Спосіб роботи насосно-ежекторної свердловинної імпульсної установки

1. Спосіб роботи насосно-ежекторної свердловинної імпульсної установки, що включає подачу насосним агрегатом активного рідкого середовища по колоні насосно-компресорних труб (НКТ) у сопло струминного апарата і відкачку струминним апаратом із пластової зони по колоні НКТ пасивного середовища, при цьому перед зазначеними операціями за допомогою блокувальної вставки, встановленої в колоні НКТ, перекривають канали підведення обох середовищ до струминного апарата, приводять пакер у транспортний стан і за допомогою гідроімпульсного пристрою обробляють активним середовищем присвердловинну підпаркерну зону з відводом через пакер частини середовища зі свердловини на поверхню, а після закінчення даної обробки приводять пакер у робоче положення і замінюють блокувальну вставку на депресивну вставку, ізолюючи один від одного канали підведення активного і пасивного середовищ до струминного апарата, причому відкачку пасивного середовища роблять через систему зворотних периферійних клапанів, установлених на колоні НКТ нижче пакера, який відрізняється тим, що активне робоче середовище виробляють шляхом попередньої фільтрації робочої рідини через фільтр грубої очистки, пропускають через аератор, який через зворотний клапан з’єднаний з компресором чи ємністю з стисненим газом (азот, СО2), в подальшому активне рідке середовище направляють через вертлюг в НКТ, при цьому для попередження виникнення зворотного потоку в 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до нафтовидобувної промисловості і може бути використаний при експлуатації нафтових і газових свердловин, для очищення і ліквідації утворених в них гідратних і парафінових відкладень, та пробок. Відомий спосіб ліквідації гідратних і парафінових відкладень і пробок у нафтових і газових свердловинах по патенту Росії №2134340, що включає операції: монтаж трубопровідної арматури, загальної під продукти плавлення і нафту, введення в робочу зону труби нагрівального приладу, закріпленого на кабелі, установку в трубі торцевого ущільнювача, з'єднання кабелю з джерелом живлення, проходку труби нагрівальним приладом і його виводом з робочої зони труби. Загальним недоліком приведеного способу є те, що він не забезпечує захист нагрівального приладу, у випадку різкого збільшення тиску в трубі. Підвищення тиску в трубі виникає у випадку часткового руйнування пробки в трубі, через яку починає фонтанувати нафта, а в момент її повної ліквідації нафта, що витікає із труби, викликає в ній різке підвищення тиску, у результаті чого, гідроударом із труби викидається нагрівальний прилад, і створюється аварійна ситуація. Відомий спосіб роботи комбінованого комплексу "Імпульс-7S" [див. А.П. Кічігін, Єгер Д.О. "Канонічні ансамблі в процесах інтенсифікації видобутку нафти" - К.: Техніка, 2002. ст.151-155, фіг.9.14], що включає нагнітання в НКТ робочої рідини через лінію нагнітання, вплив на пласт енергією хвильового імпульсу, з'єднання затрубного простору НКТ з лінією злива. Даний спосіб містить ємність з робочою рідиною, насос високого тиску для нагнітання в НКТ робочої рідини, засувку - лінія нагнітання. Лінія зливу виконана таким чином, що рідина збирається в ємність для збирання. Генерація гідроударів на привибійну зону здійснюють гідромолотами, які встановлені на усті свердловини та генерують гідроудари, які через перехідний патрубок передаються на резонатор. До недоліків приведеного винаходу можна віднести те, що використання такої обв'язки устаткування й устя свердловини та генераторів гідроімпульсів не дає можливість підвищити якість очищення привибійної зони, продуктивність, наприклад, нафтових свердловин за рахунок більш якісної очистки привибійної зони свердловини та зменшенні енерговитрат. Найбільш близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є спосіб