Патент на изобретение №2318984

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНЫХ ЗОН НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ ПЛАСТОВ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к установкам для очистки призабойных зон и фильтров нефтегазодобывающих и водонагнетательных скважин. Обеспечивает обеспечение качественной очистки и повышение экологичности установки. Сущность изобретения: установка содержит снабженную запорной арматурой линию подвода жидкости в скважину, пневматический генератор, линии подачи сжатого газового агента с запорной арматурой и систему сброса сжатого газового агента с запорными элементами. Согласно изобретению пневматический генератор включает оголовок с полнопроходным сечением, содержащий выхлопное отверстие, с торцевой стенкой, установленный открытым торцом на скважине, для поступления сжатого газа по линиям подачи сжатого газового агента. Запорная арматура линии подачи газового агента выполнена в виде быстродействующей запорной арматуры. По второму варианту устройства – полый оголовок имеет по меньшей мере одно ускорительное сопло для сжатого газового агента. 2 н. и 39 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к установкам для очистки призабойных зон и фильтров нефтегазодобывающих и водонагнетательных скважин.

Известна установка для обработки призабойных зон нефтегазодобывающих и водонагнетательных скважин, содержащая снабженную запорной арматурой линию подвода жидкости в скважину, пневматический генератор волн сжатия-разрежения в скважинной жидкости, линии подачи сжатого газового агента, систему сброса сжатого газового агента, поршневую группу с запорными элементами, а в боковой стенке выполнены окна для сброса сжатого газового агента из полости оголовка (SU №1373024, кл. Е21В 43/25, 1991).

К недостаткам известной по прототипу установки относятся:

1) низкая эффективность очистки из-за невозможности создания в скважинной жидкости волн сжатия-разрежения с крутыми фронтами;

2) отсутствие в установке средств защиты от нештатных ситуаций, в частности выброса нефтегазопроявлений из пласта в открытое пространство атмосферы, что делает установку опасной в плане экологии.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании предлагаемой установки, заключается в обеспечении качественной очистки. Дополнительным техническим результат, который может быть достигнут при использовании предлагаемой установки, заключается в повышении экологичности установки.

Для достижения указанного технического результата предлагается установка для обработки призабойных зон нефтегазоносных пластов, содержащая снабженную запорной арматурой линию подвода жидкости в скважину, пневматический генератор, линии подачи сжатого газового агента, снабженные запорной арматурой и систему сброса сжатого газового агента с запорными элементами, где пневматический генератор включает оголовок с полнопроходным сечением (полый оголовок), содержащий выхлопное отверстие, с торцевой стенкой, установленный открытым торцом на скважине, куда по линиям подачи сжатого газового агента поступает сжатый газ, а запорная арматура линии подачи газового агента выполнена в виде быстродействующей запорной арматуры.

В качестве другого варианта выполнения изобретения предлагается установка для обработки призабойных зон нефтегазоносных пластов, содержащая снабженную запорной арматурой линию подвода жидкости в скважину, пневматический генератор, линии подачи сжатого газового агента с запорной арматурой и систему сброса сжатого газового агента с запорными элементами, где пневматический генератор включает оголовок с полнопроходным сечением (полый оголовок), содержащий выхлопное отверстие, с торцевой стенкой, установленный открытым торцом на скважине, куда по линиям подачи сжатого газового агента поступает сжатый газ, причем полый оголовок имеет по меньшей мере одно ускорительное сопло для сжатого газового агента, встроенное в выхлопное отверстие, а запорная арматура линии подачи газового агента выполнена в виде быстродействующей запорной арматуры.

В предпочтительном варианте изготовления установка включает расширительную емкость, которая имеет проходное сечение, превышающее проходное сечение выхлопного отверстия и которая снабжена по меньшей мере одним отводящим трубопроводом с образованием совместно с ней и выхлопным отверстием системы сброса сжатого газового агента из полости оголовка. В частности система сброса сжатого газового агента из полости оголовка снабжена по меньшей мере одним ускорительным соплом.

Предпочтительно система сброса сжатого газового агента выполнена соосно в торцевой стенке оголовка.

В предпочтительном варианте изготовления установка включает по меньшей мере одно ускорительное сопло, встроенное в выхлопное отверстие соосно ему. Целесообразно устанавливать по меньшей мере одно ускорительное сопло соосно в выхлопном отверстии с зазором относительно его сечения.

Возможна установка по меньшей мере одного ускорительного сопла соосно на торцевой стенке оголовка над выхлопным отверстием, в частности с зазором вдоль оси отверстия.

