УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ Российский патент 1999 года по МПК E21B43/25 E21B28/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для виброакустического воздействия на нефтяной пласт, и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений и очистке водозаборных и рудных скважин.

Известно устройство для акустического воздействия на нефтяной пласт, включающее наземный ультразвуковой генератор, наземный электроразъем, питающий кабель, скважинный электроразъем и скважинный акустический излучатель [1].

Наземный генератор выполнен в виде нескольких блоков: блока питания и контроля, блока усилителя мощности, блока задающего каскада частоты. Выходной сигнал генератора имеет большую мощность и высокую частоту. Для передачи мощного сигнала требуется многожильный кабель с жилами большого сечения.

Недостатками известного устройства являются значительные потери электроэнергии из-за малого коэффициента полезного действия устройства (равного 5-7%), что связано с поглощением значительной части высокочастотной электроэнергии в кабеле. Это приводит в перенапряжению и пробою кабеля.

Известно устройство для виброакустического воздействия на нефтяной пласт, включающее наземный пульт питания и контроля с силовым выпрямителем, модуль генератора высокой частоты, содержащий блок задающего каскада частоты, блок усилителя, мощности и блок согласования с нагрузкой, наземный электроразъем, сообщенный через питающий кабель с электроразъемом скважинного прибора, в корпусе которого размещен модуль виброакустического излучателя [2].

Недостатками этого устройства являются большие потери энергии и, как следствие, малый коэффициент полезного действия устройства, равный 10-20%. Последнее связано с поглощением электроэнергии сигнала в кабеле и отсутствием согласования работы устройства со скважинной жидкостью. К недостаткам устройства также относится его низкая надежность, вызванная возможностью пробоя кабеля из-за высоких значений тока и напряжения передаваемого сигнала и возможностью протечки скважинной жидкости в узле обжатия кабеля.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для виброакустического воздействия на нефтяной пласт, включающее наземный пульт питания и контроля с силовым выпрямителем, модуль генератора высокой частоты, содержащий блок задающего каскада частоты, блок усилителя мощности, блок согласования с нагрузкой и блок модуляции сигнала, наземный электроразъем, сообщенный через питающий кабель с электроразъемом скважинного виброакустического прибора, в корпусе которого размещен модуль виброакустического излучателя (прототип) [3].

Недостатками этого устройства являются большие потери энергии и, как следствие, малый коэффициент полезного действия устройства, равный 30-40%, и небольшой радиус воздействия на пласт. Последнее обусловлено поглощением электроэнергии сигнала в кабеле, затуханием энергии высокочастотных акустических колебаний вблизи скважины и плохим согласованием работы устройства со скважинной жидкостью. К недостаткам устройства также относится его низкая надежность, вызванная возможностью пробоя кабеля из-за высоких значений тока и напряжения передаваемого сигнала и возможностью протечки скважинной жидкости в узле обжатия многожильного кабеля.

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия устройства и надежности его работы.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для виброакустического воздействия на нефтяной пласт, включающее наземный пульт питания и контроля с числовым выпрямителем, модуль генератора высокой частоты, содержащий блок задающего каскада частоты, блок усилителя мощности, блок согласования с нагрузкой и блок модуляции сигнала, наземный электроразъем, сообщенный через питающий кабель с электроразъемом скважинного прибора, в корпусе которого размещен модуль виброакустического излучателя, согласно изобретению оно снабжено предохранительным блоком, блоком управляющего выпрямителя, блоком управления модуляцией сигнала и блоком индикации модуляции сигнала, модулем резонансной камеры, образованной двумя перекрывающими полость скважинного виброакустического прибора торцами и его корпусом, выполненным по высоте резонансной камеры с прорезями, причем высота резонансной камеры кратна четверти длины упругой волны в скважинной жидкости, модуль генератора высокой частоты находится в корпусе скважинного виброакустического прибора и снабжен блоком фильтра частоты и блоком управления согласованием с нагрузкой, модуль виброакустического излучателя снабжен не менее чем двумя электроакустическими преобразователями, причем верхний и средний электроакустические преобразователи жестко закреплены соответственно с верхним и нижним торцами модуля резонансной камеры с ее внешней стороны, при этом вход блока индикации модуляции сигнала через силовой выпрямитель, наземный электроразъем, питающий кабель, скважинный электроразъем соединен с блоком усилителя мощности, выход блока управления модуляцией сигнала через блок управляющего выпрямителя, наземный электроразъем, питающий кабель и скважинный электроразъем соединен с блоком модуляции сигнала, модуль виброакустического излучателя через блок фильтра частоты соединен с блоком управления согласованием с нагрузкой и с блоком модуляции сигнала, а блок управления модуляцией сигнала связан с блоком индикации модуляции сигнала.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая блок-схема устройства для виброакустического воздействия на нефтяной пласт, на фиг.2 показана схема взаимного расположения элементов скважинного виброакустического прибора, на фиг.3 изображена электрическая структурная схема устройства.