роботи насосноежекторної свердловинної імпульсної установки (RU2138696) згідно до якого здійснюють подачу активного рідкого середовища по колоні насоснокомпресорних труб у сопло струминного апарата і відкачку струминним апаратом із пластової зони по колоні насосно-компресорних труб (НКТ) пасивного середовища. Перед зазначеними операціями за допомогою вставки, що блокує, яка встановлюється в колоні НКТ, перекривають канали підведення обох середовищ до струминного 68022 4 апарата, приводять пакер у транспортний стан і за допомогою гідроімпульсного пристрою обробляють активним середовищем привибійну підпакерну зону, з відводом через пакер частини середовища зі свердловини на поверхню. Після закінченняданої обробки приводять пакер у робоче положення і заміняють вставку, що блокує, на депресивну вставку, ізолюючи один від одного канали підведення активного і пасивного середовищ до струминного апарата. Відкачку пасивного середовища роблять через систему зворотних периферійних клапанів, установлених на колоні насосно-компресорних труб нижче пакера. Як гідроімпульсний пристрій використовують установлений нижче перфорації привибійної зони мультиплікатор тиску, який при обробці східчасто або плавно піднімають уздовж свердловини і роблять обробку з частотою створюваних імпульсів від 40 до 70 у хвилину і з величиною тиску від 1,5 до 1,7 величини статичного тиску в свердловині на рівні пласта, при цьому в якості активного рідкого середовища використовують неагресивні рідини або розчини з кінематичною в'язкістю не більш 25мм2/с (25сСт, сантистокс) і температурою не вище 120 С. До недоліків приведеного винаходу можна віднести: енергоємність при використанні гідроімпульсного пристрою (мультиплікатора тиску) та його незначну продуктивність, так як конструкція мультиплікатора не дозволяє максимально використовувати енергію потоку й не забезпечує його рівномірного перерозподілу по всьому об'єму в обсадній трубі та в зоні пристрою; - не використання явища вторинної кавітації (при зміні швидкісного напору в газорідинному середовищі відбувається захлопування кавітаційних порожнин, що супроводжується утворенням спрямованих струмків рідини, що мають величезну кінетичну енергію); - вибірковість при виборі активного рідкого середовища, саме використання неагресивних рідин або розчинів з кінематичною в'язкістю не більш 25мм2/с (25сСт, сантистокс) і температурою не вище 120 С. Важливим фактором як продуктивності роботи установки є її ремонтопридатність швидкозношуваних деталей та їх монтаж, що стосується мультиплікатора тиску то він має низьку ремонтопридатність. В основу винаходу поставлено задачу, удосконалити спосіб роботи насосно-ежекторної свердловинної імпульсної установки таким чином, щоб зросла якість очищення внутрішньої поверхні труб нафтових і газових свердловин від гідратних і парафінових відкладень і пробок та привибійної зони, щоб підвищилась продуктивність нафтових свердловин при цьому зменшились енерговитрати. Супутні задачі, які ставляться перед винаходом, це покращити ремонтопридатність 5 68022 6 гідроімпульсного пристрою та уникнення гою контуру з ЕОМ визначають величину скінвибірковості при виборі активного рідкого середоефекту, при цьому обробку ведуть до одержання вища. величини скін-ефекту рівного або менше нуля. Поставлена задача вирішується тим, що удоВідмітимо, що для запобігання зворотного посконалюють відомий спосіб роботи насоснотоку в лінії нагнітання встановлені зворотні клапаежекторної свердловинної імпульсної установки, ни, а саме після компресора і фільтра грубої очизгідно до якого здійснюють подачу активного стки (встановлено після насосів високого тиску). рідкого середовища по колоні насосноЗаявлена сукупність суттєвих ознак, як видно компресорних труб у сопло струминного апарата і із раніш приведених доводів та із рівня техніки має відкачку струминним