Область техники, к которой относится изобретение.
Группа изобретений относится к области насосного оборудования, которое обеспечивает перекачку газосодержащей жидкости путем воздействия на нее средой, выделяемой из самой газосодержащей жидкости. В частности, изобретение может быть использовано в средстве, обеспечивающем подъем газосодержащих жидкостей из подземных вместилищ, в том числе, из скважин, в скважинном оборудовании, включающем такие средства подъема, а также при реализации способа подъема газосодержащий жидкости из скважины к ее устью.
В представленном решении подъем жидкости из скважины предлагается осуществлять с использованием газа, который в условиях ее хранения находится в самой газосодержащей жидкости в растворенном состоянии. К таким жидкостям, в первую очередь, может быть отнесена нефть с повышенным или высоким газосодержанием. Вместе с тем, представленное изобретение также может найти применение и для иных жидкостей, содержащих в своем составе газы в растворенном состоянии.
Уровень техники.
Из уровня техники широко известно техническое решение, касающееся способа подъема газосодержащей жидкости, например, нефти, заключающееся в нагнетании в пласт сжатого газа (например, воздуха, азота, метана и т.д.) и в подъеме, тем самым, газосодержащей жидкости к устью скважины (газлифтный способ). Данный способ реализуется путем размещения на колонне насосно-компрессорных труб газлифтных клапанов, например, в виде обратных клапанов, состоящих из клапанной пары в виде седла и запорного элемента (например, шара), или иных клапанных устройств, обеспечивающих, при необходимости, подачу сжатого газа в слой нефти для его подъема к устью скважины. Также для установки клапанов могут применяться скважинные камеры, имеющие в сечении форму эллипса и обеспечивающие установку и съем соответствующих клапанов. Установку клапанов осуществляют в боковой полости скважинной камеры с помощью канатной техники, оставляя при этом проход в колонне насосно-компрессорных труб открытым. Сжатый газ для осуществления такого способа может подаваться, как по кольцевой системе между двумя рядами труб или между обсадной колонной и фонтанными трубами, так и по центральным трубам. Введение сжатого газа также может осуществляться через газлифтный клапан, размещенный над пакером (см. И.Ю. Быков и др., Техника и технология добычи и подготовки нефти и газа, Москва, «Энерджи Пресс», 2013, Том I, с. 87-91, рис. 2.17 и 2.18).
Данный способ подъема газосодержащей жидкости широко распространен в области нефтедобычи, однако имеет один существенный недостаток, который лежит в основе такого способа – для его реализации необходимо наличие компрессорных установок, обеспечивающих очистку и подачу сжатого газа, а также средств, подающих газ в скважину (колонны воздушных труб, специальные клапаны и т.п.). Таким образом, такой способ требует наличия большого количества специального оборудования для его осуществления и применения на скважине.
Также из уровня техники известно средство для создания газового лифта с использованием газов, имеющихся в самой газосодержащей жидкости. В частности, такое средство основано на высокочастотном воздействии на газосодержащую жидкость, в результате которого происходит ее дегазирование и выделение растворенных газов. Такое средство основано на использовании электромеханического преобразователя, содержащего обмотку и сердечник из магнитострикционного материала, размещенного в контейнере. К одному из торцов сердечника прикреплен волновод-концентратор колебаний, имеющий сквозное отверстие и закрепленный на перегородке внутри контейнера. При использовании такого преобразователя газосодержащая жидкость освобождается от растворенных в ней газов и в составе газо-жидкостной смеси поднимается к устью скважины (см. RU°2081995°C1, опубл. 20.06.1997, фиг.).
Такое решение позволяет использовать для подъема газосодержащей жидкости газы, имеющиеся в самой жидкости, и, тем самым, позволяет отказаться от оборудования, которое необходимо для закачки газов в скважину при реализации газлифтной добычи. Вместе с тем, учитывая конструктивные особенности такого решения, где с газосодержащей жидкостью взаимодействует, по большей части, именно один волновод-концентратор колебаний, в этом решении также имеются определенные недостатки. Так, образующаяся в волноводе-концентраторе колебаний стоячая волна приводит к наличию в нем областей, не являющихся активными и, соответственно, менее пригодных для воздействия на газосодержащую жидкость. В результате, волновод-концентратор колебаний выполняют так, чтобы наибольшую амплитуду колебаний имела область, где размещается его торцевая поверхность, взаимодействующая с газосодержащей жидкостью. Такое выполнение наиболее оптимально с точки зрения материальных и энергетических затрат, необходимых для создания высокочастотного воздействия на указанную жидкость, осуществляемого в резонансном режиме для обеспечения кавитации газосодержащей жидкости на уровне давления насыщения последней. При этом наличие неактивных зон волновода-концентратора колебаний с низким воздействием на газосодержащую жидкость (работающих вне резонанса и, соответственно, без достижения кавитации газосодержащей жидкости) вызывает необходимость поиска решений для повышения эффективности выделения газа при помощи электромеханического преобразователя, а, следовательно, и для повышения производительности скважины при его использовании.
Технической проблемой является устранение вышеуказанных недостатков известных решений. В частности, задачей является повышение эффективности выделения газа из газосодержащей жидкости, повышение производительности скважины при извлечении такой жидкости, а также упрощение технологических операций, необходимых для вывода скважины в эксплуатацию.
Раскрытие сущности изобретения.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного электромеханического преобразователя и оснащенного им скважинного оборудования, заключается в увеличении количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости, без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования. При этом обеспечивается надежное крепление и удержание электромеханического преобразователя внутри скважины в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний.
Технический результат достигается тем, что электромеханический преобразователь для воздействия на газосодержащую жидкость, включает сердечник с размещенной на нем обмоткой, образованный с использованием материала, изменяющего свою форму или размеры при подаче на обмотку высокочастотной электрической энергии от генератора высокочастотных электрических колебаний, при этом на каждом из двух противоположных концов сердечника закреплен, по меньшей мере, один волновод в виде концентратора колебаний (волновод-концентратор колебаний). Каждый волновод-концентратор колебаний содержит, по меньшей мере, одну активную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и размещенную так, что, по меньшей мере, с двух противоположных сторон сердечника имеется, по меньшей мере, по одной поверхности, выполненной с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и принадлежащей отдельному волноводу-концентратору колебаний, а на боковой поверхности, по меньшей мере, одного из закрепленных на сердечнике волноводов-концентраторов колебаний имеется, по меньшей мере, одно выступающее средство, расположенное в зоне соответствующего волновода-концентратора колебаний, имеющей нулевую амплитуду колебаний. При этом, по меньшей мере, одно выступающее средство выполнено с возможностью задавать положение волноводов-концентраторов колебаний, сердечника и размещенной на нем обмотки относительно внешнего подвеса.
