Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ И ОСВОЕНИЯ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к оборудованию, используемому в нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для обработки призабойной зоны пласта различными агентами и освоения скважины.

Известно устройство для освоения скважины и воздействия на призабойную зону пласта (патент RU № 2098617, МПК E21B 43/25, опубл. 10.12.1997 г.), включающее рабочую трубу, образующую с эксплуатационной колонной затрубное пространство, пакер, разобщающий затрубное пространство с подпакерной зоной, струйный насос, камера всасывания которого сообщена с подпакерной зоной, а выход сообщен с затрубным пространством, обратный клапан, установленный на выходе из диффузора струйного насоса, и оборудованную обратным клапаном гидравлическую линию, сообщающую подпакерную зону с рабочей трубой, при этом устройство снабжено сообщенной с затрубным пространством дополнительной камерой, имеющей два выходных канала, и размещенным в ней с возможностью поочередного перекрытия упомянутых выходных каналов распределительным органом, при этом гидравлическая линия, сообщающая подпакерную зону с рабочей трубой, выполнена в виде сообщенных с выходными каналами дополнительной камеры двух импульсных трубок, одна из которых связана с подпакерной зоной, другая с рабочей трубой, а обратный клапан в упомянутой гидравлической линии установлен на выходе импульсной трубки, связанной с рабочей трубой, также устройство имеет дополнительный канал с обратным клапаном, гидравлически сообщающий подпакерную зону с рабочей трубой.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей и, как следствие, неудобство в обслуживании;

- во-вторых, низкая эффективность работы при освоении скважин с низкопроницаемыми пластами из-за невозможности многократного повторения процессов освоения и воздействия на призабойную зону пласта (обработки) без извлечения устройства из скважины;

- в-третьих, низкая надежность работы, связанная с тем, что при освоении жидкость, извлекаемая из скважины, содержит частицы шлама, который в процессе подъема оседает на поверхности деталей, например, конструкция содержит шайбу, которая перебрасывается к другому каналу, перекрывая его и одновременно открывая перекрытый ранее канал. Так при прохождении осваиваемой жидкости через этот канал шлам оседает на внутренней поверхности детали, что исключает переброску шайбы от одного канала к другому и ведет к отказу устройства в работе;

- в-четвертых, низкое качество освоения, обусловленное нерегулируемым процессом работы струйного насоса. Это обусловлено тем, что при снижении уровня жидкости в подпакерном пространстве ниже струйного насоса осваиваемая скважинная жидкость перестает поступать из подпакерного пространства в камеру всасывания струйного насоса. В результате рабочая жидкость циркулирует через струйный насос вхолостую, а скважина не осваивается.

Также известно устройство для освоения и интенсификации нефтегазовых притоков пласта (патент RU на полезную модель № 117501, МПК E21B 43/25, опубл. в бюл. № 18. от 27.06.2012 г.), содержащее верхний пакер, установленный выше пласта, расположенный ниже пакера и связанный с колонной насосно-компрессорных труб полый корпус с выполненными в нем осевым и верхним и нижним радиальным каналами, установленный в полом корпусе струйный насос вставного исполнения, канал для осуществления подачи рабочей жидкости из затрубья в сопло струйного насоса через нижний радиальный канал снизу вверх, причем ниже радиальных каналов корпуса и ниже пласта установлен дополнительный пакер, разобщающий внутрискважинное пространство, при этом канал для осуществления подачи рабочей жидкости из затрубья выполнен в виде патрубка, охватывающего полый корпус и заглушенного снизу, а нижний пакер зафиксирован снаружи устройства.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая эффективность работы при освоении скважин с низкопроницаемыми пластами из-за невозможности многократного повторения процессов освоения и обработки без извлечения устройства из скважины;

- во-вторых, низкая надежность работы, связанная с тем, что при освоении жидкость, извлекаемая из скважины, содержит частицы шлама, который в процессе подъема оседает на поверхности деталей, например, конструкция содержит шайбу, которая перебрасывается к другому каналу, перекрывая его и одновременно открывая перекрытый ранее канал. Так при прохождении через этот канал осваиваемой жидкости шлам оседает на внутренней поверхности детали, что исключает переброску шайбы от одного канала к другому и ведет к отказу устройства в работе;

