EA032854B1 - Устьевое устройство для ударно-волнового воздействия на призабойную зону пласта - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для повышения нефтеотдачи путем воздействия через скважину на продуктивный пласт при эксплуатации нефтяных скважин. Задачей изобретения является создание надежной конструкции устьевого устройства для ударно-волнового воздействия на призабойную зону пласта, используемой для освоения и ремонта эксплуатационных скважин. Устьевое устройство для ударно-волнового воздействия на призабойную зону пласта, содержащее корпус, шибер, расположенный внутри корпуса, пневмоцилиндр, уплотнение пневмоцилиндра для герметичного соединения с корпусом, привод перемещения шибера в положение "открыто" или "закрыто", где пневмоцилиндр имеет верхний и нижний цилиндры, которые соединены между собой с помощью упора, а установленные в пневмоцилиндре взаимодействующие друг с другом поршень, толкатель и шток образуют вместе привод перемещения шибера, при этом поршень состоит из верхней и нижней частей, которые соединены резьбовым соединением и расположены в верхнем цилиндре, причем верхняя часть поршня, имеющая каналы с выемками, сверху через шарнирно связанной с ней осью соединена с направляющей втулкой, которая взаимодействует с крышкой верхнего цилиндра, а над нижней частью поршня, имеющей также каналы с выемками установлена пружина сжатия, снизу в нижнюю часть поршня ввинчен с центральным и боковыми отверстиями толкатель, который взаимодействует с упором, сам толкатель с помощью гайки шарнирно связан со штоком, который через Т-образный шарнир соединен с шибером, на шток имеющего на наружной поверхности канавки надета цанга, которая упирается на дно нижнего цилиндра и зафиксирована в ней спецгайкой.

Description

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для повышения нефтеотдачи путем воздействия через скважину на продуктивный пласт при эксплуатации нефтяных скважин.

Известна шиберная задвижка, содержащая корпус, расположенный внутри корпуса шибер, пневмопривод перемещения шибера в положение открыто или закрыто, выполненный в виде взаимодействующих с шибером поршней пневмоцилиндра [1].

Известная задвижка не позволяет использовать технологию ударно-волновой обработки скважины, поскольку не обеспечивает резонансной раскачки столба скважинной жидкости и не создает в скважине ударные волны давления и разрежения, достаточные для проведения работ с использованием указанной технологии.

Известна скважинная задвижка с пневмоприводом, содержащая корпус, шибер, расположенный внутри корпуса, ресивер с запасом сжатого воздуха, уплотнительный элемент шибера, привод перемещения шибера в положение открыто или закрыто, выполненный в виде взаимодействующего с шибером поршня пневмоцилиндра [2].

Недостатками известного устройства являются недостаточно высокая надежность и производительность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является скважинная задвижка с пневмоприводом, содержащая корпус, шибер, расположенный внутри корпуса, привод перемещения шибера в положение открыто или закрыто, выполненный в виде взаимодействующего с шибером штока пневмоцилиндра, ресивер с запасом сжатого воздуха, уплотнительный элемент шибера, пневмораспределитель, соединенный последовательно с пневмоцилиндром через обратный клапан [3].

Недостатком данного устройства является невысокая скорость закрывания и открывания шибера, что не позволяет ее использовать для создания в скважине ударных волн давления и разрежения, а также зависимость от необходимости иметь ресивер с накопленным высоким давлением.

Задачей изобретения является создание надежной конструкции устьевого устройства для ударноволнового воздействия на призабойную зону пласта, используемой для освоения и ремонта эксплуатационных скважин.

