Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений для импульсной закачки жидкости в пласт.

Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт, включающее корпус с внутренней цилиндрической выборкой, концентрично расположенный в корпусе патрубок с центральным каналом, окнами и гайкой, пружину, навернутый на верхний конец патрубка переводник, жестко присоединенный снизу к патрубку цилиндрический клапан, вставленный в корпус и оснащенный сверху кольцевым выступом, выполненным с возможностью ограниченного герметичного перемещения относительно внутренней цилиндрической выборки корпуса, причем гайка установлена на наружной поверхности патрубка между корпусом и переводником, а пружина размещена между гайкой и корпусом, при этом полость внутренней цилиндрической выборки корпуса над кольцевым выступом цилиндрического клапана сообщена окнами с центральным каналом, а полость внутренней цилиндрической выборки корпуса под кольцевым выступом цилиндрического клапана сообщена радиальными каналами с пространством снаружи корпуса.

Цилиндрический клапан ниже кольцевого выступа оснащен двумя размещенными друг друга напротив продольным пазами, напротив которых в корпусе выполнены сквозные отверстия, при этом в сквозных отверстиях корпуса зафиксирован стержень, вставленный в продольные пазы цилиндрического клапана, причем внутри цилиндрического клапана ниже окон патрубка жестко установлена клапанная клетка с запорным органом, выполненным в виде шара жесткосоединенного снизу с глухим штоком, на который навернута регулируемая втулка, при этом при перемещении под действием избыточного давления корпуса вверх относительного кольцевого выступа цилиндрического клапана стержень имеет возможность взаимодействия с запорным органом и их совместного осевого перемещения вверх в пределах клапанной клетки.

Устройство позволяет повысить надежность работы устройства и регулировать амплитуду и частоту колебаний жидкости с помощью регулируемой втулки в процессе импульсной закачки в широком диапазоне расхода и давления, что позволяет повысить эффективность работы устройства и подобрать оптимальный режим для дальности распространения колебаний. Также устройство позволяет проводить дополнительные технологические операции, такие как обратная промывка (после распакеровки пакера) или свабирование по колонне НКТ после кислотной реакции в пласте, а также позволяет заполнить колонну НКТ скважинной жидкостью в процессе спуска.

1 ил. на 1 л.

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений для импульсной закачки жидкости в пласт.

Известно устройство для закачки жидкости в пласт (патент на изобретите RU 2241825, МПК E21B 43/18, опубл. в бюл. 34 от 10.12.2004 г.), включающее полый корпус с крышкой, дном и выпускными каналами для сообщения полости корпуса с призабойной зоной скважины, подвижный рабочий орган и каналы подачи рабочего агента, при этом устройство снабжено в верхней части корпуса подвижным соплом с опорными поверхностями и впускным каналом в виде радиального отверстия для инжекции жидкости с призабойной зоны скважины в каналы подачи рабочего агента при уменьшении приемистости скважины, при этом выпускные каналы сообщают одну из полостей корпуса с полостью под опорными поверхностями сопла, а каналы подачи рабочего агента выполнены в виде камеры смешения.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во-вторых, сложность изготовления деталей, таких как подвижный орган, подвижное сопло ведет к удорожанию стоимости устройства;

- в-третьих, низкая эффективность работы устройства, так как не регулируется амплитуда колебаний импульсной закачки жидкости.

Также известен забойный пульсатор (патент на полезную модель RU 53363, МПК E21B 43/00, опубл. в бюл. 13 от 10.05.2006), включающий корпус, концентрично размещенный внутри корпуса патрубок с окнами, при этом патрубок заглушен гайкой и жестко связан с переводником, подпружиненный клапан, при этом патрубок снабжен внутренней цилиндрической выборкой, а клапан выполнен в виде полого цилиндра, заглушенного снизу и оснащенного кольцевым выступом сверху; причем кольцевой выступ клапана размещен во внутренней цилиндрической выборке патрубка, при этом клапан оснащен сквозными отверстиями на боковой поверхности и установлен в патрубке с возможностью герметичного осевого перемещения в пределах внутренней цилиндрической выборки патрубка с возможностью частичного взаимного перекрытия сквозных отверстий клапана и окон патрубка.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая эффективность работы устройства, так как не регулируется амплитуда и частота колебаний, что в процессе длительной закачки при небольшом расходе и низкой частоте колебаний жидкости происходит засорение призабойной зоны нагнетательной скважины, что уменьшает ее приемистость, поэтому для ускорения процесса самоочистки призабойной зоны необходимо увеличивать расход и давление жидкости в импульсном устройстве и создавать более высокую частоту и амплитуду жидкости. Чтобы увеличить глубину очистки пласта необходимо увеличить амплитуду, а так как гидравлическое сопротивление пластов различно, в зависимости от их физико-химических свойств необходимо регулировать амплитуду и частоту колебаний, чтобы подобрать оптимальную величину для эффективной работы устройства;

