устройство для освоения пласта скважины свабированием

Формула изобретения

Устройство для освоения пласта скважины свабированием, включающее сваб, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с ограничителем хода сваба и фильтром для сообщения с пластом, пакер, установленный выше пласта, отличающееся тем, что колонна НКТ оснащена снизу полым наконечником, а фильтр - сверху насадкой с внутренней цилиндрической полостью, причем наконечник вставлен в насадку, от которой подпружинен вверх с возможностью продольного ограниченного перемещения, при этом наконечник оснащен верхним и нижним рядами отверстий, изнутри разобщенных перегородкой и выполненных с возможностью сообщения при перемещении наконечника вниз относительно насадки фильтра через внутреннюю цилиндрическую полость насадки, причем выше наконечника и пакера, но ниже ограничителя хода сваба в колонне НКТ установлен сбивной клапан для сообщения колонны НКТ с надпакерной зоной после сброса сбивающего элемента, при этом сваб оснащен предохранительным клапаном, подпружиненным вверх и с возможностью открытия при усилии 80-90% от критически допустимого усилия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтяной и нефтегазовой промышленности и может быть использовано при освоении скважин после бурения и в процессе эксплуатации.

Известно устройство для освоения пласта скважины свабированием (см. Е.П.Солдатов, И.И.Клещенко, В.Н.Дудкин. Свабирование - ресурсосберегающая технология. НТЖ "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море" 1997, № 6-7, с.27-29), включающее установленную в скважине колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), сваб, спущенный в колонну (НКТ) с ограничителем хода, а также с пакером, устанавливаемым выше пласта или без него.

Недостатками данного устройства являются:

во-первых, очень низкая депрессия на пласт (0,6-0,8 МПа) при свабировании скважины без пакера и необходимость производства значительного числа (8-12) циклов свабирования, что ведет к значительным трудозатратам и снижению эффективности работы устройства;

во-вторых, высокие (7-8 МПа), очень резкие депрессии на пласт при свабировании скважины с пакером, что негативно сказывается на состоянии призабойной зоны скважины при вызове притока из слабосцементированных коллекторов, нефтеводонасыщенных пластов и т.д. Во всех случаях результативность свабирования повышается с увеличением частоты и стабильности операций спуска-подъема сваба;

в-третьих, при наличии пакера в составе устройства по окончании освоения, при срыве пакера скважинная жидкость, находящаяся в межтрубном пространстве над пакером, попадает обратно в пласт, т.е. происходит глушение освоенной скважины и кольматируется призабойная зона пласта, ухудшаются коллекторские свойства пласта и сводится к нулю результат освоения скважины.

Наиболее близким по технической сущности является способ свабирования скважины (патент RU № 2181830, МПК 8 В21В 43/00, опубл. в Бюл. № 12 от 27.04.2002 г.), заключающийся в понижении давления жидкости глушения на продуктивный пласт путем периодического отбора жидкости из эксплуатационной колонны и подъема ее на поверхность свабом, при котором в скважине, разделенной по глубине пакерным узлом, установленным ниже статического уровня жидкости, отбор жидкости из эксплуатационной колонны осуществляют по крайней мере одним из свабов, перемещаемым в колонне насосно-компрессорных труб в подпакерной области, а отбор жидкости из надпакерной области и подачу ее на поверхность осуществляют другим свабом, перемещаемым в колонне насосно-компрессорных труб, размещенных в надпакерной области.

А также устройство для осуществления этого способа, включающее два сваба, две колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с ограничителями хода соответствующих свабов и фильтром для сообщения с пластом одной из колонн НКТ, оснащенной пакером, устанавливаемьм выше пласта.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, связанная с наличием двух колонн НКТ и двух свабов;

- во-вторых, по окончании свабирования необходимо распакеровывать пакер и извлекать две колонны НКТ, при этом столб скважинной жидкости, находящийся выше пакера в межтрубном пространстве между эксплуатационной колонной и колонной НКТ, попадает в освоенный пласт при условии, если гидростатический уровень столба скважинной жидкости, находящийся выше пакера, больше пластового давления. В результате скважинная жидкость, находящаяся в межтрубном пространстве над пакером, попадает обратно в пласт, т.е. происходит глушение освоенной скважины и кольматируется призабойная зона пласта, ухудшаются коллекторские свойства пласта и сводится к нулю результат освоения скважины;