Поставленная задача решается тем, что в устьевом устройстве для ударно-волнового воздействия на призабойную зону пласта, содержащем корпус, шибер, расположенный внутри корпуса, пневмоцилиндр, уплотнение пневмоцилиндра для герметичного соединения с корпусом, привод перемещения шибера в положение открыто или закрыто, пневмоцилиндр выполнен в виде верхнего и нижнего цилиндров, которые соединены между собой с помощью упора, а привод перемещения шибера, установленный в пневмоцилиндре, выполнен в виде взаимодействующих друг с другом поршня, толкателя и штока, при этом поршень состоит из верхней и нижней частей, которые соединены резьбовым соединением и расположены в верхнем цилиндре, причем верхняя часть поршня, имеющая каналы с выемками, сверху через шарнирно связанной с ней осью соединена с направляющей втулкой, которая взаимодействует с крышкой верхнего цилиндра, а над нижней частью поршня, имеющей также каналы с выемками, установлена пружина сжатия, снизу в нижнюю часть поршня ввинчен с центральным и боковыми отверстиями толкатель, который взаимодействует с упором, сам толкатель с помощью гайки шарнирно связан со штоком, который через Т-образный шарнир соединен с шибером, на шток, имеющий на наружной поверхности канавки, надета цанга, которая упирается на дно нижнего цилиндра и зафиксирована в ней спецгайкой.

Такое исполнение устьевого устройства для ударно-волнового воздействия на призабойную зону пласта способствует бесперебойной подаче сжатого воздуха непосредственно в рабочие камеры цилиндров пневмоцилиндра, что позволяет моментальное автоматическое открытие шибера, в результате чего давление жидкости на устье резко падает до атмосферного, формируется волна разрежения, которая перемещается от устья к забою скважины и формирует в призабойной зоне импульс депрессии. Таким образом, в предлагаемом устройстве в отличие от прототипа постоянной и не прекращающейся подачей сжатого воздуха с меньшим давлением, т.е. в пределах 6-10 атм в рабочие камеры цилиндров пневмоцилиндра, происходит автоматическое передвижение расположенного внутри пневмоцилиндра штока вверх и вниз, а заодно связанного с ним и расположенного внутри корпуса шибера, который автоматически открывает и закрывает проходное сечение для закачиваемой или добываемой жидкости, при этом функцию пневмораспределителя при постоянной подаче сжатого воздуха в обе рабочие камеры цилиндра пневмоцилиндра выполняет поршень с нижней и верхней частями, расположенный в верхнем цилиндре. А также в предлагаемом устройстве в отличие от прототипа отпадает необходимость применения ресивера с высоким давлением, так как функцию ресивера выполняют нижний и верхний цилиндры пневмоцилиндра, заполняющиеся минимальным расходом сжатого воздуха и срабатывающие при меньшем давлении, а функцию обратного клапана - верхняя и нижняя части поршня, т.к. при поступлении сжатого воздуха в нижний цилиндр верхняя часть поршня перекрывает его поступление в верхний цилиндр и наоборот.

Наличие в устройстве цанги способствует фиксации шибера в положениях открыто или закрыто, а в зависимости от ее жесткости можно регулировать давлением, а также временем фиксации открытия или закрытия шибера.

Установленная над нижней частью поршня пружина сжатия содействует созданию сопротивления

- 1 032854 на нижнюю часть поршня при закрытии шибера, одновременно создавая необходимое давление для закрытия, а также дополнительного усилия на нижнюю часть поршня при открытии пропускного отверстия шибера.

Предлагаемое устьевое устройство для ударно-волнового воздействия на призабойную зону пласта в открытом положении его пропускного отверстия поясняется чертежом.

