RU2395673C2

RU2395673C2 - Repeated implosion hydraulic turbine pressure generator

Info

Publication number: RU2395673C2
Application number: RU2009109725/03A
Authority: RU
Inventors: Виктор Васильевич Совпель (RU); Виктор Васильевич Совпель
Original assignee: Виктор Васильевич Совпель
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2010-07-27
Also published as: RU2009109725A

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: device accommodates a pump pipe connected by an adapter sub to a tubing string, a implosion chamber cylinder connected by an adapter sub to the pump pipe, a plunger connected to a pump rod, a working chamber consisting of a working cylinder with windows and pressure multiplexer, a gate valve with its rod and clutch connecting the implosion chamber cylinder and the working chamber, a coil compression spring, a hydraulic shock absorber consisting of a cylinder with drain port and a piston integral with the rod of the gate valve and assisted with the coil compression spring, and a sleeve with a rigid spring stop interacting with the rod of the gate valve to avoid ultimate deflection of the coil compression spring. According to the invention, the pump pipe of the repeated implosion hydraulic turbine pressure generator is isolated from a low-pressure annular space, and its passage area is more than the sectional area of the tubing string filled with a pressure fluid; a wellhead of tubing string comprises an accumulator for hydraulic bumping exceeding reservoir pressure.

EFFECT: higher effectiveness of the use of said device in a low-pressure bottomhole zone and particularly ensured enhanced permeability of the bottomhole zone, higher oil recovery and injection capacity, due to fracturing in the bottomhole zone without injection of restraining materials.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для интенсификации притока нефти при освоении и ремонте нефтяных и газоконденсатных скважин и предназначено для повышения нефтеотдачи и приемистости нефтяных и газоконденсатных пластов при эксплуатации добывающих и нагнетательных скважин с низким пластовым давлением путем создания глубоко проникающих репрессий в призабойной зоне скважины с помощью имплозионной камеры, спускаемой на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважину с рабочей средой - загрязненная смесь: «нефть - пластовая вода», «газовый конденсат - пластовая вода».The invention relates to equipment for intensifying the flow of oil during the development and repair of oil and gas condensate wells and is intended to increase oil recovery and injectivity of oil and gas condensate reservoirs in the operation of production and injection wells with low reservoir pressure by creating deep-penetrating repression in the bottomhole zone of the well using an implosion chamber lowered on a string of tubing into a well with a working medium - contaminated mixture: "oil - produced water" , "Gas condensate - produced water."

Известны устройства для воздействия на призабойную зону скважин с использованием эффекта имплозии (Попов А.А. «Ударные воздействия на призабойную зону скважин», М., «Недра», 1990 г.: Рис.1, 4, 43, 44). Например, в устройстве Севостьянова (Рис.1) и гидрогенераторе давления (Рис.4), спускаемых в призабойную зону скважины на колонне НКТ, использован эффект имплозии путем повышения давления на устье до 10 МПа, для предотвращения нарушения целостности эксплуатационной колонны, так как трубное и затрубное пространства скважины сообщаются через окна направляющего патрубка - заборного трубопровода. Разрыв мембраны осуществляют за счет закачки в скважину рабочей жидкости. Метод недостаточно эффективен из-за однократного воздействия на пласт и ненадежной работы мембранного узла. Гидрогенераторы давления многократной имплозии (Рис.43) эффективны при высоком пластовом давлении, но при закачке рабочей жидкости через устье скважины имеют ограничение по допустимому давлению, не более 10 МПа, а при пакеровке скважины над депрессионной камерой (Рис.44) энергия гидравлического удара ограничена низким пластовым давлением, что не позволяет эффективно воздействовать на пласт.Known devices for impacting the bottom-hole zone of wells using the implosion effect (Popov A.A. “Impact impacts on the bottom-hole zone of wells”, M., “Nedra”, 1990: Fig. 1, 4, 43, 44). For example, in Sevostyanov’s device (Fig. 1) and pressure hydrogenerator (Fig. 4), lowered into the bottomhole zone of the well on the tubing string, the implosion effect was used by increasing the pressure on the wellhead to 10 MPa, to prevent violation of the integrity of the production string, since the tubing and annular space of the well communicate through the windows of the guide pipe - intake pipe. The rupture of the membrane is carried out by pumping the working fluid into the well. The method is not effective enough due to a single exposure to the reservoir and unreliable operation of the membrane unit. Multiple implosion pressure hydrogenerators (Fig. 43) are effective at high reservoir pressure, but when injecting the working fluid through the wellhead, they are limited by the permissible pressure, not more than 10 MPa, and when packing the well above the depression chamber (Fig. 44), the energy of the hydraulic shock is limited low reservoir pressure, which does not allow effective impact on the reservoir.