В настоящем изобретении ключевым элементом электромеханического преобразователя является «волновод-концентратор колебаний». Важно отметить, что в ультразвуковой технологии твердотельными акустическими волноводами называются также любые устройства типа звукопроводов (стержни, концентраторы), служащие для передачи колебательной энергии на некоторое расстояние от источника или для введения колебательной энергии в какую-либо среду (Источник: Большая Российская энциклопедия https://old.bigenc.ru/physics/text/1808440). Таким образом, «волновод» и «концентратор» в данном решении - это один и тот же элемент конструкции, который характеризуется двумя его функциями. Во-первых, этот элемент служит для передачи волны (то есть является волноводом), а во-вторых, обеспечивает из-за своей формы увеличение интенсивности колебаний на торце (то есть является концентратором). Обе эти функции, как в заявляемой конструкции, так и в подобных решениях из уровня техники, реализуются одновременно.
Сердечник электромеханического преобразователя может быть образован с использованием магнитострикционного или пьезокерамического материала.
Достижение указанного выше технического результата в предложенном электромеханическом преобразователе обусловлено наличием одновременно нескольких волноводов-концентраторов колебаний. Так, один волновод-концентратор колебаний располагается на конце сердечника, противоположном относительно места крепления другого волновода-концентратора колебаний. В результате, образуется вытянутая в продольном направлении структура, которая хорошо согласуется с внутритрубным пространством скважины (протяженность вдоль оси скважины много больше, чем поперек оси), что способствует ее более удобной установке и размещению относительно имеющегося подвеса на скважинном оборудовании. Таким подвесом, в частности, могут выступать колонна и муфты насосно-компрессорных труб или иное вспомогательное крепежное средство, обеспечивающее позиционирование волновода-концентратора колебаний относительно колонны насосно-компрессорных труб.
Кроме того, вышеуказанное выполнение приводит к тому, что две зоны с наибольшими амплитудами колебаний, которые контактируют с газосодержащей жидкостью, размещаются по обе стороны сердечника. В результате, после взаимодействия с одной из таких поверхностей происходит частичное выделение газа из такой жидкости. В случае движения газо-жидкостной смеси по направлению к устью скважины, например, за счет подъемной энергии выделенного газа в условиях имеющегося на забое скважины давления, газо-жидкостная смесь взаимодействует также и с поверхностью другого волновода-концентратора колебаний, выполненной с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью.
В этой части следует отметить, что взаимодействие электромеханического преобразователя с порцией газосодержащей жидкости может происходить последовательно, как это описано выше для случая размещения волноводов-концентраторов колебаний с сердечником вдоль оси скважины, так и одновременно, если диаметр скважины или колонны соответствующих труб в месте установки электромеханического преобразователя позволяет разместить его поперек или под наклоном к оси скважины.
В результате, происходит дополнительное извлечение газа из газосодержащей жидкости, имеющейся в составе газо-жидкостной смеси. Тем самым обеспечивается увеличение поверхности электромеханического преобразователя, оказывающей воздействие на газосодержащую жидкость в стесненных условиях скважинного пространства, и увеличение количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости.
Для обоих волноводов-концентраторов используется один общий сердечник с обмоткой, что позволяет несколько снизить массовые характеристики электромеханического преобразователя по сравнению с использованием двух преобразователей со своим волноводом-концентратором колебаний. Такое выполнение также позволяет значительно увеличить межремонтный период работы сердечника с обмоткой в случае нахождения его в потоке без защитного контейнера. Это связано с тем, что волновод-концентратор колебаний выступает, в том числе, и в качестве защитного средства, воспринимающего воздействие потока газосодержащей жидкости. Так, при размещении волноводов-концентраторов колебаний на сердечнике они будут закрывать собой соответствующие поверхности сердечника от эрозионного или любого другого воздействия, которое может быть обусловлено непосредственным контактом с газосодержащей жидкостью и, имеющимися в ней твердыми частицами и примесями.
При этом размещение выступающего средства, обеспечивающего позиционирование электромеханического преобразователя относительно подвеса, в зоне с нулевой амплитудой колебаний способствует снижению передачи колебаний последнему. Тем самым, достигается более надежное удержание электромеханического преобразователя за счет максимально возможного снижения передаваемых высокочастотных колебаний через такое средство позиционирования в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний и взаимодействия с образовывающимися газовыми пузырьками.
В результате обеспечивается увеличение количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования. При этом такое выполнение электромеханического преобразователя способствует его надежному креплению и удержанию внутри скважины в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний.
Технический результат также достигается тем, что боковые поверхности каждого волновода-концентратора колебаний выполнены цилиндрическими, коническими или имеют криволинейный профиль. В частности, боковые поверхности каждого волновода-концентратора колебаний имеют ступенчатую форму, причем боковая поверхность каждой из ступеней выполнена цилиндрической, конической или имеет криволинейный профиль.
Волновод-концентратор колебаний может иметь, по меньшей мере, одну замкнутую полость или незамкнутую полость, в частности, сквозное отверстие.
По меньшей мере, одно из выступающих средств волноводов-концентраторов колебаний, выполнено в виде кольцевого выступа, который может иметь демпфер, представляющий собой эластомерное кольцо или иной элемент с демпферными свойствами, закрепленный на волноводе-концентраторе колебаний.
Кольцевой выступ содержит, по меньшей мере, одно отверстие для прохождения газосодержащей жидкости или для размещения, по меньшей мере, одного крепежного средства или для размещения, по меньшей мере, одного средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника.
Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения электромеханический преобразователь может содержать контейнер, закрепленный, по меньшей мере, на одном из выступающих средств волноводов-концентраторов колебаний. Такой контейнер выполнен с возможностью взаимодействия с внешним подвесом.
При этом в одном варианте контейнер имеет, по меньшей мере, одно сквозное отверстие или прорезь для прохода газосодержащей жидкости. В другом варианте контейнер выполнен герметичным, при этом поверхность каждого из волноводов-концентраторов колебаний, выполненная с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью, размещена за пределами контейнера.
В случае выполнения контейнера герметичным, он может содержать охлаждающие средства. В качестве охлаждающего средства может быть использована охлаждающая жидкость, размещенная внутри контейнера для отвода тепла от обмотки и сердечника во внешнюю среду через стенку контейнера. Контейнер при этом может иметь дополнительную емкость для охлаждающей жидкости, а его стенка может иметь, по меньшей мере, одно отверстие для заливки и/или слива охлаждающей жидкости. В качестве охлаждающей жидкости, предпочтительно, используют трансформаторное масло.
На внешней и/или внутренней поверхности контейнера могут быть размещены ребра или пластины, расположенные на внешней и/или внутренней стенке контейнера, соответственно, и выполненные с возможностью взаимодействия с жидкостью, контактирующей с соответствующей поверхностью контейнера. Данные ребра или пластины служат для увеличения площади контакта с охлаждающей или газосодержащей жидкостью и, соответственно, для интенсификации теплообмена с ними.
Предпочтительно, стенка контейнера снабжена, по меньшей мере, одним отверстием для размещения средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника.