в-третьих, в случаях, когда пласт сильно загрязнен, эффективность применения данного устройства низка, поэтому перед применением данного устройства необходимо произвести предварительную очистку ПЗП (призабойной зоны пласта) от загрязнений, чего не позволяет сделать данное устройство;

в-четвертых, высока вероятность обрыва каната, тянущего сваб в заделке или по телу каната, что приводит к осложнению в скважине, ликвидация которого требует дополнительных финансовых затрат.

Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства, а также исключение попадания скважинной жидкости, находящейся выше пакера в межтрубном пространстве между эксплуатационной колонной и колонной НКТ, в освоенный пласт после распакеровки пакера с возможностью очистки от загрязнений ПЗП путем создания мгновенных депрессий на ПЗП перед освоением скважины свабированиеми, а также гарантированное исключение обрыва каната, тянущего сваб.

Поставленная задача решается устройством для освоения пласта скважины свабированием, включающим сваб, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с ограничителем хода сваба и фильтром для сообщения с пластом, пакер, устанавливаемый выше пласта.

Новым является то, что колонна НКТ оснащена снизу полым наконечником, а фильтр - сверху насадкой с внутренней цилиндрической полостью, причем наконечник вставлен в насадку, от которой подпружинен вверх, с возможностью продольного ограниченного перемещения, при этом наконечник оснащен верхним и нижним рядами отверстий, изнутри разобщенных перегородкой и выполненных с возможностью сообщения при перемещении наконечника вниз относительно насадки фильтра через внутреннюю цилиндрическую полость насадки, причем выше наконечника и пакера, но ниже ограничителя хода сваба в колонне НКТ установлен сбивной клапан для сообщения колонны НКТ с надпакерной зоной после сброса сбивающего элемента, при этом сваб оснащен предохранительным клапаном, подпружиненным вверх и открывающимся при усилии 80-90 % от критически допустимого усилия.

На фиг. 1, 2, 3, 4 схематично изображено предлагаемое устройство для освоения пласта скважины свабированием.

На фиг. 5 в разрезе схематично изображен сваб с предохранительным клапаном.

Устройство для освоения пласта 1 свабированием состоит из спущенной в скважину 2 (см. фиг.1 и 2) колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) 3, а также изолирующего межтрубное пространство 4 пакера 5 проходного любой известной конструкции, устанавливаемого на 10-15 метров выше пласта 1.

В колонну НКТ 3 спущен сваб 6 на канате 7. Ограничитель хода 8 сваба 6 зафиксирован внутри колонны НКТ 3 любым известным способом, например на резьбе.

Пакер 5 герметично разделяет межтрубное пространство 4 на подпакерную 9 и надпакерную 10 зоны. На конце колонны НКТ 3 установлен фильтр 11, заглушенный снизу и служащий для сообщения внутреннего пространства колонны НКТ 3 с пластом 1.

Колонна НКТ 3 оснащена снизу полым наконечником 12, а фильтр - сверху насадкой 13 с внутренней цилиндрической полостью 14.

Наконечник 12 вставлен в насадку 13, от которой подпружинен посредством пружины 15 вверх, с возможностью продольного ограниченного перемещения.

Наконечник 12 оснащен верхним 16 и нижним 17 рядами отверстий, изнутри разобщенных перегородкой 18 и выполненных с возможностью сообщения при перемещении наконечника 12 вниз относительно насадки 13 фильтра 11 через внутреннюю цилиндрическую полость 14 насадки 13.

Выше наконечника 12 и пакера 5, но ниже ограничителя хода 8 сваба 6 в колонне НКТ 3 установлен сбивной клапан 19 для сообщения колонны НКТ 3 с надпакерной зоной 9 после сброса сбивающего элемента 20 (см. фиг.3 и 4). Необходимую герметичность в процессе работы обеспечивают уплотнительные элементы (на фиг.1, 2, 3, 4 показаны условно).