Известен имплозионный гидрогенератор давления многократного действия, содержащий заборный трубопровод с отверстиями для подвода пластового давления скважинной жидкости, цилиндр имплозионной камеры, переводник, соединяющий заборный трубопровод с цилиндром имплозионной камеры, плунжер, соединенный с насосной штангой, рабочую камеру, состоящую из рабочего цилиндра с окнами и концентраторами давления, запорного клапана, штока и цилиндрической пружиной сжатия, муфту запорного клапана, соединяющую цилиндр имплозионной камеры с рабочей камерой, гидравлический амортизатор, состоящий из цилиндра с перепускными отверстиями и поршня, выполненного за одно со штоком и подпружиненного с помощью цилиндрической пружины сжатия, гильзу с жестким подпружиненным упором, выполненным с возможностью взаимодействия со штоком запорного клапана для предотвращения критической деформации цилиндрической пружины сжатия (Патент RU №2314410 С2, E21, B 37/00, F16F 5/00, 2008 г.).Known implosive pressure hydrogenerator of multiple actions, containing an intake pipe with holes for supplying formation pressure of a well fluid, an implosion chamber cylinder, an adapter connecting an intake pipe to an implosion chamber cylinder, a plunger connected to a sucker rod, a working chamber consisting of a working cylinder with windows and concentrators of pressure, shut-off valve, stem and compression coil spring, shut-off valve coupling connecting the cylinder of the implosion chamber to the working amer, a hydraulic shock absorber consisting of a cylinder with bypass holes and a piston made in one with the rod and spring-loaded using a cylindrical compression spring, a sleeve with a rigid spring-loaded stop made to interact with the stop valve rod to prevent critical deformation of the cylindrical compression spring (Patent RU No. 2314410 C2, E21, B 37/00, F16F 5/00, 2008).

По технической сущности данный имплозионный гидрогенератор многократного действия близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.The technical nature of this implosion hydrogenerator of multiple actions is close to the proposed and can be adopted as a prototype.

Недостаток такой конструкции состоит в том, что имплозионный гидрогенератор давления многократного действия, работающий за счет использования пластового давления призабойной зоны скважин, эффективен при высоком пластовом давлении, но становится неэффективным при низком пластовом давлении, а при закачке рабочей жидкости через устье скважины существует ограничение по давлению, не более 10 МПа, для предотвращения нарушения целостности эксплуатационной колонны.The disadvantage of this design is that the multiple-pressure implosion hydrogenerator, which works by using the reservoir pressure of the bottom-hole zone of the wells, is effective at high reservoir pressure, but becomes ineffective at low reservoir pressure, and when pumping the working fluid through the wellhead there is a pressure limitation , not more than 10 MPa, to prevent violation of the integrity of the production string.

Целью изобретения является повышение эффективности применения имплозионного гидрогенератора давления многократной имплозии в условиях низких пластовых давлений призабойной зоны скважин, а также возможности образования трещин в призабойной зоне скважины без закачки в них закрепляющих материалов, способствующих улучшению проницаемости коллектора и увеличению нефтеотдачи нефтедобывающих и повышению приемистости нагнетательных скважин.The aim of the invention is to increase the efficiency of the use of an implosion multiple pressure implosion hydrogenerator under conditions of low reservoir pressure of the bottomhole zone of the wells, as well as the possibility of cracking in the bottom zone of the well without injecting fixing materials into them, which improve the permeability of the reservoir and increase the oil recovery of oil producing wells and increase the injectivity of injection wells.

