Устройство для очистки фильтров эксплуатационных и поглощающих скважин

(51) 03 3/00 (2006.01) 03 3/18 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Задачей предлагаемого технического решения является увеличение мощности гидродинамических колебаний жидкости и создание объемного поля колебаний всего столба жидкости в пределах фильтра, воздействующих на фильтр и глинистую корку. Решение технической задачи достигается тем,что вибрационный узел состоит из каскада дисковмембран для концентрации ударных волн, которые выполнены в виде двояковогнутых линз, а во втулки, размещенные между дисками-мембранами,вмонтированы равномерно распределенные сужающие сопла и цилиндрические стаканы концентраторы ультразвуковых колебаний,расположенные на некотором расстоянии от среза сопла, причем в днище вибрационной машины встроена направленная линза в сторону дна стакана для концентрирования ударных волн вдоль скважины.(72) Поветкин Виталий Васильевич Анищенко Лидия Владимировна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ФИЛЬТРОВ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ПОГЛОЩАЮЩИХ СКВАЖИН(57) Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и может быть использовано при освоении продуктивных пластов в эксплуатационных скважинах и при закачке промышленных стоков в глубокие горизонты. Изобретение относится к технике вибрационной разглинизации и очистки фильтров скважин в нефтегазовой отрасли и может быть использовано при освоении продуктивных пластов в эксплуатационных скважинах и при закачке промышленных стоков в глубокие горизонты. Известно устройство для разглинизации водоносного пласта Бурение скважин и горноразведочные работы. Бейсебаев А.М., Туякбаев Н.Т.,Федоров Б.В. М Недра, 1990, с.218. Рабочий орган устройства представляет колонну труб с укрепленными на ней с определенным шагом тонкими дисками (мембранами). Рабочий орган опускается в скважину и располагается против ранее установленного фильтра. Верхний торец колонны жестко связывается с вибратором, расположенным на поверхности. При включении последнего рабочий орган совершает продольные колебания,которые передаются жидкости. Возникающие высокочастотные периодические перепады давления способствуют эффективной разглинизации водоносного пласта и очистки фильтра. Продукты разрушения удаляются из скважины путем эрлифтной откачки, которая реализуется при подаче сжатого воздуха по компрессорным трубам,расположенным внутри рабочего органа. Основным недостатком устройства является расположение источника колебаний (вибратора) на поверхности. Вследствие этого по мере увеличения глубины залегания водоносного пласта энергия и амплитуда колебаний рабочего органа уменьшаются и становятся недостаточными для создания перепадов давления жидкости, необходимых для разрушения глинистой корки и очистки фильтра. Поэтому такой способ разглинизации применяется при глубине залегания пластов до 200 м. Вторым недостатком устройства является использование для освоения пласта двух видов энергии электрической - для привода вибратора А, пневматической - для работы эрлифта. Также известно техническое решение для очистки фильтров - скважинный гидравлический вибратор А.с. СССР 966174, кл. Е 03 В 3/18, 1982. Последний выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого закреплена мембрана. Через мембрану пропущена жестко закрепленная труба с закрепленным на ней перепускным подпружиненным клапаном,перекрывающим отверстие в основании корпуса. Ниже указанного отверстия установлена замкнутая камера, внутри которой труба имеет боковые отверстия. На выходящем из камеры участке трубы установлены с определенным интервалом диски,диаметры которых несколько меньше внутреннего диаметра фильтра. Труба на участках между дисками имеет боковые выходные отверстия и заключена в стержневой корпус. Полость,образованную мембраной, корпусом и основанием последнего,сообщатся с бурильной колонной. Гидровибратор на колонне бурильных труб опускается в скважину и устанавливается внутри фильтра, после чего в бурильную колонну нагнетается вода насосом высокого давления. Давление воды, попавшей в 2 полость корпуса,заставляет мембрану переместиться вверх, а жестко связанный с ней клапан открывает отверстие в основании корпуса. Вода устремляется в замкнутую камеру, заполняет ее через боковые отверстия, далее проходит по трубе и выбрасывается через боковые отверстия,расположенные между дисками. После этого давление воды в полости падает. Под действием пружины мембрана и клапан возвращаются в начальное положение, перекрывая отверстие в основании корпуса. Затем цикл повторяется в той же последовательности. Возникающая вибрация трубы с дисками и щеками в жидкости образует гидродинамические импульсы. Под действием последних и пульсирующих струй воды глинистые частицы и отложения, кольматирующие фильтр и водоносный пласт, разрушаются и выносятся через затрубное пространство. Недостатком указанного устройства является сложность конструкции,недостаточные энергия вибраций и надежность рабочего органа. Вследствие незначительной амплитуды колебаний мембраны гидровибратора энергия гидродинамических импульсной в ряде случаев недостаточна для эффективной разглинизации водоносного пласта. Наиболее близким техническим решением является устройство для вибрационной разглинизации водоносных пластов по А.