Устройство для газоимпульсной обработки скважин

Авторы патента:

Изобретение относится к эксплуатации геотехнических, нефтегазовых скважин и может быть использовано в процессе газоимпульсной обработки скважин для повышения производительности продуктивного пласта. Устройство включает корпус камеры высокого давления с заправочным клапаном с одной торцевой стороны и канал с другой торцевой стороны. Концентрично с ним размещен корпус камеры низкого давления с клапанным устройством управления импульсами, выхлопными отверстиями со сменными соплами, каждое из которых ориентировано в радиальном направлении по отношению к вертикальной оси устройства, и снабжен подпружиненным кожухом, телескопически размещенным между камерой высокого давления и камерой низкого давления с возможностью возвратно-поступательного движения для открытия и закрытия выхлопных отверстий. Суммарная площадь критических сечений сопел находится в пределах 0,5-1 от минимальной площади сечения канала камеры высокого давления. Кожух сопряжен с корпусом камеры низкого давления по уплотнительным поверхностям, снабженным уплотнительными кольцами. Обеспечивается качественная обработка продуктивного пласта за счет настройки устройства на условия в скважине с учетом свойств породы продуктивного пласта, повышается технологичность и надежность конструкции, уменьшается износ и предотвращается коррозия прецизионных деталей клапанного устройства, уменьшаются потери на импульс, улучшаются условия эксплуатации устройства. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Известно устройство для газоимпульсной обработки скважин, включающее корпус, баллон сжатого газа, сопло специального профиля, выхлопной электромагнитный клапан. Устройство опускают на геофизическом кабеле в зону продуктивного пласта. Предварительно его заряжают газом высокого давления на поверхности земли. Из опущенного устройства в зоне продуктивного пласта производят выхлопы газа с энергией импульса 10-200 кДж и управляют с поверхности земли длительностью и частотой импульсов выхлопов газа. Выхлопы газа высокого давления в скважину выполняют с частотой, скважностью и длительностью импульсов, близкими к резонансным характеристикам призабойной зоны продуктивного пласта (патент РФ №2012779, кл. Е21В 37/08, 1994 г.). Техническое решение позволяет повысить эффективность пневмоимпульсной обработки скважин и увеличить дебит скважины.

Однако, описанная конструкция не обеспечивает симметричность воздействия и контроль за процессом обработки. Возможно проникновение скважинной жидкости внутрь устройства, изнашиваются детали клапанного устройства, происходит коррозия прецизионных деталей клапанного устройства. Трудоемкие работы по очистке внутренних полостей устройства ухудшают условия его эксплуатации. В описанной конструкции не предусмотрена возможность изменения параметров струй газа при работе в различных продуктивных пластах, с породами различного качества.

Известно устройство для обработки скважин, которое в ее стенке за счет воздействия сжатым направленным потоком воздуха обеспечивает изменения рельефа призабойной зоны (а.с. СССР №1004598, кл. Е21В 7/28, 1981 г.). В устройстве имеется аккумулятор сжатого воздуха, на корпусе размещены каналы для подачи сжатого воздуха с соплами, ориентированными в сторону стенки скважины. Подача сжатого воздуха от аккумулятора осуществляется через шаровую муфту. Для создания необходимой струи каждое сопло имеет сужающуюся часть и расширяющуюся часть. Техническое решение позволяет повысить производительность обработки призабойной зоны скважины.

Однако глубина использования этой конструкции незначительна. Она не может быть использована для обработки глубоких нефтяных и геотехнических скважин. А при извлечении корпуса из скважины сопла забиваются скважинной жидкостью, пульпой и породой, что требует дополнительного обслуживания устройства.

Наиболее близким аналогом - прототипом заявляемого устройства является пневмоснаряд для обработки призабойной зоны скважины (патент РФ №2044866, кл. Е21В 37/08, 1992 г.). Это устройство включает в себя узел крепления к геофизическому грузонесущему кабелю, корпус камеры высокого давления с заправочным клапаном с одной торцевой стороны и каналом с другой торцевой стороны, концентрично с которым размещен корпус камеры низкого давления с клапанным устройством управления импульсами для открытия канала камеры высокого давления и направленными в сторону скважины выхлопными отверстиями, соединенными с каналом камеры высокого давления. Камеру высокого давления заряжают газом на поверхности земли. Устройство опускают на геофизическом грузонесущем кабеле в зону продуктивного пласта. Из опущенного устройства производят импульсную обработку призабойной зоны скважины. Управляют с поверхности земли длительностью и частотой импульсов выхлопов газа. Выпускают порции газа высокого давления в скважину с частотой в диапазоне 0,1-0,2 Гц. Глубина использования конструкции позволяет устройству работать в призабойной зоне скважины. Применение устройства позволяет повысить эффективность обработки призабойной зоны глубоких нефтегазодобывающих скважин и повысить их производительность за счет разрушения кольматирующих отложений.