Также возможно выполнение контейнера разъемным. В этом случае контейнер включает, по меньшей мере, одну торцевую крышку, имеющую отверстие для волновода-концентратора колебаний.
Контейнер также может располагаться в корпусе, выполненном с возможностью взаимодействия с внешним подвесом, и может быть закреплен к нему при помощи крепежных средств. В этом случае также возможно, что, по меньшей мере, одно из выступающих средств одного из волноводов-концентраторов колебаний взаимодействует или закреплено на внутренней поверхности корпуса.
Внешний подвес, как правило, представляет собой либо одну из труб или муфт колонны насосно-компрессорных труб, либо средство, обеспечивающее крепление электромеханического преобразователя к насосно-компрессорным трубам в затрубном пространстве, либо к грузонесущему кабелю.
Другое изобретение группы относится к скважинному оборудованию для воздействия на газосодержащую жидкость, в частности с целью ее добычи, включающему вышеуказанный электромеханический преобразователь. В частности, скважинное оборудование включает колонну насосно-компрессорных труб, по меньшей мере, один генератор высокочастотных колебаний и, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь для воздействия на газосодержащую жидкость. Преобразователь содержит сердечник с размещенной на нем обмоткой, образованный с использованием материала, изменяющего свою форму или размеры при подаче на обмотку электрической энергии, при этом на каждом из двух противоположных концов сердечника закреплен, по меньшей мере, один волновод-концентратор колебаний. Каждый волновод-концентратор колебаний содержит, по меньшей мере, одну активную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и размещенную так, что с двух противоположных сторон сердечника имеется, по меньшей мере, по одной поверхности, выполненной с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и принадлежащей отдельному волноводу-концентратору колебаний. На боковой поверхности, по меньшей мере, одного из закрепленных на сердечнике волноводов-концентраторов колебаний имеется, по меньшей мере, одно выступающее средство, расположенное в зоне соответствующего волновода-концентратора колебаний, имеющей нулевую амплитуду колебаний. При этом, по меньшей мере, одно выступающее средство выполнено с возможностью задавать положение волноводов-концентраторов колебаний, сердечника и размещенной на нем обмотки относительно колонны насосно-компрессорных труб.
Данное техническое решение благодаря использованию в нем электромеханического преобразователя также сохраняет и все преимущества от использования последнего. В частности, ввиду вышеуказанных обстоятельств, обеспечивается достижение результата, заключающегося в увеличении количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования. Кроме того, такое выполнение электромеханического преобразователя способствует его надежному креплению и удержанию внутри скважины относительно колонны насосно-компрессорных труб в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний. Тем самым, предлагаемое скважинное оборудование позволяет осуществлять воздействие на газосодержащую жидкость и минимизировать количество дополнительного оборудования, в частности, позволяет отказаться от оборудования, необходимого для подачи вспомогательных текучих сред в скважинное пространство.
Вместе с тем, такое скважинное оборудование может быть использовано и в комбинации с другим известным оборудованием для добычи скважинной жидкости, которое не является необходимым для осуществления взаимодействия с газосодержащей жидкостью в рамках предлагаемого технического решения, однако может давать дополнительные положительные эффекты при последовательном и/или попеременном использовании такого оборудования.
В частности, скважинное оборудование может дополнительно включать лопастной, винтовой или диафрагменный насос с электродвигателем, например, вентильным.
В случае такого выполнения можно комбинировать широко известный насосный способ подачи скважинной жидкости к устью и предлагаемый способ, основанный на использовании электромеханических преобразователей. Тем самым, в зависимости от текущих условий в скважине, а именно, от текущего измеренного давления в месте размещения электромеханического преобразователя и давления насыщения газосодержащей жидкости, можно использовать наиболее предпочтительный в текущих условиях способ подъема скважиной жидкости, добиваясь наибольшей энергетической эффективности оборудования.
Следует также отметить, что возможны различные комбинации размещения электромеханического преобразователя при использовании скважинного оборудования. В частности, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь может быть размещен внутри и/или снаружи насосно-компрессорных труб.
В случае необходимости использования пакеров для организации движения газосодержащей жидкости скважинное оборудование может включать, по меньшей мере, один пакер, установленный на колонне насосно-компрессорных труб. При этом, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь может быть размещен в пространстве над и/или под пакером.
Вышеупомянутые преимущества от совместного использования предлагаемого решения с другим способом подъема газосодержащей жидкости могут быть достигнуты в комбинации не только с вышеуказанным насосным способом, но и в комбинации с газлифтным способом добычи. Для этого в состав скважинного оборудования могут также включаться, по меньшей мере, одна скважинная камера и/или, по меньшей мере, один клапан, например, газлифтный, приемный или обратный, которые соединяются с насосно-компрессорными трубами. При этом, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь может быть размещен внутри и/или снаружи скважинной камеры.
Также вокруг колонны насосно-компрессорных труб может быть установлена, по меньшей мере, одна дополнительная колонна насосно-компрессорных труб, с образованием кольцевого пространства между колоннами насосно-компрессорных труб как минимум на части их длины. В этом случае, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь может быть размещен внутри и/или снаружи кольцевого пространства между колоннами насосно-компрессорных труб.
В дополнительных вариантах осуществления, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь может быть размещен перед и/или после приемного клапана.
Также при работе электромеханических преобразователей может осуществляться контроль параметров газосодержащей жидкости. Это может быть полезно как для регулирования режима работы самого электромеханического преобразователя, так и для подключения и/или отключения вспомогательного оборудования, такого как, например, вышеупомянутый лопаточный насос или дистанционно-управляемый клапан. В этом случае скважинное оборудование может включать, по меньшей мере, один датчик, обеспечивающий контроль параметров работы электромеханического преобразователя, газосодержащей жидкости и/или газо-жидкостной смеси.
При этом скважинное оборудование может включать систему управления с погружным кабелем для связи, обеспечивающую регулирование подачи электрической энергии на, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь на основании сигнала от, по меньшей мере, одного датчика и содержащую, по меньшей мере, один контроллер и/или, по меньшей мере, одно реле времени.
