Способ раскольматации зафильтрового пространства скважин и устройство для его осуществления

 

Использование: строительство и эксплуатация скважин. Сущность изобретения: до кольматации определяют общий дебит обрабатываемого участка и осуществляют предварительную промывку зоны фильтра с возбуждением колебаний давлений. Закачку рабочего агента производят с расходом, меньшим разности расхода откачки при предварительной промывке и общего дебита обрабатываемого участка. Устройство включает пакер, насос, источник колебаний. Цилиндрический корпус источника колебаний давления установлен ниже пакера и соосно ему, содержит перекрыватель выходного канала насоса. Размещенный в корпусе источника колебаний ротор с радиальными отверстиями соединен с приводом. Излучающие отверстия выполнены в цилиндрической стенке корпуса источника колебаний. Входной канал насоса соединен с подприводной полостью. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к строительству и эксплуатации скважин, в частности к освоению скважин после их сооружения или к средствам восстановления притока пластовой жидкости в скважину в процессе эксплуатации, может быть использовано для извлечения вязких тяжелых нефтей. Известен способ раскольматации зафильтрового пространства скважин, заключающийся в нагнетании в ее зафильтровое пространство рабочего агента путем его закачки в зону фильтра и одновременной откачки гидросреды, причем расход закачки не превышает расход откачки. Известен способ раскольматации зафильтрового пространства скважин, реализуемый посредством устройства для раскольматации, включающий первоначальное нагнетание в глубь зафильтрового пространства обрабатываемого участка скважины рабочего агента путем его закачки в зону фильтра и последующую откачку оттуда гидросреды, сопровождаемые возбуждением в ней колебаний давления и механических ударов о стенку обсадной колонны. Известен способ раскольматации зафильтрового пространства скважин, реализуемый посредством устройства для раскольматации, выбранный в качестве прототипа и включающий первоначальное нагнетание в глубь зафильтрового пространства обрабатываемого участка скважины рабочего агента путем его закачки в зону фильтра и последующую откачку оттуда гидросреды, сопровождаемые возбуждением в ней колебаний давления. Известное устройство для раскольматации, выбранное в качестве прототипа предлагаемого устройства, включающее пакер, в корпусе которого выполнены каналы для подачи рабочего агента в пространство между корпусом и упругим разделительным элементом, насос с входным для рабочего агента и выходным для отработанной среды в надпакерное пространство каналами, источник колебаний давления с осевым излучающим отверстием, цилиндрический корпус которого установлен снизу пакера и соосно ему. Недостатком известных способов и устройства является низкая эффективность процесса раскольматации, обусловленная тем, что осуществляемое по данному способу первоначальное нагнетание рабочего агента в глубь зафильтрового пространства может привести к вовлечению осажденных на стенках обсадной колонны и присутствующих в гидросреде зоны фильтра частиц грязи в поток рабочего агента и их проникновению в поровое пространство продуктивной породы, что вызовет загрязнение за- фильтрового пространства и его дополнительную кольматацию. Низкая эффективность работы устройства обусловлена также тем, что у вихревых гидродинамических источников колебаний низкий КПД, нестабильны амплитудно-частотные характеристики, ибо физическая природа колебаний давления, порождаемых такими источниками, определяется, в основном, нарушением сплошности рабочего агента, то есть возникновением кавитационных разрывов в виде роя парогазовых пузырьков, возникающих в камере завихрения и захлопывающихся из-за динамической неустойчивости гидропотоков. Такой колебательный процесс существенно зависит от температуры жидкости, гидростатического давления в ней, которое, к тому же, меняется в режимах нагнетания и откачки, газосодержания в рабочем агенте, наличия зародышей кавитации в нем. На величину КПД влияет и то обстоятельство, что колебания давления генерируются в широком спектре частот от нескольких сот герц до нескольких десятков килогерц, значительная часть которых, особенно в высокочастотном диапазоне, не производит полезной работы по раскольматации, а их звуковая энергия переходит в тепловую и рассеивается в окружающей среде. Выполнение излучающего отверстия в источнике колебаний осевым по отношению к его корпусу, то есть обращенным к забою скважины, а не к ее боковым обрабатываемым стенкам, снижает интенсивность колебаний на них из-за большой поверхности фронта волны. Кроме того, затруднено управление устройством по изменению режимов его работы, так осуществление режима нагнетания возможно лишь при использовании дополнительных устройств на устье скважины, создающих в ней повышенное гидростатическое давление, которое из-за постоянно работающего насоса будет в надпакерной части скважины существенно выше, чем в зоне фильтра, что может нарушить изоляцию или усилить