Поставленная цель достигается тем, что в имплозионном гидрогенераторе давления многократного действия, содержащем заборный трубопровод, соединенный переводником с колонной насосно-компрессорных труб, цилиндр имплозионной камеры, соединенный переводником с заборным трубопроводом, плунжер, соединенный с насосной штангой, рабочую камеру, состоящую из рабочего цилиндра с окнами и концентраторами давления, запорный клапан со штоком и муфтой запорного клапана, соединяющей цилиндр имплозионной камеры с рабочей камерой, цилиндрическую пружину сжатия, гидравлический амортизатор, состоящий из цилиндра с перепускными отверстиями, поршня, выполненного за одно со штоком запорного клапана и подпружиненного с помощью цилиндрической пружины сжатия, и гильзу с жестким подпружиненным упором, выполненным с возможностью взаимодействия со штоком запорного клапана для предотвращения критической деформации цилиндрической пружины сжатия, заборный трубопровод имплозионного гидрогенератора давления многократного действия выполнен изолированным от затрубного пространства с низким пластовым давлением, площадь его проходного сечения выполнена больше площади проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб, заполненной рабочей жидкостью под высоким давлением, причем площадь проходного сечения заборного трубопровода гидрогенератора давления рассчитывается как разница между площадью сечения заборного трубопровода и площадью сечения плунжера, а площадь проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб рассчитывается как разница между площадью сечения колонны насосно-компрессорных труб и площадью сечения насосных штанг, рассчитанной по соединительным штанговым муфтам.This goal is achieved by the fact that in an implosion hydraulic pressure generator with multiple actions containing an intake pipe connected by a sub to the tubing string, an implosion chamber cylinder connected to a suction pipe by a sub, a plunger connected to the pump rod, and a working chamber consisting of a working cylinder with windows and pressure concentrators, shut-off valve with a stem and shut-off valve coupling connecting the cylinder of the implosion chamber to the working chamber, cylindrical bar compression, a hydraulic shock absorber, consisting of a cylinder with bypass holes, a piston made in one with the stop valve stem and spring-loaded with a compression cylinder spring, and a sleeve with a rigid spring-loaded stop made to interact with the stop valve stem to prevent critical deformation of the cylindrical compression springs, sampling pipeline of an implosion pressure hydrogenerator of repeated action is made isolated from the annulus with low reservoir pressure, the area of its bore is made larger than the area of the bore of the tubing string filled with high pressure fluid, and the bore of the intake pipe of the pressure generator is calculated as the difference between the cross-sectional area of the intake pipe and the cross-sectional area of the plunger tubing string is calculated as the difference between the cross-sectional area of the tubing string and the cross-sectional area Nia sucker rods, designed for connecting a sucker rod couplings.

Предлагаемое техническое решение позволяет в условиях низкого пластового давления в призабойной зоне скважины за счет создания столба рабочей жидкости в колонне НКТ над имплозионным гидрогенератором давления и возможности при этом создания дополнительного давления на устье колонны НКТ, например с помощью пневмогидравлического аккумулятора, получить гидравлический удар с давлением, значительно превышающим пластовое давление, а площадь проходного сечения заборного трубопровода, выполненная больше площади проходного сечения колонны НКТ, позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление потоку рабочей жидкости в момент перехода плунжера с насосной штангой из цилиндра имплозионной камеры в заборный трубопровод в процессе работы имплозионного гидрогенератора давления многократного действия.The proposed technical solution allows under low reservoir pressure in the bottomhole zone of the well due to the creation of a column of working fluid in the tubing string above the implosion pressure hydrogenerator and the possibility of creating additional pressure at the mouth of the tubing string, for example using a pneumohydraulic accumulator, to obtain a hydraulic shock with pressure significantly exceeding the reservoir pressure, and the flow area of the intake pipe, made larger than the flow area of the columns CNT can reduce the flow resistance of the working fluid at the time of transition from the pumping plunger rod out of the cylinder chamber implosion in the intake pipe during operation hydrogenerator implosion pressure of repeated action.