- в-третьих, низкое качество освоения, обусловленное нерегулируемым процессом работы струйного насоса. Это обусловлено тем, что при снижении уровня жидкости в пространстве между двумя пакерами ниже входа в струйный насос осваиваемая скважинная жидкость перестает поступать из подпакерного пространства в камеру всасывания струйного насоса. В результате рабочая жидкость циркулирует через струйный насос вхолостую, а скважина не осваивается. Освоение скважины начинается после восстановления уровня осваиваемой скважинной жидкости до входа в струйный насос.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для обработки и освоения скважины (патент RU № 2023146, МПК E21B 43/25, опубл. 15.11.1994 г.), включающее цилиндр в виде набора переводников с входным каналом, установленный в нем струйный насос и пакер, размещенный на цилиндре и разделяющий затрубное и подпакерное пространства скважины, при этом в струйном насосе выполнены радиальные каналы, а эжектор - подпружиненным и установлен с возможностью осевого перемещения, при этом устройство снабжено забойным шламоотделителем и отстойником шлама, расположенными в нижней части цилиндра под струйным насосом.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей и металлоемкость, в частности цилиндр, выполнен в виде набора переводников с радиальными каналами;

- во-вторых, низкая эффективность работы при освоении низкопроницаемых пластов из-за невозможности многократного повторения процессов обработки и освоения без извлечения устройства из скважины;

- в-третьих, низкая надежность работы, связанная с тем, что устройство засоряется шламом и не позволяет провести промывку подпакерного пространства скважины в процессе освоения. Это обусловлено тем, что в процессе освоения шлам вместе с осваиваемой жидкостью через фильтровые отверстия попадает внутрь цилиндра и благодаря шламоотелителю попадет в отстойник шлама, где и оседает шлам, а осваиваемая жидкость попадает на прием струйного насоса. В процессе освоения уровень шлама в цилиндре поднимается и забивает канал внутреннего цилиндра забойного шламоотделителя. В результате перекрывается доступ осваиваемой жидкости в струйный насос, что приводит к отказу устройства в освоении скважины;

- в-четвертых, низкое качество освоения, обусловленное нерегулируемым процессом работы струйного насоса. Это обусловлено тем, что при снижении уровня жидкости в процессе освоения в подпакерном пространстве ниже фильтровых отверстий осваиваемая жидкость перестает поступать из подпакерного пространства в камеру всасывания струйного насоса. В результате рабочая жидкость циркулирует через струйный насос вхолостую, а скважина не осваивается.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции устройства и снижение металлоемкости, а также повышение эффективности и надежности работы устройства и повышение качества освоения скважины.

Поставленная задача решается устройством для обработки и освоения скважины, включающим цилиндр с входным каналом, установленный в цилиндре струйный насос с радиальным каналом и пакер, размещенный на цилиндре, разделяющий затрубное и подпакерное пространства скважины.

Новым является то, что струйный насос выполнен вставным и спущен в скважину на колонне труб, при этом вставной струйный насос оснащен входным каналом, сообщающимся с подпакерным пространством скважины, причем вставной струйный насос снизу оснащен зубцами, а цилиндр снизу снабжен жесткозакрепленной втулкой с боковыми отверстиями, при этом во втулке размещен подпружиненный тарельчатый клапан, а жесткость пружины тарельчатого клапана регулируется заворотом - отворотом гайки, навернутой на нижний конец втулки, при этом вставной струйный насос имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз относительно цилиндра при взаимодействии зубцов струйного насоса с верхним торцом подпружиненного тарельчатого клапана с сжатием пружины и перемещением вниз тарельчатого клапана с открытием боковых отверстий втулки при обработке скважины и герметичного закрытия боковых отверстий втулки подпружиненным тарельчатым клапаном при освоении скважины, причем цилиндр сверху оснащен конусной поверхностью, сужающейся сверху вниз для ввода вставного струйного насоса в цилиндр, при этом на цилиндре под пакером установлен датчик напора жидкости в подпакерном пространстве скважины с возможностью включения и отключения насоса, размещенного на устье скважины и приводящего в действие струйный насос путем подачи рабочей жидкости.

На фиг. 1 схематично изображено устройство при обработке скважины.