Еще одно изобретение группы относится к способу добычи газосодержащей жидкости, осуществляемому с применением электромеханического преобразователя. Для осуществления такого способа размещают в скважине колонну насосно-компрессорных труб, по меньшей мере, один генератор высокочастотных колебаний, и, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь, содержащий сердечник с размещенной на нем обмоткой, образованный с использованием материала, изменяющего свою форму или размеры при подаче на обмотку электрической энергии от генератора высокочастотных колебаний, и на каждом из двух противоположных концов которого закреплен, по меньшей мере, один волновод-концентратор колебаний. Каждый волновод-концентратор колебаний содержит, по меньшей мере, одну активную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и размещенную так, что, по меньшей мере, с двух противоположных сторон сердечника имеется, по меньшей мере, по одной поверхности, выполненной с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и принадлежащей отдельному волноводу-концентратору колебаний. При размещении, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя в скважине задают положение волноводов-концентраторов колебаний, сердечника и размещенной на нем обмотки относительно колонны насосно-компрессорных труб с использованием, по меньшей мере, одного выступающего средства, которое размещено на боковой поверхности, по меньшей мере, одного из закрепленных на сердечнике волноводов-концентраторов колебаний и расположено в зоне соответствующего волновода-концентратора колебаний, имеющей нулевую амплитуду колебаний. По меньшей мере, один электромеханический преобразователь размещают в скважине выше уровня давления насыщения газосодержащей жидкости. Затем подают электрическую энергию на обмотку сердечника, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя, и осуществляют выделение растворенного в газосодержащей жидкости газа с образованием газо-жидкостной смеси путем воздействия, по меньшей мере, одной активной поверхности каждого волновода-концентратора колебаний на газосодержащую жидкость и подъем газо-жидкостной смеси на поверхность за счет подъемной энергии выделенного газа и давления на забое скважины.
Использование данного способа кроме вышеуказанных преимуществ, заключающихся в увеличении количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования, а также в надежном креплении и удержании электромеханического преобразователя внутри скважины, также способствует получению дополнительных преимуществ. К таковым могут быть отнесены, в частности, отсутствие необходимости подвода дополнительных сред для извлечения газосодержащей жидкости из скважины, поскольку для подъема жидкости используется растворенный в ней газ. Это, соответственно, приводит к уменьшению количества технологических операций, необходимых для размещения скважинного оборудования, и к снижению времени, необходимого для вывода скважины в эксплуатацию.
Дополнительно следует отметить, что, ввиду возможного изменения условий внутри скважины, для использования предложенного способа целесообразно также предусмотреть и возможность управления электромеханическим преобразователем, что позволит подбирать условия его включения для наиболее эффективной работы. В связи с этим при осуществлении способа электрическую энергию на обмотку сердечника, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя, подают, например, по погружному кабелю, на основании сигнала от, по меньшей мере, одного датчика, размещенного в скважине.
Данный способ также можно применять и после глушения скважины. В этом случае электрическую энергию на обмотку сердечника, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя подают после удаления из скважины раствора глушения.
Также в рамках предложенного способа возможно использование нескольких электромеханических преобразователей, размещаемых последовательно вдоль оси скважины. Для этого ниже электромеханического преобразователя, расположенного выше уровня давления насыщения газосодержащей жидкости, в скважине размещают, по меньшей мере, один дополнительный электромеханический преобразователь.
При этом электрическую энергию на обмотку сердечника, по меньшей мере, одного дополнительного электромеханического преобразователя подают на основании сигнала от, по меньшей мере, одного датчика, размещенного в скважине в случае, если давление на уровне его размещения будет меньше или равным давлению насыщения газосодержащей жидкости.
Следует также отметить, что подача электрической энергии к обмотке сердечника может быть осуществлена через, по меньшей мере, одно выступающее средство, размещенное на боковой поверхности, по меньшей мере, одного волновода-концентратора колебаний. Для этого оно имеет, по меньшей мере, одно отверстие для прохождения, по меньшей мере, одного средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника.
В качестве такого средства, обеспечивающего подачу электрической энергии, может выступать кабель питания или иной проводник.
Ввиду вышеизложенного использование представленного электромеханического преобразователя, в том числе и в составе скважинного оборудования, обеспечивает достижение результата, заключающегося в увеличении количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости, без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования. Кроме того, обеспечивается надежное крепление и удержание такого преобразователя внутри скважины.
При этом способ добычи газосодержащей жидкости, осуществляемый с использованием электромеханического преобразователя, дополнительно позволяет уменьшить количество технологических операций, необходимых для размещения скважинного оборудования, и снизить время, необходимое для вывода скважины в эксплуатацию.
Также ввиду того, что работа электромеханических преобразователей основана на извлечении растворенного газа из газосодержащей жидкости и не требуется применение дополнительных механических устройств, которые могут быть подвержены внешнему воздействию, предложенный способ может широко применяться в осложненных условиях, например, в условиях высокого газосодержания или температуры газосодержащей жидкости, наличия в ней механических примесей (песка), отложения парафина и/или солей.
Краткое описание чертежей.
Представленная группа изобретений поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 – показывает общий вид электромеханического преобразователя;
Фиг. 2 – показывает электромеханический преобразователь, установленный на внешнем подвесе;
Фиг. 3 – показывает электромеханический преобразователь, размещенный в герметичном контейнере;
Фиг. 4 – показывает электромеханический преобразователь, размещенный в герметичном контейнере внутри корпуса;
Фиг. 5 – показывает электромеханический преобразователь, размещенный в контейнере с отверстиями;
Фиг. 6 – показывает электромеханический преобразователь, размещенный в контейнере с отверстиями внутри корпуса;
Фиг. 7 – схематично показывает дополнительную ступень волновода-концентратора колебаний с отверстием;
Фиг. 8 и 9 – показывают продольное и поперечное сечения контейнера для электромеханического преобразователя с наружными пластинами или ребрами для охлаждения;
Фиг. 10-13 – схематично показывают возможные варианты размещения электромеханического преобразователя с устьевым генератором высокочастотных колебаний в скважине;
Фиг. 14-17 – схематично показывают возможные варианты размещения в скважине электромеханического преобразователя с погружным генератором высокочастотных колебаний вместе с насосным оборудованием;
Фиг. 18-19 – схематично показывают вариант использования электромеханического преобразователя для освоения скважины после ее глушения;
Фиг. 20-25 – схематично показывают варианты использования электромеханического преобразователя совместно с оборудованием для газлифтной добычи газосодержащей жидкости.
Условные обозначения:
1 – электромеханический преобразователь;
2 – сердечник;
3 – обмотка;
4 – электрический кабель;
5 – волновод-концентратор колебаний;
6 – активная поверхность волновода-концентратора колебаний;
7 – выступающее средство волновода-концентратора колебаний;
8 – подвес электромеханического преобразователя;
9 – крепежное средство;
10 – контейнер электромеханического преобразователя;
11 – демпфер;
12 – отверстия в выступающем средстве волновода-концентратора колебаний;
13 – внутренняя герметичная полость контейнера;
14 – торцевая крышка контейнера;
15 – сквозные отверстия или прорези в контейнере;
16 – сквозные отверстия в волноводе-концентраторе колебаний;
17 – глухое отверстие в волноводе-концентраторе колебаний;
18 – корпус;
19 – средства крепления контейнера к корпусу;
20 – генератор высокочастотных колебаний;
21 – пластины или ребра контейнера;
22 – пакер;
23 – клапан;
24 – насос;
25 – система управления;
26 – пласт;
27 – скважинная камера;
28 – дополнительная ступень волновода-концентратора колебаний;
29 – отверстия в контейнере для размещения средства подачи электрической энергии;
30 – отверстие в элементе крепления к подвесу, служащее для размещения средства подачи электрической энергии;
31 – колонна насосно-компрессорных труб;
32 – дополнительная колонна насосно-компрессорных труб;
33 – резьба для крепления корпуса к подвесу;
34 – датчик.
