Пристрій для гідродинамічної дії на привибійну зону пласта

Корисна модель відноситься до обладнання нафтогазодобувної прмисловості і призначена для стимулювання дебіта промислових свердловин. Відомо пристрій для хвильової дії на продуктивний пласт, наприклад [1], який включає підйомний механізм з приєднаним до нього вантажем, траверсу з захватними елементами і закріпленого на свердловині преривача, вантаж для нанесення ударів викопаний у вигляді наповнених важкою рідиною бурильних труб з ловильною головкою в верхній, і зливний клапан з болванкою в нижній частині. Розмикач тросами зв’язку з’єднаний з свердловиною і викопаний у вигляді стакана з фіксаторами, якф взаємодіють з захватними елементами. Такий пристрій забезпечує інтенсивний регульований по величині удар по породі і тим самим розширюється можливість його примінення в різноманітних горно-геологічних умовах. До недоліків такого пристрою відноситься його великі габаритні розміри, складність в експлуатації і обслуговуванні, а також неможливість змін точки удару по висоті свердловини, внаслідок чого пристрій ефективний тільки тоді, коли нафтонасичений пласт безпосередньо прилягає до вибою свердловини. Крім цього після стимуляції дебіта пласта такий пристрій необхідно вилучити із свердловини, що зв’язано з великими втратами часу і труда. Як найближчий аналог вибрано пристрій [2] для гідродинамічної дії на привибійну зону пласта, який найбільш близький до заявляємого по технічній суті. Такий пристрій складається із зануреного в заповнену рідиною свердловину ступінчастого стакана, жорстко закріпленого на нижньому кінці, що виходить на поверхню землі внутрішнього трубопровода свердловини, в кільцевому виступі па внутрішній поверхні стакана як в напрямленій рухомо вздовж вісі свердловини встановлено коаксиально циліндр, що розділяє свердловину на ізольовані одна від одної верхню і нижню камеру. В циліндрі розміщено зв’язаний з кришкою стакана нерухомий шток з поршнем на нижньому кінці з утворенням штокової камери, яка через осьовий канал в штоці постійно з’єднана з внутрішнім трубопроводом із розподільником, з’єднаним з насосом і баком, а через підпружинений клапан в кришці циліндра - з верхньою камерою свердловини при крайньому верхньому положені циліндра в стакані. В стінці циліндра також виконаний поздовжній капал з зворотним клапаном, який з’єднує нижню і верхню камери стакана. Недоліком відомого пристрою є те, що частота коливання рухомого циліндра визначається його вагою, яку в процесі стимуляції міняти дуже складно. Для цього необхідно циліндр підняти із свердловини на поверхню землі і змінити його масу. Крім того рух циліндра вниз під дією ваги або стиснутої рідини (1-й варіант) обумовлює невисоку надійність, так як в процесі експлуатації тертя в рухомих з’єднаннях, герметичність свердловини і циліндра можуть змінюватися. До недоліків також можна віднести складність конструкції рухомого циліндра, що призводить до технологічної складності обробки внутрішньої поверхні циліндра великої довжини та виконання його стінці поздовжнього каналу, крім того такі канали обумовлюють зменшення ефективної площі поршня. Зменшення ефективної площі поршня тягне за собою необхідність підвищення тиску насосної установки. Недоліком є і те, що гідродинамічний удар здійснюється за рахунок стиснення рідини циліндром при його русі вверх. Величина стиснення рідини залежить від багатьох параметрів: об’єму свердловини і її герметичності, від герметичності ущільнень циліндра, поршня, штока і зворотніх клапанів. При їх недостатній герметичності стиснення рідини над циліндром може бути незначним або зовсім відсутнім, а значить і первинний імпульсний тиск в вибійній частині буде або незначним, або зовсім відсутнім. Крім того, недостатня герметизація циліндра, поршня і зворотних клапанів не дозволяє значно понизити тиск в нижній камері стакана (в привибійній зоні), що зменшує перепад тисків між тиском в продуктивному пласту і тиском в привибійній зоні свердловини, і як наслідок зменшується ефект очистки каналів в продуктивному пласту. В основу корисної моделі поставлено задачу спрощення конструкції, підвищення надійності та ефективності стимуляції продуктивного пласту свердловини. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в пристрої для гідродинамічної дії на привибійну зону пласта, що містить заповнену рідиною свердловину, виконану у вигляді коаксиально розміщених внутрішньої і зовнішньої труб з утворенням трубного і затрубного каналів, наземний кінець трубного каналу внутрішньої труби через паралельно включені клапан тиску і зворотний клапан з’єднаний з одним із вихідних каналів розподільника, вхідні капали якого з’єднані з джерелом тиску або баком, на нижньому кіпці внутрішньої труби жорстко закріплена верхня проточна кришка двоступінчатого стакана, верхня циліндрична ступінь більшого діаметра якого герметично сполучена з внутрішньою поверхнею зовнішньої труби, а нижня ступінь меншого діаметра з радіальними каналами утворює з останньою кільцеву щілину довжиною не меншою за товщину продуктивного пласта свердловини, па внутрішній поверхні стакана вище кільцевої щілини виконано кільцевий буртик з ущільнюючим пояском, в якому як в напрямній вздовж осі свердловини встановлено коаксиально з стаканом рухомий циліндр, поділяючий стакан па ізольовані одна від одної верхню камеру, з’єднану з затрубним каналом, і нижню камеру, з’єднану радіальними каналами з кільцевою щілиною. Новим є те, що в осьовій розточці циліндра розміщена поперечна герметична перегородка з утворенням верхньої і нижньої робочих камер, в яких розміщені закріплені на кришках стакана плунжери з вісьовими каналами, при цьому верхня камера циліндра з’єднана з трубним каналом, а нижня камера через радіальні отвори, які виконані в циліндрі вище ущільнюючого пояска, з’єднана затрубним каналом з вихідним каналом розподільника, крім того нижня камера циліндра через зворотний клапан, який розміщений в верхній частині вісьового каналу плунжера з можливістю його відкриття рухомим циліндром в верхньому положенні з’єднується радіальними каналами, виконаними в нижньому кіпці плунжера з кільцевою щілиною при вибійної зони. Новим є також і те, що в радіальних каналах нижнього плунжера і радіальних каналах, з’єднуючих нижню камеру стакана з кільцевою щілиною привибійної зони, розміщені струминні сопла. Завдяки такому виконанню робочих камер рухомого двоплунжерного циліндра і з’єднанню їх з вихідними каналами розподільника коливальний рух циліндра відбувається за рахунок підведеного тиску від насоса. Частота і амплітуда коливань циліндра визначається частотою переключення розподільника і параметрами насосної установки, вони не залежать від ваги рухомого циліндра, сил тертя і степені стиснення рідини в свердловині за рахунок зменшення її об’єму гідродинамічна дія на привибійпу зону пласта грунтується па утворенні в пій послідовно змінюючихся імпульсів пониженого тиску гідроудару та струменевої дії рідини. Пониження тиску в привибійній зоні здійснюється при русі циліндра вверх за рахунок збільшення об’єму. Гідроудар утворюється при відкрити зворотною клапану циліндром в верхньому положенні. При цьому кінетична енергія стовпа рідини перетворюється в потенціальну. При переміщенні циліндра вниз під дією тиску насосної установки рідина з нижньої камери стакана витісняється через радіальні сопла в привибійну зону. Сформовані соплами струмені рідини прочищають, углубляють і розширяють перфораційні канали свердловини. Перепад тисків па соплах визначається параметрами двоплунжерного циліндра, параметрами сопел і тиском насосної установки. При незміних параметрах циліндра і сопел величина тисків на соплах регулюється зміною параметрів насоса і може досягати значних величин. При завершені стимуляції розподільник відключається і рідина (газ) із привибійної зони свердловини може вільно поступати в бак. Приміщення двоплунжерного циліндра двобічної дії обумовлює спрощення конструкції, тому що технологія виготовлення плунжерного циліндра значно простіша за технологію виготовлення поршневого циліндра. Розміщення зворотного клапана в осьовому каналі плунжера дає можливість збільшити ефективну площу циліндра. Примінення струминевих сопел дає можливість формувати струмині рідини високої ефективності для очищення привибійної зони і поглибити перфораційні канали. Забезпечення коливального руху циліндра за рахунок параметрів насосної установки забезпечує високу надійність та ефективність роботи пристрою при стимуляції свердловини. Корисна модель пояснюється кресленням, де на Фіг.1 