На фиг. 2 схематично изображено устройство при освоении скважины.

На фиг. 3 схематично изображена развертка зубцов струйного насоса.

Устройство для обработки и освоения скважины включает цилиндр 1 с входным каналом 2. В цилиндре 1 установлен струйный насос 3 с радиальным каналом 4 и пакер 5, размещенный на цилиндре 1. Пакер 5 разделяет затрубное 6 и подпакерное 7 пространства скважины 8. В качестве пакера 5 используют любой известный пакер, позволяющий герметично разделить ствол скважины 8.

Струйный насос 3 спущен в скважину 8 на колонне труб 9.

Струйный насос 3 выполнен вставным оснащен входным каналом 10 сообщающимся с подпакерным пространством 7 скважины 8.

Струйный насос 3 снизу оснащен зубцами 11. Цилиндр 1 снизу снабжен жесткозакрепленной втулкой 12 с боковыми отверстиями 13.

Во втулке 12 размещен подпружиненный пружиной 14 тарельчатый клапан 15.

Жесткость пружины 14 тарельчатого клапана 15 регулируется заворотом-отворотом гайки 16, навернутой по резьбе 17 на нижний конец втулки 12.

Струйный насос 3 в рабочем положении имеет возможность ограниченного осевого перемещения вниз относительно цилиндра 1 при взаимодействии зубцов 11 струйного насоса 3 с верхним торцом подпружиненного тарельчатого клапана 15 с сжатием пружины 14 и перемещением вниз тарельчатого клапана 15 с открытием боковых отверстий 13 втулки 12 при обработке скважины 8, а также герметичного закрытия боковых отверстий 13 втулки 12 подпружиненным тарельчатым клапаном 15 при освоении скважины 8.

Цилиндр 1 сверху оснащен конусной поверхностью 18, сужающейся сверху вниз для ввода вставного струйного насоса 3 в цилиндр 1.

На цилиндре 1 под пакером 5 установлен датчик напора 19 жидкости в подпакерном пространстве 7 с возможностью включения и отключения поршневого насоса (на фиг. 1, 2 и 3 не показано), размещенного на устье скважины 8 (см. фиг. 1 и 2) и приводящего в действие струйный насос 3 путем подачи рабочей жидкости, например сточной воды плотностью 1100 кг/м³.

Сопрягаемые поверхности деталей снабжены уплотнительными кольцами, на фиг. 1, 2 и 3 показаны условно.

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском устройства в скважину 8 на лабораторном стенде регулируют жесткость пружины 14 (см. фиг. 1 и 2) тарельчатого клапана 15 в зависимости от глубины спуска вставного струйного насоса 3 в скважину 8 так, чтобы при освоении скважины через струйный насос 3 столб рабочей жидкости, циркулирующей в скважине 8, не передавливал тарельчатый клапан 15 вниз и боковые отверстия 13 втулки 12 были герметично закрыты.

Например, при спуске струйного насоса 3 на глубину 800 м давление открытия подпружиненного тарельчатого клапана 15 должно быть:

где, Р - давление открытия подпружиненного тарельчатого клапана 15, МПа,

ρ - плотность рабочей жидкости, кг/м³,

g - ускорение свободного падения, м/с²,

Н - глубина спуска вставного струйного насоса 3, м

k - коэффициент запаса, получен опытным путем и учитывает повышение давления в затрубном пространстве 6 скважины 8 при циркуляции рабочей жидкости и равен 1,1-1,3, примем k=1,2

Подставляя в формулу 1 числовые значения, получаем:

Р=1,2 (1100 кг/м³·9,8 м/с²·800 м)=10,28·10⁶ Па=10,28 МПа.

Таким образом, на лабораторном стенде путем заворота и/или отворота гайки 16 по резьбе 17, выполненной на нижнем конце втулки 12, регулируют жесткость пружины так, чтобы в процессе работы устройства подпружиненный тарельчатый клапан 15 сохранял герметичность боковых отверстий 13 втулки 12 при давлении не ниже 10,28 МПа.

Монтируют в скважине 8 устройство. Для этого в скважину 8, например, на технологической колонне труб с гидравлическим разъединителем (на фиг. 1, 2 и 3 не показано) спускают цилиндр 1 (см. фиг. 1) с пакером 5.

