Гідроударний пристрій

1 Гідроударний пристрій, оснащений трубчастим кожухом, корпусом і плунжером, встановленим з можливістю осьового переміщення під дією перепадів тиску, а також пружиною плунжера, встановленою між торцем плунжера і корпусом, і клапаном, виконаним у вигляді радіальних отворів у корпусі і в плунжері, який відрізняється тим, що плунжер встановлений між кожухом і корпусом, порожнина, в якій находиться торець плунжера, що стикається із пружиною, з'єднана отворами з осьовим отвором корпуса, а ГП додатково осна щений вузлами порога спрацьовування і задавання порога спрацьовування, в склад порогового вузла входять ролики, встановлені в наскрізних радіальних отворах трубчастого корпуса, поршень з гайкою, встановленою в осьовому отворі корпуса, і з пружиною поршня, встановленою між торцем поршня і корпусом, гайка і плунжер оснащені проточками під ролики, в склад вузла задавання порога входять поршень з гайкою і пружиною поршня, причому поршень встановлений також з можливістю прокручування по нарізці гайки, а гайка - тільки з можливістю осьового пересування, хід гайки і плунжера обмежений упором 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що отвори корпуса під ролики співпадають з проточкою плунжера, коли отвори клапана закриті, і з Винахід відноситься до нафтогазодобувної промисловості, а саме інтенсифікації припливу із пласта, або збільшення приємистості нагнітальних свердловин ВІДОМІ конструкції пдроударних пристроїв (ГП) 1) із розривними діафрагмами [1], 2)типуУСМД2-114 [2], 3) типу КВД з ударним клапаном [3], 4) п о А С 1 615 341 [4] В склад ГП по [1] входить корпус, в якому закріплено з допомого розпірних втулок ряд діафрагм, ніпель і корзина В центрі кожної діафрагми виконано отвори і кільцеві канавки, які знижують МІЦНІСТЬ діафрагм Діаметри отворів у різних діафрагмах різні, в корпусі діафрагми розміщаються так, щоб діафрагма з найменшим отвором була знизу, а в останніх діафрагмах діаметри отворів зростали знизу наверх Для проведення пдроудару ГП спускають у свердловину на колоні НКТ Отвір у нижній діафрагмі перекривають, кидаючи з поверхні кульку, діаметр якої дещо більший отвору в нижній діафрагмі, але менший отвору діафрагми 2-і знизу Піднімають в НКТ тиск до розриву діаф рагми Для проведення повторних ударів знімають тиск в НКТ, кидають в ГП кулю такого діаметра, щоб вона перекрила отвір в діафрагмі 2-й знизу, і знову повторюють цикл робіт Для скидання кульок свердловину необхідно оснастити лубрикатором і двома корковими кранами Недоліки ГП по [1] а) ограничения в КІЛЬКОСТІ ударів, б) низька повторюваність результатів [1], в) недосконалість і висока вартість технології проведення ударів, г) забруднення вибою Недолік (а) визваний чисто коструктивними причинами КІЛЬКІСТЬ мембран ограничена асортиментом серійних кульок і що для значного збільшення дебіту часто треба створити на ПЗП КІЛЬКІСТЬ ударів, більшу на порядки Недолік (б) визваний тим, що діафрагми не завжди одинаково руйнуються До нестабільності може привести недосконалість структури металу, допуски в розмірах при виготовленні діафрагм і інше Внаслідок цього форма і амплітуда імпульсів, які генеруються при розриві чергових діаф проточкою в гайці, коли отвори клапана відкриті. (О (О 00 ю 52866 тичної точки зору гідроудар буде тоді давати найбільший ККД, коли його енергія буде засвоюватись тим об'ємом пласта, або привибійної зони пласта (ПЗП), які необхідно обробити пдроударом Чим більше енергії буде проходити в ІНШІ об'єми, які не підлягають обробці, тим менший буде ККД пдроудару Радіуси закольматованих зон складають до 5см, коли закольматована ближня ПЗП, і до 500см, коли закольматована ближня і середня зони пласта Діапазон частот коливань, які майже повністю затухають на таких віддалях, можна обмежити величинами 200кГц 500Гц Періоди цих коливань складають ВІДПОВІДНО 5 2000мкс Виходячи з цих міркувань і застосовуючи