апаратом із пластової зони новизну, винахідницький рівень та є промислово по колоні насосно-компресорних труб (НКТ) папридатною, при виключенні хоча б однієї ознаки сивного середовища. Перед зазначеними винахід не забезпечить заявлений технічний реопераціями за допомогою вставки, що блокує, яка зультат. встановлюється в колоні НКТ, перекривають канаПерелік креслень, що пояснюють спосіб: ли підведення обох середовищ до струминного На фіг.1 - схема обв'язки устаткування й устя апарата, приводять пакер у транспортний стан і за свердловини ; допомогою гідроімпульсного пристрою обробляфіг.2 - схема підземного устаткування; ють активним середовищем привибійну підпакерну фіг.3 - представлений поздовжній розріз призону, з відводом через пакер частини середовища строю для очищення призабійної зони в момент зі свердловини на поверхню. Після закінчення витікання плоского високошвидкісного кільцевого даної обробки приводять пакер у робоче положентурбулентного струменя; ня і заміняють вставку, що блокує, на депресивну фіг.4 - крива падіння тиску методом дотичних. вставку, ізолюючи один від одного канали Насосно-ежекторна свердловина імпульсна підведення активного і пасивного середовищ до установка (фіг.1) призначена для реалізації описуструминного апарата. ваного способу роботи, містить ємність 1 з робоВідкачку пасивного середовища роблять через чою рідиною, насоси високого тиску 2, фільтр систему зворотних периферійних клапанів, устагрубої очистки 3, аератор 4, компресор 5 або новлених на колоні насосно-компресорних труб ємність 6 з стисненим газом (азот, СО2). Аератор 4 нижче пакера. з компресором 5 й фільтром грубої очистки 3 Згідно до заявленого винаходу як з'єднаний через зворотні клапани 7, й утворить гідроімпульсний пристрій використовують усталінію нагнітання. Нагнітання в НКТ робочої рідини новлений нижче перфорації привибійної зони ос(води, нафти, кислот й т.д.) проводиться через новний й передвключений кавітатори, причому вертлюг 8, для того щоб мати можливість основний кавітатор формує швидкісний напірний ступінчато або плавно просувати працюючу струмінь, а передвключений створює зону з втоімпульсну установку уздовж інтервалу перфорації ринною кавітацією. при безперервній подачі в НКТ робочої рідини. Задача вирішується також завдяки наступному Лінія нагнітання додатково постачена засувками 9, порядку проведення роботи: 10, причому вертлюг 8 зв'язаний через буровий - робочу рідину попередньо фільтрують через рукав 11. фільтр грубої очистки та аерують газом, наприкУщільнення рухомого з'єднання НКТ забезпелад, повітря, азот, СО2; чується привентером 12. Затрубний простір зв'я- фільтрують через фільтр тонкої очистки та заний з лінією зливу й ємністю 1, для робочої ріпрокачують у гідроімпульсний пристрій; дини, через запобіжний клапан 13. Крім того лінія - генерують на привибійну зону свердловини зливу додатково постачена датчиком тиску 16, швидкісний напірний струмінь, щонайменше один зв'язаним з насосами високого тиску 2 через перета створюють зону із вторинною кавітацією; творювач, наприклад, АЦП, 17, ЕОМ 18, перетво- злив робочої рідини з затрубного простору по рювач, наприклад, ЦАП, 19, виконавчий механізм лінії зливу через запобіжний клапан; у вигляді гідроциліндра 20. - створюють надлишковий тиск насосами виНасосно-ежекторна свердловина імпульсна сокого тиску, наприклад, 10МПа; установка (фіг.2) крім того містить колону 21 насо- закривають лінію зливу та нагнітання засувсно-компресорних труб (НКТ) й установленими на ками; колоні 21 струминний апарат 22, пакер 23, блок - виключають насоси високого тиску та на зворотних клапанів 24, фільтр тонкої очистки 25, протязі, наприклад, одної години спостерігають за гідроімпульсний пристрій 26 й глибинний свердлозміною тиску в затрубному просторі та фіксують винний манометр 27. зміни в контур керування - обробки, який