Способ повышения производительности скважины в период ее эксплуатации и устройство для перекрытия призабойной зоны

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к эксплуатации скважин. Обеспечивает повышение производительности скважины в процессе ее эксплуатации путем создания глубокой депрессии на пласт. Сущность изобретения: способ включает периодическое перекрытие призабойной зоны, снижение над ней давления ниже давления в пласте и открытие призабойной зоны. Согласно изобретению величину снижения давления в призабойной зоне ограничивают. Ее увеличивают при каждом очередном перекрытии призабойной зоны и доводят к концу эксплуатации скважины до максимальной. При этом после открытия призабойной зоны открывают выход из фонтанных труб. Устройство содержит корпус, фонтанные трубы и затвор с электроприводом в виде электромагнитов с подвижными сердечниками. Согласно изобретению оно снабжено кольцевым поршнем и клапанами, установленными на сердечниках. В корпусе устройства образована кольцевая полость. Она разделена поршнем на две замкнутые камеры. Они соединены с пространством над затвором через дроссельные отверстия и имеют возможность сообщения с призабойной зоной скважины через отверстия, перекрытые в исходном положении клапанами. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемые изобретения относятся к горной промышленности, а именно к газодобывающей, и могут быть использованы при эксплуатации скважин.

Способ и устройство предназначены для повышения производительности скважины в процессе ее эксплуатации, а также для увеличения газоотдачи пласта, снижения затрат, связанных с выполнением указанных работ, и повышения безопасности эксплуатации скважин.

Известен способ повышения производительности скважины в процессе ее эксплуатации путем поддержания режима постоянного дебита, включающий снижение давления в призабойной зоне скважины ниже давления в пласте -создание депрессии на пласт [1].

Устройство для его осуществления содержит корпус, фонтанные трубы и затвор, размещенный с возможностью перекрытия их [2].

Недостаток способа заключается в том, что для поддержания режима постоянного дебита в начальный период эксплуатации скважины устанавливается заведомо пониженная ее производительность.

Недостатком устройства является отсутствие возможности создания глубокой депрессии на пласт, что вынуждает эксплуатировать скважину при пониженной производительности.

Известен способ повышения производительности скважины в процессе ее эксплуатации, включающий периодическое перекрытие призабойной зоны, снижение над ней давления ниже давления в пласте и открытие призабойной зоны [3].

Известно устройство для перекрытия призабойной зоны, содержащее корпус, фонтанные трубы и затвор с электроприводом в виде электромагнитов с подвижными сердечниками [1].

Недостатком способа и устройства являются ограниченные возможности по повышению производительности скважины. При использовании способа приходится ограничивать производительность скважины, т.к. повышенная производительность в начальный момент эксплуатации скважины приводит к так называемому разрушению пласта. В результате чего происходит увеличение фильтрационной зоны пласта, выход ее за пределы границ досягаемости эффективного воздействия на пласт. Из-за пониженной скорости флюидов на границах зоны затрудняется удаление песка из газопроводящих каналов, что приводит к прекращению работы скважины. Ввиду невозможности создания глубокой депрессии на пласт искусственно поддерживается существенно уменьшенное пространство, охватываемое фильтрационной зоной, что значительно снижает производительность скважины и газоотдачу пласта.

Технический результат изобретения - повышение производительности скважины в процессе ее эксплуатации путем создания глубокой депрессии на пласт.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения производительности скважины в процессе ее эксплуатации, включающем периодическое перекрытие призабойной зоны, снижение над ней давления ниже давления в пласте и открытие призабойной зоны, согласно изобретению величину снижения давления в призабойной зоне ограничивают, ее увеличивают при каждом очередном перекрытии призабойной зоны и доводят к концу эксплуатации скважины до максимальной, при этом после открытия призабойной зоны открывают выход из фонтанных труб.

Технический результат достигается также и тем, что устройство для перекрытия призабойной зоны, содержащее корпус, фонтанные трубы и затвор с электроприводом в виде электромагнитов с подвижными сердечниками, согласно изобретению снабжено кольцевым поршнем и клапанами, установленными на сердечниках, а в корпусе устройства образована кольцевая полость, разделенная поршнем на две замкнутые камеры, соединенные с пространством над затвором через дроссельные отверстия и имеющие возможность сообщения с призабойной зоной скважины через отверстия, перекрытые в исходном положении клапанами.