В случае использования нескольких ускорительных сопел они могут быть установлены в выхлопном отверстии и над ним. Одно сопло может быть установлено в выхлопном отверстии, а другие – над ним.

Предпочтительно по меньшей мере одно ускорительное сопло выполнено с перфорированными стенками.

Предпочтительно ускорительное сопло имеет проходное сечение нижнего раструба, равное проходному сечению выхлопного отверстия, и выполнено в виде усеченного конуса или в виде сопла Лаваля.

Предпочтительно система сброса содержит патрубок, установленный соосно на торцевой стенке оголовка, а расширительная емкость расположена на верхнем торце патрубка.

Предпочтительно запорные элементы системы сброса выполнены в виде быстродействующей запорной арматуры и встроены или в выхлопное отверстие полого оголовка, или в патрубок между торцевой стенкой оголовка и расширительной емкостью, или в верхний торец патрубка, или в ускорительное сопло, в частности в узкое сечение сопла Лаваля или в один из его раструбов.

Предпочтительно выхлопное отверстие соразмерно с проходным сечением торцевой стенки оголовка.

Предпочтительно по меньшей мере один отводящий трубопровод выполнен в виде разветвленной системы по меньшей мере двух отводящих трубопроводов, при этом суммарное проходное сечение всех отводящих трубопроводов не меньше проходного сечения расширительной емкости.

Предпочтительно система сброса снабжена приемным контейнером для системы отводящих трубопроводов, в частности может быть снабжена приемными контейнерами для каждого трубопровода. Причем приемные контейнеры могут быть выполнены герметичными, а отводящие трубопроводы встроены в эти контейнеры. Предпочтительно по меньшей мере один из отводящих трубопроводов снабжен быстроразъемным соединением и гидроагрегатом высокого давления, установленным с обеспечением возможности подключения к этому трубопроводу в место расположения быстродействующего соединения.

Благодаря измененной конструкции пневматического генератора и освобождения от его элементов полости скважины, а также выполнению выхлопного отверстия в торцевой стенке оголовка в скважинной жидкости создаются волны сжатия-разрежения с крутыми фронтами. Это достигается тем, что в фазе сжатия сжатый газовый агент мгновенно беспрепятственно подается на зеркало скважинной жидкости с образованием газовой подушки, т.к. полость оголовка свободна. При этом волна сжатия с крутым фронтом, перенося энергию с высокой плотностью потока по трубе как по волноводу с незначительным затуханием, обеспечивает переход молекул флюида, насыщающего породу – коллектор, в состояние сильного взаимодействия, результатом которого является огромное расклинивающее давление. Это давление многократно превышает горное давление, обеспечивая раскрытие фильтрационных каналов пласта. Приходящая на смену волне сжатия волна разряжения с крутым фронтом благодаря указанным изменениям конструкции генератора создает кавитационную полость в жидкости и обеспечивает выброс кольматирующих частиц из пласта в скважину. Эффект усиливается в случае наличия дополнительной расширительной емкости, которая из-за большого проходного сечения, создает эффект подсасывания, способствующий ускорению сброса сжатого газового агента, а также задерживает в своей полости элементы очистки и препятствует возврату их в полость оголовка. Объем расширительной емкости предпочтительно равен или превышает объем оголовка для улучшения условий беспрепятственного сброса из оголовка.

Тот факт, что выхлопное отверстие находится на значительном расстоянии от зеркала скважинной жидкости, а также быстродействующая запорная арматура гарантируют сброс сжатого газового агента в доли секунды и формирование волны разряжения с крутым фронтом.

В предложенной установке благодаря расположению элементов сброса генератора над выхлопным отверстием, а также снабжению расширительной емкости системой отводящих трубопроводов сброс сжатого газового агента осуществляется в замкнутой линии сброса, что делает установку экологичной.

Из-за наличия приемных контейнеров для отводящих трубопроводов, особенно при встраивании отводящих трубопроводов в герметично выполненные приемные контейнеры, попадание продуктов очистки в атмосферу исключается.

Наличие быстроразъемных соединений (типа байонетного соединения, ниппельного типа и т.п.) для отводящих трубопроводов при нештатных ситуациях (отказ оборудования, нефтегазопроявления и т.п.), а также снабжение по меньшей мере одного из отводящих трубопроводов гидроагрегатом высокого давления, подводимого в место быстроразъемного соединения при необходимости, позволяет оперативно ликвидировать несанкционированное фонтанирование скважины путем задавливания пласта с последующей устранением неисправности, что также повышает экологичность установки и ее эксплутационные качества.

