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

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для ликвидации гидро-смоло-парафиновых отложений в скважинах, повышения продуктивности скважины и отдачи всего пласта.

Известно "Устройство для восстановления скважин", патент РФ N 2066365, E 21 B 37/00, опубл. 10.09.96, бюл. N 25, которое содержит ударник и упругий излучатель. В качестве ударника использован импульсный гидропневмопривод. Излучатель преобразует импульсные нагрузки в молекулярно-волновые колебания.

Недостатком этого устройства является мощное ударное воздействие на насосно-компрессорную трубу (НКТ) в небольшом замкнутом пространстве, что вызывает пластические деформации в трубах и может привести даже к их разрушению. Эффективность достигается за счет дополнительного использования наряду с молекулярно-волновыми колебаниями механического и химического воздействия на скважину. Известно принятое за прототип "Устройство для акустического воздействия на призабойную зону продуктивных пластов", патент РФ N 2066970, E 21 B 43/25, опубл. 20.01.95, бюл. N 2, содержащее наземный блок, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, в котором размещены генератор и акустический излучатель, залитый трансформаторным маслом.

Данное устройство распространяет акустическую волну только в осевом направлении, не обеспечивает воздействия на весь пласт залегания и, кроме того, заливка маслом излучателя вызывает потери акустической мощности, учитывая это, можно сделать вывод о недостаточной эффективности работы устройства.

Предлагаемое устройство решает задачу повышения эффективности воздействия на скважину, призабойную зону и на весь пласт залегания за счет расширения области акустического воздействия, кроме того, устройство отличается простотой конструкции, несложностью при эксплуатации и высокой производительностью.

Задача с достижением технического результата решается за счет того, что устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт содержит наземный блок управления, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, состоящим из генератора, акустического излучателя и датчика, а скважинный прибор выполнен в виде двух частей, соединенных кабелем, в верхней части размещен генератор, а в нижней, сообщающейся с окружающей средой, - датчик и по крайней мере один акустический излучатель, который снабжен хотя бы одним, установленным соосно с ним отражателем акустических волн, имеющим коническую поверхность, обращенную вершиной к излучателю с углом при вершине, равным 90 град., а расстояние между торцевой поверхностью излучателя и вершиной конической поверхности отражателя акустических волн - a выбирают из условий образования стоячей волны в среде по формуле:
a = nλ/2-b,
где n = 1,2,3...;
λ - длина волны,
b - внутренний радиус скважинной трубы.

Нижняя часть скважинного прибора оканчивается акустическим концентратором, наконечник которого может быть выполнен с дискообразным пояском, предназначенным для механической очистки стенок от отложений;
нижняя часть скважинного прибора оканчивается эхолотом;
нижняя часть скважинного прибора сообщается с окружающей средой посредством выполненных в стенке корпуса прямоугольных окон в зонах размещения отражателей акустических волн.

Устройство поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства;
На фиг. 2 изображен общий вид устройства.

На фиг. 3 изображен разрез по А-А.

Устройство состоит (фиг. 1) из наземной аппаратуры 1, соединенной кабелем 2 со скважинным прибором 3, который разделен на две части 4 и 5, соединенные кабелем 6, в верхней части 4 расположен генератор 7 (фиг. 2), а в нижней 5 - датчик и акустические излучатели. Нижняя часть 5 скважинного прибора содержит излучатели акустических волн, выполненные в виде пьезокерамических излучателей (пьезоизлучатели) 8, 9, 10, по обе стороны пьезоизлучателей 8 и 9 соосно установлены отражатели акустических волн 11, имеющие коническую поверхность с углом при вершине, равным 90 град., обращенную вершиной к пьезоизлучателям. Пьезокерамический излучатель 10 смонтирован посредством шпильки 12 совместно с конусообразным наконечником 13, образуя акустический концентратор, для увеличения амплитуды вибрации. В верхнем участке части 5 скважинного блока расположен датчик акустических колебаний 14. На фиг. 3 показано расположение прямоугольных окон в корпусе части 5 скважинного прибора, которые способствуют уменьшению потерь мощности излучения.

