Скважинная струйная установка для гидроразрыва пласта и исследования скважин

Изобретение относится к области насосной техники. Установка содержит смонтированный на колонне труб струйный насос (СН) и пакер. В корпусе СН выполнены ступенчатый проходной канал (СПК) с посадочным местом между ступенями и каналы подвода откачиваемой из скважины и активной среды. СПК выполнен соосно колонне труб и сообщен с ней, а каналы подвода выполнены каждый с обратным клапаном и ограничителем перемещения вверх его запорного органа. В СПК может быть установлен герметизирующий узел в виде корпуса с уплотнительным элементом, имеющим канал для пропуска каротажного кабеля. Над СПК соосно последнему в корпусе СН установлена цилиндрическая направляющая втулка-сепаратор (ВС), консольно закрепленная верхним концом в верхней части корпуса СН. В стенке ВС выполнены продольные щелевидные отверстия. Нижний свободный конец ВС расположен от верхнего торца СПК на определенном расстоянии. Величины внутреннего диаметра ВС и диаметра верхнего торца СПК, ширины щелевидных отверстий в ВС и расстояния между соседними щелевидными отверстиями взаимосвязаны. В результате достигается повышение надежности и производительности работы установки при проведении испытания скважины и оптимизация последовательности действий при этом. 2 ил.

 

Изобретение относится к области насосной техники, преимущественно к скважинным струйным установкам для гидроразрыва пласта, испытания и исследования скважин.

Известна скважинная струйная установка, содержащая колонну труб со струйным насосом и пакером с возможностью прокачки жидкой рабочей среды через струйный насос (см. RU 2059891 C1, F04F 5/02, 10.05.1996).

Данная скважинная струйная установка позволяет проводить откачку из скважины различных добываемых сред, например нефти, с одновременной обработкой добываемой среды и прискважинной зоны пласта, однако в данной установке возможности проведения работ по исследованию скважины ограничены, что в ряде случаев сужает область использования данной установки.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является скважинная струйная установка, содержащая колонну труб, пакер и струйный насос, в корпусе которого установлены активное сопло с камерой смешения и выполнен проходной канал с посадочным местом для установки герметизирующего узла с осевым каналом, при этом выход струйного насоса подключен к колонне труб выше герметизирующего узла, вход канала для подвода откачиваемой среды струйного насоса подключен к колонне труб ниже герметизирующего узла, а вход канала подачи рабочей среды в активное сопло подключен к пространству, окружающему колонну насосно-компрессорных труб, и в корпусе струйного насоса выполнено несколько каналов подвода откачиваемой среды (см. патент RU 2106540, кл. F04F 5/02, 10.03.1998).

