устройство для очистки закольматированных поверхностей фильтров и стенок скважин

Формула изобретения

1. Устройство для очистки закольматированной поверхности фильтров и стенок скважин, включающее обсадную колонну с фильтром, эксплуатационную колонну и погружной насос, отличающееся тем, что эксплуатационная колонна выполнена составной из водоподъемной трубы, патрубка и жестко соединенного с ним корпуса, причем водоподъемная труба сочленена с патрубком посредством стакана, в котором размещен узел вращения с упорным подшипником для обеспечения возможности вращения патрубка с корпусом относительно водоподъемной трубы, при этом на корпусе на различных уровнях смонтированы кавитаторы, расположенные под углом 18-22° относительно образующей корпуса и под углом 45-50° относительно горизонтальной плоскости, а погружной насос размещен на хвосте эксплуатационной колонны.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кавитаторы снабжены электроклапанами, которые имеют возможность работать последовательно в автоматическом режиме по схеме сверху вниз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к эксплуатации нефтяных и водозаборных скважин, и предназначено для очистки фильтров от кольматирующих отложений, препятствующих притоку полезного продукта в скважину.

Общеизвестно, что в процессе эксплуатации нефтяных и водозаборных скважин происходит постепенная миграция тонкодисперсной фракции породы (кольматанта) продуктивного горизонта из глубины пласта к прифильтровой зоне скважины.

Этот процесс характеризуется изменением фильтрационных характеристик призабойной зоны пласта и непосредственно скважинных фильтров, а именно падение динамического уровня и расхода откачиваемой жидкости. Существует множество способов искусственного снижения гидравлического сопротивления пласта и поверхности фильтра.

Известен способ промывки фильтра и прифильтровой зоны скважины, включающий установку оборудования в фильтровой и рабочей части скважины, подачу агрессивной промывочной среды с последующей откачкой ее из скважины (1).

Недостатком описанного способа является высокая стоимость его осуществления, недолговечность применяемого оборудования из-за использования агрессивных к материалу фильтров промывочных средств, ухудшение экологии.

Известно также устройство для откачки из скважины жидкости с механическими примесями, включающее насосный агрегат, содержащий погружной насос, нагнетательный и всасывающий трубопроводы, эжектор и сетчатый фильтр - прототип (2).

Недостатком описанного технического решения является недостаточная эффективность очистки фильтра из-за низкой степени кавитации технических средств и недостаточной производительность устройства.

Технический результат, ожидаемый от использования изобретения, заключается в повышении производительности устройства, расширении функциональных возможностей, повышении степени кавитации и гидродинамического воздействия на закольматированную поверхность фильтра.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки закольматированной поверхности фильтра и стенок скважин, включающем обсадную колонну с фильтром, эксплуатационную колонну и погружной насос, эксплуатационная колонна выполнена составной из водоподъемной трубы, патрубка и жестко соединенного с ним корпуса, причем водоподъемная труба сочленена с патрубком посредством стакана, в котором размещен узел вращения с упорным подшипником для обеспечения возможности вращения патрубка с корпусом относительно водоподъемной трубы, при этом на корпусе на различных уровнях смонтированы кавитаторы, расположенные под углом 18-22° относительно образующей корпуса и под углом 45-50° относительно горизонтальной плоскости, а погружной насос размещен на хвосте эксплуатационной колонны. Указанный технический результат достигается еще и тем, что кавитаторы снабжены электроклапанами, работающими последовательно в автоматическом режиме по схеме сверху - вниз.

Изобретение поясняется чертежом, где схематически представлено устройство для очистки закольматированных поверхностей фильтра, находящегося в затопленном состоянии, и стенок скважин.