Производят посадку пакера 5 в скважине 8, после чего приводят в действие гидравлический разъединитель и производят разъединение технологической колонны труб от цилиндра 1. Извлекают из скважины технологическую колонну труб с разъединителем.

Далее спускают в скважину 8 вставной струйный насос 3 на колонне труб 9, при этом благодаря конусной поверхности 18 цилиндра 1, сужающейся сверху вниз, вставной струйный насос 3 направляется внутрь цилиндра 1.

Перемещают вставной струйный насос 3 вниз относительно неподвижного цилиндра вниз относительно цилиндра 1 и производят взаимодействие зубцов 11 струйного насоса 3 с верхним торцом подпружиненного тарельчатого клапана 15 с сжатием пружины 14 и перемещением вниз тарельчатого клапана 15 с открытием боковых отверстий 13 втулки 12. Например, сжатие пружины 14 и перемещение вниз тарельчатого клапана 15 с открытием боковых отверстий 13 втулки 12 производят при нагрузке p, (H) большей давления открытия клапана, т.е.

где p - усилие необходимое для открытия подпружиненного тарельчатого клапана 15, кН

P - давление открытия подпружиненного тарельчатого клапана 15, МПа,

S - площадь поперечного сечения подпружиненного тарельчатого клапана, например, при диаметре d (м), подпружиненного тарельчатого клапана 15:

d = 100 мм = 0,1 м.

Тогда, подставляя в формулу 2 числовые значения, получим:

p>10,280 МПа · (3,14·(0,1 м)²/4)=80,7·10³Н=8,07 т.

Таким образом, производят разгрузку колонны труб 9 на подпружиненный тарельчатый клапан 15 с усилием не менее 8,07 т, например собственный вес колонны труб 9 со вставным струйным насосом 3 составляет 120·10³Н=12 т, тогда производят разгрузку колонны труб 9 со вставным струйным насосом 3 на конце на подпружиненный тарельчатый клапан 15 на 85·10³Н=8,5 т, т.е. до снижения показаний на индикаторе веса (на фиг. 1, 2 и 3 не показано), установленном на устье скважины 8 (см. фиг. 1), до 85·10³Н=3,5 т. В результате открываются боковые отверстия 13 втулки 12, а колонна труб 9 со вставным струйным насосом 3 перемещается на расстояние h, например, равное 0,5 м.

Затем приступают к обработке скважины 8.

Для этого по колонне труб 9 при закрытой задвижке (на фиг. 1, 2, 3 не показано) на затрубном пространстве 6 (см. фиг. 1) устья скважины 8 производят закачку и продавку 15%-водного раствора соляной кислоты, например в объеме 4 м³, через вставной струйный насос 3 и далее через его каналы 20 между зубцами 11 (см. фиг. 1 и 3) и открытые боковые отверстия 13 втулки 12 в подпакерное пространство 7 и далее через перфорационные отверстия 21 в низкопроницаемый пласт 22. Оставляют скважину на реакцию кислотного раствора, например, в течение 12 ч.

По окончании 4 ч производят герметичное закрытие боковых отверстий 13 втулки 12 подпружиненным тарельчатым клапаном 15.

Для этого приподнимают колонну труб 9 с вставным струйным насосом 3 на конце до набора собственного веса, как отмечено выше: 120·10³Н=12 т, при этом пружина 14 подпружиненного тарельчатого клапана 15 разжимается и подпружиненный тарельчатый клапан 15 герметично закрывает боковые отверстия 13 втулки 12, а зубцы 11 вставного струйного насоса 3 располагаются напротив радиального отверстия 2 цилиндра 1 сообщая вставной струйный насос 3 с затрубным пространством 6 скважины 1.

После этого открывают задвижку (на фиг. 1, 2, 3 не показано) на затрубном пространстве 6 (см. фиг. 2) на устье скважины 8 и производят закачку рабочей жидкости, например из автоцистерны с помощью поршневого насоса (на фиг. 1, 2 и 3 не показано), установленного на устье скважины 8 (см. фиг. 2).

