CC BY
37
---------------------------------------- © С.Б. Бекетов, В.А. Суковицын
2006
УДК 622.245+622.279.7
С.Б. Бекетов, В.А. Суковицын
УСТЬЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИМПУЛЬСОВ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПРИ РЕМОНТЕ СКВАЖИН
1ТЛ ак доказано лабораторно-
_Ж\ стендовыми исследованиями и опытом проведения промысловых работ, применение импульсов давления при выполнении технологических операций при ремонте скважин (цементировании колонн, ликвидации за-колонных перетоков флюидов, интенсификации притока нефти и газа), при определенных гео-лого-техничес-ких условиях часто повышает их эффективность. Так, к примеру, метод воздействия на пласт переменным давлением дает хороший эффект в условиях высокопрочных пород. При создании знакопеременных давлений происходит очистка пор и трещин ПЗП, возникают усталостные явления в породах пласта и появляется возможность образования и развития трещин что приводит к повышению проницаемости ПЗП [1 - 3].
На практике в настоящее время применяются различные устройства и технологии, позволяющие получить гидроудары в режиме низкочастотных или одиночных импульсов. Авторы работы [4] с целью интенсификации притока флюидов применяют гидроудары на пласт жидкостью, заполняющей скважину при помощи струйного насоса и гидравлического пакера. Другой разновидностью воздействия на ПЗП являются импульсные гидроудары, получаемые при разрушении диафрагм пустотных
камер различных конструкций [5]. Кроме того, гидроудары на пласт могут быть получены с помощью взрывных веществ и электрозарядов [6, 7]. В Татарии при добыче нефти применяется репрессионно-депрессионная технология обработки ПЗП в импульсном режиме, знакопеременные импульсы давления (направленные в пласт и обратно) получаются при помощи специального пластоиспытателя [1].
Для создания импульсов давления в потоке тампонажного раствора при цементировании обсадных колонн разработан ряд внутрискважинных пульсаторов, спускаемых в составе компоновок обсадных или лифтовых колонн. Однако всем существующим конструкциям скважинных пульсаторов присущ один недостаток - частота возбуждаемых гидравлических импульсов произвольная и не поддается регулировке, либо регулирование частоты импульсов возможно за счет изменения технологического режима, т. е. изменения темпа подачи прокачиваемой через устройство жидкости. В то же время частота гидравлических импульсов является одним из основных параметров, оказывающих влияние на эффективность применения метода. По данным разных исследователей, диапазон частот, при котором достигался максимальный эффект от применения гидроимпульсного воздействия при цемен-
тировании скважин, варьирует в пределах 20-120 Гц. Так, например, авторами [8] приводятся результаты исследований, где при испытании на кернах было установлено, что возбуждение колебаний частотой 100 Гц и менее может значительно влиять на движение флюидов, и при наличии в образцах глинистой составляющей, последняя разрушается, и абсолютная проницаемость образца увеличивается. Согласно данным исследований БашНИПИнефть [9], наложение на прокачиваемый раствор колебаний частотой 20-100 Гц позволяет в 2 раза уменьшить объем невытесненного из скважины бурового раствора цементным.
В условиях проведения РИР при различных значениях приемистости изолируемых интервалов, применение существующих конструкций скважинных пульсаторов не всегда позволяет поддерживать оптимальные параметры импульсного воздействия и достичь желаемого эффекта. С целью обеспечения возможности оперативного регулирования частоты и амплитуды гидравлических импульсов давления, нами разработана новая конструкция вибратора, устанавливаемого на устье скважины [10].
Технический результат, который получен при использовании устьевого механического вибратора (УМВ), сводится к следующему:
- использование устройства на устье скважины позволяет контролировать и оперативно управлять процессом создания гидроимпульсных колебаний в зависимости от технологических параметров;
- возможность многократного применения устройства;
- расширение диапазона применения устройства для осуществления различных технологических операций;
- возможность регулирования частоты создаваемых колебаний без изменения расхода рабочей жидкости, подаваемой в скважину в соответствии с технологическим регламентом и без остановки технологического процесса.
Конструкция УМВ приведена на рис. 1:
- рис. 1, а - конструкция устройства в разрезе, в положении, когда генерация импульсов не происходит.
- рис. 1, б - конструкция устройства в положении деталей, когда поток рабочей жидкости направлен на вибрационный механизм и производится генерация импульсов заданной частоты.
- рис. 1, в - взаимное расположение деталей устройства при изменении сечения проходного канала ротора и частоты гидродинамических импульсов.
Устройство для создания гидроимпульсных колебаний в потоке прокачиваемой жидкости состоит из корпуса 1 с подводящим патрубком 2, внутри которого с возможностью осевого перемещения установлен золотник 3 с щелевыми прорезями 4 и
5, образующий кольцевые каналы 6 и 7 со стенкой корпуса 1.
В осевом канале золотника 3 на подшипниках 8 установлен ротор 9 с крыльчаткой 10, в днище которого выполнен ряд отверстий 11. Нижняя часть золотника 3 с днищем 12, в котором выполнены отверстия 13, образуют статор вибрационного механизма.