теорію спектрів, оцінимо орієнтовно, наскільки параметри коливань, створюваних ГП по [2] відповідають згаданим даним Насадка цього ГП починає рухатись при пружини і над силою тертя Час наростання тиску до 20МПа у НКТ під дією насоснокомпресорного агрегату лежить в діапазоні від Недоліки (в) і (г) визвані необхідністю провеодиниць, або десятків секунд до хвилини [1] Тому дення багатократних повторних заряжань ГП діашвидкість руху насадки може бути оцінена десятфрагмами і кульками, що можна зробити при викоками, або, в гіршому випадку, одиницями см/сек нанні дорогих повторних спуско-підйомних При діаметрі, радіального отвора в 1см час повнооперацій, а також забрудненням вибою кульками і го відкривання отвору, або довжина фронту пдрочастинами діафрагм удару можуть бути оціненими в 1 секунду, що приГП по [2] складається з корпуса, в середину близно відповідає частоті 0,25Гц неперервного якого запресована втулка, а па КІНЦІ, закріплено синусоїдального коливання Співставляючи цей перехідники для з'єднання з НКТ В середині втурезультат із сказаним вище, можна сказати, що лки розміщено з можливістю осьового переміщенкрутизна фронту пдроудару, створюваного ГП по ня пустотілу насадку На одному із КІНЦІВ втулки [2] , в 2000 800000 раз гірше (більше) оптимальвиконано упор, на обох и кінцях - посадочні місця ної При таких параметрах пдроудару основна - верхнє і нижнє - під кульки, які можуть перекридоля його енергії буде засвоюватись (затухати) не вати, внутрішній осьовий отвір втулки Між кінцем в межах зони, яку необхідно обробити, а за и менасадки і упором втулки розміщена пружина В жами Таким чином, якщо ККД оцінити відношенкорпусі, втулці і в насадці виконано радіальні ням долі енергії, засвоюваної оброблюваним об'отвори, які при осьових переміщеннях насадки ємом, до всієї енергії, створюваної ГП, то відносно втулки можуть співпадати, або бути дією приходимо до висновку, що ККД відомого ГП є зовнішнього тиску можуть відкривати потік рідини низьким із міжтрубного простору в середину НКТ В початковому стані насадка під дією пружини Крім того, отвір клана є малим, що також змезнаходиться у верхньому положенні, радіальні ншує енергію пдроудару Недолік (в) визваний отвори перекриті насадкою, зворотні клапани пенеобхідністю застосовувати додаткове обладнанрекриті підпружиненими кульками, нижній осьовий ня - азотну установку з компресором і насосний клапан перекритий кулькою, верхній осьовий отвір агрегат, технологічний цикл є складним бо передвідкритий (кульки нема) Для проведення ударів бачає додаткову закачку газу, стравлювання його ГП опускають у свердловину на колоні НКТ Нижче в атмосферу, відкачку робочої рідини, додатковий ГП розміщають пакер і фільтр Рідину із міжтрубпідйом кульки на поверхню і скидання її із поверхні ного простору видаляють через зворотні клапани у в посадочне гніздо НКТ, закачуючи газ Відкривають верхній клапан, В склад ГП по [3] входить корпус, кулька і прускидаючи з устя свердловини (з поверхні землі ) жина Корпус з'єднано осьовим отвором клапана з кульку, після чого збільшують тиск в НКТ При джерелом тиску, а радіальними отворами - з обцьому насадка іде вниз, радіальні отвори з'єднуроблюваним об'ємом Кулька притиснута до осьоють міжтрубний простір, де тиск є низьким, із підвого отвору корпуса пружиною і перекриває його пакерним простором, де він є високим В резульКоли тиск на вході ГП стає більшим сили пружини, таті рідина перетікає із підпакерного простору в кулька відкриває отвір При певній величині витраміжтрубний простір, а на пласт діє "миттєва" дети рідини тиск падає, кулька знову перекриває пресія, або гідроудар Для повторення удару неклапан, цикл повторюється, а ГП працює в режимі обхідно підняти на устя вехню кульку, а тоді понеперервних коливань вторити весь процес Недоліки ГП по [3] Недоліки ГП по [2] дуже малий ресурс ГП - порядка 5 хвилин [3], мала амплітуда коливань - до 