Сваб 6 оснащен предохранительным клапаном 21, при этом его конструкция может быть такой, которая изображена на фигуре 5.

Предохранительный клапан 21 подпружинен вверх посредством пружины 22 и открывается при усилии 80-90% от критически допустимого на заделку (на фиг.1, 2, 3, 4, 5 не показано) сваба 6, при этом жидкость, находящаяся внутри колонны НКТ 3 выше сваба 6, перетекает сквозь открывшийся предохранительный клапан 21 в колонну НКТ 3 под сваб 6.

Например, критическая нагрузка на заделку 23 сваба 6 составляет 4 тонны. Таким образом, пружина 22 отрегулирована на (80-90%)×4 тонны=3,2÷3,6 тонны, при достижении которого предохранительный клапан 21 открывается.

Устройство работает следующим образом.

Устройство монтируют в скважине 2 (см. фиг.1), при этом пакер 5 в скважине 1 должен размещаться на 10-15 метров выше кровли пласта 1.

Затем производят полную разгрузку колонны НКТ 3 на пакер 5 (см. фиг.2), например, собственный вес колонны НКТ 3 составляет 120 кН, при этом сначала разрушается срезной элемент 24 и пружина 15 начинает сжиматься относительно стопора 25, выполненного на наружной поверхности колонны НКТ 3, а колонна НКТ 3, оснащенная снизу полым наконечником 12, перемещается вниз относительно остающейся неподвижной на пакере 5 насадки 13, соединенной сверху с фильтром 11, при этом величина S-продольного ограниченного перемещения обеспечивает гидравлическое сообщение посредством внутренней цилиндрической полости 14 (см. фиг.2) верхних 16 и нижних 17 рядов отверстий наконечника 12 между собой, что в свою очередь обеспечивает гидравлическое сообщение внутреннего пространства колонны НКТ 3 с ПЗП пласта 1 через фильтр 11. В результате создается мгновенная депрессия на ПЗП, и загрязнения пласта 1, находящиеся в ПЗП, через фильтр 11 попадают во внутреннее пространство колонны НКТ 3.

Далее приподнимают колонну НКТ 3 до набора собственного веса, который был до разрушения срезного элемента 24, как отмечено выше 120 кН, при этом пружина 15 разжимается относительно стопора 25 (см. фиг.1), а колонна НКТ 3, оснащенная снизу полым наконечником 12, перемещается вверх на величину S относительно остающейся неподвижной на пакере 5 насадки 13, соединенной сверху с фильтром 11, при этом благодаря перегородке 18 верхний 16 и нижний 17 ряды отверстий наконечника 12 разобщаются между собой, а внутренняя цилиндрическая полость 14 размещается напротив нижнего ряда отверстий 17, что в свою очередь герметично разобщает внутреннее пространство колонны НКТ 3 с ПЗП пласта 1 через фильтр 11.

В дальнейшем вышеописанный цикл повторяется от 3 до 5 раз в зависимости от степени загрязнения ПЗП. Таким образом, после проведения очистки ПЗП пласта 1 приступают к его освоению свабированием.

Затем производят полную разгрузку колонны НКТ 3 на пакер 5 (см. фиг.2), например, собственный вес колонны НКТ 3 составляет 120 кН, при этом пружина 15 начинает сжиматься относительно стопора 25, выполненного на наружной поверхности колонны НКТ 3, а колонна НКТ 3, оснащенная снизу полым наконечником 12, перемещается вниз относительно остающейся неподвижной на пакере 5 насадки 13, соединенной сверху с фильтром 11, при этом величина S продольного ограниченного перемещения обеспечивает гидравлическое сообщение посредством внутренней цилиндрической полости 14 (см. фиг. 2) верхних 16 и нижних 17 рядов отверстий наконечника 12 между собой, что в свою очередь обеспечивает гидравлическое сообщение внутреннего пространства колонны НКТ 3 с ПЗП пласта 1 через фильтр 11.

Далее в колонну НКТ 3 на канате спускают сваб 6 в расчетный интервал колонны НКТ 3 (не доводя его до взаимодействия с ограничителем его хода 8). Далее начинают процесс освоения пласта 1 свабированием с помощью наземного привода, например, агрегатом для свабирования (на фиг. 1, 2, 3 не показано).

