Способ и установка для вибросейсмического воздействия на залежь

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для реализации вибросейсмического ударного воздействия для повышения нефтеотдачи пластов. В способе вибросейсмического воздействия на залежь наносят удары падающим забойным снарядом по пласту одновременно с добычей нефти из возбуждающей скважины. Подъем забойного снаряда осуществляют с помощью поршня за счет использования энергии потока среды, добываемой из скважины. После каждого удара по пласту забойным снарядом наносят дополнительный удар по пласту падающим поршнем через забойный снаряд. Установка для вибросейсмического воздействия на залежь содержит забойный снаряд для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины подъемное устройство, связанное с забойным снарядом, и наковальню. Подъемное устройство выполнено в виде корпуса, в котором находятся поршень с проходным каналом, клапан и верхний ограничитель подъема поршня. Пространство между внешней поверхностью корпуса подъемного устройства и внутренней поверхностью скважины перекрыто пакером. Пространство над поршнем подъемного устройства имеет гидравлическую связь с всасывающей линией скважинного насоса. Клапан соединен с забойным снарядом посредством штока и является нижним ограничителем падения поршня. Забойный снаряд со штоком и клапаном служат для передачи энергии ударов падающего поршня на наковальню. Даны также различные варианты выполнения установки. Повышается надежность и расширяются функциональные возможности воздействия на залежь путем нанесения дополнительных ударов по пласту при обеспечении жесткой связи между клапаном и забойным снарядом. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при вибросейсмическом ударном воздействии для повышения нефтеотдачи пластов.

Известны способ нанесения ударов падающим забойным снарядом по пласту, вскрытому возбуждающей скважиной, с использованием гидравлической энергии для подъема забойного снаряда и устройство для его осуществления, содержащее забойный снаряд для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины подъемное устройство, связанное с забойным снарядом, прерыватель подъема забойного снаряда и наковальню (патент РФ 2106471, кл. Е 21 В 28/00, 1998). Известные способ и устройство имеют низкие функциональные возможности и ограниченную область применения из-за необходимости прекращать добычу нефти из возбуждающей скважины на весь период осуществления воздействия.

Наиболее близкими к заявляемому изобретению являются способ вибросейсмического воздействия на залежь, включающий нанесение ударов падающим забойным снарядом по пласту одновременно с добычей нефти из возбуждающей скважины и подъем забойного снаряда с помощью поршня за счет использования энергии потока среды, добываемой из скважины, и установка для его осуществления, содержащая забойный снаряд для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины подъемное устройство, связанное с забойным снарядом, и наковальню, причем подъемное устройство выполнено в виде корпуса, в котором находятся поршень с проходным каналом, клапан и верхний ограничитель подъема поршня, при этом пространство между внешней поверхностью корпуса подъемного устройства и внутренней поверхностью скважины перекрыто пакером, а пространство над поршнем подъемного устройства имеет гидравлическую связь с всасывающей линией скважинного насоса (патент РФ 2164287, кл. Е 21 В 28/00, 43/25, 2001). Известные способ и устройство, как показали экспериментальные стендовые испытания, имеют низкую надежность и ограниченные функциональные возможности. Это является следствием соединения клапана и забойного снаряда с помощью гибкого каната, который неоднократно рвался в процессе стендовых испытаний. Кроме того, из-за гибкой связи между клапаном и забойным снарядом поршень при падении вниз совершал бесполезные удары по нижнему ограничителю, установленному в корпусе подъемного устройства. Испытания показали также, что при высоких подачах жидкости происходит отрыв клапана от поршня в самом начале хода вверх из-за резкой передачи веса забойного снаряда на клапан. Установка полностью теряла при этом свою работоспособность.

Задачей изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей воздействия на залежь путем нанесения дополнительных ударов по пласту при обеспечении жесткой связи между клапаном и забойным снарядом.

Повышение надежности и расширение функциональных возможностей в способе вибросейсмического воздействия на залежь достигается тем, что после каждого удара по пласту забойным снарядом наносят дополнительный удар по пласту падающим поршнем через забойный снаряд.

Повышение надежности и расширение функциональных возможностей в установке для вибросейсмического воздействия на залежь достигается тем, что клапан соединен с забойным снарядом посредством штока и является нижним ограничителем падения поршня, а забойный снаряд со штоком и клапаном служит для передачи энергии ударов падающего поршня на наковальню.

В варианте выполнения установки угол конусности клапана находится в диапазоне от 1 до 10^o. Это условие обеспечивает эффективный конусный захват и позволяет кратно повысить надежность сцепления между клапаном и поршнем при подъеме забойного снаряда.