Наличие патрубка под расширительной емкостью определяется удобством эксплуатации установки, а также увеличением расстояния от выхлопного отверстия для более эффективной работы установки.

Расположение быстродействующей запорной арматуры в различных элементах линии сброса также определяется исходя из эксплуатационных и технологических соображений.

Размер выхлопного отверстия также выбирается из технологических соображений в зависимости от степени проницаемости нефтяного пласта, глубины его залегания и т.п.

Важным результатом при использовании в установке предлагаемой конструктивной схемы является освобождение полости оголовка, что делает возможным проникновение через нее на забой скважины или в интервал прискваженной зоны нефтяного пласта контрольно-измерительной аппаратуры и слежения за процессом очистки, что повышает эксплутационные характеристики установки.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 – схематично изображен общий вид установки;

на фиг.2 – схема установки в разрезе в фазе сжатия;

на фиг.3 – схема установки в разрезе в фазе разрежения с расширительной камерой, установленной на патрубке;

на фиг.3* – схематично изображен общий вид установки с установленным ускорительным соплом;

Установка содержит установленный на скважине 1 соосно с ней оголовок 2, имеющий в верхней части торцевую стенку 3 с выхлопным отверстием 4. В боковую стенку оголовка 2 встроены линия подвода скважинной жидкости 5 с запорной арматурой 6 и линия подачи сжатого газового агента 7 с быстродействующей запорной арматурой 8 от ресивера 9. На чертежах представлен вариант расположения расширительной емкости 10 соосно оголовку посредством патрубка 11 с образованием линии сброса сжатого газового агента через отводящие трубопроводы 12, 13, 14 в приемные контейнеры 15, 16, 17. Отводящие трубопроводы (по меньшей мере, один из них) снабжен быстроразъемным соединением 18 для предупреждения нештатных ситуаций. В линию сброса или в выхлопное отверстие 4 встроена быстродействующая запорная аппаратура 19 и ускорительные сопла 20.

Быстродействующая запорная арматура 19 показана на фиг.1, 2, 3 в различных вариантах ее расположения в системе сброса и в выхлопном отверстии, что определяется в каждом случае технологическими соображениями в зависимости от типа скважины, глубины залегания пласта (которая может достигать 4 км), расчетными соображениями и т.п. Быстродействующая запорная арматура может быть выполнена в виде электроклапана, электромагнитного клапана, пневмоклапана и т.п. с обеспечением быстродействия менее 1 сек. Быстродействующая запорная арматура 19 может быть встроена в патрубок между торцевой стенкой оголовка и расширительной емкостью (фиг.1), или в выхлопное отверстие полого оголовка (фиг.2), или в верхний торец патрубка (фиг.3). Ширина выхлопного отверстия и расположение расширительной емкости определяется из тех же соображений.

Быстроразъемное соединение 18 выполнено любым известным соединением, например в виде байонетного зажима и т.п. для быстрого подвода к отводящему трубопроводу в месте расположения этого соединения гидроагрегата высокого давления 21 и подачи в этот трубопровод жидкости для задавливания несанкционированного выброса нефти в скважину.

Работает установка следующим образом.

Очистку осуществляют циклами с чередованием в каждом цикле волн сжатия и разряжения в скважинной жидкости. В зависимости от степени загрязнения нефтяного пласта в призабойной зоне очистка может требовать ряд циклов или завершена за один цикл.

Каждый цикл осуществляют следующим образом. По линии 5 при открытой запорной арматуре 6 через оголовок 2 скважину 1 заполняют скважинной жидкостью, после чего линию 5 посредством запорной арматуры 6 закрывают. Затем открывают запорную арматуру 8 (при закрытой запорной арматуре 19) и по линии 7 подают сжатый газовый агент (инертный в реакциях окисления газ, преимущественно технический азот) в полость оголовка 2. Поскольку запорная арматура 8 быстродействующая, то сжатый газовый агент мгновенно заполняет полость оголовка 2 с созданием давления на скважинную жидкость и образования над ее зеркалом газовой подушки. При этом в скважинной жидкости создается ударная волна давления с крутым фронтом, характеризующаяся высокой плотностью потока энергии и малым затуханием, способная распространяться на большие расстояния и создавать ударно-силовое воздействие на уплотнения в призабойной зоне нефтяного пласта. Давление в оголовке поддерживается постоянным до прихода отраженной от забоя скважины волны.

После чего линию подачи сжатого газового агента перекрывают при помощи быстродействующей запорной арматуры 8 и открывают линию сброса за счет открытия быстродействующей запорной арматуры 19 (скорость быстродействия менее 1 с). Сжатый газовый агент из газовой подушки через выхлопное отверстие 4 и расширительную емкость 10 мгновенно выбрасывается из оголовка 2 по линии сброса через отводящие трубопроводы 12, 13, 14 в приемные контейнеры 15, 16, 17.