Осуществление изобретения.
Как показано на фиг. 1 чертежей изобретения электромеханический преобразователь 1 для воздействия на газосодержащую жидкость включает сердечник 2 с размещенной на нем обмоткой 3 из токопроводящих жил или проводов, образованный с использованием магнитострикционного или пьезокерамического материала. Использование указанных материалов позволяет сердечнику 2 при подаче на обмотку 3 электрической энергии, в том числе высокой частоты, изменять свою форму или размеры. В результате происходит периодическое удлинение и сжатие сердечника 2 и, тем самым, генерирование механических колебаний с ультразвуковой частотой.
На внутренней стороне обмотки 3, в зоне перегибов проводов, на сердечнике 2 может размещаться эластомерная или полимерная подушка или иное упругое средство, способствующее сохранению токопроводящих жил от истирания (на фиг. не показаны). Такое средство может размещаться и между плоской внешней поверхностью сердечника 2 и обмоткой 3.
Подачу электрической энергии к обмотке 3 осуществляют посредством электрического кабеля 4 (фиг. 2), который подключен к генератору 20 высокочастотных колебаний, установленному на поверхности у устья скважины (фиг. 10-13), и проходит вдоль колонны 31 насосно-компрессорных труб. Вместе с тем такой генератор 20 высокочастотных колебаний может также размещаться в скважине, например, в одном или в разных корпусах в месте размещения электромеханического преобразователя 1 (фиг. 14-17).
На каждом из двух противоположных концов сердечника 2 электромеханического преобразователя 1 закреплен, по меньшей мере, один волновод в виде концентратора колебаний (волновод-концентратор 5 колебаний) (фиг. 1). Каждый волновод-концентратор 5 колебаний содержит, по меньшей мере, одну активную поверхность 6, выполненную с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью. Указанные активные поверхности 6 размещены так, что, по меньшей мере, с двух противоположных сторон сердечника 2 имеется, по меньшей мере, по одной активной поверхности 6, выполненной с возможностью взаимодействия в режиме кавитации с газосодержащей жидкостью, и размещенной на отдельном волноводе-концентраторе 5 колебаний. Тем самым электромеханический преобразователь 1 при наличии всего одного сердечника, позволяет разместить в два раза больше активных поверхностей волноводов-концентраторов 5 колебаний, служащих для взаимодействия с газосодержащей жидкостью. В результате эффективность выделения газа растет в большей степени, чем требуемая для ее осуществления масса электромеханического преобразователя ввиду возможности использования только одного сердечника 2.
Боковые поверхности каждого волновода-концентратора 5 колебаний могут быть выполнены цилиндрическими, коническими или могут иметь криволинейный профиль.
На боковой поверхности, по меньшей мере, одного из закрепленных на сердечнике 2 волноводов-концентраторов 5 колебаний, имеется, по меньшей мере, одно выступающее средство 7, выполненное, например, в виде кольцевого выступа, и расположенное в зоне соответствующего волновода-концентратора 5 колебаний, имеющей нулевую амплитуду колебаний.
В этой части следует отметить, что данное средство 7 (кольцевой выступ) располагается в зоне волновода-концентратора 5 колебаний, где вибрация и колебания, по существу, отсутствуют. Это связано с тем, что волновод-концентратор 5 колебаний выполняют, так, что расстояние от выступающего средства 7 до каждой торцевой поверхности волновода-концентратора 5 колебаний составляет половину длины получаемой волны. В результате амплитуда образуемой стоячей волны в зоне размещения выступающего средства 7 будет иметь нулевое значение.
Так, например, волновод-концентратор 5 колебаний может быть выполнен ступенчатым с длиной каждой ступени, равной половине длины получаемой волны, а выступающее средство 7 размещено между этими ступенями. При этом боковая поверхность каждой из ступеней выполняется цилиндрической, конической или может иметь криволинейный профиль. На фиг. 1 показан волновод-концентратор 5 колебаний, имеющий ступенчатую форму с двумя ступенями, имеющими цилиндрическую боковую поверхность. В то же время количество указанных ступеней может быть и большим.
В результате указанного выполнения волновода-концентратора 5 колебаний передача колебаний через выступающее средство 7 на внешний подвес 8, например, одну из труб колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 2) сводится к минимуму. Тем самым повышается надежность удержания электромеханического преобразователя относительно такого подвеса 8, а, следовательно, повышается и надежность крепления электромеханического преобразователя внутри скважины в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний и взаимодействия с образовывающимися газовыми пузырьками.
Дополнительно, для снижения передачи колебаний на внешний подвес 8, кольцевой выступ может быть также снабжен демпфером 11 (фиг. 3), который представляет собой эластомерное кольцо, закрепленное на волноводе-концентраторе 5 колебаний. В еще одном варианте выполнения такой демпфер 11 может быть размещен и на удерживающем элементе подвеса 8.
Как показано на фиг. 2, выступающее средство 7 выполнено с возможностью задавать положение волноводов-концентраторов 5 колебаний, сердечника 2 и размещенной на нем обмотки 3 относительно внешнего подвеса 8. Внешний подвес 8 в различных вариантах осуществления изобретения может представлять собой либо одну из труб колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 2), либо средство, обеспечивающее крепление электромеханического преобразователя к насосно-компрессорным трубам с их внешней стороны в затрубном пространстве, либо грузонесущий кабель, либо иное крепежное средство, такое как муфта, переводник, и т.п.
Необходимо также отметить, что ввиду выполнения выступающего средства 7 в виде кольцевого выступа необходима организация движения газосодержащей жидкости через указанный выступ, либо подведение электрического кабеля 4 или крепежного средства 9. Для этого в указанном выступе может быть выполнено одно или несколько отверстий 12 для прохождения газосодержащей жидкости (фиг. 5), для размещения крепежного средства 9 (фиг. 2 и 5) или средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника 2, такого как электрический кабель 4 (фиг. 5).
Также замкнутая или незамкнутая полость, в частности, сквозное отверстие 16 может выполняться и в самом волноводе-концентраторе 5 колебаний, в частности в его дополнительной ступени 28 (фиг. 7). Сквозное отверстие 16 может использоваться для прохода газосодержащей жидкости и, тем самым, дополнительно увеличивать площадь активной поверхности волновода-концентратора 5 колебаний, взаимодействующую с такой жидкостью, и еще больше повышать степень извлечения газа из единицы объема газосодержащей жидкости. Также возможно выполнение незамкнутой полости каждого волновода-концентратора 5 колебаний в виде глухого отверстия 17, имеющего резьбу для присоединения дополнительной ступени 28 волновода-концентратора (фиг. 4). Такая дополнительная ступень 28 позволяет, в зависимости от производственной необходимости, изменять площадь активной торцевой поверхности 6 волновода-концентратора 5 колебаний, а также амплитуду колебаний.