с. СССР 966174 от 16.08.2004, бюл. 8. Устройство состоит из бурильной колонны, забойной пневмоударной машины и пневмоузла расположенного с нижнего торца забойной машины. Вибрационный узел воспринимает ударные импульсы поршня бойка пневмоударника через наковальню взаимодействующегося с вибрационным механизмом и жестко соединенной с трубой, на которой собраны мембраны, которые в ударном режиме взаимодействуют с жидкостью в скважине, инициируя в ней ударные волны,воздействующие на поверхность фильтра и втулки,имеющие выходные отверстия для отработанной жидкости в ударнике. Возникающая вибрация трубы с дисками в жидкости образует гидродинамические импульсы, под действием которых происходит разрушение глинистых отложений на фильтре. Недостатком указанного устройства является сложность конструкции и низкая мощность гидравлических ударов в жидкости при гидродинамических колебаниях вибратора воздействующих на фильтр и глинистую корку. Задачей предлагаемого технического решения является увеличение мощности гидродинамических колебаний жидкости и создание объемного поля колебаний всего столба жидкости в пределах фильтра, воздействующих на фильтр и глинистую корку. Решение технической задачи достигается тем,что устройство для вибрационной очистки фильтров, скважин и разглинизации водоносных пластов, содержащее бурильную колонну и вибрационный узел, представляющий трубу с мембранами, выполненными в виде двояковогнутых линз-концентраторов ударных импульсов, 27766 разделены кольцевыми втулками, помещенную в стержневом корпусе, содержащем стержни и кольцевое днище, согласно изобретению содержит забойную ударную машину-гидроударник,размещенную между бурильной колонной и вибрационным узлом, причем вибрационный узел жестко соединен с наковальней забойной ударной машины, размещен на пружинной подвеске и выполнен с возможностью возвратнопоступательного перемещения относительно корпуса забойной ударной машины и днища стержневого корпуса, выполнено в виде линзыконцентраторов с вогнутой поверхностью, а втулки,размещенные на трубе вибрационного узла, имеют равномерно распределенные через 90 радиальные сопла с сужающими каналами, сообщающиеся с каналом наковальни для отвода отработанных в забойной ударной машине жидкости, причем втулки с сужающим соплом выполнены в виде ультразвукового источника колебаний типа свистка Гартмана. Источник колебаний выполнен в виде стакана с днищем, в который из сопла подаются струи жидкости под давлением и с высокой скоростью. В результате, в жидкости образуются ультразвуковые колебания, то есть объемное вибрационное поле в пределах столба жидкости по длине фильтра. Преимущественный выбор гидроударника в качестве генератора гидравлических импульсов обоснован тем обстоятельством, что конструкция этих машин отработана, отличается надежностью и простотой, а энергия единичного удара достигает 150 Дж при частоте до 3000 ударов в минуту. Гидроударная машина может обеспечить вибрационную очистку фильтров находящихся на глубине до 2000 и более метров, а для эрлифтной откачки глинистой корки и отложений на фильтре возможно применение пневмокомпрессоров высокого давления. Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности очистки фильтров эксплуатационных скважин и сокращение сроков их освоения. Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, показан на фиг.1, а на фиг.2 показан разрез по сопловой полости для отвода отработанной в гидроударнике жидкости и создания ультразвукового поля колебаний столба жидкости. Устройство состоит из гидроударника (показан его нижний торец) и соединенного с ним с помощью переходника 1 гидровибрационного рабочего органа 2. Верхняя часть последнего через упорную втулку связана с наковальней гидроударника и с помощью пружины 4, шпилек 3, ввернутых в переходник 1 и фланец 5, образует колеблющуюся систему. Для регулирования натяжения пружины и на нижние концы шпилек, пропущенных через фланец 5,навернуты гайки 6 и контргайки 13. Собственно рабочий орган представляет трубку 11, на которую с зазором одеты втулки 9, разделенные дисками 8,представляющие из себя двояковогнутые мембраныконцентраторы ударных волн. Втулки вмонтированы в сопла 10 (по 4 сопла равномерно по боковой поверхности втулки). Для предотвращения неконтролируемых утечек с помощью упора 7,прокладки втулок зажимаются концентратором 12,выполненного в виде вогнутого диска, играющим в данном случаем роль зажимной гайки. Причем,напротив сужающегося сопла 10 расположены на некотором расстоянии полые цилиндрические стаканы 12, закрепленные на скобе 13,прикрепленной к трубке 11 винтом 14. Работа устройства происходит следующим образом. После вскрытия продуктивного пласта на стенках скважины и фильтре отлагается кальматационная корка. Для устранения