5,5МПа а) ККД пдроудару, створюваного ГП, є низьГП по [4] складається з патрубка, стакана, заким, кріпленого в патрубку, підпружинених пустотілих б) сила пдроудару не регулюється, золотників і підпружинених стакана Золотники і в) технологія створення пдроудару є складною стакан виконані з радіальними каналами В початі дорогою ковому стані радіальні канали золотника і стакана Недолік (а) пояснюється наступним 3 енергерагм, с різними [1] Зміна форми імпульсу міняє частотний і енергетичний вміст імпульсу, що приводить до зміни частини енергії, яка поглинається в пласті Таке явище пояснюється наступним чином Згідно ІЗ теорією спектрів [5] імпульс (гідроудар є імпульсом тиску рідини) можна одержати із набору неперервних коливань, нижня границя яких умовно дорівнює частоті повторення імпульсів, а значна доля енергії вміщається в коливаннях, період яких приблизно в 4 рази більший фронту імпульсу Відомо [б], що фізико-хімічпий ефект впливу коливань на тіло і затухання коливань у ТІЛІ пропорцюнальні квадрату частоти коливання Зміна форми імпульсу приводить до зміни частот, на яких є максимуми енергії, до зміни віддалей, на які поширюються ці коливання з врахуванням поглинань, а це, в свою чергу, приводить до зміни долі енергії, засвоюваної в об'ємах, які підлягають обробці 52866 співпадають, канали патрубка і золотника переПри нульовому перепаду тисків плунжер під криті кульками ГП опускають у свердловину на дією пружини плунжера 5 (пружини зворотного колоні НКГГ, заглушеній знизу і сполученій з підпаходу) находиться у верхньому положенні, ролики керною зоною В середині колони створюють наду проточці плунжера і корпуса, а отвори 17 і 18 лишковий тиск, під дією якого кульки відкривають клапана перекриті канали від патрубка в затруб Підчас перетоку ріДля створення пдроударів ГП 23 опускають у дини на золотниках створюється надлишок тиску, свердловину 24 (фіг 5) У посадочне гніздо 25 СН під дією якого золотники приходять в рух і пере26, закріпленого на колоні НКТ 27 При цьому покривають радіальні канали із НКТ в затруб При садочне місце 20 корпуса ГП перекриває порожцьому "миттєво" зростає тиск в підпакерній, зоні і нину СН Нижче міжтрубний простір перекривають створюється пдроударна хвиля, яка поширюється пакером 28 3 допомогою насосно-компресорного вздовж свердловини і, частково, у пласт агрегату 29 піднімають тиск в НКТ, в результаті Недоліки ГП по [4] чого починає працювати СН 26 При роботі СН знижується тиск в підпакерній зоні і в зв'язаних з а) ККД гідроудару є низьким, нею отворами об'ємах, які займають пружини плуб) сила гідроудару не регулюється нжера і поршня В міру зростання перепаду тисків Недолік (а) пояснюється тими ж причиназростає сила тиску кромки проточки 12 плунжера ми, що і в ГП по [2] Низький ККД ГП по [4] має ще на ролики б і радіальна сила, яка направлена на одну від'ємну сторону Гідроудар руйнує кольмавиштовхування роликів із проточки 12 Одночасно тант, очищаючи ПЗП і, в якійсь мірі, колектор, і перепад тисків діє на поршень 7 і пересуває гайку створює в ньому тріщини Одночасно гідроудар 8 вниз (ВІДЛІК напрямків руху -по розміщенню ГП в впливає і на обсадну колону і на цементне кріпсвердловині) Коли проточка 12 гайки стане налення колони, що не є бажаним Чим більша доля впроти отворів 13, плунжер 4 виштовхне ролики в енергії удару буде засвоєна об'ємом пласта, або проточку гайки і буде рухатись з прискоренням привибійної зони пласта (ПЗП), які необхідно обробити, і, ВІДПОВІДНО, менша доля буде розсіюваКромка плунжера стискає пружину 5 В крайтись вздовж колони і в її кріпленні, тим менший ньому нижньому положенні плунжера отвори 17 буде від'ємний ВПЛИВ удару на колону і на її кріпплунжера і 18 корпуса співпадуть При цьому об'лення Тому збільшення ККД (скорочення фронту єми рідини з різними тисками з'єднаються на проудару) дозволяє зменшити від'ємний вплив удару тязі короткого часу, в