Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЗАЛЕЖЬ

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при вибросейсмическом воздействии для повышения нефтеотдачи пластов.

Известна установка нанесения ударов падающим ударником по пласту, вскрытому возбуждающей скважиной, с использованием гидравлической энергии для подъема ударника, содержащая ударник для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины подъемное устройство, связанное с ударником, прерыватель подъема ударника и наковальню (RU 2106471, 1998).

Известная установка имеет низкие функциональные возможности и ограниченную область применения из-за необходимости прекращать добычу нефти из возбуждающей скважины на весь период осуществления воздействия.

Известна также установка для вибросейсмического воздействия на залежь, содержащая ударник для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины подъемное устройство, связанное с ударником, и наковальню, причем подъемное устройство выполнено в виде корпуса, в котором находятся плунжер с проходным каналом, клапан и верхний ограничитель подъема плунжера, при этом пространство между внешней поверхностью корпуса подъемного устройства и внутренней поверхностью скважины перекрыто пакером, а пространство над плунжером подъемного устройства имеет гидравлическую связь с всасывающей линией скважинного насоса (RU 2164287, 2001). Работа данной установки заключается в нанесении ударов падающим ударником по пласту одновременно с добычей нефти из возбуждающей скважины и подъеме ударника с помощью плунжера за счет использования энергии потока среды, добываемой из скважины.

Известное устройство, как показали экспериментальные стендовые испытания, имеют низкую надежность и ограниченные функциональные возможности. Это является следствием соединения клапана и ударника с помощью гибкого каната, который неоднократно рвался в процессе стендовых испытаний. Кроме того, из-за гибкой связи между клапаном и ударником плунжер при падении вниз совершал бесполезные удары по нижнему ограничителю, установленному в корпусе подъемного устройства. Испытания показали также, что при высоких подачах жидкости происходит отрыв клапана от плунжера в самом начале хода вверх из-за резкой передачи веса ударника на клапан. Установка полностью теряла при этом свою работоспособность.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является установка, содержащая ударник для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины подъемное устройство, связанное с ударником, и наковальню, причем подъемное устройство выполнено в виде корпуса, в котором находятся плунжер с проходным каналом, центратор-ограничитель подъема ударника и клапан, при этом пространство между внешней поверхностью корпуса подъемного устройства и внутренней поверхностью скважины перекрыто пакером, а пространство над плунжером подъемного устройства имеет гидравлическую связь с всасывающей линией скважинного насоса, причем клапан соединен с ударником посредством штока и является нижним ограничителем падения плунжера, а ударник со штоком и клапаном служат для передачи энергии ударов падающего плунжера на наковальню (RU 2206729, 2003). В вариантах исполнения установки соединение нижней части штока с ударником выполнено подвижным, причем нижняя часть штока снабжена пятой, а в верхней части ударника имеется полость с крышкой, в которой расположено отверстие для прохода штока, при этом между пятой штока и крышкой установлена пружина сжатия.

Известное устройство, как показали промысловые испытания, имеет низкую надежность.

В варианте выполнения известной установки угол конусности клапана находится в диапазоне от 1 до 10°. Это условие должно было обеспечить эффективный конусный захват и кратно повысить надежность сцепления между клапаном и плунжером при подъеме ударника. Однако, как показали эксперименты, данный угол конусности обеспечивает настолько сильный конусный захват, что последующее разъединение клапана и плунжера требует огромных значений давления рабочей жидкости на торцевую поверхность плунжера, что в скважинных условиях является резко негативным фактором.

В другом варианте выполнения известной установки на клапане установлены рычаги для создания дополнительного усилия по открытию клапана, при этом плунжер снабжен упором для рычагов. Это должно было дать возможность быстро и надежно открыть клапан в верхней точке подъема без создания избыточного перепада давления. Однако, как показали исследования, в условиях наличия механических примесей и корозионноактивных веществ в скважинной продукции надежность данного механизма невысока.

Задачей изобретения является повышение надежности работы установки для вибросейсмического воздействия на залежь и обеспечения возможности оптимального управления режимом работы установки независимо от расхода скважинной продукции.

Поставленная задача достигается тем, что установка для вибросейсмического воздействия на залежь содержит ударник для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины подъемное устройство, связанное с ударником, и наковальню, причем подъемное устройство выполнено в виде корпуса, в котором размещены плунжер с проходным каналом, центратор-ограничитель подъема ударника, выполненный в виде подшипника скольжения с проходными отверстиями, и клапан с седлом, при этом клапан соединен со штоком, связанным с ударником посредством гидравлического демпфера, пространство между внешней поверхностью корпуса подъемного устройства и внутренней поверхностью скважины перекрыто пакером, а пространство над плунжером подъемного устройства имеет гидравлическую связь с всасывающей линией скважинного насоса,

В предпочтительных вариантах исполнения установки:

- плунжер выполнен разборным,

- седло снабжено магнитом для обеспечения дополнительного прижатия к клапану,

- нижняя часть штока снабжена пятой, а в верхней части ударника выполнена полость с крышкой, в которой выполнено отверстие для прохода штока.

Достигаемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей установки, в повышении качества сцепления плунжера и клапана, а также снижении ударных нагрузок на шток.

Расширение функциональных возможностей установки для вибросейсмического воздействия на залежь достигается тем, что плунжер выполнятся разборным, состоящим из непосредственно плунжера и седла, что позволяет производить смену режима работы установки, посредством замены седла с одним проходным сечением на седло с другим (меньшим или большим), тем самым изменяя режим работы установки.

Повышение надежности и работоспособности установки для вибросейсмического воздействия на залежь достигается тем, что седло имеет в своем составе магнит типа «самарий-кобальт», что обеспечивает необходимое дополнительное усилие захвата клапана.

Повышение наработки на отказ установки достигается тем, что исполнение соединения нижней части штока с ударником представляет собой гидравлический демпфер, так нижняя часть штока снабжена пятой, а в верхней части ударника имеется полость с крышкой, в которой расположено отверстие для прохода штока. В полости верхней части ударника выполнены отверстия, соединяющие полость с пространством скважины. Данная конструкция, с одной стороны, позволяет в начале хода вверх плавно передавать нагрузку от веса ударника на плунжер подъемного устройства и устраняет опасность резкого отрыва плунжера от клапана, а с другой стороны, снижает негативные ударные воздействия на шток в момент падения плунжера на клапан. Отверстия служат для устранения поршневого эффекта при движении штока с пятой относительно ударника. Отсутствие между пятой штока и крышкой пружины сжатия, упругие силы которой повышают вероятность расцепления клапана и седла, при наличие затухающих колебаний пружины, возникающих в момент падения плунжера на клапан и продолжающихся в процессе их дальнейшего совместного движения, также увеличивает надежность работы установки.

На фиг.1 представлена схема установки для вибросейсмического воздействия на залежь, на фиг.2 представлена схема разборного плунжера, на фиг.3 изображена схема захвата клапана и седла, на фиг.4 - гидравлический демпфер.

Установка для вибросейсмического воздействия на залежь (см. фиг.1) содержит ударник 1 для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины 2 подъемное устройство 3, связанное с ударником 1, и наковальню 4. Подъемное устройство 3 выполнено в виде корпуса 5, в котором находятся плунжер 6 с проходным каналом 7, клапан 8 и центратор-ограничитель 9 подъема ударника 1, при этом пространство между внешней поверхностью корпуса 5 подъемного устройства 3 и внутренней поверхностью скважины 2 перекрыто пакером 10, а пространство 11 над плунжером 6 подъемного устройства 3 имеет гидравлическую связь с всасывающей линией 12 скважинного насоса 13. Клапан 8 соединен с ударником 1 посредством штока 14. Наковальня 4 соединена с помощью элемента 15 (например, цементного моста) с пластом 16. На штоке 14 расположена манжета 17, необходимая для создания упругого упора ударника 1 в центратор-ограничитель 9 при достижении ударником 1 верхнего положения.

На фиг.2 представлена схема конструкции разборного плунжера, имеющего в своем составе непосредственно плунжер 6 и седло 18, позволяющая оперативно менять седло 18, с целью изменения режима работы установки и замены износившейся в процессе работы контактной поверхности 19 седла 18.

На фиг.3 представлена схема соединения клапана 8 и седла 18, в конструкции которого присутствует магнит 21, с целью обеспечения эффективного захвата при сцеплении седла 18 с клапаном 8. Магнит 21 расположен в седле 18 таким образом, что силовые магнитные линии замыкаются через клапан 8, тем самым обеспечивая дополнительное усилие прижатия клапана 8 к седлу 18. Фиксация положения магнита 21 осуществляется с помощью крышки 20.

На фиг.4 представлен гидравлический демпфер, исполненный как соединение нижней части штока 14 с ударником 1, служащий для снижения динамических ударных нагрузок, возникающих при падении плунжера 6 на клапан 8.

Нижняя часть штока 14 при этом снабжена пятой 23, а в верхней части ударника 1 имеется полость 24 с крышкой 25, в которой выполнено отверстие 26 для прохода штока 14. В полости 24 верхней части ударника 1 могут располагаться отверстия 28 и 29, соединяющие полость 24 с пространством скважины 2.

При этом центрирование штока 14, обеспечивающее центрирование клапана 8 и ударника 1, достигается при помощи центратора-ограничителя падения ударника 9, который также выполняет функцию ограничителя подъема ударника, исполненного в виде подшипника скольжения, имеющего проходные отверстия, так, что при достижении ударником 1 верхнего положения и упора манжеты в центратор-ограничитель отверстия остаются открытыми, и через них беспрепятственно проходит поток скважинной продукции, при этом обеспечивая неразрывность потока и непрерывность процесса эксплуатации скважины.