- во-вторых, ограниченные функциональные возможности, так как импульсная закачка жидкости происходит только при небольших значениях давления и небольших расходах жидкости, что при повышенном давлении, и особенно при увеличении расхода жидкости, приводит к тому, что пружина практически остается в сжатом состоянии, вследствие чего устройство переходит в стабильный (постоянный) режим закачки.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для импульсной закачки жидкости в пласт (патент на изобретение RU 2400615, МПК E21B 28/00; 43/25, опубл. в бюл. 27 от 27.09.2010), включающее корпус, концентрично расположенный в корпусе патрубок с центральным каналом, окнами и гайкой, жестко соединенный с переводником, пружину, полый цилиндрический клапан, оснащенный внутренней заглушкой и боковыми сквозными отверстиями, а вверху - кольцевым выступом, выполненным с возможностью ограниченного герметичного перемещения вниз относительно внутренней цилиндрической выборки, при этом полый цилиндрический клапан жестко снизу присоединен к патрубку, который вставлен в корпус с возможностью продольного герметичного перемещения, причем гайка установлена на наружной поверхности патрубка между корпусом и переводником, при этом пружина установлена между гайкой и корпусом, внутренняя цилиндрическая выборка выполнена в корпусе, ниже которой в корпусе, оснащенном радиальными каналами, выполнена нижняя цилиндрическая выборка, а отверстия полого цилиндрического клапана выполнены в два ряда по высоте, между которыми установлена внутренняя заглушка, причем полость внутренней цилиндрической выборки корпуса над выступом сообщена окнами с центральным каналом, в которой выше окон размещено технологическое сужение, а полость внутренней цилиндрической выборки под выступом сообщена радиальными каналами с пространством снаружи корпуса, нижняя цилиндрическая выборка которого выполнена с возможностью сообщения с нижним рядом сквозных отверстий полого цилиндрического клапана, а при его перемещении вниз относительно корпуса - с верхним и нижним рядами сквозных отверстий полого цилиндрического клапана одновременно, при этом площадь проходного сечения сужения центрального канала не превосходит суммарную площадь проходных сечений верхнего или нижнего ряда сквозных отверстий.

Недостатками данного устройства являются:

во-первых, низкая надежность работы устройства, обусловленная износом кромок нижней цилиндрической выборки корпуса, особенно при закачке кислот и других едких химических веществ, что приводит к преждевременному сообщению верхнего и нижнего ряда сквозных отверстий полого цилиндрического клапана между собой посредством нижней цилиндрической выборки корпуса и, как следствие, отклонению режима (частоты и амплитуды) импульсной закачки от требуемого режима работы устройства;

во-вторых, для регулирования частоты и амплитуды импульсов, создаваемых устройством необходим набор сменных втулок, устанавливаемых в центральном канале устройства в зависимости от объема закачиваемой через устройство жидкости. Кроме того площадь проходного сечения сужения (сменной втулки) центрального канала не превосходит суммарную площадь проходных сечений верхнего или нижнего ряда сквозных отверстий, что ограничивает объем импульсной закачки жидкости;

- в-третьих, не возможно заполнение внутреннего пространства колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) скважинной жидкостью в процессе спуска устройства в скважину, поэтому приходится полностью заполнять колонну НКТ перед началом работы устройства, на что необходимо время. Кроме того, не возможно вызывать циркуляцию жидкости, например при необходимости проведения обратной промывки.

Задачей полезной модели является повышение надежности работы устройства с возможностью регулирования частоты и амплитуды импульсной закачки в необходимом объеме закачки, а также с возможностью заполнения колонны НКТ скважинной жидкостью в процессе спуска.