На фиг.1 изображен имплозионный гидрогенератор давления многократного действия в осевом сечении; на фиг.2 - рабочая камера в осевом сечении.Figure 1 shows the implosive pressure hydrogenerator of multiple actions in axial section; figure 2 - working chamber in axial section.

Имплозионный гидрогенератор давления многократного действия 1 состоит из заборного трубопровода 2, выполненного изолированным от затрубного пространства скважины, соединенного переводником 3 с колонной насосно-компрессорных труб 4, цилиндра имплозионной камеры 5, соединенного переводником 6 с заборным трубопроводом 2, плунжера 7, соединенного с насосной штангой 8, ограничительной втулки 9, установленной в нижней части цилиндра имплозионной камеры 5, рабочей камеры 10, соединенной муфтой запорного клапана 11 с цилиндром имплозионной камеры 5. Рабочая камера 10 состоит из рабочего цилиндра 12, выполненного с окнами 13 и концентраторами давления 14, запорного клапана 15, цилиндра гидравлического амортизатора 16 с перепускными отверстиями 17, соединенного с рабочим цилиндром 12, штока 18, выполненного за одно с поршнем 19, цилиндрической пружины сжатия 20, гильзы 21 с жестким подпружиненным упором 22, соединенной с цилиндром гидравлического амортизатора 16. Колонна насосно-компрессорных труб 4, заборный трубопровод 2 и цилиндр имплозионной камеры 5 имплозионного гидрогенератора давления многократного действия 1 заполнены рабочей жидкостью под высоким давлением.Multiple-action implosion pressure hydrogenerator 1 consists of an intake pipe 2, made isolated from the annulus of the well, connected by an adapter 3 to a tubing string 4, an implosion chamber cylinder 5, connected by an adapter 6 to an intake pipe 2, a plunger 7 connected to a pump rod 8, a restriction sleeve 9 installed in the lower part of the cylinder of the implosion chamber 5, of the working chamber 10, connected by a shut-off valve clutch 11 to the cylinder of the implosion chamber 5. The working chamber 10 consists of a working cylinder 12, made with windows 13 and pressure concentrators 14, a shut-off valve 15, a hydraulic shock absorber cylinder 16 with bypass holes 17 connected to the working cylinder 12, a rod 18 made in one with a piston 19, a compression spring 20, sleeves 21 with a rigid spring-loaded stop 22 connected to the cylinder of the hydraulic shock absorber 16. The column of tubing 4, the intake pipe 2 and the cylinder of the implosion chamber 5 of the implosion pressure hydrogenerator are many multiple action 1 filled with high pressure hydraulic fluid.

Имплозионный гидрогенератор давления многократного действия работает следующим образом.Implosive pressure hydrogenerator of multiple actions works as follows.

Исходное положение: колонна насосно-компрессорных труб 4, заборный трубопровод 2 и цилиндр имплозионной камеры 5 имплозионного гидрогенератора давления 1 заполнены рабочей жидкостью под высоким давлением, плунжер 7, соединенный с насосной штангой 8, находится в цилиндре имплозионной камеры 5 в крайнем нижнем положении с упором в ограничительную втулку 9, препятствуя проходу рабочей жидкости из цилиндра имплозионной камеры 5 в рабочую камеру 10, а запорный клапан 15 рабочей камеры 10 посредством штока 18 и цилиндрической пружины сжатия 20 прижат к седлу муфты запорного клапана 11. Поршень 19 гидравлического амортизатора 16 находится в верхней части цилиндра гидравлического амортизатора 16, а жесткий подпружиненный упор 21, состоящий из подпятника и комплекта тарельчатых пружин, находится в предварительно поджатом состоянии с заданной величиной рабочего хода. Имплозионный гидрогенератор давления 1, соединенный с колонной насосно-компрессорных труб 4, находится в призабойной зоне скважины под низким пластовым давлением скважинной жидкости.Starting position: the tubing string 4, the intake pipe 2 and the cylinder of the implosion chamber 5 of the implosion pressure hydraulic generator 1 are filled with high-pressure hydraulic fluid, the plunger 7 connected to the pump rod 8 is in the cylinder of the implosion chamber 5 in the lowermost position with a stop into the restriction sleeve 9, preventing the passage of the working fluid from the cylinder of the implosion chamber 5 into the working chamber 10, and the shut-off valve 15 of the working chamber 10 is pressed by means of the rod 18 and the cylindrical compression spring 20 clutch seat the check valve 11. The piston 19 of the hydraulic shock absorber 16 is in the upper part of the cylinder of the hydraulic damper 16 and a spring loaded rigid abutment 21 consisting of a thrust bearing and a set of cup springs is in preload state with a predetermined quantity of the working stroke. An implosion pressure hydrogenerator 1, connected to a tubing string 4, is located in the bottomhole zone of the well under low reservoir pressure of the wellbore fluid.