В одном из вариантов выполнения устройства на штоке под клапаном установлен центратор для обеспечения соосности клапана и поршня в момент сцепления.

В другом варианте выполнения на клапане установлены рычаги для создания дополнительного усилия по открытию клапана, при этом поршень снабжен упором для рычагов. Это дает возможность быстро и надежно открыть клапан в верхней точке подъема без создания избыточного перепада давления.

В одном из вариантов установки рабочая часть верхнего ограничителя подъема поршня выполнена в виде полусферы, а нижняя поверхность упора представляет собой конус с углом в пределах от 30 до 55^o. Это позволяет получить наиболее оптимальные соотношения плеч рычагов и уменьшить влияние степени износа клапана на его работоспособность.

В вариантах установки соединение нижней части штока с забойным снарядом выполнено подвижным, причем нижняя часть штока снабжена пятой, а в верхней части забойного снаряда имеется полость с крышкой, в которой расположено отверстие для прохода штока, при этом между пятой штока и крышкой установлена пружина сжатия. В полости верхней части забойного снаряда могут быть также выполнены отверстия, соединяющие полость с пространством скважины. Это позволяет в начале хода вверх плавно передавать нагрузку от веса забойного снаряда на поршень подъемного устройства и устраняет опасность резкого отрыва поршня от клапана. Наличие пружины сжатия, кроме того, дает возможность в начале хода вниз после открытия клапана дополнительно оттолкнуть клапан от поршня и обеспечить опережающее падение забойного снаряда по сравнению с поршнем. Отверстия служат в данном случае для устранения поршневого эффекта при движении штока с пятой относительно забойного снаряда.

Указанная совокупность отличительных признаков заявляемого изобретения позволяет наносить дополнительные удары по пласту при существенном повышении надежности и расширении функциональных возможностей воздействия.

На фиг.1 представлена схема установки для вибросейсмического воздействия на залежь, на фиг.2 изображен крупным планом клапан для обеспечения эффективного конусного захвата, на фиг.3 - клапан с рычагами, на фиг.4 - вариант соединения нижней части штока с забойным снарядом.

Установка для вибросейсмического воздействия на залежь (см. фиг.1) содержит забойный снаряд 1 для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины 2 подъемное устройство 3, связанное с забойным снарядом 1, и наковальню 4. Подъемное устройство 3 выполнено в виде корпуса 5, в котором находятся поршень 6 с проходным каналом 7, клапан 8 и верхний ограничитель 9 подъема поршня 6, при этом пространство между внешней поверхностью корпуса 5 подъемного устройства 3 и внутренней поверхностью скважины 2 перекрыто пакером 10, а пространство 11 над поршнем 6 подъемного устройства 3 имеет гидравлическую связь с всасывающей линией 12 скважинного насоса 13. Клапан 8 соединен с забойным снарядом 1 посредством штока 14 и является нижним ограничителем падения поршня 6, а забойный снаряд 1 со штоком 14 и клапаном 8 служат для передачи энергии ударов падающего поршня 6 на наковальню 4. Наковальня 4 соединена с помощью элемента 15 (например, цементного моста) с пластом 16.

На фиг.2 представлена схема клапана, угол конусности внешней поверхности 17 которого находится в диапазоне от 1 до 10^o с целью обеспечения эффективного конусного захвата при сцеплении поршня 6 с клапаном 8. На штоке 14 под клапаном 8 установлен центратор 18.

На клапане 8 могут быть установлены рычаги 19 для создания дополнительного усилия по открытию клапана 8 (см. фиг.3). Поршень 6 при этом снабжен упором 20 для рычагов 19, которые могут поворачиваться на осях 21. Рычаги 19 на осях 21 соединены с клапаном 8 посредством держателей 22. Рабочая часть верхнего ограничителя 9 подъема поршня 6 может быть выполнена в виде полусферы, а нижняя поверхность упора 20 при этом представляет собой конус с углом (см. фиг.3) в пределах от 30 до 55^o.

Соединение нижней части штока 14 с забойным снарядом 1 может быть выполнено подвижным (см. фиг.4). Нижняя часть штока 14 при этом снабжена пятой 23, а в верхней части забойного снаряда 1 имеется полость 24 с крышкой 25, в которой расположено отверстие 26 для прохода штока 14. Между пятой 23 штока и крышкой 25 установлена пружина сжатия 27. Полость 24 верхней части забойного снаряда 1 может быть отверстиями 28 и 29 соединена с пространством скважины 2.