Данная установка позволяет проводить различные технологические операции в скважине ниже уровня установки струйного насоса, в том числе путем снижения перепада давлений над и под герметизирующим узлом. Однако данная установка не позволяет в полной мере использовать ее возможности, что связано с невозможностью сохранения депрессии на пласт при неработающем струйном насосе, что не позволяет в полной мере провести исследование скважины. Кроме того, при проведении работ по гидроразрыву пласта необходимо устанавливать в корпусе струйного насоса блокирующую вставку, что является достаточно трудоемкой операцией.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является предотвращение самопроизвольного перетока активной рабочей среды при прекращении работы струйного насоса и поддержание депрессии на пласт при неработающем струйном насосе и организация работ по проведению гидроразрыва пласта без использования дополнительного оборудования для струйного насоса.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является повышение надежности и производительности работы скважинной струйной установки при проведении испытания скважины и оптимизация последовательности действий при проведении исследования и испытания скважины.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что скважинная струйная установка содержит смонтированный на колонне труб струйный насос и пакер, причем в корпусе струйного насоса соосно установлены активное сопло и камера смешения с диффузором, а также выполнены сужающийся сверху вниз ступенчатый проходной канал с посадочным местом между ступенями, канал подвода откачиваемой из скважины среды, сообщенный ниже посадочного места со ступенчатым проходным каналом, и канал подвода активной рабочей среды, сообщенный со стороны выхода из него с активным соплом и со стороны входа в него с затрубным пространством колонны труб, при этом ступенчатый проходной канал выполнен соосно колонне труб и сообщен с ней, канал подвода откачиваемой из скважины среды и канал подвода активной рабочей среды выполнены каждый с обратным клапаном и ограничителем перемещения вверх запорного органа обратного клапана, например шарика, относительно седла обратного клапана, в ступенчатом проходном канале предусмотрена возможность установки герметизирующего узла, который выполнен в виде полого ступенчатого цилиндрического корпуса, в полости которого размещен уплотнительный элемент, при этом в уплотнительном элементе выполнен осевой канал для пропуска через него каротажного кабеля, на котором посредством кабельной головки ниже корпуса струйного насоса подвешен каротажный прибор, над ступенчатым проходным каналом соосно последнему в корпусе струйного насоса установлена цилиндрическая направляющая втулка-сепаратор, консольно закрепленная верхним концом посредством резьбового соединения в верхней части корпуса струйного насоса, в стенке направляющей втулки-сепаратора выполнены продольные щелевидные отверстия, при этом нижний свободный конец направляющей втулки-сепаратора расположен от верхнего торца ступенчатого проходного канала на расстоянии равном от 0,1 до 0,2 величины диаметра верхнего торца ступенчатого проходного канала, внутренний диаметр направляющей втулки-сепаратора составляет от 1,1 до 1,2 величины диаметра верхнего торца ступенчатого проходного канала, а ширина щелевидных отверстий в направляющей втулке-сепараторе не больше расстояния между соседними щелевидными отверстиями.

Анализ различных конструкций показал, что надежность работы можно повысить путем увеличения функциональных возможностей установки при исследовании и испытании скважин.

Было выявлено, что указанный выше набор элементов конструкции скважинной установки позволяет организовать такую последовательность действий, при которой наиболее эффективно используется оборудование, которое установлено на колонне труб при проведении каротажных работ по исследованию, испытанию и освоению продуктивных пластов горных пород. При этом созданы условия как для получения полной и достоверной информации о состоянии продуктивных пластов, так и для проведения обработки продуктивных пластов в ходе проведения исследования. Скважинная установка дает возможность создавать ряд различных депрессий с помощью струйного насоса в подпакерной зоне скважины с заданной величиной перепада давления, а с помощью каротажного прибора проводить регистрации давления, температуры и других физических параметров скважины и откачиваемой из скважины среды, также проводить регистрацию кривой восстановления пластового давления в подпакерном пространстве скважины без использования специально для этого предназначенной функциональной вставки. Одновременно представляется возможность контролировать величину депрессии путем управления скоростью прокачки активной рабочей среды. При проведении испытания пластов можно регулировать режим откачки посредством изменения давления активной рабочей среды, подаваемой в активное сопло струйного насоса. В то же время исключена возможность самопроизвольного перетока рабочей среды в подпакерную зону как при работающем, так и при неработающем струйном насосе.

Кроме того, представляется возможность проводить гидроразрыв пласта без предварительной установки в струйном насосе каких-либо функциональных вставок, и одновременно представляется возможность исключить перекос и застревание герметизирующего узла в корпусе струйного насоса при спуске герметизирующего узла и его установке на посадочное место в ступенчатом проходном канале.

Для этого в корпусе струйного насоса соосно колонне труб над ступенчатым проходным каналом консольно установлена направляющая втулка-сепаратор. В результате при подаче в пласт жидкости гидроразрыва предотвращается попадание в сопло и камеру смешения с диффузором каких-либо крупных механических примесей жидкости гидроразрыва, а следовательно, исключается возможность повреждения камеры смешения с диффузором и сопла струйного насоса. На это же направлено расположение нижнего свободного конца направляющей втулки-сепаратора от верхнего торца ступенчатого проходного канала на расстоянии равном от 0,1 до 0,2 величины диаметра верхнего торца ступенчатого проходного канала, а также выполнение внутреннего диаметра направляющей втулки-сепаратора составляющим от 1,1 до 1,2 величины диаметра верхнего торца ступенчатого проходного канала и ширины щелевидных отверстий в направляющей втулке-сепараторе не больше расстояния между соседними щелевидными отверстиями. Принимая во внимание, что жидкость гидроразрыва содержит пропант - огнеупорный гранулообразный материал в виде шариков диаметром от 0,4 до 2,0 мм, было установлено, что при указанных выше соотношениях размеров для различных типоразмеров струйных насосов удается, с одной стороны, предотвратить попадание пропанта в проточную часть сопла и камеры смешения с диффузором, а с другой стороны, не создавать на выходе из диффузора значительного гидравлического сопротивления, которое нарушило бы работу струйного насоса и потребовало бы значительных затрат энергии на преодоление этого гидравлического сопротивления.