Недостатком устройства является отсутствие возможности изменять площадь проходного сечения выхлопных отверстий, их количество и формы, то есть влиять на энергию и массу, давление и скорость газа, выбрасываемого в скважину. К недостаткам относится также то, что во время работы в призабойной зоне скважины при переводе клапанного устройства управления импульсами в режим перекрытия канала камеры высокого давления сжатый газ перестает поступать в выхлопные отверстия. В результате в выхлопные отверстия проникает жидкость и пульпа, которые находятся в призабойной зоне скважины. При повторном включении клапанного устройства управления импульсами поступающий из канала камеры высокого давления сжатый газ вытесняет скважинную жидкость из выхлопных отверстий, преодолевая ее сопротивление, теряя силу газовой струи. В процессе спуска устройства на уровень выполнения работ в призабойной зоне скважины корпус контактирует со стенками скважины из-за отклонения ствола скважины от вертикали, вследствие чего нарушается симметричность и снижается эффективность воздействия. Кроме того, попадание скважинной жидкости внутрь устройства, а также дополнительное сопротивление на выброс жидкости из затопленных полостей ведет к повышенному износу деталей клапанного устройства управления импульсами и преждевременному выходу его из строя. Дополнительные действия по очистке незащищенных полостей усложняют эксплуатацию устройства.

Задачей предлагаемого устройства для обработки скважин является устранение недостатков прототипа. А именно: задачей является исключение отказов в работе клапанного устройства управления импульсами за счет уменьшения его износа при исключении попадания скважинной жидкости в полости для газа, а также за счет предотвращении коррозии полостей и элементов клапана. Задачей является исключение преодоления газовой струей сопротивления скважинной жидкости из затопленных полостей, то есть исключение потерь на импульс. Задачей является исключение трудоемких работ по очистке выхлопных отверстий и внутренних полостей устройства. Задачей также является расширение диапазона параметров работы устройства, таких как: мощность, давление, скорость газа, а также их оперативное регулирование, улучшения формирования струи сжатого газа в выхлопном отверстии для повышения качества выполняемых работ. Задачей также является повышение надежности конструкции и ее долговечности. Кроме того, задачами являются снижение потерь энергии газа при движении по каналу от камеры высокого давления к выхлопным отверстиям, повышение качества воздействия за счет соблюдения симметричности расположения устройства в скважине, инструментального контроля процесса обработки, снижение затрат и трудоемкости работ.

Техническим результатом заявленного устройства является повышение надежности конструкции за счет исключения отказов в работе клапанного устройства управления импульсами путем уменьшения его износа при исключении попадания скважинной жидкости в газовые полости, а также за счет предотвращения коррозии прецизионных поверхностей и элементов клапана. Техническим результатом является повышение производительности скважины и улучшение качества воздействия за счет расширения диапазона мощности, давления, скорости газа и настройки устройства для условий в конкретной скважине, обеспечения симметричности выхлопа, инструментального контроля процесса обработки. Кроме того, техническими результатами являются уменьшение потерь энергии газа путем снижения скорости его движения по каналу камеры высокого давления. К техническим результатам следует отнести улучшение технологичности устройства, снижение затрат на техническое обслуживание и производство работ.

