RU2184207C2

RU2184207C2 - Down-hole pulse source to act on walls of hole

Info

Publication number: RU2184207C2
Application number: RU2000118771A
Authority: RU
Inventors: П.Я. Крауиньш; С.А. Смайлов; А.В. Иоппа; Б.Б. Мойзес; В.Ф. Кулаков
Original assignee: Томский политехнический университет
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: excision of pulses of pressure in certain points, cleaning of face zone of hole. SUBSTANCE: down- hole pulse source has two working chambers, two cylinders with differential pistons which are fixed in initial position by two ball locks. Intermediate chamber is connected to two cylinders. Motor is located in intermediate chamber. Ball locks release differential pistons in certain points of hole with the aid of two locking arms set in motion by motor with two output shafts linked to screws via clutches. Screws have different direction of thread. Down-hole pulse source also has two reflectors between which shock wave with negative pressure front is excited. EFFECT: enhanced efficiency of action on face zone of hole thanks to action of pulse on limited section of hole. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для возбуждения импульсов в скважинах при добыче нефти и газа, а также для целей прикладной геофизики. The invention relates to devices for generating pulses in wells during oil and gas production, as well as for the purposes of applied geophysics.

Известно устройство для создания депрессии на пласт и очистки призабойной зоны скважины [а.с СССР 1017793], которое опускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб и включает пакер с механизмом создания депрессии, выполненный в виде цилиндра с радиальными отверстиями различного диаметра с обратным клапаном и жестко связанный со стаканом, имеющим отверстия в нижней части, а внутри цилиндра размещен подпружиненный дифференциальный поршень. A device is known for creating depression on the formation and cleaning the bottomhole zone of the well [USSR AS 1017793], which is lowered into the well on a tubing string and includes a packer with a depression mechanism made in the form of a cylinder with radial holes of various diameters with a check valve and rigidly connected with a glass having holes in the lower part, and a spring-loaded differential piston is placed inside the cylinder.

На внутренней поверхности втулки выполнена кольцевая проточка, а между наружной поверхностью средней ступени дифференциального поршня и внутренней поверхностью цилиндра образована полость, гидравлически сообщаемая посредством радиальных отверстий цилиндра с полостью скважины при опоре стакана на забой. An annular groove is made on the inner surface of the sleeve, and a cavity is formed between the outer surface of the middle stage of the differential piston and the inner surface of the cylinder, which is hydraulically communicated through the radial holes of the cylinder with the cavity of the well when the nozzle rests on the bottom.

Депрессия в скважине создается за счет перемещения дифференциального поршня под действием давления жидкости в скважине и постепенного открытия радиальных отверстий, выполненных в цилиндре. Depression in the well is created by moving the differential piston under the influence of fluid pressure in the well and the gradual opening of the radial holes made in the cylinder.

Недостатки устройства в больших затратах времени на повторение воздействия на пласт, а также небольшой фронт импульса из-за постепенного открытия радиальных отверстий. The disadvantages of the device are the high cost of time for repetition of the impact on the reservoir, as well as a small front of the pulse due to the gradual opening of the radial holes.

Близким по технической сущности является импульсный источник для воздействия на стенки скважины [патент РФ 2133326]. Источник содержит цилиндр и дифференциальный поршень в нем. Стопорная втулка жестко связана с дифференциальным поршнем и стопорится на шариках, расположенных в пазах крышки, и опирается на фиксатор. Последний связан через пружину с регулировочным винтом. Герметичная камера связана с цилиндром. В камере атмосферное давление. Источник перемещается в скважине с помощью троса. Close in technical essence is a pulsed source for influencing the walls of the well [RF patent 2133326]. The source contains a cylinder and a differential piston in it. The locking sleeve is rigidly connected to the differential piston and locked on the balls located in the grooves of the cover, and rests on the latch. The latter is connected through a spring to the adjusting screw. The sealed chamber is connected to the cylinder. The chamber has atmospheric pressure. The source moves in the well with a cable.

Недостатками источника являются сложность создания импульса в необходимой точке скважины из-за влияния различных факторов, влияющих на затяжку пружины, и распространение импульса высокого фронта по большой длине скважины. The disadvantages of the source are the difficulty of creating a pulse at the required point of the well due to the influence of various factors affecting the tightening of the spring, and the propagation of a high-front pulse along the long length of the well.