С применением способа достигается более значительный перепад давления. Способ позволяет снизить давление в призабойной зоне скважины вплоть до величины атмосферного давления, в результате чего на пласт оказывает влияние резкая и глубокая депрессия. При этом скорость изменения перепада давления, действующего на пласт, приобретает взрывной характер. Мгновенно развивается энергия, способная разрушить породу на пути движения газа к скважине. Возникший скоростной поток прочищает газопроводящие каналы и обеспечивает возможность существенного повышения производительности скважины.

Это приводит к расширению фильтрационной зоны скважины, охватывающей значительно больший объем продуктивного пласта и облегчающей поступление газа в скважину. Однако даже для способа, обладающего возможностями создания максимальной депрессии на пласт, фильтрационная зона может расшириться настолько, что скорость потока на ее границах окажется слишком малой для выноса песка из газопроводящих каналов. Поэтому стоит задача плавного ввода продуктивного пласта в эксплуатацию.

Периодическое проведение операции с постепенным увеличением величины депрессии на пласт решает ее, позволяет постепенно расширять фильтрационную зону, не допуская выхода ее границ за пределы досягаемости метода. Такой подход позволит продлевать период интенсивной эксплуатации скважины и увеличивать полноту газоотдачи пласта.

Способ осуществляют в газовой скважине, находящейся в режиме эксплуатации. Для его выполнения перекрывают призабойную зону скважины в непосредственной близости к забою. В полости колонны фонтанных труб производят снижение давления. Давление снижают до величины, достаточной для создания необходимой депрессии. Затем призабойную зону открывают, в результате чего давление в ней снижается, приближаясь к давлению в трубах. Для увеличения продолжительности действия повышенной депрессии на пласт газ сбрасывают в атмосферу, поджигая его на выходе.

Снижение давления осуществляют периодически по мере уменьшения производительности скважины. При этом величину снижения давления ограничивают, постепенно увеличивая ее при каждом очередном перекрытии призабойной зоны, доводя к концу эксплуатации скважины до максимальной величины. При максимальном снижении давления вход в фонтанные трубы перекрывают для предотвращения попадания в них атмосферного воздуха.

На иллюстрациях условно показано:

фиг.1 - устройство в процессе эксплуатации скважины;

фиг.2 - устройство в начальный момент закрытия затвора;

фиг.3 - устройство в закрытом положении;

фиг.4 - устройство в процессе открытия затвора.

Устройство для осуществления способа (фиг.1, 2) содержит корпус 1, фонтанные трубы 2 и затвор 3, размещенный с возможностью перекрытия труб.

Затвор 3 снабжен электрическим приводом. В качестве привода может использоваться, например, электродвигатель. В нашем случае электропривод выполнен в виде верхних 4 и нижних 5 электромагнитов с подвижными сердечниками 6 и 7.

Устройство дополнительно снабжено приводом, использующим энергию перепада давления. Для чего оно оснащено кольцевым поршнем 8 и клапанами 9 и 10, установленными на сердечниках 6 и 7. В корпусе устройства образована кольцевая полость, разделенная поршнем 8 на две замкнутые камеры 11 и 12. В камерах выполнены дроссельные отверстия 13 и 14, соединяющие их в центральном канале 15 устройства с пространством над затвором 3. В стенках камер также выполнены отверстия 16 и 17, соединяющие их полости с призабойной зоной. Эти отверстия в исходном положении перекрыты вышеуказанными клапанами 9 и 10 (фиг.4). Поршень 8 может быть связан с затвором 3 различными средствами, например зубчатой передачей или, как в нашем случае, рычагом 18.

Устройство располагают в нижней части фонтанных труб 2 (фиг.1), герметизированных снаружи, например, пакером 19. На поверхности выход из фонтанных труб перекрыт предохранительным клапаном 20.

Устройство работает следующим образом.