При подъеме насосной штанги 8 с плунжером 7 в цилиндре имплозионной камеры 5, герметично закрытом снизу запорным клапаном 15, прижатом к седлу муфты запорного клапана 11 цилиндрической пружиной сжатия 20 и дополнительно прижимаемым при этом низким пластовым давлением, создается разряжение. При выходе плунжера 7 из цилиндра имплозионной камеры 5 в расширенную часть заборного трубопровода 2 жидкость под высоким давлением из колонны насосно-компрессорных труб 4 и заборного трубопровода 2 с высокой скоростью устремляется в нижнюю часть цилиндра имплозионной камеры 5 к запорному клапану 15, создавая в цилиндре имплозионной камеры 5 гидравлический удар с давлением, значительно превышающим пластовое давление. В момент возникновения гидравлического удара под давлением потока жидкости запорный клапан 15 отжимается от седла муфты запорного клапана 11, раскрывая цилиндр имплозионной камеры 5. Запорный клапан 15 со штоком 18 и поршнем 19 гидравлического амортизатора 16 перемещается вниз, открывая окна 13 рабочего цилиндра 12. До момента открытия окон 13 жидкость из-под перемещающегося поршня 19 гидравлического амортизатора 16 выдавливается через перепускные отверстия 17 цилиндра гидравлического амортизатора 16 в затрубное пространство, поглощая незначительную часть энергии гидравлического удара, а основная энергия гидравлического удара через окна 13 рабочего цилиндра 12 передается на пласт. После прохождения поршнем 19 перепускных отверстий 17 цилиндра гидравлического амортизатора 16 сопротивление перемещению поршня 19 значительно возрастает, в результате чего происходит поглощение энергии осевой составляющей гидравлического удара, остатки которой воспринимаются жестким подпружиненным упором 22, при этом цилиндрическая пружина 20 сжимается до состояния, не являющегося для нее критическим. После прохождения ударной волны плунжер 7 насосной штангой 8 перемещается в цилиндр имплозионной камеры 5 до упора в ограничительную втулку 9, после чего запорный клапан 15 штоком 18 с помощью цилиндрической пружины сжатия 20 прижимается к седлу запорного клапана 11.When lifting the pump rod 8 with the plunger 7 in the cylinder of the implosion chamber 5, hermetically sealed from below by a shut-off valve 15, pressed against the saddle of the clutch of the shut-off valve 11 by a compression spring 20 and additionally pressed with a low reservoir pressure, a vacuum is created. When the plunger 7 leaves the cylinder of the implosion chamber 5 into the expanded part of the intake pipe 2, high-pressure liquid from the string of tubing 4 and the intake pipe 2 rushes at a high speed into the lower part of the cylinder of the implosion chamber 5 to the shutoff valve 15, creating an implosion in the cylinder chamber 5 water hammer with a pressure significantly higher than reservoir pressure. At the time of the hydraulic shock under the pressure of the fluid flow, the shut-off valve 15 is pressed out from the saddle of the shut-off valve clutch 11, opening the cylinder of the implosion chamber 5. The shut-off valve 15 with the stem 18 and piston 19 of the hydraulic shock absorber 16 is moved down, opening the windows 13 of the working cylinder 12. Until opening windows 13, liquid from under the moving piston 19 of the hydraulic shock absorber 16 is squeezed out through the bypass holes 17 of the hydraulic shock absorber cylinder 16 into the annulus, absorbing insignificant hydrochloric hydraulic part of the impact energy, and the main hydraulic shock energy through the window 13 of the working cylinder 12 is transmitted to the formation. After the piston 19 passes the bypass holes 17 of the hydraulic shock absorber cylinder 16, the resistance to movement of the piston 19 increases significantly, as a result of which the energy absorption of the axial component of the hydraulic shock occurs, the remains of which are perceived by the spring-loaded stop 22, while the coil spring 20 is compressed to a state that is not for it critical. After the passage of the shock wave, the plunger 7 by the sucker rod 8 is moved into the cylinder of the implosion chamber 5 all the way into the restrictive sleeve 9, after which the shut-off valve 15 by the rod 18 is pressed against the seat of the shut-off valve 11 by means of a cylindrical compression spring 20.

