ВИБРОИСТОЧНИК Российский патент 2000 года по МПК G01V1/02 

Изобретение относится к вибросейсмической технике и может быть использовано для повышения нефтеотдачи нефтегазоносных месторождений путем вибровоздействия на нефтяные пласты с земной поверхности, а также для сейсморазведки земных недр.

Известен источник низкочастотных сейсмических колебаний по а.с. СССР N 1702332, G 01 V 1/153, опубл. в БИ N 48 за 1991 г., включающий излучающую платформу с возбудителем вибрации в центре, инерционные массы с направляющими в виде рычагов, шарнирно соединенных с возбудителем вибрации, излучающей платформой и рамами, связанными каждая с излучающей платформой винтовыми пружинами и оборудованными колесами подвижными опорами с групповым электромеханическим приводом. Сборная конструкция источника низкочастотных колебаний с транспортабельной излучающей платформой-плитой позволяет многократно передислоцировать его путем демонтажа с последующей поэлементной транспортировкой и сборкой на новом месте производства работ. Реализация платформы в виде плоской плиты ограниченной жесткости и связанных с ней через управляемую рычажно-механическую систему инерционных масс позволяет регулировать в некоторых пределах приведенную жесткость системы излучающая платформа - инерционные массы, что облегчает настройку источника на резонансный режим вибровоздействия. Однако вынужденно ограниченная жесткость излучающей платформы обусловливает значительные деформации ее плоскости в режиме действия возмущающей силы источника вибрации, что уподобляет колебания платформы колебаниям упругой диафрагмы под действием приложенной к ее центру знакопеременной силы. Амплитуда деформаций плоскости такой излучающей платформы в ее краевых частях, как и фазовые смещения деформаций относительно возмущающей силы вибрации, существенно выше, чем в центральной части. Подобный режим колебаний платформы, во-первых, обусловливает значительные потери энергии на деформацию самой излучающей платформы и, во-вторых, не позволяет реализовать монохромные гармонические колебания в грунтовом полупространстве, что существенно снижает эффективность вибровоздействия на нефтегазовые пласты и, следовательно, не обеспечивает экономически рентабельный промысловый уровень повышения их нефтеотдачи. Большие амплитуды колебаний краевых частей платформы приводят к отрыву их от поверхности грунта, что вызывает локальные соударения платформы с грунтом. Такие соударения служат дополнительным фактором, препятствующим формированию в грунте монохромных гармонических колебаний, и ведут к неравномерному уплотнению грунта под подошвой платформы. Неравномерная плотность грунта под излучающей платформой, в свою очередь, снижает эффективность энергопередачи импульсов вибрации в грунтовое полупространство.

К другим существенным недостаткам известного источника низкочастотных сейсмических колебаний следует отнести сложность конструкции устройства регулирования приведенной жесткости в виде механической шарнирно-рычажной системы с пружинными подвесками и подвижными колесными опорами с электромеханическим приводом. Это существенно снижает эксплуатационную надежность источника, особенно в режиме продолжительных включений, необходимых для реализации эффекта нефтеотдачи, и значительно увеличивает трудоемкость и стоимость монтажных и пусконаладочных работ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому решению является виброисточник по публикации: Б.Ф.Симонов и др. Результаты опытно-промысловых работ по повышению нефтеотдачи вибросейсмическим методом. "Нефтяное хозяйство", М., изд. АО "Нефтяное хозяйство", 1996 г., N 5, с. 48-53, включающий излучающую платформу в виде уложенных в ряд на поверхности грунта трех опорных плит, соединенных установленным на них вдоль их общей оси балочным остовом из продольно связанных между собой профилей большого сечения, и плиты-пригрузы, установленные на оконечностях остова и стянутые вынесенными за его боковые стороны шпильками с концевыми опорными плитами.

Вибровозбудитель виброисточника закреплен на опорной раме, размещенной в центре остова и соединенной шпильками с центральной опорной плитой.

Соединяемые между собой шпильками и болтами составные элементы виброисточника имеют массогабаритные параметры, обеспечивающие возможность их перевозки технологическим автотранспортом, имеющимся в распоряжении нефтегазодобывающих предприятий, и производства монтажных работ с помощью быстроходных колесных кранов грузоподъемностью не выше 25 т. Таким образом, достигается мобильность виброисточника, упрощается его сборка и снижается стоимость монтажных и транспортных работ.