Для защиты сердечника 2 и обмотки 3 от внешнего воздействия указанные элементы электромеханического преобразователя могут быть помещены во внутреннюю полость контейнера 10. При этом активные поверхности 6 волноводов-концентраторов 5 колебаний, служащие для взаимодействия с газосодержащей жидкостью, размещают снаружи такого контейнера 10. Для этого контейнер 10 выполняют разъемным, с одной или несколькими торцевыми крышками 14, имеющими отверстие для прохождения части волновода-концентратора 5 колебаний (фиг. 3, 5 и 6).
В указанном выше случае выступающие средства 7 волноводов-концентраторов 5 колебаний непосредственно взаимодействуют с внутренней поверхностью контейнера 10, а их размещение на подвесе 8 осуществляется опосредованно, при помощи указанного контейнера 10.
При этом контейнер 10 может быть выполнен глухим, с замкнутой герметичной полостью 13 внутри (фиг. 3 и 6) или иметь на своей боковой поверхности сквозные отверстия или прорези 15 (фиг. 5) Данное выполнение контейнера позволяет реализовать охлаждение размещаемых внутри него элементов. В частности, выполнения контейнера 10 с отверстием или прорезью 15 позволяет организовать прохождение потока газосодержащей жидкости через его внутреннюю полость и, тем самым, обеспечить отвод тепла от обмотки 3 и сердечника 2. При этом выполнение внутренней полости контейнера 10 в виде замкнутой герметичной полости 13 позволяет разместить внутри такой полости 13 охлаждающие средства, способствующие отводу тепла от обмотки 3 и сердечника 2 во внешнюю газосодержащую жидкость.
В качестве такого охлаждающего средства может использоваться охлаждающая жидкость, например, трансформаторное масло, размещенное внутри контейнера 10 для передачи тепла от обмотки 3 и сердечника 2 во внешнюю среду через стенку контейнера 10. Заполнение контейнера 10 трансформаторным маслом, а также его слив осуществляют через выполненное в его стенке отверстие. При этом для размещения масла в контейнере 10 его можно снабдить дополнительной емкостью, из которой масло может подаваться в полость 13 как принудительно, при помощи насоса, так и самотеком.
Кроме того, для дополнительного усиления теплообмена между стенкой контейнера 10 и газосодержащей жидкостью или трансформаторным маслом на соответствующей его стенке размещены ребра или пластины 21 с увеличенной площадью, простирающиеся наружу (фиг. 8 и 9) и/или внутрь контейнера (на фиг. не показаны). При помощи указанных ребер или пластин 21 поверхность теплообмена с соответствующей жидкостью увеличивается и имеется возможность передать большее количество теплоты в единицу времени, что способствует более интенсивному охлаждению сердечника 2 и обмотки 3.
В частном случае выполнения, в стенке контейнера 10 также может быть выполнено одно или несколько отверстий 29 для размещения средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника, такого как электрический кабель, герметичная свеча, токоввод или любое другое подходящее средство. Возможен также вариант выполнения, в котором средство, обеспечивающее подачу электрической энергии к обмотке сердечника, проходит через отверстие (на фиг. не показано) в стенке корпуса 18 или через отверстие 30, имеющееся на одном из элементов для соединения с подвесом 8, например, выполненном в виде одной из труб колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 2).
Наряду с вышеупомянутым контейнером 10 для размещения электромеханического преобразователя 1 внутри скважины может быть использован и корпус 18 (фиг. 4 и 6). Такой корпус 18 служит для крепления электромеханического преобразователя 1 к внешнему подвесу 8. В частном случае выполнения подвеса 8 в виде одной из труб колонны 31 насосно-компрессорных труб такой корпус 18 может быть размещен между двумя соседними трубами указанной колонны. Для этого на торцевых частях корпуса 18 может быть выполнена резьба 33 (фиг. 6) или иные крепежные средства, обеспечивающие его крепление либо непосредственно к соответствующей трубе колонны 31 либо через переводник.
Крепление электромеханического преобразователя 1 внутри такого корпуса 18 осуществляется либо при помощи средств 19 крепления, связывающих между собой контейнер 10 и стенку корпуса 18 (фиг. 4), либо при помощи выступающего средства 7, которое в таком случае взаимодействует с его внутренней поверхностью или может быть закреплено на ней. Также возможна и комбинация указанных способов крепления.
Работает электромеханический преобразователь следующим образом. При подаче высокочастотных электрических колебаний от генератора 20 на обмотку 3 сердечника 2, происходит периодическое изменение формы или размеров последнего. Причем такое изменение затрагивает оба торца сердечника, на которых закреплены волноводы-концентраторы 5 колебаний. В результате, на поверхности 6 каждого волновода-концентратора 5 колебаний, взаимодействующей с газосодержащей жидкостью, возникают зоны разряжения в виде вакуумных полостей. Образование данных полостей обусловлено вязкостью газосодержащей жидкости, такой как нефть. Эти свойства жидкости, приводящие к определенной ее инерции, не дают ее поверхности точно следовать за высокочастотными колебаниями поверхности 6. При этом образовавшиеся полости мгновенно заполняются газом, выделившимся из газосодержащей жидкости в связи с тем, что давление в них ниже давления насыщения газосодержащей жидкости. Тем самым происходит образование газовых пузырьков, которые под действием гравитационных сил поднимаются вверх к устью скважины. В результате, при помощи электромеханического преобразователя 1 может быть получена газо-жидкостная смесь, которая может иметь различное применение, в том числе, и для подъема газосодержащей жидкости к устью скважины.
При этом наличие волноводов-концентраторов 5 колебаний с двух сторон от сердечника 2 способствует увеличению площади активной поверхности 6 электромеханического преобразователя, оказывающей воздействие на газосодержащую жидкость в стесненных условиях скважинного пространства, и увеличению количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости. При этом массовые характеристики электромеханического преобразователя за счет такого выполнения увеличиваются в незначительной степени.
Одновременно обеспечивается также надежное крепление и удержание электромеханического преобразователя внутри скважины в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора 5 колебаний.
Вышеупомянутый электромеханический преобразователь 1 в любом из возможных вариантов его осуществления может быть использован в составе скважинного оборудования для воздействия на газосодержащую жидкость, например, для воздействия на нефть с целью ее добычи. В этом случае скважинное оборудование включает, по меньшей мере, один генератор 20 высокочастотных колебаний, колонну 31 насосно-компрессорных труб и, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь 1 для воздействия на газосодержащую жидкость (фиг. 10). При этом, по меньшей мере, одно выступающее средство 7 волноводов-концентраторов 5 колебаний будет задавать положение волноводов-концентраторов 5 колебаний, сердечника 2 и размещенной на нем обмотки 3 относительно подвеса 8, выполненного, например, в виде одной из труб колонны 31 насосно-компрессорных труб.