негерметичность колонны, вызвать аварию. Цель изобретения состоит в повышении эффективности процесса раскольматации. Поставленная цель достигается тем, что в процессе раскольматации зафильтрового пространства скважин, включающем нагнетание в глубь его обрабатываемого участка рабочего агента путем закачки в зону фильтра и последующую откачку оттуда отработанной среды, сопровождаемые возбуждением в ней колебаний давления, согласно изобретению, до кольматации обрабатываемого участка определяют его общий дебит, а до нагнетания рабочего агента в глубь зафильтрового пространства осуществляют сопровождаемую возбуждением колебаний давления предварительную промывку зоны фильтра, при этом закачку рабочего агента в зону фильтра производят с расходом, меньшим разности расхода откачки при предварительной промывке и общего дебита обрабатываемого участка. Кроме того, интенсивность колебаний давления, возбуждаемых в зоне фильтра при нагнетании рабочего агента в глубь зафильтрового пространства, не меньше интенсивности колебаний при предварительной промывке зоны фильтра. Целью изобретения также является повышение эффективности работы устройства за счет упрощения управления устройством при изменении режимов его работы, при одновременном расширении функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство, включающее пакер, в корпусе которого выполнены каналы для подачи рабочего агента в пространство между корпусом и упругим разделительным элементом, а также насос с входным для рабочего агента и выходным для отработанной среды в надпакерное пространство каналами, источник колебаний давления с излучающими отверстиями, цилиндрический корпус которого установлен снизу пакера и соосно ему, согласно изобретению, содержит перекрыватель выходного канала насоса, размещенный в корпусе источника колебаний ротор с радиальными отверстиями, соединенный с приводом, между которыми расположены подприводная полость, причем излучающие отверстия выполнены в цилиндрической стенке корпуса источника колебаний, а входной канал насоса соединен с подприводной полостью. Кроме того, в одном из излучающих отверстий корпуса источника колебаний установлен срезаемый фиксатор ротора в положении, когда излучающие отверстия перекрыты ротором. Кроме того, устройство содержит радиальные подпружиненные якорные штыри. Кроме того, ротор источника колебаний выполнен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса последнего. Кроме того, в одном канале (каналах) для подачи рабочего агента в пространство между корпусом пакера и его упругим разделительным элементом установлен редукционный, а в другом (других) обратный клапаны. Именно заявленное размещение в устройстве перекрывателя выходного канала насоса, выполнение излучающих отверстий источника колебаний давления в цилиндрической стенке его корпуса, соединение входного канала насоса с подприводной полостью обеспечивают, согласно способу, осуществление предварительной промывки зоны фильтра за счет обеспечения закачки рабочего агента с расходом, меньшим разности расхода откачки и общего дебита до кольматации обрабатываемого участка, последующие нагнетание рабочего агента в глубь зафильтрового пространства и откачку оттуда отработанной среды, сопровождаемых возбуждением при этом колебаний давления, тем самым достижение цели изобретения. Отсюда заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом. Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить их соответствие критерию "Новизна". При изучении других известных технических решений (аналогов) в данной области техники такие технические признаки, как определение общего дебита до кольматации обрабатываемого участка и осуществление сопровождаемой возбуждением колебаний давления предварительной промывки зоны фильтра до нагнетания рабочего агента в глубь зафильтрового пространства, при которой расход закачки меньше разности расхода откачки и общего дебита участка, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявленному решению соответствие критерию "Существенные отличия". На фиг.1 показано реализующее предлагаемый способ устройство при открытом выходном канале насоса; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; при закрытом; на фиг.3 со срезаемым фиксатором ротора; на фиг.4 подпружиненный якорный штырь; на фиг. 5 ротор, выполненный с возможностью осевого перемещения; на фиг.6 редукционный и предохранительный клапаны в пакере. Устройство состоит из пакера 1, в корпусе 2 которого выполнены каналы 3 для подачи рабочего агента в пространство 4 между корпусом и упругим разделительным элементом 5 пакера, насоса 6 с входным 7 для рабочего агента и выходным 8 для отработанной среды в надпакерное пространство 9 каналами, источника 10 колебаний давления с излучающими отверстиями 11, в цилиндрическом корпусе 12 которого размещен ротор 13 с радиальными отверстиями 14, соединенный валом 15 с его турбинным приводом 16, между которыми расположена подприводная полость 17, соединенная с насосом 6 входным каналом 7. Для открытия (закрытия) выходного канала 8 насоса устройство содержит