Результат интеллектуальной деятельности: Устройство имплозионно-гидроимпульсное для стимуляции скважин

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и, в частности, к интенсификации работы скважин вибрационным имплозионно–гидроимпульсным воздействием.

Известен имплозионный гидрогенератор давления (патент RU № 2585299, МПК Е21В 28/00, Е21В 43/25, опубл 27.05.2016 в Бюл. № 15), содержащий заборный трубопровод, цилиндр имплозионной камеры, переводник, соединяющий заборный трубопровод с цилиндром имплозионной камеры, плунжер, соединенный со штангой, рабочую камеру, состоящую из цилиндра с окнами, концентраторами давления и гидроамортизатор, причем в цилиндре имплозионной камеры установлен упор, разделяющий ее на две части, в верхней из которых расположен плунжер с встроенным обратным клапаном, а в нижней - поршень, жестко связанный штоком с гидроамортизатором, при этом заборный трубопровод выполнен «глухим» без отверстий для подвода давления скважинной жидкости.

Недостатками данного устройства являются узкая область применения из-за возможности работы только в вертикальных неосложненных скважинах, так как привод осуществляется с устья штангами, высокая вероятность засорения переточных каналов, имеющих малое проходное сечение, и невозможность создания компрессионного воздействия на пласт, при этом невозможно провести закачку химических реагентов в пласт при необходимости.

Наиболее близким по технической сущности является устройство имплозионно-гидроимпульсное для стимуляции производительности скважин (патент RU № 2468192, МПК Е21В 43/18, опубл 27.11.2012 в Бюл. № 33), включающее крышку, днище и составной трубчатый корпус имплозионной камеры, верхним торцом скрепленный по меньшей мере с одним односторонним гидроцилиндром, состоящим из соединительной головки и дна с уплотнениями, направляющего штока, цельной тяги, гильзы с боковыми сливными каналами малого сечения и силового поршня, герметично разделяющего штоковую и поршневую полости гильзы, причем сливные каналы выполнены ниже головки с возможностью их разобщения от поршневой полости силовым поршнем в его верхнем положении, в стенке гильзы предусмотрены проточные отверстия между сливными каналами и верхней кромкой силового поршня в его нижнем положении, направляющий шток выполнен полым с возможностью сообщения с поршневой полостью, цельная тяга жестко соединена сквозь дно гидроцилиндра с крышкой имплозионной камеры, причем крышка размещена в корпусе имплозионной камеры и выполнена в виде поршня с манжетными уплотнениями, в стенке корпуса выше крышки в ее нижнем положении предусмотрены перепускные отверстия и впускные окна, причем перепускные отверстия размещены в верхней части корпуса, а впускные окна и проточные отверстия гильзы выполнены с возможностью поочередного их срабатывания при движении силового поршня от нижнего к верхнему положениям.

Недостатками данного устройства являются невозможность создания компрессионного воздействия на пласт и возврат осуществляется только за счет веса поршней со штоками, что уменьшает ход поршня при повторных воздействиях и, как следствие снижает имплозионное повторное воздействие на пласт, при этом невозможно провести закачку химических реагентов в пласт при необходимости.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание конструкции устройства имплозионно–гидроимпульсного для стимуляции скважин, позволяющей осуществлять переменное имплозионное и компрессионное воздействие на пласты скважины с одинаковыми перепадами давлений независимо от повторности воздействия, также проводить закачку химических реагентов в пласт при необходимости.

Техническая задача решается устройством имплозионно–гидроимпульсным для стимуляции скважин, включающим трубчатый корпус имплозионной камеры с боковыми каналами, сверху соединенный односторонним гидроцилиндром с боковыми отверстиями, оснащенным силовым поршнем, соединенным через шток с поршневой головкой, которая вставлена в трубчатый корпус возможностью продольного перемещения под действием штока силового поршня и сообщения боковых каналов с имплозионной камерой в крайнем положении.

Новым является то тем, что силовой поршень вставлен в гидроцилиндр с возможностью продольного перемещения вниз под действием избыточного давления и перекрытия боковых отверстий до своего нижнего положения, трубчатый корпус снизу оборудован ограничителем, а шток снизу снабжен кольцевым сужением с внутренним продольным каналом, оснащенным верхним боковыми переточными каналами, причем снизу кольцевого сужения закреплён негерметичный упор, подпружиненный вверх от ограничителя и оснащенный боковым выходом, сообщенным с продольным каналом сужения, а головка установлена с возможностью продольного перемещения по кольцевому сужению с герметичным перекрытием переточных каналов при перемещении вверх.

Новым является также то, что ограничитель снабжен осевым отверстием, а упор снизу оснащен соосной направляющей, вставленной с возможностью продольного перемещения в осевое отверстие ограничителя.

На чертеже изображена схема устройства в продольном разрезе.