Способ вибросейсмического воздействия на залежь согласно настоящему изобретению осуществляют следующим образом.

Падающим забойным снарядом 1 наносят удары по наковальне 4. Энергия ударов передается через элемент 15 на пласт 16, создавая в нем колебания. Забойный снаряд 1 поднимают с помощью поршня 6, используя энергию потока среды, добываемой из скважины 2 насосом 13. После каждого удара по пласту 16 забойным снарядом 1 наносят дополнительный удар падающим поршнем 6 по пласту 16 через забойный снаряд 1 со штоком 14 и клапаном 8, а также через наковальню 4 и элемент 15. При этом добыча нефти из возбуждающей скважины 2 не прекращается. Продукция скважины 2 нагнетается далее насосом 13 на поверхность.

Таким образом, за счет нанесения дополнительных ударов увеличивается интенсивность колебаний в пласте, что способствует повышению нефтеотдачи.

Установка для вибросейсмического воздействия на залежь работает следующим образом.

Подъем забойного снаряда 1 осуществляется путем использования гидравлической энергии среды, добываемой из скважины 2. Насос 13 откачивает через всасывающую линию 12 продукцию скважины 2 из пласта 16 на поверхность. Так как пространство между внешней поверхностью корпуса 5 подъемного устройства 3 и внутренней поверхностью скважины 2 перекрыто пакером 10, то в пространстве 11 над поршнем 6, имеющим гидравлическую связь с всасывающей линией 12 скважинного насоса 13, создается разрежение. Клапан 8 прижимается давлением скважинной жидкости к поршню 6 и перекрывает проходной канал 7. Поршень 6 с клапаном 8 под воздействием скважинной среды начинает двигаться вверх и поднимает забойный снаряд 1, соединенный с клапаном 8 через шток 14.

При подъеме поршня 6 с забойным снарядом 1 до крайнего верхнего положения клапан 8 упирается в верхний ограничитель 9 подъема поршня 6. Клапан 8 открывается и происходит падение забойного снаряда 1 на наковальню 4. Поршень 6 падает вниз вслед за компоновкой, включающей в себя забойный снаряд 1, шток 14 и клапан 8. Скважинная жидкость при этом свободно протекает через проходной канал 7 вверх. После нанесения удара по наковальне 4 и пласту 16 забойным снарядом 1 поршень 6 падает на клапан 8. При этом поршень наносит дополнительный удар по пласту 16 через клапан 8, шток 14, забойный снаряд 1, наковальню 4 и жестко связанный с пластом элемент 15. Проходной канал 7 при этом перекрывается. Затем под давлением скважинной жидкости поршень 6 и клапан 8 движутся вверх, поднимая за шток 14 забойный снаряд 1 до крайнего верхнего положения, и т.д.

Такие повторяющиеся циклы подъема, падения и нанесения ударов забойным снарядом 1 и поршнем 6 позволяют поддерживать в пласте 16 интенсивные колебания. Колебательные процессы в пласте способствуют снижению обводненности добываемой нефти и повышению конечной нефтеотдачи. При этом добыча нефти из скважины 2 во время осуществления воздействия на залежь не прекращается.

В случае выполнения угла конусности внешней поверхности 17 клапана 8 в диапазоне от 1 до 10^o (см. фиг.2) происходит существенно более эффективное сцепление клапана 8 с поршнем 6 при падении поршня 6 на клапан 8, что повышает надежность работы установки. Этому же способствует и центратор 18, позволяющий обеспечить плотную, без перекосов, посадку поршня 6 на конус клапана 8.

При установке на клапане 8 рычагов 19 и снабжении поршня 6 упором 20 для рычагов 19 (см. фиг.3) уменьшается усилие, необходимое для открытия клапана 8 в крайнем верхнем положении. Это уменьшение пропорционально отношению плеч рычага а и b. Сила реакции верхнего ограничителя 9 действует на рычаги 19, которые поворачиваются вокруг осей 21 на держателях 22 и отталкиваются от упора 20, открывая клапан 8. Выполнение при этом рабочей части верхнего ограничителя 9 подъема поршня 6 в виде полусферы и нижней поверхности упора 20 в виде конуса с углом (см. фиг.3) в пределах от 30 до 55^o позволяет получить наиболее оптимальные соотношения плеч а и b рычагов 19, а также уменьшить влияние степени износа клапана 8 на его работоспособность.