На достижение указанного технического результата оказывают влияние следующие существенные признаки. В устройстве для газоимпульсной обработки скважин, включающем узел крепления к геофизическому грузонесущему кабелю, корпус камеры высокого давления с заправочным клапаном с одной торцевой стороны и каналом с другой торцевой стороны, концентрично с которым размещен корпус камеры низкого давления с клапанным устройством управления импульсами для открытия канала камеры высокого давления и направленными в сторону скважины выхлопными отверстиями, соединенными с каналом камеры высокого давления, корпус камеры низкого давления снабжен подпружиненным кожухом, телескопически размещенным между камерой высокого давления и камерой низкого давления с возможностью возвратно-поступательного движения для открытия и закрытия выхлопных отверстий и сопряженный с корпусом камеры низкого давления по уплотнительным поверхностям, а выхлопные отверстия снабжены сменными соплами, каждое из которых ориентировано в радиальном направлении по отношению к вертикальной оси устройства, при этом суммарная площадь критических сечений сопел находится в пределах 0,5-1 от минимальной площади сечения канала камеры высокого давления. Внутренняя сторона кожуха имеет выступающий участок в сторону камеры низкого давления и в оконечной части участок расширения, корпус камеры низкого давления снабжен фиксатором пружины, размещенной на выступающем участке кожуха, имеет верхнюю ступеньку ограничения движения кожуха для выступающего участка и нижнюю ступеньку для края участка расширения внутренней стороны кожуха, а уплотнительные поверхности корпуса камеры низкого давления снабжены уплотнительным кольцом малого диаметра для сопряжения с внутренней частью кожуха под выступающим участком, и уплотнительным кольцом большего диаметра для сопряжения с внутренней частью участка расширения внутренней стороны кожуха со стороны камеры высокого давления, причем уплотнительное кольцо большего диаметра размещено ниже сменных сопел и выше края нижней части кожуха, а выше сменных сопел в корпусе камеры низкого давления со стороны клапанного устройства имеется отверстие для участка расширения внутренней стороны кожуха, при этом кожух под выступающим участком имеет отводящее отверстие с верхней ступеньки ограничения движения кожуха. Корпус камеры низкого давления снабжен размещенной концентрично с кожухом со стороны камеры высокого давления отжимной гайкой для перемещения подпружиненного кожуха и имеет радиальные прорези, соответствующие количеству сопел для их замены и регулировки. Каждое сменное сопло выполнено в виде сопла Лаваля, при этом диаметр выходного сечения сопла равен 1-2 диаметра критического сечения. Устройство снабжено регистраторами температуры и давления скважины, размещенными в перфорированном контейнере с наружной торцевой стороны камеры высокого давления. Устройство снабжено выступающими за габариты корпусов центровочными резиновыми элементами со стороны корпуса камеры высокого давления и центраторами рессорного типа симметрично установленными со стороны корпуса камеры низкого давления.

Отличительными признаками заявляемого устройства от прототипа является то, что корпус камеры низкого давления снабжен подпружиненным кожухом, телескопически размещенным между камерой высокого давления и камерой низкого давления с возможностью возвратно-поступательного движения для открытия и закрытия выхлопных отверстий и сопряженный с корпусом камеры низкого давления по уплотнительным поверхностям, а выхлопные отверстия снабжены сменными соплами, каждое из которых ориентировано в радиальном направлении по отношению к вертикальной оси устройства, при этом суммарная площадь критических сечений сопел находится в пределах 0,5-1 от минимальной площади сечения канала камеры высокого давления. Внутренняя сторона кожуха имеет выступающий участок в сторону камеры низкого давления и в оконечной части участок расширения, корпус камеры низкого давления снабжен фиксатором пружины, размещенной на выступающем участке кожуха, имеет верхнюю ступеньку ограничения движения кожуха для выступающего участка и нижнюю ступеньку для края участка расширения внутренней стороны кожуха, а уплотнительные поверхности корпуса камеры низкого давления снабжены уплотнительным кольцом малого диаметра для сопряжения с внутренней частью кожуха под выступающим участком, и уплотнительным кольцом большего диаметра для сопряжения с внутренней частью участка расширения внутренней стороны кожуха со стороны камеры высокого давления, причем уплотнительное кольцо большего диаметра размещено ниже сменных сопел и выше края нижней части кожуха, а выше сменных сопел в корпусе камеры низкого давления со стороны клапанного устройства имеется отверстие для участка расширения внутренней стороны кожуха, при этом кожух под выступающим участком имеет отводящее отверстие с верхней ступеньки ограничения движения кожуха. Корпус камеры низкого давления снабжен размещенной концентрично с кожухом со стороны камеры высокого давления отжимной гайкой для перемещения подпружиненного кожуха и имеет радиальные прорези, соответствующие количеству сопел для их замены и регулировки. Каждое сменное сопло выполнено в виде сопла Лаваля, при этом диаметр выходного сечения сопла равен 1-2 диаметра критического сечения. Устройство снабжено регистраторами температуры и давления скважины, размещенными в перфорированном контейнере с наружной торцевой стороны камеры высокого давления. Устройство снабжено выступающими за габариты корпусов центровочными резиновыми элементами со стороны корпуса камеры высокого давления и центраторами рессорного типа симметрично установленными со стороны корпуса камеры низкого давления.