Производят отбор жидкости по колонне НКТ 3 (см. фиг.2) свабированием из подпакерной зоны 9 через фильтр 11 до получения стабильного притока продукции пласта 1 путем периодического подъема жидкости по колонне НКТ 3 с помощью сваба 6, определенных порций жидкости из скважины 2 при последовательном ступенчатом снижении уровня жидкости и соответствующем изменении глубины спуска сваба 6 при каждом последующем ходе. Высота поднимаемого столба жидкости и, соответственно, объем жидкости, поднимаемой за один цикл, определяются погружением сваба 6 под уровень жидкости в каждом цикле.

В процессе свабирования предохранительный клапан 21 (см. фиг.5) открывается, если усилие, создаваемое столбом жидкости, находящимся внутри колонны НКТ 3 над свабом 6, превышает упомянутые выше 3,2-3,6 тонны. Например, столб жидкости в колонне НКТ 3 создает усилие на сваб, равное 3,7 тонны, при этом предохранительный клапан 21 открыт.

При снижении усилия, создаваемого столбом жидкости, находящимся внутри колонны НКТ 3, на сваб 6, до 3,2-3,6 тонны предохранительный клапан 21 закрывается.

После получения стабильного притока продукции из пласта 1 производят разобщение надпакерной 10 и подпакерной 9 зон скважины 2.

Для этого вновь приподнимают колонну НКТ 3 (см. фиг. 3) до набора собственного веса, который был до разрушения срезного элемента 24, как отмечено выше, 120 кН, при этом пружина 15 разжимается относительно стопора 25, а колонна НКТ 3, оснащенная снизу полым наконечником 12, перемещается вверх на величину S относительно остающейся неподвижной на пакере 5 насадки 13, соединенной сверху с фильтром 11, при этом благодаря перегородке 18 верхний 16 и нижний 17 ряды отверстий наконечника 12 разобщаются между собой, а внутренняя цилиндрическая полость 14 размещается напротив нижнего ряда отверстий 17, что в свою очередь герметично разобщает внутреннее пространство колонны НКТ 3 с ПЗП пласта 1 через фильтр 11.

Производят сброс в колонну НКТ 3 сбивающего элемента 20, при этом в процессе перемещения сбивающего элемента 20 вниз по колонне НКТ 3 происходит разрушение сбивного клапана 19 (см. фиг.3), при этом сбивающий элемент 20 падает на перегородку 18.

В результате через отверстие разрушенного сбивного клапана 19 происходит сообщение межтрубного пространства 4 в надпакерной зоне 10 и внутреннего пространства колонны НКТ 3 и выравнивание в них высоты H ₁ столба жидкости (см. фиг.3).

Производят отбор жидкости по колонне НКТ 3 свабированием из надпакерной 10 зоны до снижения уровня жидкости на величину Н=H₁-Н₂ (см. фиг.3 и 4) в надпакерной зоне 10 межтрубного пространства 4 до тех пор, пока давление, оказываемое гидростатическим уровнем Н₂ (см. фиг.4) скважинной жидкости, не будет ниже пластового давления (Р _пл).

где Р_пл - пластовое давление, МПа;

- плотность, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Н₂ - высота столба жидкости в надпакерной зоне межтрубного пространства и до кровли пласта, м;

или

После чего производят распакеровку пакера 5 и его извлечение вместе с колонной НКТ 3.

Предложенное устройство имеет простую конструкцию и позволяет повысить эффективность освоения скважины путем исключения попадания скважинной жидкости, находящейся выше пакера в межтрубном пространстве между эксплуатационной колонной и колонной НКТ, в освоенный пласт после распакеровки пакера. Кроме того, данное устройство имеет возможность очистки от загрязнений ПЗП путем создания мгновенных депрессий на ПЗП перед освоением скважины свабированием, что, безусловно, улучшает качество освоения скважины. Кроме того, предложенное устройство позволяет гарантированно исключить обрыв каната, тянущего сваб, что позволяет избежать дополнительных финансовых затрат на ликвидацию осложнения.