Устройство включает наземный пульт питания и контроля 1 с клеммами 2, предохранительный блок 3, силовой выпрямитель 4, блок управляющего выпрямителя 5, блок управления модуляцией сигнала 6, блок индикации модуляции сигнала 7, наземный электроразъем 8, питающий кабель 9, скважинный виброакустический прибор 11 с корпусом 12 и скважинным электроразъемом 13, модуль генератора высокой частоты 14, модуль виброакустического излучателя 15, модуль резонансной камеры 16, электроакустические преобразователи 20.

Корпус 12 выполнен по высоте модуля резонансноой камеры 16 с прорезями 27.

Под позицией 10 на чертеже обозначен механический блок, под позицией 29 - скважина, а под позицией 30 - прискважинная часть пласта.

К концу корпуса прибора 12 примыкает скважинный электроразъем 13, выполненный, например, в виде стандартной приборной головки. Через него производится подача электроэнергии к скважинному генератору высокой частоты. Модуль генератора высокой частоты 14 находится в корпусе, заполненном воздухом, где размещаются блок усилителя мощности 21, блок задающего каскада частоты 22, блок фильтра частоты 23, блок модуляции сигнала 24, блок согласования с нагрузкой 25, блок управления согласованием с нагрузкой 26. Блоки 25, 26 выполнены, например, в виде резонансного контура.

От генератора частоты высокочастотный сигнал поступает к модулю скважинного излучателя 15, в котором располагаются электроакустические преобразователи 20, верхний и средний электроакустические преобразователи жестко скреплены с торцами 17 модуля резонансной камеры 16. Торцы имеют отверстия 18 под электровводы 19, по которым подается высокочастотный сигнал к среднему и нижним электроакустическим преобразователям.

Электрическая структурная схема виброакустического устройства показывает соединение между собой основных блоков и модулей. Наземные блоки отделены от блоков скважинного прибора пунктирной линией, обозначающей наземный электроразъем 8, питающий кабель 9 и скважинный электроразъем 13. В устройстве существуют две отдельные цепи: верхняя - силовая или питающая и нижняя - управляющая. По силовой цепи блок индикации модуляции сигнала 7 через силовой выпрямитель 4 соединен со скважинным блоком усилителя мощности 21, с его силовой обмоткой трансформаторной связи, которая соединена с блоком согласования с нагрузкой 25 и с модулем виброакустического излучателя 15. Подстройка нагрузки на параметры модуляции сигнала (например, по частоте) осуществляется по дополнительной цепи согласования через блок фильтра частоты 23 (например, фильтр-пробка) и блок управления согласованием и нагрузкой 26. Виброакустический излучатель 15 механически связан с модулем резонансной камеры 16 через жесткое крепление электроакустических преобразователей к торцам модуля резонансной камеры, которая является источником виброакустического воздействия. По управляющей цепи блок управления модуляцией сигнала 6 через управляющий выпрямитель 5 связан с блоками задающего каскада несущей частоты 22 и модуляции сигнала 24, работу которых он регулирует с земной поверхности. Модуляция сигнала на виброакустическом излучателе 15 через блок фильтра частоты 23 и цепь обратной связи 28 поступает на блок модуляции сигнала 24 и через блок задающего каскада частоты 22 - на усилитель мощности 21.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно блок согласования с нагрузкой 25 настраивают на физические свойства скважинной жидкости (грубая настройка), а высоту резонансной камеры устанавливают в соответствии, например, с четвертьволновым резонансом упругой волны в скважинной жидкости. Далее скважинный виброакустический прибор 11 в корпусе 12 через механический блок 10 опускают на питающем кабеле 9 в скважину 29 на глубину перфорации пласта 30. Происходит заполнение резонансной камеры 16 пластовой жидкостью через прорези 27.

