Устройство для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта

 

Изобретение относится к области нефтедобычи и предназначено для поддержания и восстановления производительности добывающих скважин, оборудованных глубинными штанговыми насосами (ГШН), путем воздействия на призабойную зону пласта импульсами давления. Устройство для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта включает установленную в эксплуатационной колонне колонну насосно-компрессорных труб и глубинный штанговый насос. ГШН должен иметь резерв по производительности и может быть вставным. Всасывающий клапан ГШН представляет собой цилиндр, соединенный с цилиндром ГШН, плунжер с шаровым клапаном, установленный в цилиндре, и поршень, связанный штоком с нижней частью плунжера. Цилиндр, плунжер, шток и поршень выполнены с возможностью обеспечения открытия прохода к шаровому клапану для заполнения цилиндра ГШН в процессе всасывания скважинной жидкости. Поршень имеет уплотнительную манжету, которая подбирается для взаимодействия с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны, либо, в случае снабжения устройства гильзой, с внутренней поверхностью гильзы. Устройство может быть снабжено патрубком, который верхним концом соединен с якорным башмаком крепления ГШН и охватывает цилиндр. Гильза крепится к нижней части патрубка при помощи муфты. В стенке патрубка выполнены отверстия для свободного перетока скважинной жидкости во внутреннюю полость патрубка. Муфта имеет по наружной поверхности продольные центрирующие ребра для взаимодействия с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны. В одном из вариантов шток охватывает втулка, присоединенная к нижней части цилиндра, которая выполнена в виде обоймы. В обойме расположена пружина сжатия. Втулка имеет дренажные отверстия и наружные продольные центрирующие ребра. Для создания импульсов давления используется энергия веса столба скважинной жидкости, поднимаемой ГШН. За счет длительности процесса воздействия импульсами давления на призабойную зону пласта обеспечивается ее эффективная очистка и промывка и, в конечном счете, поддержание и восстановление производительности скважины. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области нефтедобычи и предназначено для поддержания и восстановления производительности добывающих скважин, оборудованных глубинными штанговыми насосами (ГШН), путем воздействия на призабойную зону пласта импульсами давления. Возникающие в скважине ниже ГШН перепады давления позволяют очистить и промыть призабойную зону пласта и, тем самым, стимулировать и восстановить производительность добывающих скважин.

Устройство выполнено в виде приспособления, которое монтируется на трубные ГШН и вставные с верхним креплением вместо всасывающего (нижнего) клапана и выполняет его функцию. ГШН должен иметь резерв по производительности (рабочему ходу плунжера). Резерв используется на создание импульсов давления при ходе плунжера ГШН вниз. При отсутствии резерва в скважину спускается ГШН на большую производительность.

Для создания импульсов давления используется энергия веса столба скважинной жидкости, поднимаемой ГШН по насосно-компрессорным трубам (НКТ). Под его действием при обратном ходе плунжера ГШН происходит перемещение рабочего органа приспособления (поршня) вниз, что приводит к возникновению под ним зоны повышенного давления.

Известно устройство для гидродинамического воздействия на призабойную зону пласта, содержащее установленную в эксплуатационной колонне колонну НКТ и ГШН. В этом известном устройстве воздействие осуществляется в процессе работы ГШН через боковое отверстие, выполненное в цилиндре ГШН выше средней точки длины хода плунжера ГШН импульсами повышенного и пониженного давлений скважинной жидкости (патент США №4565246, Е 21 В 43/25, 1986 г.).

Недостатком известного устройства является низкая эффективность воздействия, поскольку величина импульса повышенного давления зависит от размеров отверстия и усилия пружины, поджимающей нагнетательный клапан ГШН, который участвует в создании импульса давления при ходе плунжера ГШН вниз.

Известно выбранное в качестве прототипа устройство для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, содержащее установленную в эксплуатационной колонне колонну НКТ и ГШН (патент России №2139405, Е 21 В 28/00, Е 21 В 43/25, 1999 г).

Это известное устройство позволяет получить увеличение амплитуды импульсов давления на призабойную зону пласта, но в целом оно также малоэффективно.

Задачей изобретения является повышение эффективности очистки и промывки призабойной зоны пласта для поддержания и восстановления производительности скважины.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для гидродинамического воздействия на призабойную зону пласта, включающем установленную в эксплуатационной колонне колонну насосно-компрессорных труб и глубинный штанговый насос, согласно изобретению всасывающий клапан глубинного штангового насоса выполнен в виде цилиндра, соединенного с цилиндром упомянутого насоса, плунжера с шаровым клапаном, установленного в цилиндре, и поршня, связанного штоком с нижней частью плунжера, при этом цилиндр, плунжер, шток и поршень выполнены с возможностью обеспечения открытия прохода к шаровому клапану для заполнения цилиндра упомянутого насоса в процессе всасывания скважинной жидкости.