Устройство имплозионно–гидроимпульсное для стимуляции скважин (не показаны) включает трубчатый корпус 1 имплозионной камеры 2 с боковыми каналами 3, сверху соединенный односторонним гидроцилиндром 4 с боковыми отверстиями 5, оснащенным силовым поршнем 6, соединенным через шток 7 с поршневой головкой 8, которая вставлена в трубчатый корпус 1 возможностью продольного перемещения под действием штока 7 силового поршня 6 и сообщения боковых каналов 3 с имплозионной камерой 2 в крайнем положении. Силовой поршень 6 вставлен в гидроцилиндр 4 с возможностью продольного перемещения вниз под действием избыточного давления и перекрытия боковых отверстий 5 до своего нижнего положения. Трубчатый корпус 1 снизу оборудован ограничителем 9, а шток 7 снизу снабжен кольцевым сужением 10 с внутренним продольным каналом 11, оснащенным верхним боковыми переточными каналами 12. Снизу кольцевого сужения 10 закреплён негерметичный упор 13, поджатый вверх пружиной 14 от ограничителя 9 и оснащенный боковым выходом 15, сообщенным с продольным каналом 11 сужения 10 штока 7. Головка 8 установлена с возможностью продольного перемещения по кольцевому сужению 10 с герметичным перекрытием переточных каналов 12 при перемещении вверх.

Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность устройства или затрудняющие понимание процессов работы, на чертеже не показаны или показаны условно.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в сборе перед спуском в скважину присоединяют при помощи гидроцилиндра 4 к колонне труб 16, на которой спускают в интервал вскрытия пласта (не показаны). После чего в колонне труб 16 устьевым насосом (не показан) создают избыточное давление, которое передается в надпоршневую полость 17 гидроцилиндра 4, заставляя поршень 6 перемещаться вниз вместе со штоком 7 и упором 13, сжимаю пружину 14. При этом кольцевое сужение 10 штока 7 также перемещается вниз внутри головки 8 до перекрытия ей переточных каналов 12 и упора головки 8 в кромку 18 над кольцевым сужением 10. После чего головка 8 вместе со штоком 7 начинает перемещаться вниз в трубчатом корпусе 1, создавая разряжение в имплозионной камере 2. При этом в надпоршневой полости 17 через колонну труб 16 создают дополнительное избыточное давление, чтобы поршень 6 перемещался вниз, преодолевая сопротивление пружины 14 и разряжение в имплозионной камере 2. После прохода головкой 8 боковых каналов 3, в имлозионную камеру 2 через боковые каналы 3 всасывается жидкость из внутренней полости скважины, создавая депрессионное воздействие на пласт. При этом разряжение в имплозионной камере 2 нивелируется, не оказывая сопротивление перемещению поршня 6 вниз, под действием которого пружина 14 резко сжимается, а поршень перемещается ниже боковых отверстий 5, сообщая надпоршенвое пространство 17 и внутреннее пространство колонны труб 16 со скважинной. При этом жидкость поступает из колонны труб 16 под действием избыточного давления через боковые отверстия 5 в скважину, создавая компрессионное воздействие на пласт. По возникновению циркуляции (интенсивном проявлении жидкости в затрубом пространстве колонны труб 16) определяют завершение компрессионного воздействия. В таком положении через колонну труб 16, надпоршневую полость 17 и боковые отверстия 5 при необходимости осуществляют закачку химических реагентов в скважину и пласт. По завершению технологического воздействия на закачку жидкости в колонну труб 16 прекращают. В результате давление в скважине и в надпоршневой полости 17 и колонне труб 16 выравнивается, то усилие, действующее на поршень 6, нивелируется. Пружина 14, разжимаясь от ограничителя 9, перемещает упор 13 со штоком 7 и поршнем 6 вверх. При этом головка 8 перемещается вниз по кольцевому сужению 10 вниз до упора 13, открывая переточные каналы 12, после чего головка 8 перемещается вверх вместе со штоком 7 в кольцевой корпус 1. Жидкость из имплозионной камеры 2 при заходе головки 8 внутрь через переточные каналы 12, продольный канал 11, боковой выход 15 упора 13 и боковые каналы 3 сливается в скважину. После снижения уровня давления в скважине до уровня пластового давления, что определяют геофизическими приборами и/или после выдержки, достаточной для снижения уровня в скважине до пластового, при необходимости проводят дополнительное имплозионно–гидроимпульсное воздействие на пласт данной скважины в таком же порядке, как описано выше. Количество таких циклов операций определяется в зависимости от поставленной задачи по достижению определенных свойств пласта скважины (определяется технологическими службами, исходя из геофизических исследований и необходимых физических параметров пласта), авторы на это не претендуют. Для исключения перекосов при продольном перемещении поршня 6 со штоком 7 и упором 13 внутри гидроцилиндра 4 и кольцевого корпуса 1 упор 13 снизу могут оснащать соосной направляющей 19, вставленной с возможностью продольного перемещения в осевое отверстие 20 ограничителя 9.

По завершении работ по имплозионно–гидроимпульсному воздействию устройство извлекают из скважины при помощи колонны труб 16. При необходимости устройство можно использовать в других скважинах для имплозионно–гидроимпульсного воздействия в других скважинах. После завершения всех операций проводят консервацию устройства для хранения или технологическое обслуживание устройства для дальнейшего использования в скважинах.

Предлагаемое устройство имплозионно–гидроимпульсное для стимуляции скважин позволяет осуществлять переменное имплозионное и компрессионное воздействие на пласты скважины с одинаковыми перепадами давлений не зависимо от повторности воздействия, а также проводить при необходимости закачку химических реагентов в пласт.