УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СКВАЖИННОГО ФИЛЬТРА

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, конкретно предназначено для очистки скважинных фильтров.

Известно, что скважинные фильтры при эксплуатации засоряются (происходит кольматация) и дебит скважины уменьшается в несколько раз.

Способы очистки скважинных фильтров можно условно разделить на две группы:

- очистка асфальтосмолистых и парафиногидратных отложений (растворимых),

- очистка твердых механических отложений (песок, глина, доломит и другие нерастворимые примеси).

В первом случае применяют нагрев или растворители, а во втором механическую очистку или волновое (акустическое или гидравлическое воздействие).

Известны способ и устройство для очистки скважинного фильтра по патенту РФ на изобретение №2332560, МПК Е21В 43/00, опубл. 27.08.2008 г.

Скважинный фильтр с функцией очистки выполнен в виде трубы с ниппельными резьбовыми участками, на одном из которых установлена соединительная муфта, и с отверстиями на боковой поверхности трубы. Концентрично трубе установлен фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент выполнен в виде двух электродов, изолированных друг от друга посредством сетки из неэлектропроводного материала. Электроды выполнены в виде металлической сетки и имеют возможность подключения к источнику электроэнергии. Источник энергии размещен на поверхности или выполнен автономным, например, в виде батареи элементов питания или электрогенератора и установлен внутри скважинного фильтра. Техническим результатом является увеличение дебита скважины за счет периодической очистки фильтрующего элемента.

Недостатки этого технического решения - возможность очистки только от асфальтосмолистых и парафиногидратных отложений и необходимость выполнения подвода электроэнергии на большую глубину.

Известны способ и устройство для очистки скважинного фильтра по патенту РФ №2382178, МПК Е21D 37.08 опубл. 27.09.2009 г.

Устройство для очистки скважинного фильтра включает генератор колебаний, установленный в корпусе, и средства доставки генератора колебаний на забой скважины и подвода электроэнергии. В качестве средства подвода электроэнергии используется геофизический кабель. Средство доставки генератора колебаний содержит электродвигатель с гидравлическим движителем. Электродвигатель и генератор колебаний установлены в герметичном корпусе. Гидравлический движитель выполнен с двумя гребными винтами, соединенными с электродвигателем через механизм передачи для обеспечения возможности вращения в противоположные стороны. Техническим результатом является обеспечение очистки скважинного фильтра и доставки устройства для очистки в горизонтальный участок скважины, предотвращение скручивания геофизического кабеля из-за вращения устройства.

Недостатки - сложное и дорогостоящее устройство доставки, наличие многокилометрового геофизического кабеля, длительность процесса очистки скважинных фильтров.

Известны способ и устройство для очистки скважинного фильтра (самоочищающийся скважинный фильтр) по патенту РФ на изобретение №2338871, МПК Е21В 49/08, опубл. 09.01.2007 г.

Это изобретение может быть использовано при добыче газа и фильтрации воды от песка. Самоочищающийся скважинный фильтр выполнен в виде трубы с ниппельными резьбовыми участками, на одном из которых установлена соединительная муфта, и с отверстиями на боковой поверхности трубы, концентрично которой установлен фильтрующий элемент. В фильтрующем элементе установлена изолированная обмотка, имеющая возможность подключения к автономному источнику энергии, например батарее элементов питания или электрогенератору, установленному внутри скважинного фильтра. Техническим результатом является увеличение дебита скважины за счет периодической очистки фильтра.

Недостаток - необходимость периодической смены элементов электропитания, установленных внутри скважинного фильтра и загромождение его внутреннего сечения.

Известны способ и устройство для виброакустического воздействия на пласт по патенту РФ№2129659, МПК Е21В 43/00, опубл. 27.01.1999 г.

Способ заключается в волновом воздействии на столб промывочной жидкости внутри скважинного фильтра.

Устройство содержит наземный пульт питания и контроля с силовым выпрямителем. Модуль генератора высокой частоты содержит блок задающего каскада частоты, блок усилителя мощности, блок согласования с нагрузкой и блок модуляции сигнала. Наземный электроразъем сообщен через питающий кабель с электроразъемом скважинного виброакустического прибора. В корпусе последнего размещен модуль виброакустического излучателя. Устройство снабжено дополнительно предохранительным блоком, блоком управляющего выпрямителя, блоком управления модуляцией сигнала, блоком индикации модуляции сигнала, модулем резонансной камеры, образованной двумя перекрывающими полость скважинного виброакустического прибора торцами и его корпусом.