Наличие подпружиненного кожуха, выполненного с возможностью открытия выхлопных отверстий, телескопически размещенного между камерой высокого давления и камерой низкого давления, обеспечивает снижение вероятности отказов в работе клапанного устройства управления импульсами. Кожух исключает попадание скважинной жидкости и пульпы в газовые каналы и полости устройства. За счет этого предотвращается коррозия внутренних прецизионных поверхностей, каналов и элементов клапанного устройства управления импульсами, что способствует уменьшению его износа, повышению долговечности и надежности конструкции. Кроме того, после подъема устройства пульпа попадает в полости и каналы, остается там и засыхает, что требует трудоемких работ по очистке. Для герметичности телескопически размещенного кожуха на корпусе камеры низкого давления в зоне верхней и нижней части кожуха имеются уплотнительные кольца. Исходящая газовая струя не преодолевает сопротивление пробки, образованной породой, а также скважинной жидкости и пульпы. Струя не рассеивается, не теряет кинетическую энергию. Для образования струи сжатого газа необходимого качества предусмотрено наличие сменных сопел в выхлопных отверстиях. Это позволяет осуществлять замену сопел, установку сопел с площадью проходного сечения и расчетным конструктивным выполнением, определяющих энергию и газодинамические параметры воздействия, заданные планом работ по конкретной скважине. Извлечение сменных сопел обеспечивает возможность их очищения от возможного забивания породой. Имеется возможность замены сменных сопел на иные, имеющие другие характеристики либо на новые, имеющие поверхность без коррозии. Кроме того, имеется возможность выполнять сменные сопла из иного, более технологичного материала, то есть они могут быть выполнены из материала, отличного от материала корпуса. Наличие сменных сопел дает возможность использовать не выхлопные отверстия постоянного поперечного сечения, как в прототипе, а придавать каналу для прохода газа более сложные формы. Это технологически намного проще, чем выполнять непростую форму в выхлопных отверстиях корпуса. И намного дешевле. Применение сопла Лаваля позволяет влиять на газодинамические характеристики струй за счет геометрических размеров сопла. Суммарная площадь критических сечений сопел находится в пределах 0,5-1 от минимальной площади сечения канала камеры высокого давления, это снижает скорость движения газа по каналам и полостям устройства, расположенным перед соплами и, следовательно, снижает потери энергии газа. Диаметр выходного сечения сопла Лаваля ограничен диапазоном 1-2 по отношению к диаметру критического сечения, так как такое соотношение обеспечивает диапазон чисел Маха М=1-3,5, что охватывает всю область необходимых для обработки рабочих параметров газа. Кроме того, большой размер сопел связан с трудностями конструктивного размещения сопел в габаритах устройства. Каждое сменное сопло ориентировано в радиальном направлении по отношению к вертикальной оси устройства, что предотвращает возникновение закручивающих моментов и осевых усилий, действие которых может привести к нештатной работе устройства. Наличие регистраторов температуры и давления скважины и их размещение обеспечивает контроль процесса обработки и выявление нештатных ситуаций. Центровочные резиновые элементы со стороны камеры высокого давления и центраторы рессорного типа со стороны камеры низкого давления необходимы для обеспечения симметричного распределения струй сжатого газа по зоне обработки. Кроме того, они исключают, либо минимизируют контакт корпуса и подпружиненного кожуха со скважиной при опускании и подъеме устройства, что повышает надежность его функционирования.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 - представлено устройство для газоимпульсной обработки скважин;

На фиг. 2 - представлено сечение А-А на фиг.1.

На фиг. 3 - представлен разрез участка Б устройства на фиг. 1.

На фиг. 3 - представлен разрез участка Б устройства на фиг. 1. Кожух находится в закрытом положении.

На фиг. 4 - представлен разрез участка Б устройства на фиг. 1. Кожух находится в открытом положении (за счет действия давления сжатого газа при открытом положении клапанного устройства).

На фиг. 5 - представлен разрез участка Б устройства на фиг. 1. Кожух находится в открытом положении (за счет перемещения отжимной гайки).