В результате достигается интенсификация работ по исследованию, испытанию и освоению скважин, что позволяет проводить качественное исследование и испытание скважин после бурения и при капитальном ремонте, а также подготовку скважины к эксплуатации с проведением всестороннего исследования и испытания в различных режимах и за счет этого повышение надежности работы установки.

На фиг.1 представлен продольный разрез скважинной струйной установки при закачке в пласт химических реагентов или жидкости гидроразрыва.

На фиг.2 представлен продольный разрез скважинной струйной установки с установленным в ступенчатом проходном канале герметизирующим узлом при проведении исследования и испытания скважины.

Скважинная струйная установка содержит смонтированный на колонне труб 1 струйный насос 2 и пакер 3. В корпусе 4 струйного насоса 2 соосно установлены активное сопло 5 и камера 6 смешения с диффузором 7, а также выполнены сужающийся сверху вниз ступенчатый проходной канал 8 с посадочным местом 9 между ступенями, канал 10 подвода откачиваемой из скважины среды, сообщенный ниже посадочного места 9 со ступенчатым проходным каналом 8, и канал 11 подвода активной рабочей среды, сообщенный со стороны выхода из него с активным соплом 5 и со стороны входа в него с затрубным пространством 12 колонны труб 1. Ступенчатый проходной канал 8 выполнен соосно колонне труб 1 и сообщен с ней. Канал 10 подвода откачиваемой из скважины среды и канал 11 подвода активной рабочей среды выполнены каждый с обратным клапаном соответственно 13 и 14 и ограничителем 15 и 16 перемещения вверх запорного органа 17 и 18 соответственно обратного клапана 13 и 14, например шарика, относительно седла 19 и 20 своего обратного клапана 13 и 14. В ступенчатом проходном канале 8 предусмотрена возможность установки герметизирующего узла 21, который выполнен в виде полого ступенчатого цилиндрического корпуса, в полости которого размещен уплотнительный элемент 22, при этом в уплотнительном элементе 22 выполнен осевой канал 23 для пропуска через него каротажного кабеля 24, на котором посредством кабельной головки 28 ниже корпуса 4 струйного насоса 2 подвешен каротажный прибор 25. Над ступенчатым проходным каналом 8 соосно последнему в корпусе 4 струйного насоса 2 установлена цилиндрическая направляющая втулка-сепаратор 26, консольно закрепленная верхним концом посредством резьбового соединения в верхней части корпуса 4 струйного насоса 2. В стенке направляющей втулки-сепаратора 26 выполнены продольные щелевидные отверстия 27, при этом нижний свободный конец направляющей втулки-сепаратора 26 расположен от верхнего торца ступенчатого проходного канала 8 на расстоянии S, равном от 0,1 до 0,2 величины диаметра D верхнего торца ступенчатого проходного канала 8. Внутренний диаметр d направляющей втулки-сепаратора 26 составляет от 1,1 до 1,2 величины диаметра D верхнего торца ступенчатого проходного канала 8, а ширина h щелевидных отверстий 27 в направляющей втулке-сепараторе 26 не больше расстояния Н между соседними щелевидными отверстиями 27.