Расстояние - a (фиг. 2) выбирают из условия образования стоячей волны в пространстве между пьезоизлучателем 9, отражателем 11 и стенкой скважинной трубы 15 по формуле:
a = nλ/2-b,
где n = 1,2,3...;
λ - длина бегущей волны;
b - внутренний радиус скважинной трубы.

Длину бегущей волны определяют по формуле:
λ = vT или λ = v/ν,
где T - период колебаний,
v - скорость распространения акустической волны, зависящая от свойств среды ее плотности, упругости и пр., она определяется экспериментально или по имеющимся справочным данным,
ν - частота колебаний.

Например, при частоте генератора, питающего пьезоизлучатели 20 - 30 кГц, скорости распространения акустической волны v = 1800 м/сек и внутреннем радиусе трубы b = 0,05 м, расстояние a = 0,04-0,01 м при n = 2.

В устройстве предусмотрена изоляция всех элементов, отвечающая требованиям искрозащиты, а также обеспечивающая надежную работу при наличии колебаний температур и агрессивности сред.

Устройство работает следующим образом.

Полностью смонтированный и соединенный с наземной аппаратурой скважинный прибор 3 подвергают проверке на работоспособность, при этом наземная аппаратура 1 работает в режиме диагностики и выдает сообщение о характере неисправности либо подтверждает возможность работы. После этого его опускают в скважину и включают электропитание. Одновременно работают все пьезоизлучатели 8, 9 и 10 и датчик 14. Акустический концентратор 13 вибрирует, действуя как пробойник, и обеспечивает продвижение прибора вниз по скважине, осуществляет разрушение и одновременно соскабливание парафиновых наслоений со стенок НКТ выполненным на его поверхности дискообразным пояском (на чертеже не показан). Разделение погружаемого прибора на две части 4 и 5, соединенные гибким кабелем 6, позволяет такой конструкции продвижение по изогнутым участкам НКТ. Датчик 14 сигнализирует на наземную аппаратуру 1 о проникновении акустических волн. Обратная связь через датчики обеспечивает корректировку оптимального режима воздействия на среду по интенсивности и времени акустического излучения.

Наземная аппаратура 1 учитывает информацию и от других датчиков о параметрах окружающей среды, а именно: температуре, давлении, расходе нефти или газа и пр. (на чертеже не показаны). Погружаемый прибор 3 может быть оснащен головным эхолотом, который будет контролировать дистанцию от прибора до дна скважины и позволит избежать удара о дно. Вертикальные акустические волны, которые исходят от пьезоизлучателей 8 и 9, отражаются "разворачиваются" отражателями 11 на 90 град., превращаясь в горизонтально направленные акустические волны, и образуют дополнительные зоны излучения, увеличивая таким образом область акустического воздействия. При передаче и под воздействием энергии от пьезоизлучателей 8 и 9 в виде "развернутой" горизонтально направленной акустической волны, частоты среды начинают совершать колебательные движения, а сама среда нагревается. Поскольку стенка НКТ 15 является преградой на пути распространения волны, то происходит наложение (интерференция) прямой и отраженной волн, имеющих одинаковую частоту и амплитуду. Акустическая волна проходит путь a+b = nλ/2 , длина которого кратна половине длины акустической волны, что является условием образования стоячей волны. В определенные моменты времени амплитуды прямой и отраженной волны складываются. Между пучностями скоростей частиц появляются узлы деформации, образуется стоячая волна, вдвое увеличивающая смещение частиц среды. Таким образом, механическим путем происходит изменение состояния среды, разрушается гидро-смоло-парафиновый слой и повышается выход нефти или газа. Конструкция устройства позволяет за счет образования стоячей волны повысить интенсивность разрушения парафионового слоя, а следовательно, ускорить процесс обработки скважины и сделать его высокоэффективным без увеличения мощности генератора. Увеличение амплитуды акустического излучения вызывает в среде явление кавитации, которое сопровождается резким кратковременным возрастанием давления, и способствует интенсивному очищению стенок НКТ.