его перекрыватель 18, жестко связанный с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 19 и корпусом 20 привода 16, соединенного подвижно резьбовым соединением с пакером 1. Причем сопрягаемые поверхности торца выходного канала 8 насоса и его перекрывателя 18 выполнены с одинаковым уклоном. Кроме того, на фиг.1 изображены обсадная колонна 21 с перфорационными каналами 22, соединяющими зону фильтра 23 с зафильтровым пространством 24. В одном из излучающих отверстий 11 корпуса 12 источника 10 колебаний давления может быть установлен срезаемый фиксатор 25 ротора 13 в положении, когда излучающие отверстия прикрыты ротором (фиг.3). Устройство может содержать радиальные якорные штыри 26, упирающиеся в стенку корпуса 12 пружиной 27 (фиг.4). Ротор 13 источника 10 колебаний может быть выполнен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 12 (фиг.5) и соединен шлицами 28 с валом 15 привода 16. При этом ротор опирается через подшипник 29 в торец полукорпуса 30, в котором размещены радиальные якорные штыри 26 и выполнены шлицы 31, позволяющие полукорпусу 30 совершать относительно корпуса 12 источника колебаний осевые перемещения, ограниченные буртиками 32 и 33. В одном канале (каналах) 3 для подачи рабочего агента в пространство 4 между корпусом 2 и упругим разделительным элементом 5 пакера 1 может быть установлен редукционный 34, а в другом канале (каналах) обратный 35 клапаны (фиг.6). Способ осуществляют следующим образом. Первоначально определяют общий дебит до кольматации обрабатываемого участка скважины. Затем опускают в зону фильтра 23 обсадной колонны 21 на НКТ 19 устройство при открытом выходном канале 8 насоса 6 и осуществляют предварительную промывку зоны фильтра, сопровождаемую возбуждением колебаний давления путем закачки через устройство рабочего агента, который, проходя через привод 16 ротора 13 и подприводную полость 17, поступает по каналам 3 в пространство 4 между корпусом 2 и упругим элементом 5 пакера 1. Разделительный упругий элемент под действием давления рабочего агента прижимается к стенке обсадной колонны 21, отделяя зону фильтра 23 от надпакерного пространства 9. Часть рабочего агента из подприводной полости 17 поступает по входному каналу 7 в насос 6, который подсасывает при этом гидросреду из зоны фильтра 23 и откачивает ее в надпакерное пространство 9. Другая часть рабочего агента из подприводной полости закачивается через периодически совпадающие радиальные отверстия 14 ротора 13, вращаемого валом 15 привода 16, и излучающие отверстия 11 корпуса 12 источника колебаний давления в зону фильтра 23, порождая в гидросреде последнего колебания давления. При этом закачку рабочего агента в зону фильтра производят с расходом, меньшим разности расхода откачки и общего дебита до кольматации обрабатываемого участка, что обеспечивает понижение статического давления в зоне фильтра 23, разрушение слоя кольматации и грязи в перфорационных каналах 22 за счет усиления притока пластовой жидкости в скважину и растворения продуктов обработки рабочего агента под воздействием колебаний давления. Отработанную загрязненную среду откачивают насосом 6 из скважины. Причем величины расхода откачки и закачки регулируют путем частичного перекрытия выходного канала 8 насоса 6 перекрывателем 18, осуществляемого поворотом колонны НКТ 19 относительно корпуса 2 пакера. При установке срезаемого фиксатора 25 ротора 13 (фиг.3) создается возможность задержки начала возбуждения колебаний давления в гидросреде зоны фильтра 23, что обеспечивает опережающее понижение давления в ней и позволяет избежать нежелательного уплотнения слоя кольматации под воздействием колебаний. После снижения статического давления в зоне фильтра за счет откачки гидросреды насосом 6 увеличивают расход рабочего агента через устройство, при этом на роторе 13 возрастает крутящий момент, создаваемый турбинным приводом 16. Фиксатор 25 срезается, ротор начинает вращаться, и в зоне фильтра возбуждаются колебания давления. Если устройство содержит радиальные подпружиненные якорные штыри 26 (фиг.4), служащие для фиксации устройства на стенках обсадной колонны 21, то первоначально рабочий агент прокачивают через устройство с уменьшенным расходом, обеспечивающим перепад давления, достаточный для срабатывания штырей. При этом пружины 27 сжимаются, штыри 26 выдвигаются из корпуса 12 вплоть до вхождения в перфорационные каналы 22 или до упора в стенку колонны 21. Перемещением вверх (вниз) устройства добиваются попадания хотя бы одного из штырей в перфорационный канал, что обеспечивает наиболее надежную фиксацию устройства в скважине. После этого расход рабочего агента увеличивают до значения, обеспечивающего рабочее функционирование устройства и вдавливание штырей 26 в стенку колонны 21. После окончания предварительной промывки зоны фильтра осуществляют нагнетание рабочего агента в глубь зафильтрового пространства 24 скважины, для чего закрывают выходной канал 8 насоса 6 перекрывателем 18. Весь рабочий агент поступает в зону фильтра 23, в которой статическое давление среды