В конкретных воплощениях изобретения устройство может иметь гильзу, прикрепленную к нижней части цилиндра, а уплотнительная манжета поршня выполняется с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью этой гильзы. При отсутствии гильзы уплотнительная манжета поршня выполняется с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны.

Для повышения защищенности устройства от механических повреждений при использовании вставного ГШН предусмотрен патрубок, охватывающий цилиндр и соединенный верхним концом с якорным башмаком крепления ГШН. При этом при наличии гильзы она прикрепляется к нижней части патрубка. В стенке патрубка выполнены отверстия для свободного перетока скважинной жидкости во внутреннюю полость патрубка. Для крепления гильзы к нижней части цилиндра, либо к нижней части патрубка применена муфта, которая имеет по наружной поверхности продольные центрирующие ребра для взаимодействия с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны. Устройство может содержать охватывающую шток и присоединенную к нижней части цилиндра втулку, которая имеет наружные продольные центрирующие ребра для взаимодействия с муфтой и/или гильзой и дренажные отверстия для перетока скважинной жидкости из подплунжерной полости при перемещении поршня. Втулка может иметь вид обоймы, в которой расположена пружина сжатия. В одном из конкретных воплощений шток выполнен полым, в другом - имеет глухой осевой канал, выходящий к шаровому клапану и сообщенный радиальными каналами с кольцевой канавкой, выполненной на наружной поверхности верхней части штока, а в цилиндре при этом выполнены отверстия для обеспечения прохода скважинной жидкости через шток к шаровому клапану при совмещении отверстий цилиндра с кольцевой канавкой штока в верхнем его положении.

На фиг.1 показано устройство, продольный разрез; на фиг.2 показан вариант устройства, отличающийся способом подъема поршня, продольный разрез; на фиг.3 - вариант устройства (его нижняя часть), в котором отсутствует гильза, продольный разрез.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения.

Как следует из фиг.1, устройство включает цилиндр 1, соединенный с цилиндром 2 ГШН, в данном случае трубным, вместо всасывающего клапана. Внутри цилиндра 1 установлен подвижный плунжер 3 с шаровым клапаном 4. К нижней части плунжера 3 с помощью резьбы прикреплен полый шток 5 с поршнем 6, имеющим уплотнительную манжету. Снизу к цилиндру 1 с помощью муфты 7, имеющей по наружной поверхности продольные центрирующие ребра, прикреплены охватывающая шток втулка 8 с дренажными отверстиями и с находящейся в ней пружиной 9 сжатия и гильза 10. Уплотнительная манжета поршня подбирается под диаметр гильзы 10, либо, в случае отсутствия последней, - под диаметр эксплуатационной (обсадной) колонны 11 (см. фиг.3).

Устройство работает следующим образом. После сборки устройства его известным образом на колонне НКТ спускают в эксплуатационную колонну скважины. В исходном состоянии под действием пружины 9 плунжер 3 отжат вверх. В процессе работы ГШН при ходе его плунжера вниз столб скважинной жидкости над плунжером ГШН начинает давить на плунжер 3 (шаровой клапан 4 закрыт и полость штока 5 перекрыта), происходит сжатие пружины 9 и перемещение плунжера 3 с поршнем 6 вниз. В свою очередь поршень 6 начинает выталкивать скважинную жидкость из гильзы 10, что приводит к возникновению зоны повышенного давления ниже поршня 6. По достижении своего нижнего положения плунжер 3 останавливается, а плунжер ГШН продолжает движение до своего нижнего положения, при этом открывается нагнетательный клапан, расположенный в плунжере ГШН и происходит переток скважинной жидкости через плунжер ГШН в его надплунжерное пространство. После остановки и начала движения плунжера ГШН вверх вслед за ним под действием пружины 9 поднимается до своего верхнего положения и плунжер 3, под действием пластового давления откроется шаровой клапан 4 и скважинная жидкость через полость штока 5 поступит в цилиндр 2 ГШН.

Таким образом, в процессе работы ГШН с помощью данного устройства в призабойной зоне скважины создаются импульсы давления, которые обеспечивают ток скважинной жидкости из скважины в призабойную зону пласта. Работа устройства приводит к периодическому изменению направления движения скважинной жидкости, обеспечивая тем самым очистку и промывку призабойной зоны пласта, что приводит к стабилизации и восстановлению производительности скважины.