При этом за счет перепада давления создается подсасывающий эффект при сбросе сжатого газового агента, а также частичная дегазация скважинной жидкости, что препятствует одновременному сбросу смеси газа и жидкости, увеличивает скорость сброса сжатого газового агента и обеспечивает создание волны разрежения в скважинной жидкости с крутым фронтом и создает в скважине кавитационные полости. Благодаря наличию расширительной емкости 10 этот эффект усиливается, при этом при резком сбросе сжатого газового агента и последующем подъеме за счет этого жидкости с продуктами очистки расширительная емкость 10 препятствует попаданию этих продуктов в оголовок 2 и обеспечивает вынос их через отводящие трубопроводы 12, 13, 14 в приемные емкости 15, 16, 17.

Быстроразъемное соединение 19 обеспечивает в случае нештатной ситуации (несанкционированный выброс нефти, отказ оборудования и т.п.) быстрое разъединение трубопровода, в который оно встроено, подвод в эту зону гидроагрегата высокого давления для задавливания нефти в скважину или обеспечение ремонта оборудования.

В случае необходимости циклы очистки повторяются.

Результат очистки можно определить контрольно-измерительной аппаратурой, для чего из-за свободной полости оголовка в призабойную зону опускают контрольно-измерительную аппаратуру (на чертежах не показано).

Конструкция позволяет производить качественную очистку с одновременным контролем процесса.

При окончании процесса очистки, что определяется по показаниям контрольно-измерительной апппаратуры, скважинную жидкость в фазе разрежения сливают в специальное хранилище (амбар).

Наличие быстроразъемного соединения и наличие гидроагрегата высокого давления позволяет при аварийных ситуациях также сохранить экологичность установки.

Формула изобретения

1. Установка для обработки призабойных зон нефтегазоносных пластов, содержащая снабженную запорной арматурой линию подвода жидкости в скважину, пневматический генератор, линии подачи сжатого газового агента с запорной арматурой и систему сброса сжатого газового агента с запорными элементами, отличающаяся тем, что пневматический генератор включает оголовок с полнопроходным сечением, содержащий выхлопное отверстие, с торцевой стенкой, установленный открытым торцом на скважине, для поступления сжатого газа по линиям подачи сжатого газового агента, а запорная арматура линии подачи газового агента выполнена в виде быстродействующей запорной арматуры.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что установка включает расширительную емкость, которая имеет проходное сечение, превышающее проходное сечение выхлопного отверстия, и которая снабжена, по меньшей мере, одним отводящим трубопроводом с образованием совместно с ней и выхлопным отверстием системы сброса сжатого газового агента из полости оголовка.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что система сброса сжатого газового агента выполнена соосно в торцевой стенке оголовка.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что система сброса содержит патрубок, установленный соосно на торцевой стенке оголовка, а расширительная емкость расположена на верхнем торце патрубка.

5. Установка по одному из пп.2-4, отличающаяся тем, что запорные элементы системы сброса выполнены в виде быстродействующей запорной арматуры.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что быстродействующая запорная арматура системы сброса встроена в выхлопное отверстие.

7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что быстродействующая запорная арматура системы сброса встроена в патрубок между торцевой стенкой оголовка и расширительной емкостью.

8. Установка по п.5, отличающаяся тем, что быстродействующая запорная арматура системы сброса встроена в верхний торец патрубка.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выхлопное отверстие соразмерно с проходным сечением торцевой стенки оголовка.

10. Установка по п.2, отличающаяся тем, что по меньшей мере один отводящий трубопровод выполнен в виде разветвленной системы, по меньшей мере двух отводящих трубопроводов, при этом суммарное проходное сечение всех отводящих трубопроводов не меньше проходного сечения расширительной емкости.

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что система сброса снабжена приемным контейнером для системы отводящих трубопроводов.

12. Установка по п.10, отличающаяся тем, что система отводящих трубопроводов снабжена приемными контейнерами для каждого трубопровода.

13. Установка по одному из пп.11 и 12, отличающаяся тем, что приемные контейнеры выполнены герметичными, а отводящие трубопроводы встроены в эти контейнеры.

14. Установка по п.2, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из отводящих трубопроводов снабжен быстроразъемным соединением и гидроагрегатом высокого давления, установленным с обеспечением возможности подключения к этому трубопроводу в место расположения быстродействующего соединения.