Модуль генератора высокой частоты находится в корпусе скважинного прибора и снабжен блоком фильтра частоты и блоком управления согласованием с нагрузкой, модуль виброакустического излучателя снабжен не менее чем двумя электроакустическими преобразователями, причем верхний и средний электроакустические преобразователи жестко соединены соответственно с верхним и нижним торцами модуля резонансной камеры с ее внешней стороны.

Устройство реализовано в виде двух небольших наземных блоков и скважинного виброакустического прибора.

Использование изобретения повышает КПД устройства и надежность его в работе за счет использования питания прибора постоянного тока и управляемого согласования излучения со скважинной средой.

Недостатки способа и устройства заключаются в низкой эффективности процесса очистки и его длительности.

Это обусловлено тем, что источник волнового воздействия находится внутри скважины на большой глубине, что затрудняет подвод энергии к нему и управление. Для управления должен быть разработан специальный электронный прибор. Длительная очистка скважинного фильтра приводит к уменьшению времени эксплуатации скважины и уменьшению общего дебита нефти (газа).

Задачи создания изобретения - значительное улучшение и ускорение очистки скважинного фильтра.

Решение указанных задач достигнуто в устройстве очистки скважинного фильтра гидроволновым воздействием при помощи гидропульсатора, управляемого компьютером, на столб промывочной жидкости, находящийся внутри скважинного фильтра, содержащем компьютер, гидропульсатор жидкости и трубопровод возврата промывочной жидкости, соединенный с зазором между обсадной колонной и колонной НКТ, тем, что согласно изобретению гидропульсатор установлен на трубопроводе возврата промывочной жидкости. Гидропульсатор может быть выполнен с возможностью изменения амплитуды колебаний с применением перепускного канала с краном, выполненным параллельно гидропульсатору.

Сущность изобретения поясняется на чертеже.

Устройство для реализации способа (фиг.) предназначено для очистки скважинного фильтра 1, установленного на колонне НКТ 2 внутри обсадной колонны 3 в районе нефтеносного пласта 4 находящегося в грунте 5. Это устройство содержит емкость 6 для хранения промывочной жидкости, к которой присоединен трубопровод низкого давления 7, имеющий с одной стороны фильтр 8, а с другой - насос 9 с приводом 10. К выходу насоса 9 присоединен подающий трубопровод 11, на другом конце которого установлен клапан 12. Выход из клапана 12 соединен с внутренней полостью 13 колонны НКТ 2. Между колонной НКТ 2 и обсадной колонной 3 образован зазор 14. Полость зазора 14 сообщается с кольцевой полостью 15 коллектора 16. К коллектору 16 присоединен трубопровод сброса 17, другой конец которого находится над емкостью 6 или внутри нее. Трубопровод сброса 17 содержит гидропульсатор 18 с приводом 19.

Система управления процессом выполнена в виде компьютера 20 (системный блок), к которому электрическими связями 21 присоединены монитор 22, клавиатура 23 и манипулятор типа «мышь» 24.

Приводы 10 и 19 соединены электрическими связями 21 с компьютером 20. С полостью 15 коллектора 16 соединен датчик амплитуды гидроудара 25. При работе включают компьютер 20, на котором предварительно установлено соответствующее программное обеспечение.

Кроме того, подают напряжение на привод 10 насоса 9 и подают промывочную жидкость по трубопроводу 11 через клапан 12 в полость 13 трубы НКТ 2, и далее в скважинный фильтр 1, потом через зазор 14 в коллектор 16 и далее возвращают по трубопроводу сброса 17 в емкость 6. Одновременно компьютер 20 подает переменное напряжение на привод 19 для периодического открывания и закрывания гидропульсатора 18. Гидропульсатор 18 создает пульсации давления (гидроудары) в полости 14. Вследствие этого твердые частицы с внешней стороны скважинного фильтра 1 попадают в зазор 14 и далее в емкость 6.

Для предотвращения разрушения НКТ 2 от гидроударов датчиком 25 контролируют амплитуду гидроудара и для его уменьшения частично открывают кран 27 на обводном трубопроводе 26.

Гидравлический удар (гидроудар) - скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный крайне быстрым изменением скорости потока этой жидкости за очень малый промежуток времени, может возникать вследствие резкого закрытия или открытия задвижки. В первом случае гидроудар называют положительным, во втором - отрицательным. Опасен положительный гидроудар. При положительном гидроударе несжимаемую жидкость следует рассматривать как сжимаемую. Гидравлический удар способен вызывать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их расколу, или повреждению других элементов трубопровода. Также гидроудары чрезвычайно опасны и для другого оборудования, такого как теплообменники, насосы и сосуды, работающие под давлением. Для предотвращения гидроударов, вызванных резкой переменой направления потока рабочей среды, на трубопроводах устанавливаются обратные клапаны.