Длина пути a + b будет одинаковой от любой точки торцевой поверхности пьезоизлучателя, т. к. конусная поверхность отражателя имеет наклон к оси устройства 45 град. Конструкция устройства обеспечивает режим образования стоячей волны на участках с различными диаметрами труб скважины. На участке НКТ режим стоячей волны обеспечивается длиной пути a + b в направлении: пьезоизлучатель 8 - отражатель 11 - внутренняя стенка НКТ 15. После прохождения прибором 5 участка НКТ аналогичный процесс происходит в пространстве, ограниченном обсадной колонной, и аналогичное эффективное акустическое воздействие осуществляется вторым пьезоизлучателем 9, по пути a + b, подобранного из расчета образования стоячей волны в направлении: пьезоизлучатель 9 - отражатель 11 - внутренняя стенка обсадной колонны (не показана).

При попадании в зону перфорации оба пьезоизлучателя 8 и 9 начинают работать в режиме бегущей волны, которая распространяется в горизонтальном направлении и через перфорацию далеко проникает в продуктивный пласт, оказывая воздействие на весь пласт залегания, повышая продуктивность сразу нескольких скважин. В этом режиме оптимизация процесса осуществляется варьированием частоты питания излучателей.

Предлагаемое устройство оказывает эффективное воздействие не только на скважину, ликвидируя гидро-смоло-парафиновый слой, и призабойную зону, стабилизуя ее фильтрационные свойства, но и на весь нефтегазоносный пласт, повышая его продуктивность более чем на 20 - 40%. Устройство обеспечивает увеличение эффективности воздействия за счет расширения области распространения акустических волн и высокопроизводительную работу в автоматическом режиме при помощи современного программного обеспечения, оно надежно, ремонтопригодно и не требует остановки скважины. Макетные образцы прошли испытания на скважинах Федоровского месторождения в Западной Сибири.

Устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для ликвидации гидро-смоло-парафиновых отложений в скважинах, повышения продуктивности всего пласта, а также проницаемости после бурения и ремонта. Устройство содержит наземный блок управления, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, состоящим из генератора, акустического излучателя и датчика. Скважинный прибор выполнен в виде двух частей, соединенных кабелем. В верхней части размещен генератор, а в нижней, сообщающейся с окружающей средой, -датчик. По крайней мере один акустический излучатель снабжен хотя бы одним, установленным соосно с ним отражателем акустических волн. Отражатель имеет коническую поверхность с углом при вершине 90 град., обращенную вершиной к излучателю. Расстояние от торца излучателя до поверхности отражателя выбрано из условия образования стоячей волны в скважинной трубе. Устройство решает задачу повышения эффективности воздействия на скважину, призабойную зону и на весь пласт залегания за счет расширения области акустического воздействия. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, содержащее наземный блок управления, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, состоящим из генератора, акустического излучателя и датчика, отличающееся тем, что скважинный прибор выполнен в виде двух частей, соединенных кабелем, в верхней части размещен генератор, а в нижней, сообщающейся с окружающей средой, - датчик и по крайней мере один акустический излучатель, который снабжен хотя бы одним отражателем акустических волн, имеющим коническую поверхность, обращенную вершиной к излучателю, с углом при вершине, равным 90 град, а расстояние между торцевой поверхностью излучателя и вершиной конической поверхности отражателя акустических волн - а выбирают из условий образования стоячей волны в среде по формуле
a = nλ/2-b,
где n = 1,2,3...;
λ - длина волны;
b - внутренний радиус скважинной трубы. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя часть скважинного прибора оканчивается акустическим концентратором. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что наконечник акустического концентратора выполнен с дискообразным пояском для механической очистки отложений со стенок трубы. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя часть скважинного прибора оканчивается эхолотом. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть прибора сообщается с окружающей средой посредством выполненных в стенке корпуса прямоугольных окон в зонах размещения отражателей акустических волн.