В устьевом устройстве для ударно-волнового воздействия на призабойную зону пласта, состоящем из двух основных частей, т.е. шиберной задвижки и привода автоматического управления задвижкой, шиберная задвижка состоит из крышки 1 и корпуса 2, которые соединены фланцевым соединением. Для герметизации внутренней полости шиберной задвижки между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 2 и наружной цилиндрической поверхностью крышки 1 установлено уплотнительное кольцо. Между крышкой 1 и корпусом 2 шиберной задвижки расположен имеющий пропускное отверстие 3 шибер 4, который связан с приводом автоматического управления с помощью Т-образного шарнира 5, ограничителя 6 и штока 7. Для установки устройства на устье на крышке 1 и корпусе 2 предусмотрены наружные фланцы. Привод автоматического управления установлен в пневмоцилиндре, который выполнен в виде верхнего 8 и нижнего 9 цилиндров, соединенных между собой через упор 10. Внутри верхнего цилиндра 8, имеющего сужение в средней части и закрытого сверху крышкой 11, с выходом в атмосферу, установлены верхняя 12 и нижняя 13 части поршней, являющиеся основным рабочим органом привода и соединенные между собой резьбовым соединением. Верхняя часть поршня 12 сверху через ось 14 шарнирно соединена с направляющей втулкой 15, которая взаимодействует с крышкой 11 верхнего цилиндра 8. Внутри верхнего цилиндра 8 над нижней частью поршня 13 установлена пружина сжатия 16 для создания сопротивления на нижнюю часть поршня 13 при закрытии шиберной задвижки, одновременно для создания необходимого давления для закрытия, а также для создания дополнительного усилия на нижнюю часть поршня 13 при открытии пропускного отверстия шиберной задвижки. Нижняя часть поршня 13 снизу соединена с толкателем 17, который в свою очередь с помощью гайки 18 шарнирно соединен со штоком 7. Имеющий центральный и боковые отверстия толкатель 17 взаимодействует с упором 10, который также служит опорой для нижней части поршня 13. Для фиксации пропускного отверстия 3 шибера 4 в открытом и закрытом положениях шиберной задвижки, а также ограничения хода поршня вверх и вниз внутри нижнего цилиндра 9 расположена цанга 19, которая крепится в нижнем цилиндре 9 спецгайкой 20 и взаимодействует со штоком 7, имеющим на наружной поверхности канавки для фиксации.

Верхний 8 и нижний 9 цилиндры соответственно содержат герметичные верхнюю 21 и нижнюю 22 рабочие камеры. На верхнем цилиндре 8 имеются верхний 23 и нижний 24 каналы для постоянной подачи сжатого воздуха соответственно во внутренние полости верхней 21 и нижней 22 рабочих камер и краны 25, 26 для регулирования расхода сжатого воздуха, а также пропускные отверстия 27 и 28 для связи с атмосферой. На верхнем 12 и нижнем 13 частях поршней соответственно выполнены каналы с выемками 29 и 30 для направления потока сжатого воздуха, подаваемого в соответствующие верхнюю 21 и нижнюю 22 полости рабочих камер. Обе рабочие камеры 21, 22 цилиндров, а также скользящие поверхности верхней 12 и нижней 13 частей поршней, толкателя 17, направляющей втулки 15, штока 7 и шибера 4 герметизированы уплотнительными кольцами. Нижний цилиндр 9 соединен с корпусом 2 шиберной задвижки фланцевым соединением, герметичность которого осуществляется с помощью уплотнительного кольца 31.

Время открытия и закрытия шибера 4 регулируется жесткостью пружины сжатия 16 и цанги 19, а также кранами 25 и 26 для подачи сжатого воздуха.

Устьевое устройство для ударно-волнового воздействия на призабойную зону пласта работает следующим образом.

Применяемое как в нагнетательных, так и в добывающих скважинах устройство устанавливают на устье скважины с помощью фланцевых соединений, расположенных на крышке 1 и корпусе 2 шиберной задвижки, а затем запускают скважину. В это время отверстие 3 шибера 4 находится в положении открыто. Открывают краны 25, 26 для регулирования расхода сжатого воздуха. По трубопроводу из насосно-компрессорной станции постоянно подаваемый сжатый воздух сначала через нижний канал 24 верхнего цилиндра 8, затем через каналы с выемками 30 нижней части поршня 13, далее через центральный и боковые отверстия толкателя 17 поступает в нижнюю рабочую камеру 22, так как канал 23 верхнего цилиндра 8 для поступления сжатого воздуха в верхнюю рабочую камеру 21 закрыт корпусом верхней части поршня 12. С поступлением сжатого воздуха в нижнюю рабочую камеру 22 давление в этой камере постепенно увеличивается и в результате действия перепада давления на разницу площадей поверхностей толкателя 17 и штока 7 толкатель 17, преодолевая сопротивление пружины сжатия 16, двигаясь вверх (т.к. поперечное сечение толкателя 17 больше, чем поперечное сечение штока 7), толкает соединенную между собой нижнюю 13 и верхнюю 12 части поршней вперед. При движении толкателя 17 вверх уплотнительное кольцо, находящееся на ее наружной поверхности, переходит в свободное пространство 32 упора 10 и тем самым открывает проход. Т.к. объем свободного пространства 32 в значительной степени меньше объема нижней камеры 22, сжатый воздух почти без изменения давления, пройдя через это свободное пространство 32, снизу действует на поверхность 33 нижней части поршня 13,