Гидроударом также ошибочно называют следствие заполнения надпоршневого пространства в поршневом двигателе водой, вследствие чего поршень, не дойдя до мертвой точки, начинает сжимать жидкость, что приводит к внезапной остановке и поломке мотора (излому шатуна или штока, обрыву шпилек головки цилиндра, разрыву прокладки).

Общие сведения

Явление гидравлического удара открыл в 1897-1899 г. Н.Е.Жуковский. Увеличение давления при гидравлическом ударе определяется в соответствии с его теорией по формуле:

Dp=ρ(υ₀-υ₁)c,

где D_p - увеличение давления в Н/м²,

ρ - плотность жидкости в кг/м³,

υ₀ и υ₁ - средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки (запорного клапана) в м/с,

c - скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода.

Жуковский доказал, что скорость распространения ударной волны с находится в прямо пропорциональной зависимости от сжимаемости жидкости, величины деформации стенок трубопровода, определяемой модулем упругости материала Е, из которого он выполнен, а также от диаметра трубопровода.

Следовательно, гидравлический удар не может возникнуть в трубопроводе, содержащем газ, так как газ легко сжимаем.

Зависимость между скоростью ударной волны с, ее длиной и временем распространения (L и τ соответственно) выражается следующей формулой:

c=2L/τ

Виды гидравлических ударов

В зависимости от времени распространения ударной волны τ и времени перекрытия задвижки (или другой запорной арматуры) t, в результате которого возник гидроудар, можно выделить 2 вида ударов:

- Полный (прямой) гидравлический удар, если t<τ

- Неполный {непрямой) гидравлический удар, если t>τ

При полном гидроударе фронт возникшей ударной волны движется в направлении, обратном первоначальному направлению движения жидкости в трубопроводе. Его дальнейшее направление движения зависит от элементов трубопровода, расположенных до закрытой задвижки. Возможно и повторное неоднократное прохождения фронта волны в прямом и обратном направлениях.

При неполном гидроударе фронт ударной волны не только меняет направление своего движения на противоположное, но и частично проходит далее сквозь не до конца закрытую задвижку.

Расчет гидравлического удара

Прямой гидравлический удар бывает тогда, когда время закрытия задвижки t_з меньше фазы удара T, определяемой по формуле:

Здесь l - длина трубопровода от места удара до сечения, в котором поддерживается постоянное давление, Cu - скорость распространения ударной волны в трубопроводе, определяется по формуле Н.Е.Жуковского, м/с:

где Е - модуль объемной упругости жидкости, ρ - плотность жидкости, - скорость распространения звука в жидкости, Etr - модуль упругости материала стенок трубы, D - диаметр трубы, h - толщина стенок трубы.

Для воды отношение зависит от материала труб и может быть принято: для стальных - 0.01; чугунных - 0.02; ж/б - 0.1-0.14; асбестоцементных - 0.11; полиэтиленовых - 1-1.45.

Коэффициент k для тонкостенных трубопроводов принимается (стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые) равным 1. Для ж/б

,

коэффициент армирования кольцевой арматурой (ƒ - площадь сечения кольцевой арматуры на 1 м длины стенки трубы). Обычно a=0.015-0.05.

Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле:

P=pCuVo

где Vo - скорость движения воды в трубопроводе до закрытия задвижки.

Если время закрытия задвижки больше фазы удара (t_з>T), такой удар называется непрямым. В этом случае дополнительное давление может быть определено по формуле:

Результат действия удара выражают также величиной повышения напора Н, которая равна:

при прямом ударе

при непрямом

Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов

- Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидроударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр.

- Для ослабления силы этого явления следует увеличивать время закрытия затвора.

- Установка демпфирующих устройств

Требования к компьютеру: не ниже Пентиум 4, ОС Windovs-XP. Программное обеспечение разработано.

Применение изобретения позволило:

- повысить эффективность очистки скважинного фильтра за счет большой мощности гидроудара,

- ускорить очистку скважинного фильтра,

- полностью автоматизировать процесс очистки,

- обеспечить удобство эксплуатации, так как все оборудование размещено на поверхности,

- обеспечить ремонтопригодность аппаратуры за счет ее размещения над поверхностью земли,

- быстро наладить серийное производство аппаратуры для очистки скважинных фильтров,

- применять массово выпускаемые персональные компьютеры практически без доработок не считая разработки простого программы управления.