Установка для вибросейсмического воздействия на залежь работает следующим образом.

Подъем ударника 1 осуществляется путем использования гидравлической энергии среды, добываемой из скважины 2. Насос 13 откачивает через всасывающую линию 12 продукцию скважины 2 из пласта 16 на поверхность. Так как пространство между внешней поверхностью корпуса 5 подъемного устройства 3 и внутренней поверхностью скважины 2 перекрыто пакером 10, то в пространстве 11 над плунжером 6, имеющем гидравлическую связь с всасывающей линией 12 скважинного насоса 13, создается разрежение. Клапан 8 прижимается давлением скважинной жидкости к плунжеру 6 и перекрывает проходной канал 7. Плунжер 6 с клапаном 8 под воздействием скважинной среды начинает двигаться вверх и поднимает ударник 1, соединенный с клапаном 8 через шток 14.

При подъеме плунжера 6 с ударником 1 до крайнего верхнего положения ударник 1 упирается манжетой 17 в центратор-ограничитель 9 подъема ударника 1. Через отверстия в центраторе-ограничителе 9 подъема ударника 1 продолжает движение поток скважинной среды, создавая давление на торцевую кольцевую поверхность плунжера 6 (в частности - седла 18), тем самым стремясь раскрыть соединение клапана 8 и плунжера 6 (в частности - седла 18). Клапан 8 открывается и происходит падение ударника 1 на наковальню 4. Плунжер 6 падает вниз вслед за компоновкой, включающей в себя ударник 1, шток 14 и клапан 8. Скважинная жидкость при этом свободно протекает через проходной канал 7 вверх. После нанесения удара по наковальне 4 и пласту 16 ударником 1 плунжер 6 падает на клапан 8. Проходной канал 7 при этом перекрывается. Затем под давлением скважинной жидкости плунжер 6 и клапан 8 движутся вверх, поднимая за шток 14 ударник 1 до крайнего верхнего положения, и т.д.

Такие повторяющиеся циклы подъема, падения и нанесения ударов ударником 1 позволяют поддерживать в пласте 15 интенсивные колебания. Колебательные процессы в пласте способствуют снижению обводненности добываемой нефти и повышению конечной нефтеотдачи. При этом добыча нефти из скважины 2 во время осуществления воздействия на залежь не прекращается.

В случае выполнения плунжера 6 (см. фиг.2) разборным, появляется возможность оперативной замены седла 18, с целью изменения режима работы установки и замены износившейся в процессе работы контактной поверхности 19 седла 18, без необходимости замены плунжера 6 целиком. Причем при смене седла с одним проходным сечением на седло с другим (меньшим либо большим) проходным сечением, происходит изменение режима работы установки независимо от режима работы скважины.

В случае исполнения конструкции седла 18 (см. фиг.3) с магнитом 21 в своем составе, при захвате клапана 8 силовые линии магнитного поля воздействуют на клапан 8 и седло 18, увеличивая силу захвата, что, в свою очередь, значительно увеличивает вероятность безотказной работы и надежность установки во время ее эксплуатации.

В случае исполнения соединения нижней части штока 14 с ударником 1 в качестве гидравлического демпфера (см. фиг.4) появляется возможность плавной передачи веса ударника 1 на соединение клапана 8 с плунжером 6 (см. фиг.1). В начале хода вверх происходит подъем только плунжера 6 и клапана 8 со штоком 14, а ударник 1 остается неподвижным. Пята 23 движется вверх. Нагрузка от веса ударника 1 постепенно передается при этом на шток 14, за счет частичного перекрытия отверстий 29 и только после полного перекрытия отверстий 29 начинается подъем ударника 1 вверх. Это устраняет опасность резкого отрыва плунжера 6 от клапана 8 при высоких подачах жидкости. В то же время, наличие подвижного соединения штока 14 и ударника 1 позволяет многократно снизить ударные нагрузки на шток 14, происходящие в момент падения плунжера 6 на клапан 8. Отверстия 28 и 29 также служат для устранения поршневого эффекта при движении штока 14 с пятой 23 в полости 24 ударника 1. При движении пяты 23 вверх относительно ударника 1 жидкость, находящаяся над пятой 23, вытесняется через отверстия 29 в скважину 2, а жидкость из скважины 2 всасывается через отверстия 28 в полость 24. При перемещении пяты 23 вниз относительно ударника 1 жидкость из скважины 2 поступает в полость 23 через отверстия 29, а жидкость, находящаяся под пятой 23, выходит через отверстия 28 в скважину 2. Следовательно, перепад давления между областями над и под пятой 23 практически отсутствует, что устраняет поршневой эффект, замедляющий перемещение пяты 23.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет существенно повысить надежность и наработки на отказ работы установки для вибросейсмического воздействия на залежь по сравнению с известными изобретениями.