Существенным конструктивным недостатком известного технического решения является то, что его составные элементы - концевые опорные плиты и плиты-пригрузы, на которые приходится около 2/3 общей массы виброисточника, расположены на оконечностях балочного остова по сторонам от расположенного в центре остова вибровозбудителя, генерирующего возмущающую силу вибрации. При таком расположении масс сама по себе высокая продольная жесткость балочного остова, ограничиваемая только требованием обеспечения его транспортабельности, становится недостаточной для того, чтобы колебания концевых опорных плит совершались в одной фазе с центральной опорной плитой. Причем амплитуды колебаний подошв концевых опорных плит в зонах, наиболее удаленных от центра балочного остова, достигают значений, при которых в таких зонах реализуется виброударный режим воздействия плит на грунт. Продольно жесткий остов из балочных профилей не обладает достаточными поперечной и крутильной жесткостями. Поэтому, а также из-за неоднородной плотности грунта под подошвами опорных плит, концевые опорные плиты с пригрузами совершают наряду с вынужденными вертикальными колебаниями также "качательные" колебания в плоскости, перпендикулярной продольной оси балочного остова, вызывая его скручивание.

По изложенным выше причинам сколько-нибудь действенные монохромные гармонические колебания в грунтовом полупространстве удается сформировать только под подошвой центральной опорной плиты, то есть не более, чем на 1/3 общей опорной поверхности излучающей платформы. Это резко уменьшает эффективность вибровоздействия виброисточника на промысловые нефтегазовые пласты.

Канализация значительной части энергии вибровозбудителя на деформацию излучающей платформы в сочетании с локальными виброударными воздействиями вызывает перегрузки в ее элементах. Это приводит к местным разрывам сварных швов остова, растяжению и разрыву стяжных шпилек и т.д., что снижает эксплуатационную надежность виброисточника, существенно увеличивает стоимость и трудоемкость его технического обслуживания. Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности передачи в грунтовое полупространство генерируемых виброисточником колебаний, а также повышение его эксплуатационной надежности за счет увеличения суммарной жесткости излучающей платформы виброисточника и равномерного распределения его массы по всей опорной поверхности, исключающих соударение с грунтом краевых частей платформы и обеспечивающих реализацию монохромных гармонических колебаний практически на всей ее опорной поверхности.

Поставленная задача решается тем, что в виброисточнике, включающем вибровозбудитель, смонтированный на излучающей платформе, содержащей остов и закрепленные к нему плиты-пригрузы, согласно изобретению, остов излучающей платформы выполнен составным из двух частей, содержащих каждая ребра продольной жесткости в виде труб, связанных уголками и усиленных балками с накладками. Трубы соединены в пакет ребрами поперечной жесткости в виде вертикальных стоек. Последние имеют боковые пазухи и ступенчатые выступы с пазухами. Части составного остова пристыкованы друг к другу боковыми торцами вертикальных стоек и соединены между собой с помощью пар взаимодействующих друг с другом Г-образных вертикальных клиньев, которые смонтированы на осях в боковых пазухах вертикальных стоек. Плиты-пригрузы закреплены между вертикальными стойками на накладках балок частей составного остова горизонтальными клиньями, вставленными в поднутрения осей, смонтированных в отверстиях вертикальных стоек. Вибровозбудитель закреплен к плитам-пригрузам с помощью нажимных винтов, взаимодействующих с ним через опорные башмаки и установленных в горизонтальных балках, которые заведены в серьги, смонтированные посредством осей в пазухах ступенчатых выступов вертикальных стоек.

Продольно связанные между собой уголками и усиленные балками с накладками трубы, соединенные в пакет перпендикулярными к осям труб вертикальными стойками, образуют прочный и равножесткий в продольном и поперечном направлениях каркас каждой части составного остова. Пары взаимодействующих между собой Г-образных вертикальных клиньев, закрепляемых с помощью осей внутри пазух стыкуемых вертикальных стоек, выполняют роль быстросборных клиновых замков, посредством которых части составного остова консолидируются в жесткий моноблок, образующий остов излучающей платформы. Плиты-пригрузы, уложенные на накладки балок частей составного остова и прижатые к накладкам горизонтальными клиньями, взаимодействующими с осями, которые смонтированы в отверстиях вертикальных стоек, выполняют роль жестких перемычек, существенно усиливающих поперечную жесткость составного остова излучающей платформы. Продольная жесткость излучающей платформы существенно дополняется жесткостью горизонтальных балок, заведенных в серьги, смонтированные посредством осей в пазухах ступенчатых выступов вертикальных стоек. Совместная работа горизонтальных балок и частей составного остова излучающей платформы обеспечивается обжимающими плиты-пригрузы вертикальными распорными усилиями, которые реализуются установленными в горизонтальных балках нажимными винтами, взаимодействующими с вибровозбудителем через опорные башмаки. Сочетание вышеприведенных конструктивных особенностей обеспечивает высокую суммарную жесткость излучающей платформы виброисточника и равномерное распределение ее масс по всей опорной поверхности. Это значительно уменьшает вероятность соударения с грунтом краевых частей излучающей платформы и позволяет стабильно излучать в грунтовое полупространство монохромные гармонические колебания практически со всей ее опорной поверхности в режиме действия возмущающей силы вибровозбудителя. Таким образом, существенно повышается эффективность передачи в грунтовое полупространство генерируемых виброисточником колебаний и, следовательно, увеличивается эффективность вибровоздействия на нефтяные пласты, что обеспечивает рентабельный уровень повышения их нефтеотдачи.