15. Установка для обработки призабойных зон нефтегазоносных пластов, содержащая снабженную запорной арматурой линию подвода жидкости в скважину, пневматический генератор, линии подачи сжатого газового агента с запорной арматурой и систему сброса сжатого газового агента с запорными элементами, отличающаяся тем, что пневматический генератор включает оголовок с полнопроходным сечением, содержащий выхлопное отверстие, с торцевой стенкой, установленный открытым торцом на скважине, для поступления сжатого газа по линиям подачи сжатого газового агента, причем полый оголовок имеет по меньшей мере одно ускорительное сопло для сжатого газового агента, встроенное в выхлопное отверстие, а запорная арматура линии подачи газового агента выполнена в виде быстродействующей запорной арматурой.

16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно ускорительное сопло встроено в выхлопное отверстие соосно с ним.

17. Установка по п.15, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно ускорительное сопло расположено соосно в выхлопном отверстии с зазором относительно его сечения.

18. Установка по п.15, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно ускорительное сопло установлено соосно на торцевой стенке оголовка над выхлопным отверстием.

19. Установка по п.15, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно ускорительное сопло установлено над выхлопным отверстием соосно и с зазором вдоль оси отверстия.

20. Установка по п.15, отличающаяся тем, что ускорительные сопла установлены в выхлопном отверстии и над ним.

21. Установка по п.20, отличающаяся тем, что одно сопло установлено в выхлопном отверстии, а другие – над ним.

22. Установка по п.15, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно ускорительное сопло выполнено с перфорированными стенками.

23. Установка по одному из пп.15-22, отличающаяся тем, что ускорительное сопло имеет проходное сечение нижнего раструба, равное проходному сечению выхлопного отверстия.

24. Установка по п.23, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно ускорительное сопло выполнено в виде усеченного конуса.

25. Установка по п.23, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно ускорительное сопло выполнено в виде сопла Лаваля.

26. Установка по п.15, отличающаяся тем, что установка включает расширительную емкость, которая имеет проходное сечение, превышающее проходное сечение выхлопного отверстия, и которая снабжена, по меньшей мере, одним отводящим трубопроводом с образованием совместно с выхлопным отверстием и ускорительным соплом системы сброса сжатого газового агента из полости оголовка.

27. Установка по п.26, отличающаяся тем, что система сброса сжатого газового агента выполнена соосно в торцевой стенке оголовка.

28. Установка по одному из пп.15, 26 и 27, отличающаяся тем, что запорные элементы системы сброса выполнены в виде быстродействующей запорной арматуры.

29. Установка по п.28, отличающаяся тем, что быстродействующая запорная арматура встроена в ускорительное сопло.

30. Установка по одному из пп.25 и 29, отличающаяся тем, что быстродействующая запорная арматура встроена в узкое сечение сопла Лаваля.

31. Установка по одному из пп.25 и 29, отличающаяся тем, что быстродействующая запорная арматура встроена в один из раструбов сопла Лаваля.

32. Установка по п.28, отличающаяся тем, что быстродействующая запорная арматура встроена в выхлопное отверстие.

33. Установка по п.26, отличающаяся тем, что система сброса сжатого газового агента содержит патрубок, установленный соосно на торцевой стенке оголовка, а расширительная емкость расположена на верхнем торце патрубка.

34. Установка по п.33, отличающаяся тем, что быстродействующая запорная арматура встроена в патрубок над выхлопным отверстием.

35. Установка по п.34, отличающаяся тем, что быстродействующая запорная арматура встроена в верхний торец патрубка.

36. Установка по п.15, отличающаяся тем, что выхлопное отверстие соразмерно с проходным сечением торцевой стенки оголовка.

37. Установка по п.26, отличающаяся тем, что отводящий трубопровод выполнен в виде разветвленной системы по меньшей мере двух отводящих трубопроводов, суммарное проходное сечение которых не меньше проходного сечения расширительной емкости.

38. Установка по п.26, отличающаяся тем, что система сброса сжатого газового агента снабжена приемным контейнером для отводящего трубопровода.

39. Установка по п.38, отличающаяся тем, что система отводящих трубопроводов снабжена приемными контейнерами для каждого из трубопроводов.

40. Установка по одному из пп.38 и 39, отличающаяся тем, что приемные контейнеры выполнены герметичными, а отводящие трубопроводы встроены в эти контейнеры.

41. Установка по одному из пп.26 и 37, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из отводящих трубопроводов снабжен быстроразъемным соединением и гидроагрегатом высокого давления с возможностью подключения последнего к отводящему трубопроводу в место расположения быстроразъемного соединения.

РИСУНКИ