного донного отверстия и периодическое воздействие волновыми импульсами на забой скважины при протекании через каналы рабочей жидкости для повышения эффективности обработки.
На фиг. 1 схематично представлено заявляемое устройство в рабочем положении (разрез сбоку), на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1.
Заявляемое устройство содержит жестко закрепленный стакан 1 с косыми щелевидными прорезями 2 и крепежной резьбой 3 в верхней части для соединения с насосно-компрессорными трубами (не показаны). Внутренний диаметр стакана 1 обозначен d. В донной части 4 стакана 1 имеется цилиндрическое отверстие 5 диаметром d1. С внешней стороны стакана 1 установлен цилиндрический золотник 6 с косыми щелевидными прорезями 7.
На золотнике 6 прорези выполнены в противоположном направлении относительно прорезей 2 стакана 1, что образует турбинное устройство, у которого направляющим аппаратом являются прорези 2 стакана 1, а рабочим колесом - прорези 7 золотника 6. Золотник 6 установлен на шариковых опорах 8. Для снижения утечек рабочей жидкости используется фторопластовое кольцо 9.
Шар 10 диаметром d2 имеет сквозные каналы 11 в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Шар 10 обеспечивает перекрытие проходного донного отверстия 5 и направление жидкости в рабочие отверстия устройства.
Устройство работает следующим образом.
Устройство жестко закрепляют на колонне насосно-компрессорных труб в начале эксплуатации и опускают на забой скважины для проведения виброволнового воздействия. Шар 10, опускаясь в рабочей жидкости (состав устанавливается для каждого месторождения и для каждой скважины бригадой текущего ремонта скважин), свободно перемещается в стакане 1 и перекрывает донное цилиндрическое отверстие 5. При прокачке рабочей жидкости золотник 6 за счет ее истечения из щелевидных прорезей 7 начинает вращаться и перекрывает поток рабочей жидкости, в результате чего образуются гидравлические удары, частота которых зависит от числа прорезей и частоты вращения золотника 6.
Гидравлический удар сопровождается ростом давления, что способствует резкому импульсному истечению жидкости из сквозных каналов 11 шара 10. Кроме того, периодическое истечение жидкости из прорезей 7 при вращении золотника 6 создает циклические колебания в окружающей среде.
С увеличением расхода рабочей жидкости от 5 до 15 л/с частота гидравлических импульсов изменяется от 100 до 400 Гц. Резонансный гидравлический удар возникает при оптимальном расходе рабочей жидкости, выше которого амплитуда давления снижается при частоте 200-220 Гц. Оптимальный режим работы вибратора с частотой 200-220 Гц достигается при расходе рабочей жидкости 7-9 л/с, который может обеспечить один насосный агрегат типа ЦА-320.
По окончании виброволнового воздействия шар 10 методом обратной промывки скважины «вымывается» на поверхность. Скважина возвращается к нормальной работе.
Такое виброволновое воздействие обеспечивает эффективную очистку призабойной зоны пласта от кольматанта.