підпакерній зоні тиск різко на свердловину підскочить, в надпакерній різко понизиться Створиться гідроудар Ударна хвиля (передній фронт, Недолік (б) пояснюється наступним Для очиса за ним і коливальний процес) буде поширюватки свердловин із різним ступенем забруднення і тись вздовж стовбура свердловини, діючи часткорізними типами колекторів потрібні енергії ударів во і в радіальних напрямках, в тому числі і на різних рівнів У ГП по [4] не передбачено пристрою пласт Після відкривання отворів 17 і 18 тиски в для регулювання енергії удару Цю енергію в данад- і підпакерній зонах короткочасно вирівнюютьному ГП задає сила, необхідна для деформації ся, тому пружина 5 пересуне плунжер назад в попружини в момент відкриття клапану, але в ГП не чаткове положення При цьому гайка 8 буде перепередбачено спеціалізованого вузла регулювання суватись наверх, і коли кромка її проточки сили пружини порівняється із отворами корпуса, гайка 8 виштовЗадавати мінімально необхідну енергію удару хне ролики б назад в проточку плунжера При понеобхідно ще з міркувань, зменшення від'ємного дальшому русі наверх гайка зафіксує ролики в впливу гідроудару на обладнання свердловини проточці плунжера і в отворах корпуса Плунжер В основу винаходу поставлено задачу спробуде також зафіксований у верхньому положенні, щення технології проведення пдроударів і регулюа отвори 17 і 18 клапана будуть закриті до повторвання їх енергії, збільшення енергії ударів і його ного наростання тиску до рівня порогу спрацюванККД ня Ця мета досягається оснащенням ГП вузлом регульованого порогу На фіг 1,2,3 приведена Таким чином ГП буде періодично створювати конструкція пропонованого ГП, на - компоновка пдроударні імпульси до тих пір, поки різниця гідрообладнання для роботи ГП в свердловині статичних тисків на його вході і виході буде періодично наростати до величини, більшої порогу В склад ГП входять кожух 1, корпус 2, хвостоспрацювання (доки буде працювати насосновик 3, плунжер 4, пружина плунжера 5, ролики 6, компресорний агрегат) поршень 7 з гайкою 8, пружина 9 поршня, упор 10, амортизатори 1 1 В плунжері 4 і в гайці 8 зроблено Висока крутизна фронту, створюваного пропопроточки 12, а в корпусі 2 - радіальні отвори 13 під нованим ГП, пояснюється наступним При наявноролики 6 В радіальний отвір 14 корпуса 2 і в паз сті порогу спрацювання плунжер починає рух не 15 гайки вставлено шпильку 16 Функцію клапана від мінімального перепаду тисків, як у прототипі, а для руху рідини при пдроударі виконують радіальпід дією заданої порогової сили F Прискорення д, ні отвори 17 в плунжері і 18 в корпусі Кожух 1 і з яким рухається плунжер ПІД ДІЄЮ порогової сили хвостовик 3 з'єднані з корпусом різьбовими з'єдF, визначимо за формулою Ньютона наннями 19 На хвостовику 3 виконано конічне g=F/m (1), посадочне місце 20 Для приєднання ГП до геофіДе зичного роз'єму, або до інших пристроїв служить F=P-S (2) різьбова частина 21 і отвір 22 Якщо ГП працює Р - перепад тисків на плунжері, самостійно, то отвір 22 заглушують S = 0,8-(D2 - d2) - площа нижнього торця плунжера, 52866 8 D i d - ЗОВНІШНІЙ і внутрішній діаметри торця плунжера Для реальних даних, наприклад Р= 400атм, D = 5см і d = 4см F = 2880кгс Якщо при цьому m = 0,5кг, то g = 2280/0,5 = 5760см/с2 Час Т проходження плунжером шляху довжиною L = 5см визначимо за формулою для рівномірно прискореного руху s=gtz/2 (3), ГП і внутрішнім діаметром НКТ (на вході клапана) Для зменшення діаметра d необхідно зменшити діаметр осьового отвору в корпусі При цьому також буде зростати гідродинамічний опір на виході клапана Зростання опору призведе до затягування фронту 3 врахуванням складності форм конструкцій розрахунок гідродинамічного опору є недоцільним, а величини D I d в пропонованому ГП вибрані конструктивно, виходячи з мінімально допустимої МІЦНОСТІ конструкції ГП і очікуваної довжини фронту 5t (4) Для зменшення гідродинамічного опору площа