виконаДля наочності приведемо короткий опис ний у вигляді послідовно з’єднаних датчик тиску, гідроімпульсного пристрою 26, що складається з перетворювача, виконавчого механізму (наприкпередвключеного та основного кавітаторів. лад, (АЦП), ЕОМ, перетворювач (ЦАП), виконавОсновний кавітатор має корпус 28, напрямну чий механізм (гідроціліндр)), виконавчий механізм 29, втулку 30 з конусним отвором й кільцеву за(гідроціліндр), з’єднаний з насосами високого тисглушку 31, яка підпружинена тарілчастими пружикущо з'єднує затрубний простір з насосами високонами 32. го тиску; Передвключений кавітатор виконаний у - інтерпретують отримані дані зміни тиску за вигляді циліндричної втулки 33, яка для з'єднання методикою оперативного визначення додаткових з НКТ має перехідник 34. Втулка 30 з фільтраційних опорів у привибійній зоні за допомопідпружиненою кільцевою заглушкою 31 на 7 68022 8 зовнішніх й внутрішніх бокових поверхнях утворюцесах імплозії та викликає могутні гідравлічні удають кільцеві конусні канали. Напрямна 29 з корпури при заповненні газових бульбашок рідиною під сом 28 утворюють прохідні канали й закріплена в впливом гідростатичного стовпа рідини в корпусі 28 циліндричною втулкою 33 й втулкою 30 свердловині. з конусним отвором. Процес виділення розчиненого газу Підпружинена кільцева заглушка 31 з напрямпідсилюється за рахунок використання ною 29 виконана з можливістю переміщення. Назапобіжного клапана 11 на лінії зливу. прямна 29 постачена хвостовиком 35 із трубною Так же утворюєтеся гидроударний вплив на нарізкою, що дозволяє підвісити трубу з заглушпластову систему потоком рідини від насосного кою, усередині якої розміщається глибинний агрегату за разунок його періодичного перекриття. свердловинний манометр-термометр (не показаСпосіб роботи насосно-ежекторної скважинної но) для замірів тиску та температури в процесі імпульсної установки реалізується в такий спосіб. роботи установки. Робочу рідину з ємності 1 насосним агрегатом Циліндрична втулка 33 передвключеного (насосами високого тиску (фіг. 1)) 2 подають під кавітатора, встановлена по ходу потоку перед остиском до фільтра грубой очистки 3, де її попеновним кавітатором, і має на зовнішній боковій редньо очищають від частинок бруду. Після очистповерхні кільцеві виточки 36, що утворюють ки робочу рідину аерують аератором 4 (створюють кільцеві трубки Вентурі з внутрішньою поверхнею активне рідке середовище). обсадних труб. Відмітимо, що замість аератора 4 може бути Опишемо фізичні процеси, які будуть протікати використано і енжектор, в робочую камеру якого при роботі установки та роботу установки: компресором 5 під тиском, подають повітря чи Імпульсно-хвильовий вплив на призабійні зони стиснений газ (азот, СО2) з ємності 6. А для попесвердловин ґрунтується на явищі кавітації в рідині, редження зворотного ефекту на виході компресщо створюється затопленими швидкісними плосора 5 та фільтра грубой очистки 3 встановлені скими турбулентними кільцевими струменями й зворотні клапани 7. закипаючими адіабатними потоками при витіканні Вставка, що блокує описана, наприклад в рідини зі спеціальних пристроїв - імпульснокнизі: [Хоминец З.Д. Перспективы применения хвильових генераторів. эжекторных многофункциональных пластоиспытаПри прокачуванні робочої рідини через телей геофизическими организациями // НТВ «Кагідроімпульсний пристрій 26 у привибійній зоні ротажник. Тверь: Изд. АИС, 2004г., Вып.7(120)., ст. свердловини генеруються ударні імпульси й 102,103] її встановлюють на НКТ після чого привовібрації тиску, що формують ударні гідродинамічні дять пакер в транспортное положення і хвилі тиску, які поширюються по твердому кістяку відкривають заслонку 10 та аерують аератором 4, пласта й у його пористій структурі. чи ежектором рабочую рідину і під тиском по Механізм виникнення інтенсивних ударних колоні НКТ 21 подают в насосно-ежекторну