Имплозионный гидрогенератор давления многократного действия подготовлен к новому циклу работы.Multiple-action implosive pressure hydrogenerator is prepared for a new cycle of work.

Claims

1. Имплозионный гидрогенератор давления многократного действия, содержащий заборный трубопровод, соединенный переводником с колонной насосно-компрессорных труб, цилиндр имплозионной камеры, соединенный переводником с заборным трубопроводом, плунжер, соединенный с насосной штангой, рабочую камеру, состоящую из рабочего цилиндра с окнами и концентраторами давления, запорный клапан со штоком и муфтой запорного клапана, соединяющей цилиндр имплозионной камеры с рабочей камерой, цилиндрическую пружину сжатия, гидравлический амортизатор, состоящий из цилиндра с перепускными отверстиями и поршня, выполненного за одно со штоком запорного клапана и подпружиненного с помощью цилиндрической пружины сжатия, и гильзу с жестким подпружиненным упором, выполненным с возможностью взаимодействия со штоком запорного клапана для предотвращения критической деформации цилиндрической пружины сжатия, отличающийся тем, что заборный трубопровод имплозионного гидрогенератора давления многократного действия выполнен изолированным от затрубного пространства с низким пластовым давлением, а площадь его проходного сечения выполнена больше площади проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб, заполненной рабочей жидкостью под давлением, при этом на устье колонны насосно-компрессорных труб предусмотрен аккумулятор для получения гидравлического удара с давлением, превышающим пластовое давление.1. The implosion hydrogenerator of pressure of multiple actions, containing an intake pipe connected by a sub with a column of tubing, an implosion chamber cylinder connected by a sub with a intake pipe, a plunger connected to a pump rod, a working chamber consisting of a working cylinder with windows and pressure concentrators , a shut-off valve with a stem and a shut-off valve coupling connecting the cylinder of the implosion chamber to the working chamber, a cylindrical compression spring, a hydraulic shock absorber, consisting of a cylinder with bypass holes and a piston made in one with the shut-off valve stem and spring-loaded by means of a cylindrical compression spring, and a sleeve with a rigid spring-loaded stop made to interact with the shut-off valve stem to prevent critical deformation of the cylindrical compression spring, characterized in that the intake pipe of the multiple-pressure implosion hydrogenerator is isolated from the annulus with low reservoir pressure cm, and the area of its passage section is made greater than the area of the column passage section of tubing filled with hydraulic fluid under pressure, while on the mouth of the column of tubing is provided a hydraulic accumulator for receiving a pin with a pressure exceeding formation pressure.

2. Имплозионный гидрогенератор давления по п.1, отличающийся тем, что площадь проходного сечения заборного трубопровода имплозионного гидрогенератора давления рассчитана как разница между площадью сечения заборного трубопровода и площадью сечения плунжера, а площадь проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб рассчитана как разница между площадью сечения колонны насосно-компрессорных труб и площадью сечения насосных штанг, рассчитанной по соединительным штанговым муфтам. 2. The implosive pressure hydrogenerator according to claim 1, characterized in that the flow area of the intake pipe of the implosion pressure hydrogenerator is calculated as the difference between the cross-sectional area of the intake pipe and the cross-sectional area of the plunger, and the passage area of the tubing string is calculated as the difference between the cross-sectional area tubing string and sucker rod cross-sectional area calculated by connecting rod couplings.