отворів клапана вибрана максимально великою з врахуванням мінімально допустимої МІЦНОСТІ плунжера і корпуса, а кромки отворів згладжені Відношення сили F до сили тертя роликів по поверхні трубки тим більше, чим гостріший край торця проточки (чим менший радіус перехода від циліндричної поверхні до торцевої поверхні), тому торець проточки повинен бути гострим Під ДІЄЮ СИЛИ Р ролики перекочуються через кромку проточки Гострі краї кромки мають малу площу При цьому нагрузки на кромку можуть перевищувати поріг текучості металу, і кромка буде притуплюватись В таких умовах найкраща форма поверхні роликів - бочкоподібний циліндр із діаметром кривизни слизьким до внутрішнього діаметра проточки в плунжері Така кривизна збільшує площу контактування, зменшує локальні контактні тиски і притуплювання кромки Досвід багатократного використання на свердловинах пропонованого ГП навіть із сферичними кільками показує, що його ресурс достатній для очистки 10 15 свердловин Така ДОВГОВІЧНІСТЬ ГП робить його доцільним для очистки ПЗП Пропонований ГП може працювати також і без СН в колоні НКТ, оснащеній на рівні пласта посадочним гніздом, якщо створювати між НКТ і затрубним простором тиск з допомогою насоснокомпресорного агрегату Література 1 Кудинов В Й , Сучков Б М Методы повышения производительности скважин Самара, 1996 2 Устройство УСМД2-114 для создания многократных высоких давлений на пласт Техническое описание и инструкция к эксплуатации СКТБ "НЕДРА", г Ивано-Франковск, 1988 3 Дыбленко В П и др Повышение продуктивности и реанимация скважин с применением виброволнового воздействия М , «Недра», 2000 г 4 Устройство для воздействия на призабойную зону скважин Бурнашов Л Д , Шмырин В Г А С 1615341, МКИ Е 21 В 43/25 БИ 1990 5 Андре Арго Математика для радиоинженеров М Наука 1965 6 Кузнецов О Л , Ефимова С А Применение ультразвука в нефтяной промышленности М Недра 1983 ЗВІДКИ t=D2L/g=D2L/F Розмір 5L отвору клапана вздовж осі труби, виконаного в корпусі і розміщеного на віддалі 4см, від початкового розміщення отвору в плунжері, дорівнює 1см Час 5t відкривання цього отвору визначимо за формулою (5) =Q, 0 0 4 3 c Період гармоніки, яка відповідає цьому фронту, Т ~ 45t = 0,017с, що відповідає частоті 1/0,017=60Гц Як видно з допомогою пропонованого ГП можна досягти значно коротшого фронту імпульсу (на 2 3 порядки коротшого ніж у прототипі) і розширити спектр коливань Це дає такі переваги збільшується ККД (більша доля енергії поглинається ближньою найбільш забрудненою зоною)/ зменшується негативний вплив пдроударів на обладнання свердловини (за рахунок високого ККД можна досягти доброї очистки при меншій амплітуді удару) Пропонований ГП має ще одну перевагу в ньому помилка відпрацювання порогу (затримка на спрацювання) є незначною і на порядки меншою ніж у прототипі, що пояснюється короткочасністю процесу розблокування плунжера і високою швидкістю V його руху Так на віддалі 5см від проточки для приведених вище даних V = 151 м/с Із (5) видно, що для зменшення часу 5t відкривання отвору необхідно зменшувати масу m рухомої частини, розмір отвору 5L і збільшувати силу F Для зменшення маси m необхідно зменшувати об'єм плунжера, а саме площу його перерізу S і довжину Зменшення діаметра D і збільшення d обмежується міркуваннями МІЦНОСТІ І зменшенням сили F, вибрана трубчата форма плунжера дозволяє при мінімальній масі досягати високої СТІЙКОСТІ форми (при дії перепадів тиску) Мінімізації довжини плунжера досягається конструктивними мірами - взаємним розміщенням порогового вузла і клапана Для збільшення сили F необхідно збільшувати площу перерізу плунжера, на яку діє перепад тисків - збільшувати D і зменшувати d 3 ростом діаметра D росте сила F, але росте і маса плунжера і гідродинамічний опір рухові рідини в просторі між 10 52866 A-A Й ФІГ. 2 Фіг. З Фіг. 1 Фіг. 4 / 11 52866 ФІГ. 5 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 12