устаімпульсів й вібрації тиску, що ініціюють хвильові новку. процеси, складається з ряду факторів: Де під колоні 21 насосно-компресорних труб - одним з факторів процесу впливу на пластоподають під тиском у насосно-ежекторну установву систему служить швидкісний напір плоским ку активне рідке середовище, активоване аератокільцевим струменем при витіканні рідини в ром 4, чи ежектором, у який робоча рідина свердловину (із гідроімпульсного пристрою 26 подається насосом високого тиску 2. (фіг.3); Компресором 5 подається повітря або ємністю - іншим фактором є виникнення парових по6 з стисненим газом (азот, СО2) в робочу камеру рожнин й бульбашок газової фази (кавітаційні поежектора під тиском, при цьому тиск робочої рожнини) - зона первинної кавітації швидкісний рідини на вході в гідроімпульсний пристрій складе, струмінь, вторинної кавітації при проходженні наприклад, 16 МПа. рідини через предвключений кавітатор 33 різного Під робочим тиском активне рідке середовище розміру, внаслідок розривів суцільності потоку по колоні НКТ 21, подається в струменевий апарат рідини, а саме кільцевими виточками 36 (фіг.3) 22, пакер 23, блок зворотних клапанів 24 та фільтр передвключеного кавітатора. При зміні тонкої очистки 25 (застосовується для очистки від швидкісного напору в газорідинному середовищі випадково попавших частинок бруду), надходить у відбувається захлопування кавітаційних порожнин, гідроімпульсний пристрій 26, установлений нижче що супроводжується утворенням спрямованих перфорації присвердловинної зони, прискорююструмків рідини, що мають величезну кінетичну чись та заторможуючи в передвключеному енергію. При цьому виникають численні гідравлічні кавітаторі робоча рідина проходить через удари, частота й амплітуда яких визначається бувнутрішню порожнину перехідника 34, циліндричну довою парових порожнин й концентрацією газової втулку 33, прохідні канали, що утворені корпусом фази в рідині; 28 і напрямною 29 і надходить у порожнину утво- третій фактор виникнення гідравлічних ударів рену конусним отвором втулки ЗО і кільцевою замає місце при використанні в якості робочої рідини глушкою 31 підпружиненою тарілчастими пружи- аеровану рідину аератором 4, що містить розчинами 32. Через зусилля, яке створюють пружини нений газ. При цьому газ може виділятись з розчи32 у цій порожнині підвищується тиск і кільцева ну в зоні дії високошвидкісного затопленого турбузаглушка 31 починає переміщатися, у результаті лентного струменя. За рахунок виділення газу утвориться гідравлічний зв'язок між кільцевими утворюється газорідинна суміш, що має підвищену конусними каналами. Таким чином формується стискальність, яка відіграє роль порожнин у провисокошвидкісний пульсуючий турбулентний 9 68022 10 кільцевий струмінь, спрямований перпендикулярЗа допомогою насосів високого тиску 2 ствоно на внутрішню поверхню обсадної труби, яка рюють у свердловині надлишковий тиск, у перестворює ударні імпульси в привибійній зоні пласта. важному варіанті виконання, 10МПа. Закривають У результаті витікання вільно затопленого струмезасувки 14, 10 й виключають насоси високого тисня і його взаємодії з поверхнею відбувається вику 2. никнення парових порожнин і бульбашок газової Протягом 1 години через датчик тиску 16, пефази (кавітаційні порожнини) різного розміру, ретворювач 17, ЕОМ 18 фіксують зміну тиску в внаслідок розривів цільності потоку рідини. часі інтерпретуючи отримані дані за допомогою При зміні швидкісного напору в газорідинному методики оперативного визначення додаткових середовищі відбувається захлоплювання фільтраційних опорів у привибійній зоні пласту, кавітаційних порожнин, що супроводжується утворозраховують величину скін-ефекту. При ренням спрямованих струмків рідини, які мають одержанні величини скін-ефекту більше нуля, сигзначну кінетичну енергією. При цьому виникають нал надходить на