СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГЛЕВОДОРОДНУЮ ЗАЛЕЖЬ ПРИ ЕЕ РАЗРАБОТКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для повышения отдачи сырья углеводородной залежи в процессе ее разработки с использованием скважин. Воздействие может быть направлено на нагнетательные и/или добывающие скважины, при снижении показателей их работы, и может быть осуществлено также через нагнетательные и/или добывающие скважины, а также через любые другие скважины в процессе разработки залежи.

Известен способ воздействия на углеводородную залежь при ее разработке, включающий передачу молекулярно-волновых колебаний от излучателя гидромолота, установленного на устье скважины, по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) через ее верхний торец и по столбу жидкости в скважине через его верхний уровень на продуктивный пласт, причем одновременно с передачей молекулярно-волновых колебаний в скважине повышают давление путем подачи жидкости от насоса с аккумулятором давления, подсоединенных вводом к НКТ на устье скважины, и создают гидравлические удары в столбе жидкости скважины путем периодического перекрытия ввода насоса излучателем гидромолота при передаче от него молекулярно-волновых колебаний на НКТ и столб жидкости в скважине (см., например, патент РФ 2107814, опубл. в БИ 9, 1998 г.

Недостатком известного способа является большие потери энергии при передаче ударного импульса через жидкий волновод, длина которого может доходить до 4500 м.

Известен способ воздействия на углеводородную залежь при ее разработке, включающий нанесение ударов падающим грузом и создание упругих колебаний в нефтенасыщенном пласте в процессе разработки залежи эксплуатационными скважинами, при этом удары по нефтенасыщенному пласту проводят через забой эксплуатационных скважин (см., например, авт. свид. СССР 1710709, опубл. в БИ 5, 1992 г.).

Недостатком известного способа является низкая эффективность, связанная с тем, что груз, падая, испытывает сопротивление со стороны скважинной жидкости, снижающей его скорость, а, следовательно, и кинетическую энергию. Кроме того, груз, находящийся в скважинной жидкости, создает меньшую силу за счет объема жидкости, вытесняемой грузом (уменьшается его эффективный вес).

Известно устройство для воздействия на углеводородную залежь при ее разработке, включающее акустический концентратор и отражатель волн конической формы с острием в верхней части, соединенный с генератором силовых волн на его конце, сообщенным с жидким волноводом, при этом концентратор и отражатель волн выполнены в виде усеченных конусов, герметично соединенных между собой своими большими основаниями и снабжены гидромолотом, пропущенным через меньшее основание концентратора волн с возможностью его возвратно-поступательного движения с клапаном, бойком и патрубком, сечение отражателя волн выполнено с уменьшающимся по экспоненте сечением, излучатель выполнен с сечением, уменьшающимся по аналитической зависимости (см., например, авт. свид. СССР 1701896, опубл. В БИ 48, 1996).

Недостатком известного устройства является низкая эффективность из-за передачи ударных волн на глубину скважины, которая может быть глубиной до 4,5 км.

Наиболее близким аналогом изобретения в части способа является способ воздействия на углеводородную залежь при ее разработке, включающий спуск в скважину колонны труб с гидроцилиндром в нижней части и помещенным в нем плунжером, и воздействие на продуктивный пласт гидравлическими ударами путем разгрузки в импульсном режиме веса столба жидкости над плунжером в пространство под плунжером при каждом перемещении последнего в крайнее верхнее положение (см., например, патент РФ 2136851, опубл. 10.09.1999).

Наиболее близким аналогом изобретения в части устройства является устройство для воздействия на углеводородную залежь при ее разработке, включающее колонну труб с расширенной частью, гидроцилиндр, закрепленный на колонне труб ниже расширенной ее части, плунжер с обратным клапаном, установленный в гидроцилиндре с возможностью выхода из него в крайнем верхнем положении и сообщения пространства над плунжером с пространством под плунжером через расширенную часть колонны и тягу, один конец которой закреплен к плунжеру, а другой - к средству на устье скважины для принудительного перемещения плунжера (см., например, вышеупомянутый патент РФ 2136851).

Недостатком известного решения, как в части способа так и устройства, является их низкая эффективность, обусловленная тем, что полученный гидравлический удар является демпфированным (не жестким) с потерей значительной доли энергии. Объясняется это тем, что описанный выше гидравлический удар осуществляют по слою жидкости. Этот слой и демпфирует удар (ударный импульс).

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности воздействия на продуктивный пласт за счет возможности увеличения мощности гидравлических ударов непосредственно на забое скважины и, как следствие, увеличение зоны воздействия на углеводородную залежь.

Необходимый технический результат в части способа достигают тем, что по способу воздействия на углеводородную залежь при ее разработке, включающему спуск в скважину колонны труб с гидроцилиндром в нижней части и помещенным в нем плунжером, и воздействие на продуктивный пласт гидравлическими ударами путем разгрузки в импульсном режиме веса столба жидкости над плунжером в пространство под плунжером при каждом перемещении последнего в крайнее верхнее положение, согласно изобретению гидроцилиндр выполняют с заглушенным днищем, а перед каждой разгрузкой веса столба жидкости пространство гидроцилиндра под плунжером освобождают от жидкости, при этом осуществляют жесткие гидравлические удары по днищу гидроцилиндра, силу которых регулируют весом столба жидкости и длиной гидроцилиндра для разгона столба жидкости под действием гравитации до требуемой конечной скорости под эти гидравлические удары.