Через клеммы 2 подключают наземный пульт питания и контроля 1 к промышленной сети 50 Гц 220 В. При этом электроэнергия попадает на его вход и в предохранительный блок 3, который защищает устройство от перегрузок и короткого замыкания. Далее электроэнергия подается на силовой выпрямитель 4 и на блок управляющего выпрямителя 5, где переменный ток промышленной частоты преобразуется в постоянный.

Один из выходов выпрямителя 4 и блока 5, например отрицательный, соединяют через наземный электроразъем 8 с броней питающего кабеля. Токи от выпрямителя 4 и блока 5 через наземный электроразъем 8, питающий кабель 9 и скважинный электроразъем 13 подаются к модулю генератора высокой частоты 14, где ток выпрямителя 4 попадает в усилитель 21, а ток от блока 5 попадает в блок задающего каскада частоты 22 и далее в усилитель мощности 21, где преобразуется в высокочастотный сигнал несущей частоты. Усилитель мощности может быть собран по мостовой, двухканальной или любой другой схеме.

Из блока 21 высокочастотный сигнал подается на блок согласования с нагрузкой 25, выполненной, например, в виде LRC-цели, где происходит согласование сигнала несущей частоты с параметрами нагрузки. Далее сигнал передается к модулю виброакустического излучателя 15, откуда поступает на электроакустические преобразователи 20, где электроакустический сигнал преобразуется в высокочастотные механические колебания. Далее механические колебания через верхний и нижний торцы 17 поступают в модуль резонансной камеры 16, где усиливается за счет высоты резонансной камеры, установленной кратной четверти длины упругой волны, например равной четверти длины упругой волны в скважинной жидкости. Возбуждение резонанса в модуле 16 требует не менее двух электроакустических преобразователей 20, с этой целью верхний и средний преобразователи жестко соединены соответственно с верхним и нижним торцами модуля 16. Остальные преобразователи крепятся к корпусу с его внутренней стороны. Из модуля резонансной камеры колебания поступают в скважину, где начинается их слабая модуляция на частоте собственных колебаний системы скважина-пласт (отклик). Модуляция механических колебаний вызывает в электроакустических преобразователях 20 модуляцию электрического сигнала. Слабо промодулированный электрический сигнал от преобразователей 20 попадает в блок фильтра частоты 23, где происходит фильтрация сигнала от несущей частоты. Отфильтрованный сигнал из первого выхода блока 23 поступает в блок управления согласования с нагрузкой 26, где подключается дополнительная согласующая нагрузка (например, дополнительный резонансный контур). Из второго выхода блока 23 через цепь обратной связи 28 модулирующий сигнал поступает в блок модуляции 24, где формируются параметры модуляции сигнала, например, по амплитуде и частоте или фазе и частоте. От блока модуляции 24 сигнал поступает на блок задающего каскада частоты 22 и далее к усилителю мощности 21, в котором модулированный сигнал устанавливается.

От блока 21 через фильтр частоты, электроразъем 13, питающий кабель 9 и наземный электроразъем 8, низкочастотный модулирующий сигнал попадает на блок индикации модуляции сигнала 7.

По данным индикации модуляции сигнала блока 7, например по световой и звуковой индикации, подбирают параметры модуляции сигнала поворотом ручки блока управления модуляции 6, где устанавливается определенная величина тока управляющего выпрямителя 5. Ток от выпрямителя 5 через наземный электроразъем 8, питающий кабель 9 и скважинный электроразъем 13 поступает на блок модуляции сигнала 24, где соответственно меняются параметры модуляции сигнала.

Подстроенный таким образом модулированный и усиленный сигнал поступает на электроакустические преобразователи 20, которые оптимальным образом возбуждают колебания модуля резонансной камеры 16. На средний и нижний электроакустические преобразователи сигнал поступает через электровводы 19 в отверстиях 18 торцов 17 модуля резонансной камеры 16. От модуля резонансной камеры 16 колебания распространяются через скважинную жидкость и скважину 29 в пласт 30.

При этом радиус распространения колебаний по сравнению с прототипом увеличивается до 2,5-5 раз, а коэффициент полезного действия устройства возрастает до 50-60%.

Устройство изготовлено и прошло опробование в скважинных условиях на Павловском нефтяном месторождении.

Таким образом, преимущества предложенного изобретения заключается в следующем:
1. В устройстве практически отсутствует поглощение электроэнергии в кабеле за счет подачи к скважинному прибору постоянного тока.