перетворювач 19 та на виконавчисленні гідравлічні удари, відбувається місцеве чий механізм 20, який здійснює включення насосів підвищення тиску у затрубному просторі в високого тиску 2. результаті кільцева заглушка 31 повертається у Обробку ведуть до одержання величини скінпочаткове положення, далі цикл роботи пристрою ефекту рівного або менше нуля. повторюється. Приклад розрахунків скін-ефекту: При подальшому русі робочої рідини в затрубВиміри проводилися гирловим манометром ному просторі рідина надходить у кільцеві виточки МГН-2-160. Збір, збереження і переробка 36 циліндричної втулки 33 передвключеного кавірезультатів здійснюється ЕОМ. Величина скінтатора, які утворюють із внутрішньою поверхнею ефекту до початку обробки склала S=0.4, обсадної труби кільцеві трубки Вентурі в результапроникність привибійної зони менше проникності ті відбувається утворення додаткових парових шару. порожнин і бульбашок газової фази по всій його Час обробки сім годин. довжині, що робить додатковий вплив на призаІнтерпретація отриманих результатів вимірів бійну зону пласта. виконана по методу дотичної без обліку припливу Пласт знаходиться під репресією. При (фіг.4): досягненні визначеного тиску в затрубному 1. На підставі даних вимірів будується крива просторі, запобіжний клапан 12 спрацьовує, що падіння тиску у координатах: приводить до різкого стравлення тиску на вибої P( t ) log t; свердловини, що сприяє зривові кольматуючих 2. На прямолінійній ділянці кривої проводиться часток у привибійній зоні пласта. дотична і визначається її кут нахилу: У затрубному просторі створюється хвиля і=22.7 ат; зниженого тиску, з величиною тиску який 3. Визначається відрізок на осі ординат від визначається початковим перепадом тиску на нуля до крапки перетину цієї осі з продовженням запобіжному клапані 12. При досягненні хвилі знипрямолінійної ділянки В=-47.1ат; женого тиску вибою, тиск рідини на вибої 4. Визначаємо комплексний параметр: виявляється нижче тиску пароутворення робочої Х/r2=10B/I/2,25=3.7*103c-1 ; рідини, у цьому місці починається пароутворення. 5. Визначаємо величину скін-ефекту: З рідини виділяються бульбашки пари, слідом за S 1.15 * { Pt 3600 / i log X / r 2 3.908} якими відбувається порушення суцільності потоку рідини. 1.15 * {33.21/ 22.7 lg( 3.7 * 10 3 ) 3.908} Виникаючі імпульси тисків розкривають 0.015. природні колектора й сприяють виникненню нових У результаті обробки проникненість притріщин, які мають підвищену гідропровідність, що вибійної зони стала більше проникності шару. дозволяє піддавати ударним навантаженням При закінчення обробки свердловину глушать, більш віддалені від вибою ділянки пласту. демонтують лінію нагнітання, монтують фонтану Накладаючи один на одного ударні хвилі різної арматуру, зворотньою промивкою підіймають природи формують у пористому середовищі вставку, що блокує. привибійної зони свердловини нерівномірне поле Фонтану арматуру демонтують та приводять тиску, під впливом якого відбувається очищення пакер в робоче положення, а в струменному пір від опадів, розширення й закріплення тріщин. апараті встановлюють депресивну вставку. Потім Одночасно з цим під дією тиску активного сешляхом прокачки активного середовища через редовища закритий її прохід через блок зворотних струмений апарат в присвердловинній зоні ствоклапанів 24. При цьому пакер 23 приведений у рюють депресію, визиваючи притік рідкого середотранспортний стан і не перешкоджає перетіканню вища їх пласта та вимиваючи таким чином із середовища між підпакерной і надпакерной зонаприсвердловинної зони взважені частки. ми. Проводять відкачку середовища через В процесі обробки без підіймання устаткуванзворотні клапани 24. Проводять повторні заміри ня; для визначення величини скін-ефекту. 11 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 68022 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601