УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЛНОВОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТА Российский патент 2002 года по МПК E21B43/25 E21B28/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для воздействия на пласт упругими колебаниями.

Известен гидродинамический пульсатор (пат. N 2054532), содержащий полый корпус с входными каналами, камеру с установленным в ней рабочим органом двойного действия с возможностью перекрытия входных каналов. Рабочий орган выполнен в виде шайбы, поочередно перекрывающей входные каналы, позволяя возбуждать в зоне пласта колебания давления.

Недостатком известного решения является низкая эффективность воздействия на пласт из-за малых амплитуд колебаний, больших потерь давления на входе в устройство, значительного износа рабочих поверхностей устройства. Возбуждаемая частота колебаний находится в узком диапазоне килогерцевых частот и нестабильна из-за кавитационного износа каналов устройства. Отсутствует возможность управления частотой создаваемых колебаний. Наличие подвижных частей приводит к потере энергии на механическую работу, к уменьшению надежности и срока службы устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является низкочастотный гидравлический вибратор золотникового типа (Гадиев С. М. Использование вибрации в добыче нефти. Недра, 1977, с. 49-51). Этот вибратор включает жестко закрепленный в корпусе ствол с щелевидными прорезями на образующей. На стволе свободно вращается золотник, имеющий прорези вдоль образующей. Вращаясь при протекании жидкости, золотник перекрывает прорези в стволе, в результате чего образуются интенсивные гидравлические удары.

К недостаткам известного вибратора следует отнести снижение эффективности воздействия на пласт за счет того, что скорость вращения золотника зависит от расхода жидкости, при этом наличие большого пускового момента делает невозможным создание колебаний на низких частотах. Амплитуда возникающих колебаний становится существенной лишь в узком диапазоне частот от 150 до 200 Гц, при этом устройство употребляет значительные расходы рабочей жидкости, порядка 15 - 20 дм/с.

Наличие подвижных частей приводит к потере энергии на механическую работу, к уменьшению надежности и срока службы устройства (срок службы вибратора 3-4 обработки по 15 - 20 часов).

Задача изобретения - повышение эффективности обработки пласта за счет возможности выбора рабочей частоты генерации колебаний, повышения надежности, мощности излучений и получения любой формы импульса.

Указанная задача достигается тем, что в устройстве для волновой обработки пласта, содержащем ствол с центральным входным каналом и сопло, соединенное с входным каналом, содержатся управляющие каналы, каждый из которых подсоединен к выходу одной из разрядных камер, расположенные перпендикулярно соплу и соединенные с ним, рабочие каналы, входы которых соединены с соплом, центральный клиновидный рассекатель, струйный эжектор, установленный коаксиально под центральным клиновидным рассекателем и выполненный с изолированными инжекционными каналами, разрядные камеры и электрогидравлические элементы для создания возмущения давления в разрядных камерах при разрядах, при этом струйный эжектор соединен с выходом одного из рабочих каналов и образует своими наружными стенками с внутренней поверхностью заглушенного ствола в нижней его части кольцевую цилиндрическую камеру, входом соединенную с выходом второго рабочего канала и выходом соединенную с инжекционными каналами струйного эжектора, а сопло разделено центральным клиновидным рассекателем.

Управляющие каналы устройства могут быть сообщены между собой.

Устройство может иметь две округлые полые емкости, расположенные перпендикулярно соплу.

Положительный эффект в устройстве достигается тем, что, используя электронный узел переключения работы инжекционного насоса, создаются благоприятные условия для эффективного переключения потока из открытого канала в заглушенный рабочий канал, инжектированием из него жидкости, и снижения давления в нем, а благодаря использованию изолированных каналов инжекции достигается высокое инжектирование жидкости.

Инжекция жидкости происходит в фазе течения струи по открытому каналу. Это позволяет использовать заглушенный канал, где образуется гидравлический удар, в качестве усилителя давления. Характер создаваемых колебаний подобен пульсациям, возникающим в низкочастотном гидравлическом вибраторе золотникового типа. В одной фазе наблюдается гидравлический удар с резким нарастанием давления, в другой фазе - интенсивная пульсация расхода. Реализуется возможность управления мощной высокоэнергетической струей с помощью возмущений давления, создаваемых разрядами электрогидравлических элементов, управляемых ЭВМ. Полоса пропускания бистабильного переключателя, работающего на эффекте Коанда, доходит до 1000000 Гц и это позволяет регулировать частоту устройства от 0,001 до 1000000 Гц с компьютера на устье скважины или на забое и получать колебания от гармонических до существенно нелинейных и солитонных.

При выполнении узла переключения работы струйного эжектора (вар. 2) в виде расположенных перпендикулярно соплу управляющих каналов, сообщенных между собой (фиг. 4. ), реализуется автоколебательный режим
T = C/(2•l),
T - период колебаний, C - константа, l - длина камеры.

При выполнении узла переключения работы струйного эжектора (вар. 3) в виде расположенных перпендикулярно соплу округлых полых емкостей (фиг. 5), реализуется режим генератора, что позволяет изменять частоту колебаний изменением расхода

W - период колебаний, h - высота емкости.

где V - скорость истечения из сопла.

Обратная связь осуществляется внутренними каналами связи
W = C/(4•l),
где L - длина камеры.

На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - узел переключения - струи, на фиг. 6 - узел переключения - струи.

Устройство для волновой обработки пласта включает ствол 1 с центральным входным каналом 2 для подачи закачиваемой жидкости под давлением, в выходной части которого расположено сопло 3, перпендикулярно которому выполнены управляющие каналы 4, 5, соединенные с разрядными камерами 6, 7. От сопла отходят два рабочих канала 8, 9, разделенных клиновидным рассекателем 10. Выход рабочего канала 9 сообщен с заглушенной в стволе кольцевой цилиндрической камерой 17. Выход рабочего канала 8 сообщен со струйным эжектором 11, расположенным коаксиально под клиновидным рассекателем 10, с выходным каналом 12. Струйный эжектор 11 содержит цилиндрическое входное сопло 13, камеру смешения 15, и диффузор 16. В боковой поверхности эжектора выполнены изолированные каналы эжекции 14, сообщающие его с заглушенной камерой.

Устройство работает следующим образом.

При подаче жидкости под давлением в канал 2 ствола 1, она поступает в сопло 3 и вследствие эффекта Коанда прилипает либо к стенке канала 8, либо к стенке канала 9 в зависимости от всегда существующей разности давлений в управляющих каналах 4, 5. При появлении разряда в камере 7 происходит рост давления в камере 7, а затем и в управляющем канале 4, что приводит к быстрому перебросу к стенке канала 8, где она опять устойчиво прилипает. При появлении разряда в камере 6 происходит рост давления в камере 6, а затем и в управляющем канале 5, что приводит к быстрому перебросу к стенке канала 9, где она опять устойчиво прилипает.

В фазе протекания по каналу 8 жидкость попадает в струйный эжектор 11. В этой фазе работы устройства через каналы 14 из камеры 17 откачивается жидкость, в результате чего в камере 17 снижается давление. В фазе протекания по каналу 9 жидкость попадает в заглушенную камеру 17. В фазе протекания струи по каналу 8 возникает пульсация расхода жидкости через выходной канал 12 диффузора струйного эжектора. В фазе протекания струи по каналу 9 создается мощный гидроудар при попадании жидкости в заглушенную камеру 17 с пониженным давлением.

Устройство для волновой обработки пласта с электрическим управлением позволяет получить высокую эффективность обработки пласта, возможность создания высокоамплитудных колебаний высокой мощности и любой формы импульса в широком диапазоне частот, т. к. отсутствует влияние колебаний расхода, уменьшение энергетических затрат в связи с отсутствием потерь на механическую работу, возможность оперативной настройки устройства на оптимальную частоту в соответствии с геолого-физическими условиями объекта, повышение надежности работы устройства ввиду отсутствия механических частей, повышения КПД.

Устройство предназначено для воздействия на пласт упругими колебаниями. Устройство содержит ствол с центральным входным каналом и сопло, соединенное с входным каналом, центральный клиновидный рассекатель. Оно содержит управляющие каналы, каждый из которых подсоединен к выходу одной ив разрядных камер. Эти каналы расположены перпендикулярно соплу и соединены с ним. Входы рабочих каналов соединены с соплом. Струйный эжектор установлен коаксиально под центральным клиновидным рассекателем и выполнен с изолированными инжекционными каналами. Электрогидравлические элементы служат для создания возмущения давления в разрядных камерах при разрядах. Струйный эжектор соединен с выходом одного из рабочих каналов и образует своими наружными стенками с внутренней поверхностью заглушенного ствола в нижней его части кольцевую цилиндрическую камеру. Камера входом соединена с выходом второго рабочего канала и выходом - с инжекционными каналами струйного эжектора. Сопло разделено центральным клиновидным рассекателем. Управляющие каналы могут быть соединены между собой. Устройство может иметь округлые полые емкости, расположенные перпендикулярно соплу. Устройство позволяет повысить эффективность обработки пласта за счет возможности выбора рабочей частоты генерации колебаний, повысить надежность, мощность излучений и получить любой формы импульс. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для волновой обработки пласта, содержащее ствол с центральным входным каналом и сопло, соединенное с входным каналом, отличающееся тем, что оно содержит управляющие каналы, каждый из которых подсоединен к выходу одной из разрядных камер, расположенные перпендикулярно соплу и соединенные с ним, рабочие каналы, входы которых соединены с соплом, центральный клиновидный рассекатель, струйный эжектор, установленный коаксиально под центральным клиновидным рассекателем и выполненный с изолированными инжекционными каналами, разрядные камеры и электрогидравлические элементы для создания возмущения давления в разрядных камерах при разрядах, при этом струйный эжектор соединен с выходом одного из рабочих каналов и образует своими наружными стенками с внутренней поверхностью заглушенного ствола в нижней его части кольцевую цилиндрическую камеру, входом соединенную с выходом второго рабочего канала и выходом соединенную с инжекционными каналами струйного эжектора, а сопло разделено центральным клиновидным рассекателем. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляющие каналы сообщены между собой. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно имеет две округлые полые емкости, расположенные перпендикулярно соплу.