В процессе освоения рабочая жидкость циркулирует по затрубному пространству 6 через вставной струйный насос 3, отбирая из подпакерного пространства 7 через входной канал 10 вставного струйного насоса 3 осваиваемую жидкость, которая попадает туда через перфорационные отверстия 21 низкопроницаемого пласта 22.

Из вставного струйного насоса 3 смешанная жидкость (рабочая жидкость + осваиваемая жидкость из низкопроницаемого пласта 22) поднимается по колонне труб 9 на устье скважины 8, где попадает в желобную емкость (на фиг. 1, 2 и 3 не показано).

Циркуляцию рабочей жидкости продолжают. Для этого рабочую жидкость из автоцистерны закачивают поршневым насосом в затрубное пространство 6 (см. фиг. 2) скважины 8. В процессе освоения скважины 8 в подпакерное пространство 7 и на забой скважины 8, а также в цилиндр 1 и во вставной струйный насос 3 возможно попадание и оседание шлама.

Так при отложении шлама в цилиндре 1 и вставном струйном насосе 3 устройство позволяет произвести прямую или обратную промывку скважины 8, а наличие в конструкции устройства подпружиненного тарельчатого клапана 15 позволяет промыть подпакерное пространство 7 до забоя скважины 8 как в процессе обработки низкопроницаемого пласта 22, так и как самостоятельную технологическую операцию, путем разгрузки колонны труб 9 на подпружиненный тарельчатый клапан 15 с открытием боковых отверстий 13 втулки 12. Все это повышает надежность работы устройства и исключает отказ устройства в работе по причине отложения шлама.

Освоение скважины продолжается до тех пор, пока в процессе освоения жидкость в подпакерном пространстве 7 не опустится ниже входного канала 10 цилиндра 1, при этом срабатывает датчик напора 19 жидкости, который подает сигнал на отключение поршневого насоса, расположенный на устье скважины 8 и подающий рабочую жидкость во вставной струйный насос 3. Это происходит при условии, когда объем отбора жидкости из подпакерного пространства 7 скважины 8 вставным струйным насосом 3 меньше объема жидкости, поступающей в подпакерное пространство 7 из низкопроницаемого пласта 22 через перфорационные отверстия 21.

Устройство отключается от освоения скважины 8 на время заполнения подпакерного пространства 7 скважины 8 жидкостью из низкопроницаемого пласта 22 через перфорационные отверстия 21. В результате уровень жидкости в подпакерном пространстве 7 поднимается и достигает определенного значения напора, датчик напора 19 жидкости подает сигнал на включение поршневого насоса, расположенного на устье скважины 8, при этом подача рабочей жидкости во вставной струйный насос 3 возобновляется и начинается освоение скважины 8.

Повышается качество освоения скважины, так как предлагаемое устройство позволяет регулировать процесс работы струйного насоса и исключить циркуляцию рабочей жидкости через струйный насос вхолостую, без освоения скважины. Регулирование процесса работы струйного насоса достигается за счет установки датчика напора 19 жидкости, который отключает привод (поршневой насос на устье скважины 8) вставного струйного насоса 3 при снижении уровня осваиваемой жидкости ниже входного канала 10 цилиндра 1 и включает привод вставного струйного насоса 3, когда напор жидкости в подпакерном пространстве 7 достигнет определенного значения для работы вставного струйного насоса 3 в режиме освоения скважины 8.

После проведения циркуляции в двух объемах скважины 8, например, в объеме 40 м³ освоение скважины прекращают. С помощью геофизических приборов производят запись кривой восстановления давления (КВД).

По результатам обработки кривой восстановления давления при недостаточном притоке жидкости из низкопроницаемого пласта 22 вновь повторяют процесс обработки и освоения скважины необходимое количество раз, например еще два раза, до достижения планируемого притока из низкопроницаемого пласта 22 скважины 8.

Повышается эффективность работы устройства при освоении низкопроницаемого пласта за счет многократного чередования процессов по обработке скважины кислотным составом и освоению скважины.

Предлагаемое устройство благодаря выполнению струйного насоса вставным имеет простую конструкцию, при этом снижается количество узлов и деталей конструкции и как следствие снижается металлоемкость.

Также предлагаемое устройство для обработки и освоения скважины позволяет повысить эффективность и надежность работы устройства и повысить качество освоения скважины.