На фиг. 6 представлен вид Г на фиг. 5.

Предложенное устройство для газоимпульсной обработки скважин включает в себя корпус 1 с камерой 2 высокого давления с заправочным клапаном 3 с одной торцевой стороны и каналом 4 для выхода сжатого газа с другой торцевой стороны. Концентрично с камерой 2 высокого давления размещен корпус 5 камеры 6 низкого давления с клапанным устройством 7 управления импульсами для открытия канала камеры высокого давления. Клапанное устройство 7 управления импульсами предназначено для открытия и закрытия канала 4 для выхода сжатого газа из камеры 2 высокого давления по сигналу, передаваемому с пульта управления на поверхности по геофизическому кабелю. Между камерами 2 и 6 расположены выхлопные отверстия 8 в корпусе камеры 5 низкого давления, направленные в сторону скважины и сообщающиеся с каналом 4 камеры высокого давления. Корпус 5 камеры низкого давления при помощи пружины 9 снабжен подпружиненным кожухом 10, телескопически размещенным между камерой 2 высокого давления и камерой 6 низкого давления с возможностью возвратно-поступательного движения для открытия и закрытия выхлопных отверстий 8. Выхлопные отверстия 8 снабжены сменными соплами 11, каждое из которых ориентировано в радиальном направлении по отношению к вертикальной оси устройства. Они могут устанавливаться в корпус 5 камеры 6 низкого давления с помощью резьбового соединения, причем возможны и другие способы установки. Суммарная площадь критических сечений сменных сопел 11 находится в пределах 0,5-1 от минимальной площади сечения канала 4 для выхода сжатого газа из камеры 2 высокого давления. Каждое сменное сопло 11 выполнено в виде сопла Лаваля, при этом диаметр выходного сечения сопла равен 1-2 диаметра критического сечения. Подпружиненный кожух 10 сопряжен с корпусом 5 камеры 6 низкого давления по уплотнительным поверхностям. Корпус 5 снабжен уплотнительным кольцом 12 малого диаметра для сопряжения с внутренней частью кожуха 10 под выступающим его участком 13 в сторону камеры 6 низкого давления, и уплотнительным кольцом 14 большего диаметра для сопряжения с внутренней частью участка расширения внутренней стороны кожуха 10 со стороны камеры 2 высокого давления. Причем уплотнительное кольцо 14 большего диаметра размещено ниже сменных сопел 11 и выше края нижней части кожуха 10. Выше сменных сопел 11 в корпусе 5 камеры низкого давления со стороны клапанного устройства 7 имеется отверстие 15 для участка расширения внутренней стороны кожуха 10. Кожух 10 под выступающим участком 13 имеет отводящее отверстие 16 с верхней ступеньки 17 ограничения движения кожуха 10. На выступающем участке 13 внутренней стороны кожуха 10 в сторону камеры 6 низкого давления размещена пружина 9. Корпус 5 камеры низкого давления снабжен фиксатором 18 пружины 9, которая упирается в него одной стороной, а другая сторона пружины 9 установлена на выступающем участке 13 кожуха 10. Сторона выступающего участка 13, противоположная стороне, на которой установлена пружина 9, упирается в верхнюю ступеньку 17 ограничения движения кожуха 10, выполненную на корпусе 5 камеры 6 низкого давления. Под верхней ступенькой 17 корпуса 5 для выступающего участка 13 внутренней стороны кожуха 10 на корпусе 5 выполнена нижняя ступенька 19 для края участка расширения внутренней стороны кожуха 10. Этот участок расширения взаимодействует с уплотнительным кольцом 12 малого диаметра, на этом же участке расширения ниже выступающего участка 13 имеется отводящее отверстие 16 для участка расширения внутренней стороны кожуха 10. От края нижней ступеньки 19 со стороны сменных сопел 11 находится оконечный участок расширения внутренней стороны кожуха 10. Возможно выполнение нескольких отводящих отверстий 16 в кожухе 10 и их количество соответствует, преимущественно, количеству сменных сопел 11. Отводящие отверстия 16 предназначены для сообщения с полостью 20 между корпусом 5 и кожухом 10 и для разгрузки полости 20 от действия гидростатического давления в скважине. В корпусе 5 выполнены отверстия 15, сообщающие полости 21 и 22. В результате давление в полости 21 перед выхлопными отверстиями 8 выравнивается с давлением в полости 22 между корпусом 5 и кожухом 10, под действием которого кожух смещается, преодолевая усилие пружины 9 и открывая выхлопные отверстия 8. Корпус 5 камеры 6 низкого давления снабжен отжимной гайкой 23 для перемещения подпружиненного кожуха 10. Она размещена концентрично с кожухом 10 со стороны камеры 2 высокого давления. Отжимная гайка 23 имеет радиальные прорези 24, соответствующие количеству сопел. Прорези соответствуют расположению сменных сопел 11 и имеют размеры, превышающие внешний диаметр сопел, для их замены и регулировки. Устройство снабжено центровочными резиновыми элементами 25 со стороны корпуса 1 камеры 2 высокого давления. Со стороны корпуса 5 камеры 6 низкого давления устройство снабжено симметрично установленными центраторами 26 рессорного типа. Центровочные резиновые элементы 25 и центраторы 26 рессорного типа выступают за габариты корпусов. В перфорированном контейнере 27 с наружной торцевой стороны камеры 2 высокого давления устройство снабжено регистраторами температуры и давления скважины, например, РАМ-МТ или аналогичными регистраторами. Для опускания в скважину и обеспечения связи с пультом управления устройство подключено к узлу 28 крепления геофизического грузонесущего кабеля. Клапанное устройство 7 управления импульсами соединено электропроводом 29 с токопроводящими жилами геофизического кабеля. В месте соединения корпуса 5 камеры 6 низкого давления и корпуса 1 камеры 2 высокого давления имеется уплотнительное кольцо 30.