Также близкими по сущности является устройство для разрыва пласта (патент РФ 2090749), которое включает теплогазогенератор с зарядом из горючего материала и камерой догорания с сопловидными отверстиями, и оно снабжено двумя имплозионными воздушными камерами с управляемыми клапанами для изоляции имплозионных камер от окружающей среды. Устройство содержит также клапан для стравливания воздуха, соединительную муфту со сквозными щелями, размещенную между имплозионными камерами и обеспечивающую возможность сообщения через нее окружающей среды с имплозионными камерами в рабочем положении устройства. Also close in essence is a device for fracturing (RF patent 2090749), which includes a gas generator with a charge of combustible material and a combustion chamber with nozzle openings, and it is equipped with two implosion air chambers with controllable valves to isolate the implosion chambers from the environment. The device also contains a valve for bleeding air, a coupling with through slots located between the implosion chambers and allowing the environment to communicate with the implosion chambers in the working position of the device.

Недостатком устройства является сложность конструкции и распространение импульса давления с отрицательным фронтом по большой длине скважины, что понижает воздействие в необходимой зоне скважины. The disadvantage of this device is the design complexity and the propagation of the pressure pulse with a negative front along the long length of the well, which reduces the impact in the required zone of the well.

Задача изобретения - повышение эффективности воздействия источника на призабойную зону скважины. The objective of the invention is to increase the efficiency of the impact of the source on the bottomhole zone of the well.

Поставленная задача достигается тем, что скважинный импульсный источник для воздействия на стенки скважины включает рабочие камеры, затворные устройства и промежуточную камеру, жестко соединенную с двумя цилиндрами, в которых выполнены окна, и он снабжен двумя отражателями, дифференциальными поршнями, установленными в цилиндрах, и двигателем с двумя выходными валами, расположенными в промежуточной камере, затворные устройства выполнены с винтами, имеющими различное направление шага резьбы и связанными через фиксаторы с шариковыми затворными устройствами. Источник выполнен так, что объем, длина рабочих камер и расстояние между отражателями выбраны для обеспечения возможности возбуждения полуволны давления с отрицательным импульсом, воздействующей на призабойную зону. This object is achieved in that the downhole pulse source for acting on the walls of the well includes working chambers, shutter devices and an intermediate chamber rigidly connected to two cylinders in which the windows are made, and it is equipped with two reflectors, differential pistons installed in the cylinders, and an engine with two output shafts located in the intermediate chamber, the shutter devices are made with screws having a different direction of the thread pitch and connected through ball clips Worn devices. The source is made so that the volume, length of the working chambers and the distance between the reflectors are selected to enable the excitation of a half-wave of pressure with a negative pulse acting on the bottom-hole zone.

На чертеже изображен скважинный импульсный источник для воздействия на стенки скважины. The drawing shows a downhole pulsed source for influencing the walls of the well.

Скважинный импульсный источник включает каротажный кабель 1, наконечник 2, связанный с первым отражателем 3. Рабочая камера 4 соединена с цилиндром 5, в котором выполнены окна 6 и расположен дифференциальный поршень 7. Промежуточная камера 8 жестко соединена с двумя цилиндрами, и в ней расположен двигатель 9, имеющий два выходных вала, которые через муфты 10 соединены с винтами 11. Причем винты выполнены с различным направлением шага резьбы. Винты связаны с шариковыми затворными устройствами 12 через фиксаторы 13. К двигателю через гермоввод подведен кабель 14. Симметрично относительно промежуточной камеры и двигателя, расположена аналогичная часть устройства с отражателем 15 без наконечника. Отражатели имеют диаметр D_п, отличающийся от диаметра скважины 16 на величину 2δ, минимально допустимую технологическим процессом, а длину отражателя L_п не меньше 1...1,5D_п. Расстояние между отражателями 2L₀.The downhole pulsed source includes a logging cable 1, a tip 2, connected to the first reflector 3. The working chamber 4 is connected to a cylinder 5, in which there are windows 6 and a differential piston 7. An intermediate chamber 8 is rigidly connected to two cylinders, and the engine is located in it 9, having two output shafts, which are connected to the screws 11 through the couplings 10. Moreover, the screws are made with different directions of the thread pitch. The screws are connected to the ball shutter devices 12 through the clamps 13. A cable 14 is connected to the engine through the hermetic inlet. Symmetrically relative to the intermediate chamber and the engine, a similar part of the device with a reflector 15 without a tip is located. Reflectors have a diameter D _p that differs from the diameter of the well 16 by 2δ, the minimum allowed by the process, and the length of the reflector L _{p is} not less than 1 ... 1,5D _p . The distance between the reflectors is 2L ₀ .

Скважинный импульсный источник работает следующим образом. Downhole pulse source operates as follows.

Перед опусканием в скважину фиксаторы 13 с помощью шариковых затворных устройств 12, стопорят дифференциальные поршни 7, как показано на чертеже. В рабочих камерах 4 находится газ при атмосферном давлении. Before lowering into the well, the clamps 13 using ball shutter devices 12, stop the differential pistons 7, as shown in the drawing. In the working chambers 4 is gas at atmospheric pressure.