становится больше пластового, за счет этого рабочий агент нагнетается в глубь зафильтрового пространства, где происходит растворение агентом под воздействием колебаний давления тромбов кольматанта и разжижение вязкой тяжелой нефти. Затем последовательно производят откачку из зафильтрового пространства 24 отработанной среды, сопровождаемую возбуждением колебаний. Для чего обратным поворотом колонны НКТ 19 и корпуса 20 с перекрывателем 18 открывают выходной канал 8 насоса 6. По мере необходимости технологические операции повторяют. При нагнетании рабочего агента в глубь зафильтрового пространства интенсивность колебаний давления обеспечивают по крайней мере не меньшей интенсивности колебаний при предварительной промывке. Для чего перед началом нагнетания за счет снижения расхода рабочего агента через устройство уменьшают перепад давления на последнем до величины, обеспечивающей его фиксацию в скважине, то есть выдвижение штырей 26 в рабочее положение, затем перемещают НКТ с пакером 1 вниз до упора корпуса 12 источника колебаний в буртик 33 полукорпуса 30. При этом корпус 12 перемещается по шлицам 31 относительно полукорпуса 30, буртик 32 которого препятствует перемещению ротора 13 вместе с корпусом 12 и валом 15. При этом излучающие отверстия 11 смещаются относительно радиальных отверстий 14, увеличивается их проходное сечение и расход рабочего агента через них, что способствует при его нагнетании в зафильтровое пространство повышению эффективности раскольматации. При размещении в каналах 3 пакера 1 редукционного 34 и обратного 35 клапанов все вспомогательные операции, проводимые при закреплении в колонне 21 устройства с использованием штырей и перемещений пакера 1, осуществляются при неприжатом к стенке колонны упругом разделительном элементе 5, что позволяет уменьшить усилия на перемещения устройства и износ упругого элемента. Для этого редукционный клапан 34 настраивают на определенный перепад давления, при повышении которого рабочий агент поступает в пространство 4 между корпусом и упругим элементом пакера. Поэтому давление здесь ниже, чем в подприводной полости 17. При прекращении подачи рабочего агента на устройство упругий элемент 5 сжимается и вытесняет жидкость через обратный клапан 35 в подприводную полость, происходит распакеровка зоны фильтра 23. Устройство поднимается из скважины.

Формула изобретения

1. Способ раскольматации зафильтрового пространства скважин, включающий нагнетание вглубь зафильтрового пространства обрабатываемого участка скважины рабочего агента путем его подачи в зону фильтра и последующую откачку отработанной среды, сопровождаемые возбуждением в ней колебаний давления, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности рабочего процесса, до кольматации обрабатываемого участка определяют его общий дебит, а до нагнетания рабочего агента вглубь зафильтрового пространства осуществляют сопровождаемую возбуждением колебаний давления предварительную промывку зоны фильтра, при этом закачку рабочего агента в зону фильтра производят с расходом, меньшим разности расхода откачки при предварительной промывке и общего дебита обрабатываемого участка. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивность колебаний давления, возбуждаемых в зоне фильтра при нагнетании рабочего агента вглубь зафильтрового пространства, не менее интенсивности колебаний при предварительной промывке зоны фильтра. 3. Устройство для раскольматации зафильтрового пространства скважин, включающее связанный с колонной труб корпус с радиальными окнами, уплотнительный элемент, установленный на корпусе струйный насос с входными и выходными каналами, и установленный под уплотнительным элементом источник колебаний давления, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства, оно снабжено перекрывателем выходного канала, а источник колебаний давления выполнен в виде привода и связанного с ним штоком ротора с радиальными окнами, причем уплотнительный элемент установлен на корпусе и образует с ним кольцевую полость, а в корпусе выполнен радиальный канал для сообщения полости корпуса с кольцевой полостью между ним и уплотнительным элементом, при этом перекрыватель жестко связан с колонной труб, а привод с ротором концентрично установлен в корпусе с возможностью совмещения радиальных окон ротора радиальными окнами корпуса. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено средним элементом для разобщения окон корпуса и ротора, жестко связанным одним концом с ротором и размещенным вторым концом в одном из радиальных окон корпуса. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено глухой втулкой и подпружиненными штырями, причем ротор связан со штоком шлицевым соединением и подвижно установлен на нем, а штыри установлены в стенках втулки с возможностью их выдвижения из нее. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в корпусе выполнены каналы с редукционным и обратным клапанами, для сообщения кольцевой полости между корпусом и уплотнительным элементом с полостью корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6