Устройство для обработки скважин работает следующим образом.

Перед началом спуска устройства в скважину в камеру высокого давления 2 закачивается рабочий газ через заправочный клапан 3 до давления, определенного планом обработки. Газ закачивается, как правило, до значений давления, превышающих горное давление на уровне продуктивного пласта. До спуска устройства устанавливают сменные сопла 11 с необходимыми по плану обработки формой и геометрическими параметрами. С помощью узла крепления 28 устройство опускают в скважину на геофизическом грузонесущем кабеле. Со стенками скважины контакт устройства происходит посредством центраторов 26 рессорного типа и центровочных резиновых элементов 25. Во время спуска внутренние полости устройства защищены от проникновения в них скважинной жидкости кожухом 10, уплотнительным кольцом 12 малого диаметра, уплотнительным кольцом 14 большего диаметра и уплотнительным кольцом 30 в месте соединения корпуса 5 и корпуса 1. При достижении продуктивного пласта устройство останавливают на заданной глубине и подают сигнал от системы управления через токопроводящие жилы геофизического грузонесущего кабеля и электропровод 29 на открытие клапанного устройства 7 управления импульсами. После открытия клапанного устройства 7 сжатый рабочий газ начинает движение из камеры высокого давления 2 по каналу 4 к выхлопным отверстиям 8. Давление в полости 21 возрастает. Через сообщающееся с ней отверстие 15 давление в полости 22 также возрастает. Под действием возросшего давления в полости 22 кожух 10 смещается, преодолевая усилие пружины 9 до упора в фиксатор 18 (фиг. 3 и 4). В результате выхлопные отверстия 8 открываются и рабочий газ поступает в скважину, оказывая мощное импульсное воздействие на прискважинную зону продуктивного пласта. Мощность и энергия воздействия определяются полным давлением, скоростью, диаметром, количеством струй рабочего газа, а также длительностью импульса. Эти параметры задаются планом обработки. Одним из путей повышения мощности воздействия может быть увеличение суммарной площади критических сечений выхлопных отверстий 8. Однако, такой путь приводит к росту скорости движения газа по каналу 4 от камеры 2 до выхлопных отверстий 8 и, следовательно, к росту потерь энергии газа и уменьшению его полного давления. Поэтому, суммарная площадь критических сечений выхлопных отверстий 8 не должна превышать минимальную площадь канала 4. Оптимальное отношение указанных площадей находится в диапазоне 0,5-1. Диаметр выходных сечений выхлопных отверстий определяет скорость и степень расширения струй рабочего газа. Если диаметр выходных сечений отверстий 8 будет превышать диаметр критических сечений более чем в два раза, то размещение сопел 11 в габаритах устройства будет конструктивно осложнено. Поэтому отношение выходного диаметра отверстий 8 и диаметра их критического сечения ограничено диапазоном 1-2. Для азота и аналогичных по своим термодинамическим свойствам газов при рассматриваемых давлениях такое соотношение соответствует диапазону чисел Маха примерно М=1-3,5, что охватывает всю область требуемых параметров обработки. Направление скважины в зоне обработки, как правило, отличается от вертикального, поэтому важным для качественного осуществления обработки является симметричность воздействия и обеспечение равного расстояние от выходного среза каждого выхлопного отверстия до стенки обсадной колонны скважины. Для обеспечения центровки устройства относительно скважины, предусмотрены центраторы 25 и 26. Исполнение центраторов может быть или в виде рессор 26, или в виде резиновых центровочных элементов 25, что зависит от величины зазора между устройством и обсадной колонной скважины, а также других условий работы в скважине. По окончании импульса подается сигнал на закрытие клапанного устройства 7. Канал 4 перекрывается, поступление рабочего газа в полости 21 и 22 прекращается, давление в этих полостях падает и, действие пружины 9 и гидростатического давления начинают превышать усилие от давления в полости 22. В результате кожух 10 начинает движение в направлении разжимающего действия пружины 9 и возвращается в исходное положение (фиг. 3), перекрывая выхлопные отверстия 8 и предотвращая поступление скважинной жидкости во внутренние полости устройства. После этого начинают