- 2 032854 которая имеет в несколько раз большее поперечное сечение, чем свободное пространство 32, создав при этом на поверхности 33 резко увеличенное усилие, которое моментально толкает соединенные между собой верхнюю 12 и нижнюю 13 части поршней вверх, сжимая пружину сжатия 16. Поршень, передвигаясь в верхней рабочей камере 21 вверх, открывает верхний канал 23 для поступления сжатого воздуха в эту камеру. В это время нижний канал 24 для поступления сжатого воздуха в нижнюю рабочую камеру 22 закрывается и сжатый воздух поступает в верхнюю рабочую камеру 21. Перемещением соединенных верхней 12 и нижней 13 частей поршней вверх, связанный с ним шарнирно шибер 4 тоже перемещается вверх и закрывает пропускное отверстие корпуса 2, проход шиберной задвижки закрывается. В это время направляющая втулка 15, которая через шарнир связана с верхней частью поршня 12, перемещаясь вверх при помощи уплотнительного кольца, создает герметизацию в верхней рабочей камере 21, в результате чего увеличивается давление внутри этой камеры. Одновременно при перемещении поршня в верхней рабочей камере 21 вверх нижняя рабочая камера 22 через пропускные отверстия 28 сообщается с атмосферой и опорожняется. Усилие, созданное перепадом давления и действующее на верхнюю часть поршня 12 в верхней рабочей камере 21, а также сила растяжения пружины сжатия 16 заставляет соединенную между собой верхнюю 12 и нижнюю 13 части поршней резко двигаться обратно вниз, возвращаясь в исходное положение. В это время верхний канал 23 закрывается, а нижний канал 24 для подвода сжатого воздуха в нижнюю рабочую камеру 22 открывается, шибер 4 связанный шарнирно с соединенными между собой верхней 12 и нижней 13 частями поршней тоже возвращается в исходное положение и пропускное отверстие шиберной задвижки открывается.

Далее процесс повторяется, пропускное отверстие шиберной задвижки автоматически открывается и закрывается. Периодическое открывание и закрывание шиберной задвижки приводит к регулярному прохождению волн давления и разрежения по полости насосно-компрессорной трубы. Волны давления и разрежения, перемещаясь по полости скважины от устья к забою и обратно, создают удары, в том числе в призабойной зоне.

Литература.

1. Патент RU № 55915 U1, F16K 3/02, 2006.

2. Патент RU № 74680 U1, F16K 3/00, 2008.

3. Патент RU № 121887 U1, F16K 3/00, 2012.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Устьевое устройство для ударно-волнового воздействия на призабойную зону пласта, содержащее корпус, шибер, расположенный внутри корпуса пневмоцилиндр, уплотнение пневмоцилиндра для герметичного соединения с корпусом, привод перемещения шибера в положение открыто или закрыто, отличающееся тем, что пневмоцилиндр имеет верхний и нижний цилиндры, которые соединены между собой с помощью упора, а установленные в пневмоцилиндре взаимодействующие друг с другом поршень, толкатель и шток образуют вместе привод перемещения шибера, при этом поршень состоит из верхней и нижней частей, которые соединены резьбовым соединением и расположены в верхнем цилиндре, причем верхняя часть поршня, имеющая каналы с выемками, сверху через шарнирно связанной с ней осью соединена с направляющей втулкой, которая взаимодействует с крышкой верхнего цилиндра, а над нижней частью поршня, имеющей также каналы с выемками, установлена пружина сжатия, снизу в нижнюю часть поршня ввинчен с центральным и боковыми отверстиями толкатель, который взаимодействует с упором, сам толкатель с помощью гайки шарнирно связан со штоком, который через Тобразный шарнир соединен с шибером, на шток, имеющий на наружной поверхности канавки, надета цанга, которая упирается на дно нижнего цилиндра и зафиксирована в ней спецгайкой.