Необходимый технический результат в части устройства достигается тем, что устройство для воздействия на углеводородную залежь при ее разработке, включающее колонну труб с расширенной частью, гидроцилиндр, закрепленный на колонне труб ниже расширенной ее части, плунжер с обратным клапаном, установленный в гидроцилиндре с возможностью выхода из него в крайнем верхнем положении и сообщения пространства над плунжером с пространством под плунжером через расширенную часть колонны и тягу, один конец которой закреплен к плунжеру, а другой - к средству на устье скважины для принудительного перемещения плунжера, согласно изобретению гидроцилиндр выполнен с заглушенным днищем, которое ограничивает крайнее нижнее положение плунжера, и возможностью образования герметичной камеры под плунжером и без жидкости во всем ее объеме при каждом перемещении плунжера вверх, при этом длина камеры выбрана из условия разгона столба жидкости над плунжером под действием гравитации до требуемой конечной скорости, необходимой для совершения гидравлического удара этим столбом жидкости по днищу гидроцилиндра заданной силы.

Кроме того:
внешняя поверхность днища гидроцилиндра оперта на забой скважины;
устройство снабжено хвостовиком, закрепленным в забое скважины, а внешняя поверхность днища гидроцилиндра оперта на хвостовик;
обратный клапан выполнен в виде мембраны, закрепленной на верхнем торце плунжера и перекрывающей канал последнего;
в качестве средства на устье скважины для принудительного перемещения плунжера использован станок-качалка;
расширенная часть колонны выполнена перфорированной.

Вышеописанный гидравлический удар в основном зависит от высоты столба жидкости над плунжером и длины камеры под плунжером, где происходит разгон жидкости под действием гравитации. Более точные данные могут быть получены с учетом диаметра камеры, реологических свойств жидкости, составляющей ее столб над плунжером, гидравлических сопротивлений при разгрузке столба жидкости. В любом случае обеспечивают жесткий гидравлический удар по днищу камеры. Энергия удара может достигать 800 кДж. Этот удар передают, например, через забой скважины или цементный мост, или якорь непосредственно в углеводородную залежь (слагающие ее продуктивные пласты), генерируя в ней сейсмическую волну, распространяющуюся вглубь нее (далеко за пределы призабойной зоны) на большие расстояния (в т.ч. за счет волноводных свойств залежи) и вызывающую увеличение добычи углеводородов, например, нефти в окружающих добывающих скважинах на расстоянии до нескольких километров от скважины-излучателя. Если воздействие осуществляют в нагнетательной скважине или на нагнетательную скважину, то таким воздействием увеличивают фильтрационные свойства продуктивного пласта залежи.

Принцип работы предлагаемого способа и устройства пояснен на примере их конкретного применения и представленных чертежах, на которых иллюстрируется: фиг. 1 - устройство в продольном сечении; фиг. 2 - плунжер с двумя каналами и мембранным обратным клапаном.

В скважине 1, заполненной скважинной жидкостью 2, на необходимой глубине устанавливают предлагаемое устройство, которое закреплено в нижней части колонны труб 3. Нижняя часть колонны труб 3 выполнена расширенной 4 и, например, с перфорационными отверстиями 5. Ниже расширенной части 4 закреплен гидроцилиндр 6. В гидроцилиндре 6 установлен плунжер 7 с возможностью выхода из гидроцилиндра в крайнем верхнем положении и сообщения пространства над плунжером с пространством под плунжером через расширенную часть 4 колонны труб 3. Устройство имеет тягу 8. Один ее конец закреплен к плунжеру 7, а другой - к средству на устье скважины для принудительного перемещения плунжера, например, к станку-качалке (на чертежах не показан). Плунжер 7 выполнен с обратным клапаном, который может быть выполнен в виде шарика 9 (фиг. 1), опирающегося на седло 10 плунжера 7, и конической пружины 11. Конструкция обратного клапана может быть любой. Так на фиг. 2 показана конструкция обратного клапана в виде эластичной мембраны 12, закрепленной в центральной части верхнего торца плунжера 7. В любом случае плунжер 7 имеет канал 13 (или каналы фиг. 2), соединяющий пространство 14 над плунжером и камеру 15 (пространство под плунжером). Гидроцилиндр 6 выполнен с заглушенным днищем. Оно ограничивает крайнее нижнее положение плунжера. Сам гидроцилиндр выполнен с возможностью образования герметичной камеры под плунжером 7 и без жидкости во всем ее объеме при каждом перемещении этого плунжера вверх. Для этого гидроцилиндр 6 рассчитан на устойчивость от смятия внешним избыточным гидростатическим давлением на глубине скважины в условиях дополнительного действия гидродинамических нагрузок от гидравлического удара. Под большие избыточные гидравлические нагрузки должны быть рассчитаны и уплотнения работающей пары "гидроцилиндр-плунжер". При этом длина камеры гидроцилинра 6 под плунжером 7 выбрана из условия разгона столба жидкости над плунжером 7 под действием гравитации до требуемой конечной скорости, необходимой для совершения гидравлического удара этим столбом жидкости по днищу гидроцилиндра 6 заданной силы. Внешняя поверхность днища гидроцилиндра 6 может быть оперта на забой скважины 1 или на зацементированную в забое скважины 1 трубу 16 (фиг. 1). Позицией 17 показана расширенная часть канала 13.