В различных вариантах выполнения электромеханический преобразователь может быть размещен внутри колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 10 и 12) или снаружи колонны 31 насосно-компрессорных труб в затрубном пространстве (фиг. 11 и 13). В последнем случае обеспечивается возможность снижения гидравлических сопротивлений для потока газо-жидкостной смеси внутри колонны 31 насосно-компрессорных труб, а также обеспечивается возможность спуска с устья геофизических приборов на забой. При этом колонну 31 насосно-компрессорных труб снабжают клапанами 23, служащими для перепуска газо-жидкостной смеси, поступающей от электромеханических преобразователей 1 внутрь колонны.
Вышеуказанные варианты размещения электромеханических преобразователей 1 могут быть совмещены с дополнительным насосным оборудованием. Для этого на колонне 31 насосно-компрессорных труб может быть размещен лопастной, винтовой или диафрагменный насос 24 с электродвигателем, например, вентильным электродвигателем (фиг. 14-17). В таком случае электромеханический преобразователь также может быть размещен внутри (фиг. 14 и 16) или снаружи (фиг. 15 и 17) колонны 31 насосно-компрессорных труб в затрубном пространстве. В последнем случае такое размещение электромеханических преобразователей 1 обеспечивает возможность доступа к сливному клапану, размещенному над насосом 24, и допускает применение канатного инструмента или лома для сбития сливного клапана с целью облегчения глушения скважины.
Также возможно и совместное использование электромеханических преобразователей 1 вместе с одним или несколькими пакерами 22 для отсечения различных зон внутрискважинного пространства. В этом случае, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь 1 может быть размещен в пространстве над пакером 22 (фиг. 12), под пакером 22 (фиг. 16) или же одновременно над и под пакером 22 (фиг. 13 и 17). Данное выполнение может быть полезно для отсечения расположенных выше интервалов скважинного пространства, например, если колонна обсадных труб имеет негерметичности (фиг. 12 и 16), или для разделения пластов 26 (фиг. 13 и 17) с целью одновременно-раздельной или периодической эксплуатации двух пластов 26.
В предпочтительном примере осуществления один или несколько электромеханических преобразователей 1 могут использоваться для освоения скважины. В этом случае после глушения скважины в затрубное пространство принудительно подается газ с устья скважины (фиг. 18 и 19). После извлечения раствора глушения производят запуск электромеханических преобразователей 1. В это же время происходит снижение противодавления на пласт и из него начинает поступать свежий приток газосодержащей жидкости. Под действием пластового давления скважина выходит на фонтанный режим работы. При этом использование электромеханических преобразователей 1 (фиг. 18 и 19) обеспечивает образование газо-жидкостной смеси, при помощи которой скважина может быть быстрее освоена и способна выйти на больший дебит.
В данном варианте выполнения возможна комбинация электромеханических преобразователей 1 с клапаном 23, например, обратным, который способствует организации движения жидкости в скважинном пространстве (фиг. 19).
В еще одном варианте выполнения скважинного оборудования предлагается использовать один или несколько электромеханических преобразователей 1 совместно со средствами, обеспечивающими газлифтный способ добычи газосодержащей жидкости.
В этом случае электромеханические преобразователи 1 могут быть использованы совместно, по меньшей мере, с одной скважинной камерой 27 и/или, по меньшей мере, одним клапаном 23, таким как приемный клапан или газлифтный клапан. В этом случае, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь 1 может быть размещен внутри скважинной камеры 27 (фиг. 20) и/или снаружи нее. Также один или несколько электромеханических преобразователей 1 может быть размещен перед клапаном 23, например, приемным клапаном (фиг. 20) и/или после такого клапана 23.
В случае если газлифтный способ добычи нефти организуют с использованием затрубного пространства для подачи сжатого газа в скважину, то один или несколько электромеханических преобразователей 1 размещают внутри колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 21). Если же используют иную схему – с подачей сжатого газа через колонну 31 насосно-компрессорных труб, то один или несколько электромеханических преобразователей 1 размещают в затрубном пространстве (фиг. 22). В обоих указанных случаях использование электромеханических преобразователей 1 способствует снижению расхода закачиваемого сжатого газа в скважину, который необходим для поддержания режима фонтанирования газо-жидкостной смеси.
Также возможно использование одного или нескольких электромеханических преобразователей 1 совместно с оборудованием для газлифтного способа добычи газосодержащей жидкости в случае, когда такое оборудование предусматривает использование двух или более колон насосно-компрессорных труб. В этом случае вокруг колонны 31 насосно-компрессорных труб устанавливают, по меньшей мере, одну дополнительную колонну 32 насосно-компрессорных труб, с образованием кольцевого пространства между колоннами (фиг. 23-25). Указанное кольцевое пространство может проходить только на части длины колонн 31, 32 насосно-компрессорных труб, образуя тем самым полуторорядный подъемник (фиг. 25). При этом, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь 1 может быть размещен внутри колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 23 и 25), внутри кольцевого пространства между колоннами 31, 32 насосно-компрессорных труб (фиг. 24) и/или снаружи указанного кольцевого пространства. Как и в предыдущем случае это позволяет снизить расход, закачиваемого сжатого газа в скважину и, соответственно, снизить требования, предъявляемые к оборудованию.
Для управления работой электромеханических преобразователей 1 может быть предусмотрена система 25 управления, которая служит для подачи сигнала и/или электрической энергии на каждый электромеханический преобразователь 1 (фиг. 10-17). На фигурах система управления показана размещенной рядом с устьем скважины, однако возможно и иное ее размещение, в зависимости от конкретного используемого оборудования. В частности, такая система управления может располагаться и внутри самой скважины в непосредственной близости от электромеханических преобразователей 1, например, в смежном или одном корпусе с погружным генератором 20 высокочастотных колебаний.
В зависимости от необходимых функциональных возможностей система 25 управления может включать, по меньшей мере, один контроллер и/или, по меньшей мере, одно реле времени. При этом контроллер допускает более сложный механизм регулирования с учетом различных параметров внутри скважины, например, таких как давление газосодержащей жидкости, либо иных необходимых параметров. Для этого используют, по меньшей мере, один датчик 34, подключаемый к системе 25 управления с целью передачи ей сигналов, обеспечивающих возможность контроля параметров работы электромеханического преобразователя 1, газосодержащей жидкости и/или газо-жидкостной смеси. Датчик 34 может быть размещен, например, внутри контейнера 10 электромеханического преобразователя 1 (фиг. 6) или вне контейнера 10, в частности, рядом с электромеханическим преобразователем 1 (фиг. 14). Датчик 34 служит для определения одного или нескольких физических параметров электромеханического преобразователя 1 или газо-жидкостной смеси, таких как давление, плотность, влажность на основе индукционной емкости, характер шумов и частотного спектра волн в звуковом диапазоне и т.д., изменяющихся в процессе образования газо-жидкостной смеси.
По результатам обработки поступившего от датчика сигнала контроллер системы 25 управления на основании заданной программы принимает решение о включении или выключении электромеханического преобразователя 1, а также о требуемом режиме его работы.