кальматационной корки и восстановления естественной проницаемости продуктивного пласта(воды или нефти) предлагаемое устройство на бурильных трубах опускается в скважину. Установив гидроударник с вибрационным узлом в нижней части фильтра,подают жидкость (воду) в бурильные трубы. Поршень-боек гидроударника начинает наносить с определенной частотой (до 3000 ударов в минуту) удары по наковальне гидроударника. Наличие пружины 4 заставляет вибрационный узел, в том числе и мембран 8 - концентраторов ударных волн совершать возвратнопоступательные перемещения. Колебания мембран и, возникающие в жидкости ударные волны создают в последней высокочастотные знако-переменные давления. Последние через отверстия фильтра воздействуют на кальматационные отложения, вызывая их отслаивание и разрушение. Отработанная жидкость,проходя через каналы наковальни и трубы 11,выбрасывается через радиальные отверстия сопел 10, ввинченные во втулки 9, равномерно распределенные по ее поверхности, образуя аэрированную жидкостную смесь. Напротив втулки 9 с соплами 10 расположены концентраторы ультразвуковых колебаний - полые цилиндрические стаканы 12,в которые под давлением выбрасывается струя жидкости,образуя ультразвуковое поле внутри столба жидкости в скважине, которое вибрационно, с высокой частотой, действует на фильтровую часть скважины,очищая ее от кольматационных отложений и образуя аэрированную жидкостную смесь. В результате возникает эрлифтная (газлифтная) откачка с глинистыми и кальматационными частицами из скважины. Таким образом,применение предлагаемого устройства реализует комбинированную декальматацию продуктивного пласта воздействие на кальматационные отложения скважины знакопеременными импульсами высокой частоты, и в воздействии на стенки скважины созданным в скважине объемным ультразвуковым полем. В результате откачки происходит не только удаление кальматационных частиц, но и создание условия, когда пластовое давление станет больше гидростатического давления жидкости в скважине. В результате процесс очистки фильтров еще более усиливается. Перемещая предлагаемое устройство в интервале установки фильтра, добиваются полного осветления откачиваемой из скважины воды. На этом процесс очистки фильтров, декальматация 3 продуктивных пластов заканчивается. Также вибрационное устройство в нижней своей части содержит концентратор ударных импульсов с вогнутой поверхностью для усиления ударных импульсов вдоль скважины, что позволяет поддерживать возбужденное постоянное состояние столба жидкости скважины. В предлагаемом устройстве в качестве генератора ударных импульсов используют забойную машинугидроударник. При использовании гидроударника,гидроимпульсное воздействие на глинистую корку и кальматационные отложения усилится за счет воздействия ультразвуковых колебаний на стенки скважины, образованных за счет выбрасываемых через радиальные каналы сопел 10 жидкости в генератор ультразвуковых колебаний концентратор 12. Скорость выбрасываемой жидкости этих сопел увеличится за счет сужающей конструкции последних. В этом случае для удаления из скважины жидкости, продуктами разрушения кальматационной корки и отложениями на фильтре,используется дополнительный спуск в скважину колонны труб с целью организации эрлифтной откачки. Таким образом, предлагаемый способ вибрационной очистки фильтров и устройство для его осуществления позволяют повысить эффективность и сократить время разглинизации и очистки фильтров эксплуатационных и поглощающих скважин при их сооружении и эксплуатации. Предлагаемое устройство может быть изготовлено в соответствии с существующими стандартами, характерными для технических средств освоения продуктивных пластов и может найти преимущественное применение при их эксплуатации, а также после их полной отработки,для закачки в пласт водных отходов продуктов переработки нефтяных эмульсий. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для очистки фильтров эксплуатационных и поглощающих скважин,содержащее бурильную колонну гидроударник и вибрационный узел, представляющий трубу с мембранами и втулками, жестко соединенной с наковальней гидроударника и размещенной на пружинной подвеске с возможностью возвратнопоступательного перемещения относительно корпуса гидроударника, отличающееся тем, что вибрационный узел состоит из каскада дисковмембран для концентрации ударных волн, которые выполнены в виде двояковогнутых линз, а во втулки, размещенные между дисками-мембранами вмонтированы равномерно распределенные сужающие сопла и цилиндрические стаканы концентраторы ультразвуковых колебаний,расположенные на некотором расстоянии от среза сопла, причем в днище вибрационной машины встроена направленная линза в сторону дна стакана для концентрирования ударных волн вдоль скважины. 2. Устройство по п.1 отличающееся тем, что срез стакана-концентратора ультразвукового поля находится от среза сопла втулки на расстоянии 3 х 4 х диаметров выходного отверстия сопла, то есть 10-12 мм, при глубине втулки стаканаконцентратора и его внутреннем диаметре равным 15-20 мм.