Принцип осуществления способа и работы устройства.

В забой скважины 1 зацементирована труба 16, на которую установлена колонна труб 3 (точнее гидроцилиндр 6, закрепленный ниже расширенной части 4 колонны труб 3). Возможно и непосредственное опирание днища гидроцилиндра 6 на забой скважины 1. Плунжер 7 размещен в гидроцилиндре 6, при этом пространство над плунжером заполнено скважинной жидкостью 2 и составляет столб жидкости. Шарик 9 обратного клапана опирается на седло 10 плунжера 7 и тем самым исключает переток жидкости 2 из пространства 14 над плунжером в пространство под ним (герметичную камеру 15). Вес столба скважинной жидкости 2 над плунжером и пружина 11 прижимают шарик 9 к седлу 10 плунжера 7. В случае другого конструктивного исполнения обратного клапана (фиг.2) эластичная мембрана 12 перекрывает каналы 13 плунжера 7 и вес столба скважинной жидкости 2, находящейся над плунжером 7, способствует (наряду с ее упругими свойствами) герметизации камеры 15.

Посредством тяги 8 станок-качалка поднимает плунжер 7 из гидроцилиндра 6. При подъеме плунжера 7 под ним образуется камера 15 без жидкости во всем ее объеме. При подъеме плунжера в расширенную часть 4 колонны труб 3 образуется зазор между их боковыми поверхностями. Происходит разгрузка в импульсном режиме веса столба жидкости над плунжером в пространство под плунжером (при каждом перемещении последнего в крайнее верхнее положение). В пространство под плунжером (камеру 15, свободную от жидкости) устремляется скважинная жидкость 2, находящаяся в пространстве над плунжером. Если имеются перфорационные отверстия в расширенной части 4 колонны труб 3, то жидкость поступает и из скважины 1. Жидкость под действием гравитации устремляется вниз и, набирая скорость, падает на днище гидроцилиндра 6. При этом разгоняется весь столб скважинной жидкости 2, размещенный в скважине 1 над плунжером 7, находящимся в верхнем своем положении. Длина разгона всего столба скважинной жидкости определяется длиной камеры 15 гидроцилиндра 6. В конце разгона жидкость жестко ударяет по днищу гидроцилиндра, поскольку он не заполнен жидкостью, которая демпфирует удар. При этом, перед каждой разгрузкой веса столба жидкости пространство гидроцилиндра под плунжером освобождают от жидкости путем его перемещения вверх. В итоге осуществляют последовательные жесткие гидравлические удары по днищу гидроцилиндра. Силу ударов регулируют весом столба жидкости и длиной гидроцилиндра для разгона столба жидкости под действием гравитации до требуемой конечной скорости под эти гидравлические удары. Образующиеся при этом ударные импульсы передают на трубу 16 (в случае опирания устройства на забой, то непосредственно по нему) и через нее и забой скважины 1 воздействует на углеводородную залежь (продуктивный пласт). При использовании трубы 16 можно более эффективно передать ударные импульсы в продуктивный пласт, лежащий ниже забоя скважины 1. Окружающая порода, являясь демпфером, смягчит ударные импульсы. Поэтому целесообразность применения того или иного конструктивного решения определяется производственной необходимостью. Если ударные импульсы необходимо передать на большую глубину, то целесообразно использовать зацементированную на забое скважины 1 трубу 16. В случае необходимости воздействовать ударными импульсами на призабойную зону скважины 1 целесообразно использовать второй вариант.

Частота ударов (ударных импульсов) зависит от частоты перемещений плунжера, которую задает средство принудительного перемещения плунжера, например, станка-качалки. Обычно она составляет до 10-12 качаний в минуту. Вместо станка-качалки можно использовать любой спускоподъемный узел, например электромагнит, лебедку. Учитывая большую высоту столба скважинной жидкости, а следовательно, и его массу, можно уменьшить ход плунжера 7, что позволит повысить частоту импульсов. Столб скважинной жидкости может соответствовать глубине скважины либо быть меньше. В последнем случае высоту скважинной жидкости можно искусственно ограничить, установив пакер (на фиг. не показан, т. к. прием общеизвестен). Скважину 1 для воздействия на углеводородную залежь можно специально пробурить либо использовать одну из малопродуктивных или выведенных из эксплуатации.