Устройство состоит из обсадной колонны 1 с фильтром 2, эксплуатационной колонны, которая состоит из водоподъемной трубы 3, патрубка 4 и корпуса 5, размещенного внутри полости фильтра. Водоподъемная труба 3 соединена с патрубком 4 посредством стакана 6 с крышкой 7 и узлом крепления, состоящим из гайки 8 с контргайкой 9, уплотнительных манжет 10, между которыми помещен упорный подшипник 11, и опорной шайбы 12. На внешней поверхности корпуса 5 на различных уровнях смонтированы кавитаторы 13 с электроклапанами. Кавитаторы расположены под углом 18-22° относительно образующей корпуса и под углом 45-50° относительно горизонтальной плоскости. На хвосте эксплуатационной колонны размещен погружной насос 14, служащий для откачки воды в процессе эксплуатации скважины и создания необходимого гидравлического напора для эффективной работы кавитаторов.

Устройство работает следующим образом: при падении уровня воды в обсадной колонне 1, т.е. при снижении интенсивности притока воды через фильтр 2 вследствие его кольматации частицами горных пород прифильтровой зоны, от блока управления, находящегося на поверхности (на чертеже не показан), поступает сигнал, и автоматически перекрывается водоподъемная труба 3. В то же время автоматически открывается электроклапан первого, считая от устья скважины, из кавитаторов 13. Перекрыв водоподъемную трубу 3, поток воды направляется на первый кавитатор 13, а гидравлическое давление жидкости, развиваемое погружным насосом 14, создает условия для кавитационного и гидродинамического воздействия на закольматированную поверхность фильтра в прилегающей к кавитатору 13 зоне.

Через определенный промежуток времени, который определяется экспериментально для конкретных условий каждого водоносного горизонта, клапан первого кавитатора 13 закрывается с одновременным открытием клапана второго кавитатора и так далее, пока не отработают все кавитаторы, размещенные в прифильтровой зоне. Под воздействием реактивной силы воды, истекающей из диффузора кавитатора 13, патрубок 4 и корпус 5 с размещенными на нем кавитаторами начинают вращаться. В результате вращения корпуса вокруг своей оси кавитационное и гидродинамическое воздействие кавитаторов 13 производится не на ограниченную секторную зону фильтра, а на всю его цилиндрическую поверхность, т.е. зона эффективной работы кавитаторов 13 увеличивается в несколько раз, сокращая время очистки фильтра.

Как только уровень воды в обсадной колонне восстановится до первоначальной величины, что свидетельствует об очистке поверхности фильтра, сигнал от уровнемера (на чертеже не показан) поступит на блок управления, который даст команду исполнительному реле на открытие электрогидравлического клапана на водоподъемной трубе и закрытие клапана последнего кавитатора 13. Дебит скважины восстановлен, и она продолжает работу в нормальном режиме.

Последовательное включение в работу кавитаторов 13 необходимо для того, чтобы обеспечить работу каждого из них в оптимальном режиме, т.к. мощность погружных насосов 14 в скважинах небольшого диаметра не может обеспечить необходимый гидравлический напор для одновременной работы всех кавитаторов 13.

Расположение погружного насоса 14 ниже уровня установки кавитаторов 13 необходим для обеспечения эжекционного эффекта в области работы кавитаторов, что значительно увеличивает эффективность и зону воздействия на закольматированную поверхность фильтра.

Таким образом, предлагаемое техническое решение устройства имеет следующие преимущества перед известными:

1. Исключается необходимость использования агрессивных жидкостей для очистки закольматированных поверхностей фильтра, тем самым значительно продлевая срок действия последних при снижении стоимостных затрат.

2. Обеспечивается возможность восстановления дебита скважины без извлечения водоподъемной колонны на поверхность, требующего установки на устье скважины специального оборудования.

3. Значительно увеличивается зона эффективного воздействия гидроакустического и гидродинамического эффекта жидкости, истекающей из диффузора кавитаторов, заметно сокращая время работы кавитаторов, необходимое для очистки закольматированной поверхности фильтра.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №1068616, кл. F 04 D 13/10.

2. Авторское свидетельство №912858, кл. Е 03 В 3/18.