Поставленная задача решается устройством для импульсной закачки жидкости в пласт, включающим корпус с внутренней цилиндрической выборкой, концентрично расположенный в корпусе патрубок с центральным каналом, окнами и гайкой, пружину, навернутый на верхний конец патрубка переводник, жестко присоединенный снизу к патрубку цилиндрический клапан, вставленный в корпус и оснащенный сверху кольцевым выступом, выполненным с возможностью ограниченного герметичного перемещения относительно внутренней цилиндрической выборки корпуса, причем пайка установлена на наружной поверхности патрубка между корпусом и переводником, а пружина размещена между гайкой и корпусом, при этом полость внутренней цилиндрической выборки корпуса над кольцевым выступом цилиндрического клапана сообщена окнами с центральным каналом, а полость внутренней цилиндрической выборки корпуса под кольцевым выступом цилиндрического клапана сообщена радиальными каналами с пространством снаружи корпуса.

Новым является то, что цилиндрический клапан ниже кольцевого выступа оснащен двумя размещенными друг друга напротив продольным пазами, напротив которых в корпусе выполнены сквозные отверстия, при этом в сквозных отверстиях корпуса зафиксирован стержень, вставленный в продольные пазы цилиндрического клапана, причем внутри цилиндрического клапана ниже окон патрубка жестко установлена клапанная клетка с запорным органом, выполненным в виде шара жесткосоединенного снизу с глухим штоком, на который навернута регулируемая втулка, при этом при перемещении под действием избыточного давления корпуса вверх относительного кольцевого выступа цилиндрического клапана стержень имеет возможность взаимодействия с запорным органом и их совместного осевого перемещения вверх в пределах клапанной клетки.

На фигуре изображено предлагаемое устройство для импульсной закачки жидкости в пласт в продольном разрезе.

Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт включаем корпус 1 (см. фиг.) с внутренней цилиндрической выборкой 2, концентрично расположенный в корпусе 1 патрубок 3 с центральным каналом 4, окнами 5 и гайкой 6, а также пружину 7.

На верхний конец патрубка 3 навернут переводник 8. Снизу к патрубку 3 жестко присоединен цилиндрический клапан 9, вставленный в корпус 1 и оснащенный сверху кольцевым выступом 10. Кольцевой выступ 10 цилиндрического клапана 9 выполнен с возможностью ограниченного герметичного перемещения относительно внутренней цилиндрической 2 выборки корпуса 1. Гайка 6 установлена на наружной поверхности патрубка 3 между корпусом 1 и переводником 8. Пружина 7 размещена между гайкой 6 и корпусом 1.

Полость 11 внутренней цилиндрической выборки 2 корпуса 1 над кольцевым выступом 10 цилиндрического клапана 9 сообщена окнами 5 с центральным каналом 4.

Полость 12 внутренней цилиндрической выборки 2 корпуса 1 под кольцевым выступом 10 цилиндрического клапана 9 сообщена радиальными каналами 13 с пространством (на фиг. не показано) снаружи корпуса 1 (см. фигуру).

Цилиндрический клапан 9 ниже кольцевого выступа 10 оснащен двумя размещенными друг друга напротив продольным пазами 14 и 14, напротив которых в корпусе 1 выполнены сквозные отверстия 15 и 15, соответственно.

В сквозных отверстиях 12 и 12 корпуса 1 зафиксирован, например, на резьбе стержень 16, вставленный в продольные пазы 11 и 11 цилиндрического клапана 9.

Внутри цилиндрического клапана 9 ниже окон 5 патрубка 3 жестко установлена клапанная клетка 17 с запорным органом 18, выполненным в виде шара 19 жесткосоединенного снизу с глухим штоком 20.

На глухой шток 20 навернута регулируемая втулка 21, при этом при перемещении корпуса 1 вверх относительного кольцевого выступа 10 цилиндрического клапана 9 стержень 16 имеет возможность взаимодействия с запорным органом 18 и их совместного осевого перемещения вверх в пределах клапанной клетки 17. Расстояние L, между нижним торцом регулируемой втулки 21 запорного органа 18 и стержнем 16, регулируется степенью заворачивания регулирования регулируемой втулки 21 в глухой шток 20 запорного органа 18 и позволяет подобрать требуемую частоту амплитуды и частоты импульса жидкости.

Несанкционированные перетоки жидкости предотвращаются уплотнительными кольцами.

Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт работает следующим образом.