В процессе эксплуатации скважины (фиг.1) затвор 3 открыт, обеспечивая для скважинной продукции проход к устью скважины. С целью подготовки к созданию глубокой депрессии на пласт призабойную зону перекрывают. Для чего подают напряжение на верхние электромагниты 4 (фиг.2). Сердечники 6 электромагнитов втягиваясь перемещаются вниз. При этом клапаны 9, закрепленные на сердечниках, открывают отверстия 16. Одновременно своими нижними торцами сердечники перемещают вниз и поршень 8. Поршень, в свою очередь, посредством рычага 18 поворачивают затвор 3. Ввиду того что в открытом положении устройства затвор не испытывает действия перепада давления, он легко поворачивается под действием даже небольшой электромагнитной силы. Но в результате сужения прохода в канале 15 происходит уменьшение давления в пространстве над затвором. Давление наружной среды через отверстия 16 действует на поршень 8. Дроссельные отверстия 13 при этом не успевают снизить давление. Возникший перепад давления перемещает поршень вниз и затвором 3 еще больше перекрывает проход скважинным флюидам через центральный канал 15. Это еще больше увеличивает перепад давления, действующий сверху вниз, который дожимает поршень до полного закрытия затвора (фиг.3).

После перекрытия призабойной зоны давление в фонтанных трубах над зоной снижают до заданной величины. Снижается также давление и в устройстве, в камерах 11 и 12, т.к. они через дроссельные отверстия 13 и 14, в конечном итоге, связаны также с фонтанными трубами. Предохранительный клапана 20 удерживает давление на заданном значении. В случае полного сброса давления в фонтанных трубах предохранительный клапан закрывается и препятствует попаданию в трубы атмосферного воздуха.

Для открытия затвора 3 подают напряжение на нижний электромагнит 5 (фиг.4). Сердечник 7 электромагнита втягивается и закрепленным на нем клапаном 10 открывает вход в подпоршневую зону в камеру 12. Давление в камере 12 оказывается значительно выше, чем над поршнем 8, в камере 11, поршень поднимается и открывает затвором 3 вход в фонтанные трубы 2 из призабойной зоны. При открытии призабойной зоны, как было уже сказано, в ней происходит резкое падение давления.

Пониженное давление в фонтанных трубах поддерживают некоторое время, например, путем сброса газа на факел через предохранительный клапан 20.

В результате описанных действий устройство вновь переходит в положение, показанное на фиг.1, и готово для осуществления следующего цикла создания депрессии на пласт.

Технико-экономическая эффективность изобретений обеспечивается тем, что они позволяют:

1. Интенсифицировать приток газа путем периодического воздействия на пласт глубокой депрессией.

2. Удалять пробки, предупреждать их образование и осуществлять очистку приствольной зоны пласта от загрязнения.

3. Использовать устройство в период эксплуатации скважины для перекрытия скважины в непосредственной близости к призабойной зоне, разгружая фонтанные и обсадные трубы от действия перепада давления и повышая безопасность.

4. Исключить необходимость проведения ремонтных операций в скважинах и отрицательное воздействие на пласт благодаря отсутствию необходимости их глушения.

5. Снизить стоимость эксплуатации скважины, повысить продолжительность интенсивной работы ее и газоотдачу пласта.

Источники информации

1. Ермилов О.М. И др. Эксплуатация газовых скважин. - М.: Наука, 1995, с.322-323.

2. Муравьев В.М. Спутник нефтяника. - М.: Недра, с.165-167.

3. SU 878910, 07.11.1981.

Формула изобретения

1. Способ повышения производительности скважины в процессе ее эксплуатации, включающий периодическое перекрытие призабойной зоны, снижение над ней давления ниже давления в пласте и открытие призабойной зоны, отличающийся тем, что величину снижения давления в призабойной зоне ограничивают, ее увеличивают при каждом очередном перекрытии призабойной зоны и доводят к концу эксплуатации скважины до максимальной, при этом после открытия призабойной зоны открывают выход из фонтанных труб.

2. Устройство для перекрытия призабойной зоны, содержащее корпус, фонтанные трубы и затвор с электроприводом в виде электромагнитов с подвижными сердечниками, отличающееся тем, что оно снабжено кольцевым поршнем и клапанами, установленными на сердечниках, а в корпусе устройства образована кольцевая полость, разделенная поршнем на две замкнутые камеры, соединенные с пространством над затвором через дроссельные отверстия и имеющие возможность сообщения с призабойной зоной скважины через отверстия, перекрытые в исходном положении клапанами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4