подъем устройства на поверхность, и при необходимости, повторяют описанные операции согласно плану обработки. В период операций по опусканию и подъему устройства и при проведении обработки важным является регистрация температуры и давления. Особенно важна информация об изменениях давления и температуры во время импульса, эти данные необходимы для контроля результативности обработки, а также для исследовательских целей. Для размещения автономного регистратора давления и температуры в устройстве предусмотрен перфорированный контейнер 27, закрепленный на оконечности устройства с противоположной стороны от узла крепления к геофизическому кабелю 28, соосно с устройством. В качестве регистратора может быть применен прибор РАМ-МТ или аналогичный. Контейнер 27 защищает регистратор от механических повреждений, возможных при опускании и подъеме устройства, при этом не препятствуя контакту датчиков регистратора с окружающей средой, необходимому для правильной регистрации параметров. После подъема устройства на поверхность возможна замена сопел 11. Для этого кожух 10 может быть перемещен в крайнее открытое положение при вращении отжимной гайки 23 и совмещении прорезей 24 со сменными соплами 11. Эта операция также может быть выполнена при необходимости сброса давления из полости 21 при регламентных работах. Следует отметить, что за счет применения сменных сопел 11 с различными геометрическими размерами расширяется возможность влияния на мощность, скорость, а также давление газа и других газодинамических параметров воздействия в диапазоне чисел Маха М=1-3,5. Например, можно сравнительно просто и быстро изменять количество, диаметр, мощность газовых струй при необходимости оперативной корректировки параметров обработки. При этом операции замены сменных сопел 11 можно производить непосредственно у устья скважины. Упрощается и технология изготовления и формирования сложного профиля сопел, так как производство набора сменных элементов конструкции не требует значительных затрат и менее трудоемко по сравнению с необходимостью изготовления сопел в корпусе. Также оказывается возможной замена сопел при их износе. Отношение диаметров выходных и критических сечений сопел в интервале от 1 до 2 обеспечивает диапазон чисел Маха М=1-3,5. Форма сопла предпочтительна профилированной, с минимальными потерями на входе в сопло и на сверхзвуковом участке. Сопла должны быть ориентированы перпендикулярно к оси устройства во избежание возникновения закручивающих моментов или осевых реакций, которые могут быть значительными и приводить к нештатной работе устройства. Центрирование устройства в колонне скважины позволяет более равномерно распределить интенсивность воздействия по зоне обработки, исключить несимметричность действия струй и неконтролируемые колебания устройства в скважине при обработке. Канал камеры высокого давления может иметь сложную форму с поворотами потока, сужениями и расширениями потока, что объясняется сложной конфигурацией клапанного устройства. Поэтому, чем меньше скорость потока на таких участках, тем меньше потери. Уменьшение скорости и потерь достигается выбором соответствующих соотношений площадей проходных сечений канала камеры высокого давления и критических сечений сопел в выхлопных отверстиях. Снижение скорости движения газа от камеры высокого давления до выхлопных отверстий обеспечивает снижение потерь энергии газа при движении по каналу к выхлопным отверстиям. Например, при отношении суммарной площади критических сечений сопел выхлопных отверстий к минимальной площади проходного сечения канала равного 0,5 скорость движения газа по каналу уменьшается примерно в два раза, что соответствует четырехкратному снижению потерь вследствие квадратичной зависимости потерь от скорости. Следует отметить, что важным является и соотношение между минимальной суммарной площадью выхлопных отверстий (F, м²) и объемом камеры высокого давления (V, м³). В предлагаемом устройстве ориентировочный объем камеры высокого давления может быть рассчитан произведением V=kF, где коэффициент k=(40-100)м. За пределами данного диапазона габариты устройства могут быть неоправданно большими или давление в камере будет падать слишком быстро при технически обоснованных длительностях импульса (0,1-0,3)с, что снижает энергию импульса.