Перед спуском устройства в скважину (на фиг. не показано) в зависимости от приемистости пласта производят регулировку устройства, то есть подбирают оптимальный режим (частоту колебаний, амплитуду) импульсной закачки в зависимости от требуемого объема закачки и давления приемистости пласта, который подвергается импульсной закачке жидкости, например, кислотной обработке пласта. Для этого подбирают жесткость пружины 7 (см. фигуру) и осуществляют регулирование расстояния - L так, чтобы при определенном расходе жидкости и давления создавалась требуемая (оптимальная) частота колебаний и амплитуда импульсов. Это осуществляют опытным путем, например, при стендовых испытаниях.

В конструкции предложенного устройства отсутствует сменная втулка, которая существенно ограничивает объемы импульсной закачки жидкости.

В оптимальном режиме работы устройства процесс охвата импульсным воздействием неоднородностей углеводородной залежи имеет значительные границы, что положительно сказывается на уменьшении остаточной нефтенасыщенности (ускоряются процессы капиллярной пропитки замкнутых пор) и, как следствие, увеличивается нефтеоотдача в эксплуатационных скважинах.

С увеличением расхода жидкости увеличивается частота колебаний жидкости, а увеличить амплитуду колебаний импульсного воздействия на пласт и соответственно перепад давлений можно увеличив жесткость пружины путем заворота гайки 6 в патрубок 3 и, наоборот, уменьшить амплитуду колебаний импульсного воздействия на пласт и соответственно перепад давлений можно уменьшив жесткость пружины путем отворота гайки 6 на патрубке 3.

После регулировки устройство для импульсной закачки жидкости в пласт соединяют с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) с пакером (на фигуре не показано) любой известной конструкции (например, проходной пакер с механической осевой установкой П-ЯМО (на 25 МПа) производства научно-производственной фирмы «Пакер» г.Октябрьский, Республика Башкортостан, Российская Федерация)

Далее в скважину в производят спуск колонны НКТ с пакером (на фиг. не показано), так, чтобы пакер находился на 5-10 м выше кровли пласта, подлежащего импульсной закачке жидкости, например, сточной воды или раствора кислоты.

В процессе спуска устройства на колонне НКТ благодаря наличию запорного органа 18, перемещающегося вверх в пределах клапанной клетки 17, при этом находящаяся в скважине жидкость свободно заполняет внутренние пространства устройства и колонны НКТ, что не требует последующего заполнения всего внутреннею пространства колонны НКТ, так как скважинная жидкость в процессе спуска будет перетекать сквозь запорный орган 18, пропускающий снизу вверх, т.е. из скважинною пространства внутрь колонны НКТ и частично заполнит ее.

После спуска устройства на колонне НКТ в заданный интервал производят герметизацию заколонного пространства для этого производят посадку проходного пакера в скважине, после чего производят долив жидкости в колонну НКТ, обвязывают верхний конец колонны с насосным агрегатом любой известной конструкции, например, с насосным агрегатом ЦА-320.

После чего начинают импульсную закачку жидкости (например, кислотного состава для обработки пласта) в скважину по колонне НКТ.

Поток жидкости под действием давления, создаваемою с устья скважины через центральный канал 4, и далее через окна 5 патрубка 4 попадает в полость 11, благодаря тому, что запорный орган 18 герметично сидит в клапанной клетке 17, т.е. предотвращает переток жидкости сверху вниз по центральному каналу 4.

В полости 11 поток жидкости под действием избыточного давления воздействует на верхний торец кольцевого выступа 10 цилиндрического клапана 9, при этом корпус 1 перемещается вверх относительно кольцевого выступа 10 цилиндрического клапана 9 в пределах внутренней цилиндрической выборке 2 корпуса 1 (максимально на длину - В), сжимая пружину 7.

где, B - длина внутренней цилиндрической выборкой 2 корпуса 1, мм;

L - расстояние от стержня 16 до нижнего торца регулируемой втулки 21 в транспортном положении, мм;

C - расстояние от верхнего конца запорного элемента 18 до верхнего торца клапанной клетки 17 в транспортном положении, мм.