В устройстве, показанном на фиг.2 (верхнее положение плунжера), цилиндр 1 присоединен к цилиндру 2 ГШН, в данном случае вставного, также вместо всасывающего клапана. Устройство снабжено охватывающим цилиндр 1 патрубком 12, соединенным верхним своим концом, например, при помощи резьбы, с якорным башмаком крепления ГШН (не показано). В стенке патрубка 12 выполнены отверстия для свободного претока скважинной жидкости во внутреннюю его полость. Гильза 10 прикреплена к нижней части патрубка 12 при помощи муфты 7. Шток 5, в данном случае ступенчатый, имеет глухой осевой канал 13, выходящий к шаровому клапану 4. Глухой осевой канал 13 сообщен радиальными каналами 14 с кольцевой канавкой 15, выполненной на наружной поверхности верхней части штока 5. В цилиндре 1 выполнены отверстия 16 для обеспечения прохода скважиной жидкости через шток 5 к шаровому клапану 4 при их совмещении с кольцевой канавкой 15 в верхнем положении плунжера 3.

Устройство работает следующим образом. При спуске устройства в скважину плунжер 3 занимает свое верхнее (исходное) положение под действием пластового давления, проход к шаровому клапану 4 открыт, колонна НКТ заполнена скважинной жидкостью. При пуске ГШН в работу и движении его плунжера вниз плунжер 3 под действием веса столба скважинной жидкости переместится вниз, при этом отверстия 16 в цилиндре 1 перекроются плунжером 3, после чего откроется нагнетательный клапан ГШН, и скважинная жидкость начнет поступать в его надплунжерное пространство. При движении плунжера ГШН вверх под действием пластового давления плунжер 3 поднимется вверх, совместятся отверстия 16 и канавка 15, откроется проход к шаровому клапану 4 и начнется заполнение подплунжерного пространства ГШН скважинной жидкостью и подъем ее по колонне НКТ из скважины. Функцию ограничения хода плунжера 3 вверх и вниз выполняет втулка 8.

Изобретение позволяет за счет длительности процесса гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта (в течение работы ГШН) осуществлять эффективную ее очистку и промывку и, в конечном счете, поддерживать и восстанавливать производительность скважины.

Формула изобретения

1. Устройство для гидроимпульсного воздействия на призабойную зону пласта, включающее установленную в эксплуатационной колонне колонну насосно-компрессорных труб и глубинный штанговый насос, отличающееся тем, что всасывающий клапан глубинного штангового насоса выполнен в виде цилиндра, соединенного с цилиндром упомянутого насоса, плунжера с шаровым клапаном, установленного в цилиндре, и поршня, связанного штоком с нижней частью плунжера, при этом цилиндр, плунжер, шток и поршень выполнены с возможностью обеспечения открытия прохода к шаровому клапану для заполнения цилиндра упомянутого насоса в процессе всасывания скважинной жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет втулку, охватывающую шток и присоединенную к нижней части цилиндра.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что шток выполнен полым.

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что поршень имеет уплотнительную манжету, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что втулка выполнена в виде обоймы, в которой расположена пружина сжатия.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что втулка имеет дренажные отверстия для перетока жидкости из подплунжерной полости при перемещении поршня.

7. Устройство по одному из пп.1, 2, 4, 6, отличающееся тем, что шток имеет глухой осевой канал, выходящий к шаровому клапану и сообщенный радиальными каналами с кольцевой канавкой, выполненной на наружной поверхности верхней части штока, а в цилиндре выполнены отверстия для обеспечения прохода скважинной жидкости через шток к шаровому клапану при совмещении отверстий цилиндра с кольцевой канавкой штока в верхнем его положении.

8. Устройство по одному из пп.1-3, 5 и 6, отличающееся тем, что оно снабжено гильзой, прикрепленной к нижней части цилиндра при помощи муфты, а поршень имеет уплотнительную манжету, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью гильзы.

9. Устройство по одному из пп.1-3, 5 и 6, отличающееся тем, что оно снабжено патрубком, соединенным верхним концом с якорным башмаком крепления глубинного штангового насоса и охватывающим цилиндр, и гильзой, прикрепленной к нижней части патрубка при помощи муфты, при этом в стенке патрубка выполнены отверстия для свободного перетока скважинной жидкости во внутреннюю полость патрубка, а поршень имеет уплотнительную манжету, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью гильзы.

10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что муфта имеет по наружной поверхности продольные центрирующие ребра для взаимодействия с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны.

11. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что втулка имеет наружные продольные центрирующие ребра для взаимодействия с муфтой и/или гильзой.

РИСУНКИ