На торце золотника 3 устанавливается крышка 14, через которую,
Схема устьевого механического вибратора
б
в
посредством резьбового соединения, пропускается шток 15, герметизированный уплотнителями 16.
Нижняя часть корпуса 1 снабжена переходником 17, в осевой канал которого входит нижняя часть золотника 3 устройства.
Элементы устройства герметизируются при помощи уплотнителей 18.
Устройство работает следующим образом.
УМВ включается в нагнетательную линию обвязки скважины с наземным технологическим оборудованием. К подводящему патрубку 2 подсоединяется манифольд, связанный с насосными агрегатами.
В исходном положении (рис. 1, а), в момент начала ведения технологического процесса закачки жидкости в скважину, когда генерации импульсов не требуется, рабочая жидкость поступает в кольцевой канал 7 между стенкой корпуса 1 и наружной поверхностью золотника 3, далее через щелевые прорези 5 золотника 3 и каналу переходника 17 подается в скважину, минуя подачу внутрь золотника 3, что исключает возникновение гидродинамических импульсов в потоке рабочей жидкости.
Для наложения на поток гидравлических импульсов, осуществляют вращение золотника 3 и его осевое перемещение в осевом канале корпуса 1, в результате чего перекрываются щелевые прорези 5 и поток жидкости начинает поступать через кольцевой канал 6 и щелевые прорези 4 внутрь золотника 3 (рис.
1. Обработка ПЗП депрессией в импульсном режиме/ Ю.В. Зуев, В.М. Воронцов, А.Г. Корже-невский и др. - М.: Нефтяное хозяйство. 1983, №9. - С. 42-50.
2. Абдулин Ф.С. Повышение производительности скважин - М.: Недра. -1975. - С 264.
1, б). Нагнетаемая жидкость воздействует на крыльчатку 10, в результате чего ротор 9 начинает вращаться. При вращении происходит перекрытие отверстий 13 золотника 3 телом днища 12 ротора 9 с возбуждением гидравлического импульса в потоке жидкости, проходящей через вибрационный механизм. Частота генерируемых импульсов определяется расходом и реологическими параметрами прокачиваемой жидкости. В процессе ведения операции, при изменении расхода прокачиваемой жидкости, возникает необходимость регулирования частоты возбуждаемых гидравлических импульсов. Это достигается путем вращения штока 15 устройства и ввода его в осевой канал ротора 9 (рис. 1, в), в результате чего изменяется сечение гидравлического канала внутри ротора 9 и, соответственно, изменяется скорость жидкости, подаваемой на крыльчатку 10. Таким образом, уменьшая или увеличивая сечение гидравлического канала внутри ротора 9 вращением штока 15, производят изменение частоты генерируемых гидроимпульсных колебаний за счет изменения скорости потока и соответственно частоты вращения ротора 9.
Устройство успешно применяется при проведении работ с целью интенсификации притока газа на различных газовых скважинах. Практическим путем доказана эффективность применения разработанной конструкции.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. - М.: Недра. -1990. -С. 138.
4. Яремийчук Р.С., Лесовой Г.А. Технология воздействия на призабойную зону пласта многократными депрессиями. - М.: Нефтяное хозяйство, №5. - 1985. - С. 70-73.
5. Рабинович Е.З. Гидравлика. - М.: Недра.
- 1980. - С. 278.
6. Усиление ударных волн в неравновесной системе жидкость-пузырьки растворенного газа / Б.Е. Гальфанд, В.В. Степанов, Е.И. Тимофеев и др. - М.: ДАН. - 1978. - Т. 239.
7. Сизоненко О.Н., Малюшевский Р.А., Максутов Р.А. Особенности взрывного воздействия в условиях скважин - М.: Сборник научных трудов ВНИИнефть. - 1981. Вып. 77. - С. 101-106.
8. Вестермарк Р.В., Бретт Дж.Ф., Мэлони Д.Р. Интенсификация притока вибраци-
онным воздействием на забой скважины для увеличения отбора нефти. - М.: Нефтегазовые технологии. - 2002. № 3. - С. 64-71.
9. Рахимкулов Р.Ш., Струговец Е.Т. Применение вибровоздействия для повышения качества цементирования обсадных колонн / Нефтяное хозяйство. - 1990. - С 35-37.
10. Устьевой механический вибратор / С.Б. Бекетов, В.А. Машков, В.А. Суковицын и др. / Патент РФ на изобретение №2250982 Приоритет от 14.04.2003 г.
— Коротко об авторах
Бекетов Сергей Борисович - доктор технических наук, заместитель генерального директора ЗАО «Газтехнология», г. Ставрополь.
Суковицын Владимир Александрович - заведующий лабораторией технологии КРС в ОАО «СевКавНИПИгаз», г. Ставрополь.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им. Г.В. ПЛЕХАНОВА
КАНЕНКОВ Владимир Владимирович Снижение энергоемкости гидравлического транспортирования полидисперс-ных гидросмесей на предприятиях горной промышленности 05.05.06 к. т. н.
ЧЕСНОКОВ Павел Сергеевич Снижение энергозатрат в системах приготовления и гидравлического транспортирования водоугольной суспензии на горных предприятиях 05.05.06 к. т. н.