При выполнении соединения нижней части штока 14 с забойным снарядом 1 подвижным (см. фиг.4) появляется возможность плавной передачи веса забойного снаряда 1 на соединение клапана 8 с поршнем 6. В начале хода вверх происходит подъем только поршня 6 и клапана 8 со штоком 14, а забойный снаряд 1 остается неподвижным. Пята 23 движется вверх, сжимая пружину 27. Нагрузка от веса забойного снаряда 1 постепенно передается при этом на шток 14 и только после определенного сжатия пружины 27 начинается подъем снаряда 1 вверх. Это устраняет опасность резкого отрыва поршня 6 от клапана 8 при высоких подачах жидкости.

Наличие пружины сжатия 27, кроме того, позволяет в начале хода вниз после открытия клапана 8 дополнительно оттолкнуть клапан 8 от поршня 6. Это обеспечивает опережающее падение забойного снаряда 1 по сравнению с поршнем 6. Пружина 27 разжимается и пята 23 опускается в крайнее нижнее положение, соприкасаясь с дном полости 24 в верхней части забойного снаряда 1. Поэтому при нанесении удара поршнем 6 по клапану 8 энергия удара передается через жестко соприкасающуюся с забойным снарядом 1 пяту 23 штока 14 на наковальню 4 с элементом 15 и далее - на пласт 16.

Отверстия 28 и 29 служат для устранения поршневого эффекта при движении штока 14 с пятой 23 в полости 24 забойного снаряда 1. При движении пяты 23 вверх относительно забойного снаряда 1 жидкость, находящаяся над пятой 23, вытесняется через отверстия 29 в скважину 2, а жидкость из скважины 2 всасывается через отверстия 28 в полость 24. При перемещении пяты 23 вниз относительно забойного снаряда 1 жидкость из скважины 2 поступает в полость 23 через отверстия 29, а жидкость, находящаяся под пятой 23, выходит через отверстия 28 в скважину 2. Следовательно, перепад давления между областями над и под пятой 23 практически отсутствует, что устраняет поршневой эффект, замедляющий перемещение пяты 23.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет существенно повысить надежность и расширить функциональные возможности вибросейсмического воздействия на залежь но сравнению с известными изобретениями.

Литература 1. Патент РФ 2106471, Е 21 В 28/00, 1998.

2. Патент РФ 2164287, Е 21 B 28/00, 2001 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ вибросейсмического воздействия на залежь, включающий нанесение ударов падающим забойным снарядом по пласту одновременно с добычей нефти из возбуждающей скважины и подъем забойного снаряда с помощью поршня за счет использования энергии потока среды, добываемой из скважины, отличающийся тем, что после каждого удара по пласту забойным снарядом наносят дополнительный удар по пласту падающим поршнем через забойный снаряд.

2. Установка для вибросейсмического воздействия на залежь, содержащая забойный снаряд для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины подъемное устройство, связанное с забойным снарядом, и наковальню, связанную с пластом, причем подъемное устройство выполнено в виде корпуса, в котором находятся поршень с проходным каналом, клапан и верхний ограничитель подъема поршня, выполненный с возможностью упора в него клапана, при этом пространство между внешней поверхностью корпуса подъемного устройства и внутренней поверхностью скважины перекрыто пакером, а пространство над поршнем подъемного устройства имеет гидравлическую связь с всасывающей линией скважинного насоса, отличающаяся тем, что клапан имеет угол конусности внешней поверхности, соединен с забойным снарядом посредством штока и является нижним ограничителем падения поршня, а забойный снаряд со штоком и клапаном служат для передачи энергии ударов падающего поршня на наковальню.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что угол конусности внешней поверхности клапана находится в диапазоне от 1 до 10^o.

4. Установка по п.2 или З, отличающаяся тем, что на штоке под клапаном установлен центратор.

5. Установка по любому из пп.2-4, отличающаяся тем, что на клапане установлены рычаги для создания дополнительного усилия по открытию клапана, при этом поршень снабжен упором для рычагов.

6. Установка по любому из пп.2-5, отличающаяся тем, что рабочая часть верхнего ограничителя подъема поршня выполнена в виде полусферы, а нижняя поверхность упора представляет собой конус с углом в пределах от 30^o до 55^o.

7. Установка по любому из пп.2-6, отличающаяся тем, что соединение нижней части штока с забойным снарядом выполнено подвижным, причем нижняя часть штока снабжена пятой, а в верхней части забойного снаряда имеется полость с крышкой, в которой расположено отверстие для прохода штока, при этом между пятой штока и крышкой установлена пружина сжатия.

8. Установка по п. 7, отличающаяся тем, что полость верхней части забойного снаряда отверстиями соединена с пространством скважины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4