показано пристрій для гідродинамічної дії на привибійну зону пласта в розрізі. На Фіг.2 показано поперечний переріз свердловини. Заявлений пристрій (див. Фіг.1) складається із зануреної в заповнену рідиною свердловину 1, внутрішньої труби 2 з трубним каналом 3. На нижньому кінці труби 2 закріплений двоступінчатий стакан 4 з проточною кришкою 5. Верхня частина стакана 4 ущільненнями 6 герметично сполучена з бічною поверхнею свердловини 1, а нижче ступінь стакана 4 утворює кільцеву щілину 7. На внутрішній поверхні стакана 4 виконаний виступ 8 з ущільненням 9, в якому як в напрямній рухомо вздовж осі свердловини розміщено циліндр 10 з перегородкою 11. В робочих камерах 12 і 13 циліндра 10 розміщені плунжери 14 і 15, які жорстко закріплені, відповідно на кришці 5 і торці стакана 4. Верхня камера 12 каналами 16, 3, паралельно підключеними зворотним клапаном 17 і напірним клапаном 18, та каналом 19 приєднана до розподільника 20. Нижня камера 13 через радіальні капали 21, камеру 22, затрубний канал 23 і канал 24 приєднана до другого вихідного каналу розподільника 20. Вхідні канали розподільника підключені до бака і насосної установки 25. В нижньому плунжері 15 виконана осьова розточка 26, в якій розміщено тарілчастий зворотний клапан 27 з виступами 28 (див. Фіг.2), які в процесі руху циліндра 10 взаємодіють з кришкою 29. Розточка 26 радіопальними каналами 30 з соплами 31 сполучена з привибійною камерою 32. Нижня камера 33 стакана 4 каналами 34 з соплами 35 з’єднана з привибійною камерою 32. Заявлений пристрій працює наступним чином. У вихідному положені розподільник 20 відключений, при цьому камери 12 і 13 циліндра 10 сполучені з баком. Якщо рідина (газ) поступає в привибійну камеру 32 з продуктивного пласту, то вона через радіальні канали 30, зворотний клапан 27, радіальні капали 21 поступає в камеру 22 стакана 4 і далі через затрубний канал 23, канал 24 і розподільник 20 в бак. Для проведення гідродинамічної обробки свердловини включається насос 25 і подається команда від керуючого блока (на рисунку не показаний) на переключення розподільника 20 з заданою частотою. При переключені, наприклад, розподільника вліво (по кресленню) тиск живлення від насоса 25 подається через капали 24, 23, камеру 22, канали 21 в нижню камеру 13 циліндра 10, а камера 12 з’єднується через канали 16, 3, напірний клапан 18, канал 19 і розподільник 20 з баком. Під дією перепада тисків між камерами 13 і 12 циліндр 10 рухається вверх. При цьому величина тиску в камері 13 регулюється напірним клапаном 18. Внаслідок переміщення циліндра 10 вверх знижується тиск в камері 33, привибійній камері 32 і в каналі 26 під клапаном 27. Зменшення тиску в привибійній камері 32 визиває приток рідини (газу) із продуктивного пласту, і таким чином проходить очищення мікроканалів пласта. В кіпці переміщення циліндр 10 своєю кришкою 29 відкриває зворотний клапан 27. Рідина із затрубного каналу 23 через камеру 22, капали 21, зворотний клапан 27, розточку 26 і радіальні канали 30 з соплами 31 поступає в привибійну камеру 32, де створюється значний гідравлічний удар, хвиля якого розповсюджується в продуктивний пласт і сприяє очищенню його мікроканалів. При цьому величина тиску в момент відкриття зворотного клапану 27 визначається тиском насосної установки, величина якого регулюється напірним клапаном 18. При завершеній гідравлічного удару подається команда на переключення розподільника вправо. При цьому рідина від насоса 25 подасться через розподільник 20, зворотний клапан 17, канали 3 і 16 в верхню камеру 12 циліндра 10, а нижня камера з’єднується з баком. Під дією перепаду тисків в камерах 12 і 13 циліндр 10 переміщується вниз і витісняє рідину із камери 33 через радіальні канали 34 з соплами 35 в привибійну камеру 32. Сформовані соплами струмені рідини під великим тиском, який визначається параметрами плунжерного циліндра і насоса, сприяють очищенню привибійної частини свердловини і перфораційних каналів. Для більш ефективної струменевої дії сопла 35 розміщують в декілька рядів по висоті (па креслені не показано). В крайньому нижньому положенні циліндра 10 подасться команда на повторний цикл. Джерела інформації: 1. Авторское свидетельство СССР №1710709 кл. Е21В 43/25, 1992. 2. Патент России №2099516, кл. Е21В 43/25, 1997.