С помощью каротажного кабеля 1 источник опускается в скважину до необходимой призабойной зоны. Давление среды в скважине не воздействует на большие диаметры дифференциальных поршней 7. Using the logging cable 1, the source is lowered into the well to the required bottomhole zone. The pressure of the medium in the well does not affect the large diameters of the differential pistons 7.

При подаче управляющего сигнала по кабелю 14 на двигатель 9 поворачивается вал и через муфты 10 передает вращение на винты 11. Последние смещают в осевом направлении фиксаторы 13 навстречу друг другу, так как винты имеют разное направление шага резьбы. Шариковые затворные устройства 12 расстопоряют дифференциальные поршни 7, под действием давления среды перемещаются по цилиндрам 5 и открывают окна 6. Тем самым окружающая среда соединяется с рабочими камерами 4. В призабойной зоне резко падает давление и создается гидравлический импульс с отрицательным фронтом, воздействующим в основном на призабойную зону, расположенную между отражателями 3 и 15. When a control signal is applied via cable 14 to the motor 9, the shaft rotates and, through the couplings 10, transmits the rotation to the screws 11. The latter are displaced in the axial direction of the latches 13 towards each other, since the screws have a different direction of the thread pitch. Ball shutter devices 12 open the differential pistons 7, move the cylinders 5 and open the windows 6 under the influence of the pressure of the medium. Thus, the environment is connected to the working chambers 4. In the bottom-hole zone, the pressure drops sharply and a hydraulic pulse is generated with a negative front, mainly affecting a bottomhole zone located between the reflectors 3 and 15.

Расстояние между отражателями 2L₀ выбрано таким, что при движении среды вдоль источника возникает полуволна. Полуволна возникает в том случае, когда объем рабочих камер обеспечивает необходимую скорость движения среды.The distance between the reflectors 2L _{0 is} chosen so that when the medium moves along the source, a half-wave appears. A half-wave occurs when the volume of the working chambers provides the necessary velocity of the medium.

Минимальная разность диаметров скважины и отражателя D_п, а также длина отражателя создают большое сопротивление движению среды в зазоре 2δ между ними. Поэтому возбужденный импульс в незначительной степени распространяется за пределы отражателей по скважине.The minimum difference between the diameters of the borehole and the reflector D _p , as well as the length of the reflector create a great resistance to the movement of the medium in the gap 2δ between them. Therefore, the excited pulse to a small extent extends beyond the reflectors along the well.

Импульс повторяют за счет того, что скважинный источник поднимают на поверхность, и после очистки рабочих камер снова приводят в рабочее состояние. The impulse is repeated due to the fact that the borehole source is raised to the surface, and after cleaning the working chambers, they are again brought into working condition.

Предлагаемый скважинный источник повышает эффективность воздействия на призабойную зону скважины, а значит и степень очистки, так как между отражателями возбуждается полуволна давления с отрицательным импульсом, воздействующим на конкретном участке скважины, определяемым в основном расстоянием между отражателями. The proposed borehole source increases the effectiveness of the impact on the bottomhole zone of the well, and hence the degree of purification, since a half-wave of pressure with a negative impulse acting on a specific section of the well, mainly determined by the distance between the reflectors, is excited between the reflectors.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. А.с. СССР 1017793, кл. Е 21 В 43/18; Б.И. 18, 1983.SOURCES OF INFORMATION
1. A.S. USSR 1017793, class E 21 B 43/18; B.I. 18, 1983.

2. Патент РФ 2133326, кл. Е 21 В 28/00, 43/18, 43/23; Б.И. 20, 1999. 2. RF patent 2133326, cl. E 21 B 28/00, 43/18, 43/23; B.I. 20, 1999.

3. Патент РФ 2090749, кл. Е 213 43/263, 1997. 3. RF patent 2090749, cl. E 213 43/263, 1997.

Claims

1. A downhole pulsed source for influencing the walls of the well, including working chambers, shutter devices, an intermediate chamber rigidly connected to two cylinders in which windows are made, characterized in that it is equipped with two reflectors, differential pistons installed in the cylinders, and an engine with two output shafts located in the intermediate chamber, the shutter devices are made of ball, and the output shafts are connected through the couplings with screws having different direction of thread pitch and connected by Through latching with ball shutter devices.

2. The source according to claim 1, characterized in that the volume, length of the working chambers, and the distance between the reflectors are selected to enable the excitation of a half-wave of pressure with a negative impulse acting on the bottom-hole zone of the well.