В процессе перемещения корпуса 1 вверх с ним вместе перемещается и стержень 16, который сначала перемещается на расстояние - L, взаимодействует с запорным органом 18 через регулируемую втулку 21 и далее происходит их совместное (стержня 16 и запорного органа 18) осевое перемещение вверх на расстояние - C в пределах клапанной клетки 17, т.е. до тех пор, пока запорный орган 18 сверху не упрется в клапанную клетку 17. В результате подъема запорного органа 18 вверх, жидкость перепускается сверху вниз через отверстие 22 в клапанной клетке 17 под устройство, откуда и попадает в пласт (на фигуре не показано), при этом давление в центральном канале 4 выше клапанной клетки 17, а также внутри патрубка 3 и в полости 11 резко снижается и корпус 1 под действием возвратной силы пружины 7 опускается вниз относительно кольцевого выступа 10 цилиндрического клапана 9 в пределах внутренней цилиндрической выборки 2 корпуса 1 (максимально на длину - B), также совместно с корпусом 1 вниз спускается стержень 16 с запорным органом 18. В результате запорный орган 18 герметично садится в клапанной клетке 17, т.е. предотвращает переток жидкости сверху вниз по центральному каналу 4, а поступление жидкости под устройство и, соответственно, в пласт прекращается, так происходит один цикл импульсной закачки жидкости в пласт.

Эти циклы многократно повторяются, как описано выше, при этом равномерный поток жидкости преобразуется в импульсный, при этом корпус 1 циклически перемещается относительно цилиндрического клапана 9.

Кроме того, запорный орган 18 выполняет роль обратного клапана, поэтому при необходимости можно произвести дополнительные технологические операции. Например, произвести обратную промывку, для этого распакеровать пакер и подачей жидкости с устья в заколонное пространство скважины вызвать циркуляцию по колонне НКТ, после чего вновь произвести посадку пакера в требуемом интервале и продолжим, работу устройства, как описано выше. Также можно произвести свабирование по колонне НКТ, например, после импульсной кислотной обработки пласта, выждав технологическую паузу, спускают в колонну НКТ сваб, например, с помощью геофизического подъемника ПКС - 5 и производят удаление продуктов реакции кислоты в пласте.

Устройство позволяет повысить надежность работы устройства и регулировать амплитуду и частоту колебаний жидкости с помощью регулируемой втулки в процессе импульсной закачки в широком диапазоне расхода и давления, что позволяет повысить эффективность работы устройства и подобрать оптимальный режим для дальности распространения колебаний (с точки зрения фазовой скорости распространения колебаний и коэффициента поглощения) в массиве горных пород с учетом их собственных частот (глинистые сланцы, известняки и песчаники).

Также устройство позволяет проводить дополнительные технологические операции, такие как обратная промывка (после распакеровки пакера) или свабирование по колонне НКТ после кислотной реакции в пласте, а также позволяет заполнить колонну НКТ скважинной жидкостью в процессе спуска.

Устройство для импульсной закачки жидкости в пласт, включающее корпус с внутренней цилиндрической выборкой, концентрично расположенный в корпусе патрубок с центральным каналом, окнами и гайкой, пружину, навернутый на верхний конец патрубка переводник, жестко присоединенный снизу к патрубку цилиндрический клапан, вставленный в корпус и оснащенный сверху кольцевым выступом, выполненным с возможностью ограниченного герметичного перемещения относительно внутренней цилиндрической выборки корпуса, причем гайка установлена на наружной поверхности патрубка между корпусом и переводником, а пружина размещена между гайкой и корпусом, при этом полость внутренней цилиндрической выборки корпуса над кольцевым выступом цилиндрического клапана сообщена окнами с центральным каналом, а полость внутренней цилиндрической выборки корпуса под кольцевым выступом цилиндрического клапана сообщена радиальными каналами с пространством снаружи корпуса, отличающееся тем, что цилиндрический клапан ниже кольцевого выступа оснащен двумя размещенными напротив друг друга продольным пазами, напротив которых в корпусе выполнены сквозные отверстия, при этом в сквозных отверстиях корпуса зафиксирован стержень, вставленный в продольные пазы цилиндрического клапана, причем внутри цилиндрического клапана ниже окон патрубка жестко установлена клапанная клетка с запорным органом, выполненным в виде шара жесткосоединенного снизу с глухим штоком, на который навернута регулируемая втулка, при этом при перемещении под действием избыточного давления корпуса вверх относительного кольцевого выступа цилиндрического клапана стержень имеет возможность взаимодействия с запорным органом и их совместного осевого перемещения вверх в пределах клапанной клетки.