Работа скважинной струйной установки для гидроразрыва пласта и исследования скважин заключается в том, что проводят сборку колонны труб 1 путем установки на колонне труб 1 струйного насоса 2 и пакера 3. Проводят спуск сборки в скважину и распакеровку пакера 3, после чего проводят закачку через колонну труб 1 и ступенчатый проходной канал 8 струйного насоса 2 жидкости гидроразрыва или кислотного раствора. Затем спускают в скважину на каротажном кабеле 24 герметизирующий узел 21 с закрепленным на кабеле 24 посредством кабельной головки 28 каротажным прибором 25. Герметизирующий узел 21 устанавливают на посадочное место 9 в ступенчатом проходном канале 8 струйного насоса 2, а каротажный прибор 25 располагают в зоне продуктивного пласта (не показан на чертеже). В ходе спуска регистрируют каротажным прибором 25 фоновые значения физических полей горных пород вдоль ствола скважины, в частности тепловые поля. Далее струйным насосом 2 путем подачи по затрубному пространству 12 колонны труб 1 в активное сопло 5 активной рабочей среды создают депрессию на продуктивный пласт и таким образом дренируют продуктивный пласт, удаляя из него жидкость гидроразрыва с незакрепленным пропантом или продукты реакции химической обработки пласта химическими реагентами, например кислотным раствором. Затем при работающем струйном насосе 2 проводят регистрацию текущих значений физических полей горных пород и поступающего в скважину пластового флюида, а также регистрируют забойное давление и дебит скважины. Затем спускают каротажный прибор 25 до забоя и регистрируют при работающем струйном насосе 2 профиль притока и физические параметры откачиваемой из скважины среды, причем указанную регистрацию проводят несколько раз при различных депрессиях на пласт, в ходе спуска и подъема каротажного прибора 25, причем последний перемещают вдоль скважины с разной скоростью. Затем резко прекращают подачу активной рабочей среды в активное сопло 5 и с помощью каротажного прибора 25 проводят регистрацию кривой восстановления пластового давления в подпакерном пространстве скважины.

По окончании работ извлекают из скважины каротажный прибор 25 вместе с герметизирующим узлом 21 и производят подъем колонны труб 1 вместе со струйным насосом 2.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности при освоении скважин после бурения или при каротажных работах во всех типах скважин.

Скважинная струйная установка, содержащая смонтированный на колонне труб струйный насос и пакер, причем в корпусе струйного насоса соосно установлены активное сопло и камера смешения с диффузором, а также выполнены сужающийся сверху вниз ступенчатый проходной канал с посадочным местом между ступенями, канал подвода откачиваемой из скважины среды, сообщенный ниже посадочного места со ступенчатым проходным каналом, и канал подвода активной рабочей среды, сообщенный со стороны выхода из него с активным соплом и со стороны входа в него с затрубным пространством колонны труб, при этом ступенчатый проходной канал выполнен соосно колонне труб и сообщен с ней, канал подвода откачиваемой из скважины среды и канал подвода активной рабочей среды выполнены каждый с обратным клапаном и ограничителем перемещения вверх запорного органа обратного клапана, например, шарика относительно седла обратного клапана, в ступенчатом проходном канале предусмотрена возможность установки герметизирующего узла, который выполнен в виде полого ступенчатого цилиндрического корпуса, в полости которого размещен уплотнительный элемент, при этом в уплотнительном элементе выполнен осевой канал для пропуска через него каротажного кабеля, на котором посредством кабельной головки ниже корпуса струйного насоса подвешен каротажный прибор, над ступенчатым проходным каналом соосно последнему в корпусе струйного насоса установлена цилиндрическая направляющая втулка-сепаратор, консольно закрепленная верхним концом посредством резьбового соединения в верхней части корпуса струйного насоса, в стенке направляющей втулки-сепаратора выполнены продольные щелевидные отверстия, при этом нижний свободный конец направляющей втулки-сепаратора расположен от верхнего торца ступенчатого проходного канала на расстоянии равном от 0,1 до 0,2 величины диаметра верхнего торца ступенчатого проходного канала, внутренний диаметр направляющей втулки-сепаратора составляет от 1,1 до 1,2 величины диаметра верхнего торца ступенчатого проходного канала, а ширина щелевидных отверстий в направляющей втулке-сепараторе не больше расстояния между соседними щелевидными отверстиями.