2. Устройство обеспечивает согласование излучения со свойствами скважинной жидкости и системы скважина-пласт за счет подстройки модуляции сигнала и дополнительного согласования с нагрузкой.

3. Модуляция силового сигнала увеличивает радиус проникновения механических колебаний в пласт.

4. Устройство более надежно за счет подачи постоянного тока, предотвращающего перенапряжения и пробой питающего кабаля и протечку узла обжима кабеля.

Источники информации, принятые во внимание при рассмотрении заявки
1. Ефимова С.А., Печков А.А., Жуйков, Ю.Ф., Тараканов В.В., Дрягин В.В. Метод и аппаратура акустического воздействия на прискважинную зону пласта. Информационный листок N 86-120. Московский городской территориальный центр научно-технической информации и пропаганды, 1983.

2. Носов В.Н. Новые акустические преобразователи для реализации геоакустических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Сборн. научн. трудов. Скважинная геоакустика при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых - М.: ВНИИгеоинфорсистем, 1987, с. 120-122.

3. Заявка РФ N 95114542, 1996.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений и очистке водозаборных и рудных скважин. Для этого оно содержит наземный пульт питания и контроля с силовым выпрямителем. Модуль генератора высокой частоты содержит блок задающего каскада частоты, блок усилителя мощности, блок согласования с нагрузкой и блок модуляции сигнала. Наземный электроразъем сообщен через питающий кабель с электроразъемом скважинного виброакустического прибора. В корпусе последнего размещен модуль виброакустического излучателя. Устройство снабжено дополнительно предохранительным блоком, блоком управляющего выпрямителя, блоком управления модуляцией сигнала, блоком индикации модуляции сигнала, модулем резонансной камеры, образованной двумя перекрывающими полость скважинного виброакустического прибора торцами и его корпусом. Модуль генератора высокой частоты находится в корпусе скважинного прибора и снабжен блоком фильтра частоты и блоком управления согласованием с нагрузкой, модуль виброакустического излучателя снабжен не менее чем двумя электроакустическими преобразователями, причем верхний и средний электроакустические преобразователи жестко соединены соответственно с верхним и нижним торцами модуля резонансной камеры с ее внешней стороны. Устройство реализовано в виде двух небольших наземных блоков и скважинного виброакустического прибора. Использование изобретения повышает КПД устройства и надежность его в работе за счет использования питания прибора постоянного тока и управляемого согласования излучения со скважинной средой. 3 ил.

Устройство для виброакустического воздействия на нефтяной пласт, включающее наземный пульт питания и контроля с силовым выпрямителем, модуль генератора высокой частоты, содержащий блок задающего каскада частоты, блок усилителя мощности, блок согласования с нагрузкой и блок модуляции сигнала, наземный электроразъем, сообщенный через питающий кабель с электроразъемом скважинного виброакустического прибора, в корпусе которого размещен модуль виброакустического излучателя, отличающееся тем, что оно снабжено предохранительным блоком, блоком управляющего выпрямителя, блоком управления модуляцией сигнала, блоком индикации модуляции сигнала, модулем резонансной камеры, образованной двумя перекрывающими полость скважинного виброакустического прибора торцами и его корпусом, выполненным по высоте резонансной камеры с прорезями, причем высота резонансной камеры кратна четверти длины упругой волны в скважинной жидкости, модуль генератора высокой частоты находится в корпусе скважинного виброакустического прибора и снабжен блоком фильтра частоты и блоком управления согласованием с нагрузкой, модуль виброакустического излучателя снабжен не менее чем двумя электроакустическими преобразователями,
причем верхний и средний электроакустические преобразователи жестко соединены соответственно с верхним и нижним торцами модуля резонансной камеры с ее внешней стороны, при этом вход блока индикации модуляции сигнала через силовой выпрямитель, наземный электроразъем, питающий кабель, скважинный электроразъем соединен с блоком усилителя мощности, выход блока управления модуляцией сигнала через блок управляющего выпрямителя, наземный электроразъем, питающий кабель и скважинный электроразъем соединен с блоком модуляции сигнала, модуль виброакустического излучателя через блок фильтра частоты соединен с блоком управления согласованием с нагрузкой и с блоком модуляции сигнала, а блок управления модуляцией сигнала связан с блоком индикации модуляции сигнала.