Таким образом, заявленное техническое решение позволит обеспечить более качественную обработку продуктивного пласта за счет расширения области параметров воздействия, контроля за процессом обработки, симметричности воздействия. При этом повышается технологичность и надежность конструкции. Исключается проникновение скважинной жидкости внутрь устройства, уменьшается износ деталей клапанного устройства, предотвращается коррозия прецизионных деталей клапанного устройства. Исключаются потери на импульс за счет образования струи сжатого воздуха высокого качества. Снижается расход сжатого воздуха за счет повышения качества формирования струи сжатого воздуха. Улучшаются условия эксплуатации устройства за счет исключения трудоемких работ по очистке внутренних полостей устройства.

1. Устройство для газоимпульсной обработки скважин, включающее узел крепления к геофизическому грузонесущему кабелю, корпус камеры высокого давления с заправочным клапаном с одной торцевой стороны и каналом с другой торцевой стороны, концентрично с которым размещен корпус камеры низкого давления с клапанным устройством управления импульсами для открытия канала камеры высокого давления и направленными в сторону скважины выхлопными отверстиями, соединенными с каналом камеры высокого давления, отличающееся тем, что корпус камеры низкого давления снабжен подпружиненным кожухом, телескопически размещенным между камерой высокого давления и камерой низкого давления с возможностью возвратно-поступательного движения для открытия и закрытия выхлопных отверстий и сопряженным с корпусом камеры низкого давления по уплотнительным поверхностям, а выхлопные отверстия снабжены сменными соплами, каждое из которых ориентировано в радиальном направлении по отношению к вертикальной оси устройства, при этом суммарная площадь критических сечений сопел находится в пределах 0,5-1 от минимальной площади сечения канала камеры высокого давления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя сторона кожуха имеет выступающий участок в сторону камеры низкого давления и в оконечной части участок расширения, корпус камеры низкого давления снабжен фиксатором пружины, размещенной на выступающем участке кожуха, имеет верхнюю ступеньку ограничения движения кожуха для выступающего участка и нижнюю ступеньку для края участка расширения внутренней стороны кожуха, а уплотнительные поверхности корпуса камеры низкого давления снабжены уплотнительным кольцом малого диаметра для сопряжения с внутренней частью кожуха под выступающим участком, и уплотнительным кольцом большего диаметра для сопряжения с внутренней частью участка расширения внутренней стороны кожуха со стороны камеры высокого давления, причем уплотнительное кольцо большего диаметра размещено ниже сменных сопел и выше края нижней части кожуха, а выше сменных сопел в корпусе камеры низкого давления со стороны клапанного устройства имеется отверстие для участка расширения внутренней стороны кожуха, при этом кожух под выступающим участком имеет отводящее отверстие с верхней ступеньки ограничения движения кожуха.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус камеры низкого давления снабжен размещенной концентрично с кожухом со стороны камеры высокого давления отжимной гайкой для перемещения подпружиненного кожуха и имеет радиальные прорези, соответствующие количеству сопел для их замены и регулировки.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждое сменное сопло выполнено в виде сопла Лаваля, при этом диаметр выходного сечения сопла равен 1-2 диаметра критического сечения.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено регистраторами температуры и давления скважины, размещенными в перфорированном контейнере с наружной торцевой стороны камеры высокого давления.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено выступающими за габариты корпусов центровочными резиновыми элементами со стороны корпуса камеры высокого давления и центраторами рессорного типа, симметрично установленными со стороны корпуса камеры низкого давления.

Похожие патенты: