УСТРОЙСТВО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО СТРУЙНОГО ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА Российский патент 2008 года по МПК E21B28/00 E21B43/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к устройствам многоступенчатого струйного гидроакустического генератора, и может быть использовано для восстановления дебита добываемого продукта, путем устранения естественных «закупорок» каналов в горных породах.

Уровень техники

Известен скважинный гидродинамический генератор колебаний, включающий полый корпус, жестко связанную с ним верхнюю зажимную муфту и концентрично установленный в корпусе под верхней зажимной муфтой элемент, создающий колебательное движение, образующий с корпусом кольцевой канал, при этом он снабжен нижней зажимной муфтой, а элемент, создающий колебательное движение, выполнен в виде чередующихся по высоте патрубков с проницаемыми и непроницаемыми стенками, при этом нижняя зажимная муфта жестко связана с корпусом, установлена под патрубками и выполнена с периферийными осевыми каналами, сообщающими кольцевой канал между корпусом и патрубками с полостью корпуса (см. пат. РФ №2023147, кл. Е21В 43/25, опубл. 15.11.1994 г.).

Недостатком данного генератора является сложность конструкции и относительно невысокий срок эксплуатации.

Известен гидроакустический отражатель, включающий корпус с верхним и нижним переводниками для связи с бурильной колонной, коаксиальные наружную и внутреннюю стенки, жестко связанные с верхним переводником, расположенный между упомянутыми стенками плавающий кольцевой поршень, образующий с ними герметичную газовую камеру над одним торцом поршня и полость под другим его торцом, гидравлически связанную с гидроканалом корпуса, при этом наружная стенка корпуса жестко связана с нижним переводником.

В отражателе часть газовой камеры заполнена жидкой смазкой (см. пат. РФ №2035584, кл. Е21В 17/07, опубл. 20.05.1995 г.).

Недостатком данного отражателя является невысокая надежность и срок эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятое авторами за прототип является устройство многоступенчатого струйного гидроакустического генератора, содержащее корпус в виде двух цилиндрических, верхней и нижней половинок, на противоположных концах которых расположены резьбы присоединения, при этом верхняя и нижняя часть корпуса закрыты соответственно верхней и нижней заглушками (см. «Испытание нефтегазоразведочных скважин в колоне», авторы: Семенов Ю.В., Войтенко B.C. и др., §§8.2 и 8.3, стр.220-225, Москва, Недра, 1983 г.).

Недостатком данного генератора является: наличие вращающихся быстро изнашиваемых деталей, высокое рабочее давление, непроизводительно используемое для привода вращающихся деталей, короткая длина восстанавливаемых каналов в горных породах.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению зоны акустического воздействия на каналы в горных породах, путем генерации широкого диапазона звуковых волн, создаваемых кавитационным процессом, протекающим в кольцевых камерах и выпуском прерывистых струй, истекающих из сопел, вследствие гидродинамических процессов, протекающих внутри гидроакустического генератора, повышению надежности и срока эксплуатации устройства, а также упрощению конструкции.

Технический результат достигается с помощью устройства многоступенчатого струйного гидроакустического генератора, содержащего корпус в виде двух цилиндрических, верхней и нижней половинок, на противоположных концах которых расположены резьбы присоединения, при этом верхняя и нижняя часть корпуса закрыты соответственно верхней и нижней заглушками, при этом оно снабжено коническими дисками с распорными трубами, отбойником, радиальными выпускными вставками с соплами со сменной шайбой, причем к верхней заглушке стяжным болтом закреплены конические диски с распорными трубами, образующими между стенкой корпуса и коническими дисками кольцевые камеры, зазоры между коническими дисками и корпусом являются кольцевыми соплами, а под нижним коническим диском в корпусе выполнена конусная камера, переходящая в сопло с раструбом, при этом на заглушке нижней части корпуса установлен отбойник, образующий с корпусом над отбойником резонансную камеру, а под отбойником - кольцевую компенсационную камеру с кольцевым соплом, причем в нижней половине корпуса установлены радиальные выпускные вставки с соплами, изменяющими направление истекающей струи, а количество работающих сопел регулируется сменной шайбой.

Краткое описание чертежей

На чертеже дано устройство многоступенчатого струйного гидроакустического генератора, общий вид.

Осуществление изобретения

Устройство многоступенчатого струйного гидроакустического генератора состоит из корпуса в виде двух цилиндрических верхней и нижней половинок 1, 2, при этом на противоположных концах обеих половинок 1, 2 нарезаны резьбы 3 присоединения, на верхней - для соединения с напорнокомпрессорной трубой (на чертеже не показана), а на нижней - для установки центратора (на чертеже не показан), в случае если внутренний диаметр колонны (на чертеже не показана) будет превышать диаметр устройства на величину, большую расчетной, верхняя часть корпуса закрыта верхней заглушкой 4, в которой проточены каналы 5, а стяжным болтом 6 стянуты и закреплены к заглушке 4 первый и второй конические диски 7 и 8 с распорными трубами 9, внутренняя цилиндрическая полость верхней части корпуса, первый и второй конические диски 7 и 8 образуют первую и вторую кольцевые камеры 10 и 11, а под вторым коническим диском 8 выполнена конусная камера 12, переходящая в сопло 13. Кольцевые зазоры между внутренними стенками корпуса и первым и вторым коническими дисками 7, 8 образуют кольцевые сопла 14, 15, за соплом 13 следует раструб 16 и отбойник 17, при этом раструб 16 и верхняя плоскость отбойника 17 образуют резонансную камеру 18. На уровне верхней плоскости отбойника 17 в цилиндрической стенке нижней части корпуса установлены радиальные выпускные вставки с соплами 19, количество которых регулируется установкой сменной шайбы 20 - заглушкой части сопел, а каналы вставляемых в корпус сопел могут быть направлены вверх, горизонтально и вниз. Резьбовая нижняя заглушка 21 нижней части корпуса и установленный на ней отбойник 17 вместе с цилиндрической нижней половинкой 2 корпуса образуют кольцевую компенсационную камеру 22, а зазор между отбойником 17 и нижней половинкой 2 корпуса является кольцевым соплом 23.

Устройство многоступенчатого струйного гидроакустического генератора работает следующим образом.

Устройство в верхней части корпуса, половинка 1, соединяется резьбой 3 присоединения с напорной компрессорной трубой и опускается в забой скважины (на чертеже не показана). По напорным компрессорным трубам в устройство нагнетается рабочее тело (нефть, вода) - жидкость, которая через каналы 5 поступает в первую кольцевую камеру 10. Резкое падение давления рабочего тела на выходе из каналов 5 и последующий удар о верхнюю плоскость первого конического диска 7 создает эффект «запора» и резкое возрастание давления в первой кольцевой камере 10, в результате чего жидкость под большим напором истекает через кольцевое сопло 14 во вторую кольцевую камеру 11, при этом давление в первой кольцевой камере 10 падает, жидкость толчком заполняет ее, вновь создавая «запор» и при нарастающем давлении впрыск через кольцевое сопло 15 во вторую кольцевую камеру 11. Многократное повторение раскачивает гидроакустический генератор в низком диапазоне частот. Жидкость, впрыснутая во вторую кольцевую камеру 11, после отрыва струи и от кольцевого сопла 14 при мгновенном разряжении создает эффект «закипания» с последующим образованием кавитации - взрыву газовых пузырьков эмульсии, в которую трансформировалась жидкость в результате истечения в камеру с низким давлением. Уплотнение эмульсии нарастающим давлением в результате поступления жидкости из первой кольцевой камеры 10 срабатывает «курком» высвобождающим кавитационную энергию, что способствует резкому росту внутрикамерного давления, то есть запиранию кольцевого сопла 14, а следовательно, первой кольцевой камеры 10 и прорыву жидкости через кольцевое сопло 15 во вторую кольцевую камеру 11, где процесс повторяют, а гидроакустический генератор увеличивает звуковую колебательную мощность в низком диапазоне частот, и положительно воздействует в зоне забоя на подвижку и разрушение тромбов в каналах горных пород (на чертеже не показаны). При истечении жидкости из кольцевого сопла 15 в конусную камеру 12 происходит сложение гидродинамических гидроакустических колебаний, что значительно увеличивает давление в конусной камере 12, запирает кольцевое сопло 15 и дает мощный импульс истечению жидкости через сопло 13 в резонансную камеру 18 на отбойник 17. Струя рабочего тела, истекающая из сопла 13 в резонансную камеру 18 нижней половинки 2 корпуса, поверхностно эмульсирует, насыщая кавитационными зернами радиальные выпускные вставки с соплами 19, фокусирующее кавитационную энергию разрывов газовых зерен эмульсии и нарастающим давлением прижимает и удерживает в плоскости, перпендикулярной оси струи веер, образованный разбрызгиванием струи из сопла 13 от удара в отбойник 17. Веер жидкости, превращенный в слой рабочего тела, прижатый к отбойнику 17, частично разряжается через радиальные выпускные вставки с соплами 19, выполненные радиально в нижней половинке 2 корпуса в плоскости, параллельной верхней плоскости отбойника 17, а частично рабочее тело срывается в кольцевую компенсационную камеру 22 через кольцевое сопло 15 и усиленное кавитационной энергией вырывается назад в резонансную камеру 18, срывая струи, истекающие из радиальных выпускных вставок с соплами 19. Сложение импульсов струй, истекающих из всех видов сопел устройства, и преобразование этих импульсов в гидроакустические, гидродинамические и гидромеханические колебания широкого диапазона создают достаточную динамику воздействия на каналы в горных породах, значительно увеличивая призабойную зону скважины.

Производственные испытания устройства многоступенчатого струйного гидроакустического генератора, проведенные на нефтяных месторождениях ОАО «Дагнефть-Роснефть» и ОАО «Ингушнефтегазпром», дали положительные результаты, что подтверждается заключениями геологических служб названых нефтедобытчиков.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- увеличение зоны воздействия на закупоренные каналы в горных породах, путем генерации широкого диапазона звуковых волн, создаваемых кавитационным процессом, протекающим в кольцевых камерах и выпуском прерывистых струй, истекающих из сопел, вследствие гидродинамических процессов, протекающих внутри гидроакустического генератора;

- повышение надежности устройства;

- повышение срока эксплуатации устройства;

- упрощение конструкции.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, может быть использовано для восстановления дебита добываемого продукта, путем устранения естественных «закупорок» каналов в горных породах. Обеспечивает расширение зоны акустического воздействия на каналы в горных породах, повышение надежности и срока эксплуатации устройства, а также упрощение конструкции. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, в виде двух цилиндрических, верхней и нижней половинок. Верхняя и нижняя часть корпуса закрыты заглушками. Согласно изобретению устройство снабжено коническими дисками с распорными трубами, отбойником, радиальными выпускными вставками с соплами со сменной шайбой. К верхней заглушке стяжным болтом закреплены конические диски с распорными трубами, образующими между стенкой корпуса и коническими дисками кольцевые камеры. Зазоры между коническими дисками и корпусом являются кольцевыми соплами. Под нижним коническим диском в корпусе выполнена конусная камера, переходящая в сопло с раструбом. На заглушке нижней части корпуса установлен отбойник, образующий с корпусом над отбойником резонансную камеру. Под отбойником - кольцевую компенсационную камеру с кольцевым соплом. В нижней половине корпуса установлены радиальные выпускные вставки с соплами для изменения направления истекающей струи, и сменной шайбой - заглушкой части сопел. 1 ил.

Устройство многоступенчатого струйного гидроакустического генератора, содержащее корпус в виде двух цилиндрических, верхней и нижней половинок, на противоположных концах которых расположены резьбы присоединения, при этом верхняя и нижняя части корпуса закрыты соответственно верхней и нижней заглушками, отличающееся тем, что устройство снабжено коническими дисками с распорными трубами, отбойником, радиальными выпускными вставками с соплами со сменной шайбой, при этом к верхней заглушке стяжным болтом закреплены конические диски с распорными трубами, образующими между стенкой корпуса и коническими дисками кольцевые камеры, зазоры между коническими дисками и корпусом являются кольцевыми соплами, а под нижним коническим диском в корпусе выполнена конусная камера, переходящая в сопло с раструбом, при этом на заглушке нижней части корпуса установлен отбойник, образующий с корпусом над отбойником резонансную камеру, а под отбойником - кольцевую компенсационную камеру с кольцевым соплом, причем в нижней половине корпуса установлены радиальные выпускные вставки с соплами для изменения направления истекающей струи и сменной шайбой-заглушкой части сопел.