Снижение вероятности соударений частей излучающей платформы с грунтом в сочетании с ее высокой общей жесткостью практически исключает локальные перегрузки в элементах металлоконструкций остова, что повышает эксплуатационную надежность виброисточника.

Другим фактором существенного повышения эксплуатационной надежности виброисточника является использование для крепления вибровозбудителя и реализации вертикальных распорных усилий на плиты-пригрузы нажимных винтов с короткими сжатыми частями вместо работающих на растяжение шпилек, что увеличивает долговечность крепежных узлов, упрощает монтаж вибровозбудителя.

Трубы продольных ребер жесткости частей составного остова со скрепляющими их уголками и пересекающиеся с ними под прямым углом вертикальные стойки образуют развитое решетчатое оребрение опорной поверхности излучающей платформы. Повышенное удельное давление на грунт на гранях ребер обусловливает ускоренную осадку излучающей платформы в грунт и уплотнение его под ребрами в начальный период вибровоздействия. При этом реализуется надежный контакт излучающей платформы с грунтом по всей оребренной опорной поверхности, что повышает эффективность передачи в грунтовое полупространство импульсов колебаний, генерируемых виброисточником в течение всего периода промыслового вибровоздействия.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид виброисточника; на фиг. 2 - вид сверху на виброисточник; на фиг. 3 - вид А на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Е-Е на фиг. 3; на фиг. 3 - выноска Б на фиг. 1; на фиг. 6 - выноска В на фиг. 2; на фиг. 7 - сечение Г-Г на фиг. 2; на фиг. 8 - сечение Д-Д на фиг. 2.

Виброисточник (фиг. 1 - 3) включает смонтированный в центре излучающей платформы (поз. не обозначена) вибровозбудитель 1, основанием 2 установленный на ее плиты-пригрузы 3. Последние уложены поперек составного остова (поз. не обозначен) излучающей платформы, выполненного из двух симметричных частей 4 (фиг. 2, 3), стыкуемых между собой по продольной оси излучающей платформы. Каждая из частей 4 составного остова включает ребра продольной жесткости в виде горизонтальных труб 5, усиленных по верху, например, швеллерными балками 6 с накладками 7, на которые оперты плиты-пригрузы 3. Продольно связанные снизу уголками 8 трубы 5 с балками 6 каждой части 4 составного остова соединены в пакет ребрами поперечной жесткости в виде плоских вертикальных стоек 9 (фиг. 3), каждая из которых имеет ступенчатый выступ 10 с пазухой 11 и боковую пазуху 12.

Части 4 составного остова (фиг. 2, 3) пристыкованы друг к другу боковыми торцами 13 вертикальных стоек 9 и соединены между собой с помощью пар Г-образных вертикальных нижнего 14 и верхнего 15 клиньев. Клинья 14, 15 каждой пары замкнуты между собой по параллельным рабочим поверхностям 16, 17 и смонтированы в боковых пазухах 12 стыкуемых вертикальных стоек 9 соответственно на осях 18, 19 и 20, 21, фиксируемых к стойкам 9.

В пазухах 11 ступенчатых выступов 10 вертикальных стоек 9 (фиг. 3, 4) на осях 22, фиксируемых к стойкам 9, смонтированы серьги 23, внутрь которых заведены горизонтальные балки 24. В балках 24 (фиг. 1, 2, 3, 5) на резьбе установлены нажимные винты 25 со сферическими концами 26, упертыми в поднутрения опорных башмаков 27, размещенных на основании 2 вибровозбудителя 1. Распорными усилиями нажимных винтов 25 основание 2 вибровозбудителя 1 закреплено через опорные башмаки 27 к плитам-пригрузам 3, которые таким образом прижаты к накладкам 7 балок 6 частей 4 составного остова.

Внешние боковые стороны частей 4 составного остова закрыты перемычками 28 (фиг. 3) с упорами 29. Плиты-пригрузы 3 фиксируются от боковых горизонтальных перемещений установочными винтами 30, смонтированными в упорах 29.

Основание 2 вибровозбудителя 1 (фиг. 2, 6) имеет симметрично расположенные по его сторонам вырезы 31, в которые входят ступенчатые выступы 10 вертикальных стоек 9, расположенных в центре излучающей платформы, что предотвращает горизонтальные подвижки вибровозбудителя 1.

В отверстиях вертикальных стоек 9, расположенных по краям излучающей платформы, смонтированы оси 32 (фиг. 7). В отверстиях вертикальных стоек 9, расположенных в центре излучающей платформы, смонтированы оси 33 (фиг. 8). Оси 32, 33 закреплены к вертикальным стойкам 9, например, клиновыми штырями 34 и имеют поднутрения 35, в которые вставлены забивные горизонтальные клинья 36, взаимодействующие через регулировочные прокладки 37 с плитами-пригрузами 3. Горизонтальные клинья 36 закреплены к торцам осей 32, 33 с помощью винтов 38 с отгибными шайбами 39.

При запуске вибровозбудителя 1 высокая интегральная жесткость сборной конструкции виброисточника и равномерное распределение его масс по всей опорной поверхности излучающей платформы обеспечивают синхронность колебаний практически всей опорной поверхности платформы, что обусловливает высокую эффективность вибровоздействия на нефтегазоносные пласты в широком диапазоне частот возмущающей силы вибровозбудителя 1. Простота конструкции и доступность для обслуживания и регулировки клиновых и резьбовых крепежных узлов обусловливают технологичность монтажа и высокую эксплуатационную надежность виброисточника.

Изобретение относится к вибросейсмической технике и может быть использовано для повышения нефтеотдачи нефтегазоносных месторождений путем вибровоздействия на нефтяные пласты с земной поверхности, а также для сейсморазведки земных недр. Технический результат - повышение эффективности передачи в грунтовое полупространство генерируемых виброисточником колебаний, а также повышение его эксплуатационной надежности за счет увеличения суммарной жесткости излучающей платформы виброисточника и равномерного распределения его массы по всей опорной поверхности. В виброисточнике, включающем вибровозбудитель, смонтированный на излучающей платформе, содержащий остов и закрепленные к нему плиты-пригрузы, остов излучающей платформы выполнен составным из двух частей, содержащих каждая ребра продольной жесткости в виде труб, связанных уголками и усиленных балками с накладками. Трубы соединены в пакет ребрами поперечной жесткости в виде вертикальных стоек. Части составного остова пристыкованы друг к другу боковыми торцами вертикальных стоек и соединены между собой с помощью пар взаимодействующих друг с другом Г-образных вертикальных клиньев, которые смонтированы на осях в боковых пазухах вертикальных стоек. Плиты-пригрузы закреплены между вертикальными стойками на накладках балок частей составного остова горизонтальными клиньями, вставленными в поднутрения осей, смонтированных в отверстиях вертикальных стоек. Вибровозбудитель закреплен к плитам-пригрузам с помощью нажимных винтов, взаимодействующих с ним через опорные башмаки и установленных в горизонтальных балках, которые заведены в серьги, смонтированные посредством осей в пазухах ступенчатых выступов вертикальных стоек. 8 ил.

Виброисточник, включающий вибровозбудитель, смонтированный на излучающей платформе, содержащей остов и закрепленные к нему плиты-пригрузы, отличающийся тем, что остов излучающей платформы выполнен составным из двух частей, содержащих каждая ребра продольной жесткости в виде связанных уголками и усиленных балками с накладками труб, соединенных в пакет ребрами поперечной жесткости в виде имеющих боковые пазухи и ступенчатые выступы с пазухами вертикальных стоек, боковыми торцами которых части составного остова пристыкованы друг к другу и соединены между собой с помощью пар взаимодействующих друг с другом Г-образных вертикальных клиньев, смонтированных на осях в боковых пазухах вертикальных стоек, при этом плиты-пригрузы закреплены между вертикальными стойками на накладках балок частей составного остова горизонтальными клиньями, вставленными в поднутрения осей, смонтированных в отверстиях вертикальных стоек, причем вибровозбудитель закреплен к плитам-пригрузам с помощью нажимных винтов, взаимодействующих с ним через опорные башмаки и установленных в горизонтальных балках, которые заведены в серьги, смонтированные посредством осей в пазухах ступенчатых выступов вертикальных стоек.