В то же время при помощи реле времени можно устанавливать необходимый режим работы электромеханических преобразователей 1 внутри заданных временных границ.
Как уже отмечалось выше, электромеханический преобразователь 1 в любом из возможных вариантов его осуществления может быть в составе скважинного оборудования использован для воздействия на газосодержащую жидкость, например, для воздействия на нефть с целью ее добычи. При этом сам способ подъема газосодержащей жидкости с его использованием предлагается осуществлять следующим образом.
Сначала размещают в скважине колонну 31 насосно-компрессорных труб и, по меньшей мере, один вышеуказанный электромеханический преобразователь 1. При его размещении задают положение волноводов-концентраторов 5 колебаний, сердечника 2 и размещенной на нем обмотки 3 относительно колонны 31 насосно-компрессорных труб с использованием, по меньшей мере, одного выступающего средства 7, расположенного в зоне, имеющей нулевую амплитуду колебаний.
При этом, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь 1 размещают в скважине выше уровня давления насыщения газосодержащей жидкости. Для этого любым известным способом определяют уровень в скважине, где давление ниже, чем давление насыщения содержащейся в ней жидкости. Например, можно использовать полученные при исследовании скважины данные изменения плотности с глубиной. Так, искомый уровень в скважине будет соответствовать зоне, где начинает наблюдаться быстрое уменьшение плотности газосодержащей жидкости, обусловленной повышением доли пузырькового газа в объеме газосодержащей жидкости.
После чего размещают электромеханический преобразователь 1 выше найденного уровня и подают электрическую энергию на обмотку его сердечника 2. В результате воздействия, по меньшей мере, одной поверхности 6 каждого волновода-концентратора 5 колебаний на газосодержащую жидкость происходит выделение растворенного в газосодержащей жидкости газа с образованием газо-жидкостной смеси, как это было описано выше.
Полученная газо-жидкостная смесь за счет подъемной энергии выделенного газа и давления на забое скважины поднимается к ее устью, чем и обеспечивается ее добыча.
Следует отметить, что представленный способ основан на использовании электромеханического преобразователя 1 при его размещении в скважине выше уровня давления насыщения газосодержащей жидкости. Для этого такой преобразователь необходимо поместить на глубину, на которой давление будет ниже, чем давление насыщения газосодержащей жидкости, например, нефти. В этом случае обеспечивается наиболее оптимальные условия, как для выделения газа из газосодержащей жидкости, так и для сохранения его в нерастворенном состоянии в составе газо-жидкостной смеси.
При этом использование данного способа позволяет отказаться от подвода дополнительных сред, например, сжатого газа в скважину для извлечения из нее газосодержащей жидкости. Это связано с тем, что для подъема газосодержащей жидкости может использоваться только растворенный в ней газ. В результате уменьшается количество технологических операций, необходимых для размещения скважинного оборудования и снижается время, необходимое для вывода скважины в эксплуатацию.
Кроме того, поскольку не требуется применение дополнительных механических устройств, которые подвержены внешнему воздействию, в частности запарафиниванию, предложенный способ может широко применяться в осложненных условиях. В частности, способ может применяться в условиях высокого газосодержания или температуры газосодержащей жидкости, наличия в ней механических примесей (песка), отложения парафина и/или солей.
Основной газосодержащей жидкостью, применимой для использования с электромеханическими преобразователями 1, является нефть ввиду способности содержать в своем составе растворенный газ под давлением, повышенным относительно атмосферного, что характерно для подземных нефтяных залежей. Вместе с тем такой способ может быть применим и к любым другим жидкостям, содержащим в своем составе газ в растворенном состоянии.
Для осуществления данного способа электрическую энергию на обмотку сердечника 2, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя 1 подают, на основании сигнала от, по меньшей мере, одного датчика 34, размещенного в скважине. Для этого система 25 управления, которая получает сигналы от датчика 34, размещенного в скважине, сравнивает полученную информацию с заданной программой и передает необходимый сигнал или электрическую энергию к электромеханическим преобразователям 1 по результатам сравнения. При этом такой сигнал может модифицироваться при изменении условий в скважине, например, при изменении уровня давления насыщения.
Как уже отмечалось выше, предложенный способ добычи газосодержащей жидкости можно также применять и после глушения скважины. Для этого электрическую энергию на обмотку сердечника 2, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя 1 подают после удаления из скважины раствора глушения.
Дополнительно следует отметить, что в скважине может быть размещено также и несколько дополнительных электромеханических преобразователей 1, которые размещаются ниже уровня размещения основных электромеханических преобразователей 1.
При этом уровень, на котором в скважине размещаются дополнительные электромеханические преобразователи 1, может быть ниже уровня, где давление в скважине равно давлению насыщения в газосодержащей жидкости. Такие дополнительные преобразователи нужны для компенсации изменения уровня давления насыщения в скважине. В частности, если указанный уровень будет смещаться в скважине ближе к забою, то система 25 управления по сигналу от соответствующих датчиков 34, например, датчиков давления будет последовательно включать необходимые из сложившихся условий дополнительные электромеханические преобразователи 1 в работу. В частности, подключать такие дополнительные преобразователи 1 система 25 управления будет в случае, если давление на уровне его размещения будет меньше или равно давлению насыщения газосодержащей жидкости. В результате обеспечивается более полное использование возможностей скважины для надежного и устойчивого образования газо-жидкостной смеси.
Резюмируя вышеизложенное, необходимо отметить, что достижение указанного выше технического результата в предложенном электромеханическом преобразователе 1 обусловлено наличием одновременно нескольких волноводов-концентраторов 5 колебаний на одном сердечнике 2. Например, в результате использования предложенного электромеханического преобразователя 1, по сравнению с электромеханическим преобразователем, имеющим только один волновод-концентратор 5 колебаний (см., например, раскрытый в патенте RU°2081995°C1), при сходных геометрических и амплитудных характеристиках последнего, получается примерно вдвое большая площадь торцевой активной поверхности 6, взаимодействующей с газосодержащей жидкостью (суммарная площадь двух волноводов-концентраторов 5 колебаний). Соответственно растет и количество газа, выделяемое из единицы объема газосодержащей жидкости, с которой взаимодействуют активные поверхности 6.
При этом использование общего сердечника 2 позволяет использовать изменение формы и размеров сразу нескольких его поверхностей, каждая из которых способствует созданию колебаний, передающихся к отдельной активной поверхности 6. Это, соответственно, приводит к тому, что масса электромеханического преобразователя 1 по предлагаемому решению будет ниже на величину массы сердечника, чем при использовании одновременно двух электромеханических преобразователей, имеющих по одному волноводу-концентратору колебаний со своим сердечником.
В соответствии с вышеизложенным, изобретения, входящие в состав представленной группы изобретений, обеспечивают увеличение количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования. При этом обеспечивается надежное крепление и удержание электромеханического преобразователя внутри скважины в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний.
Предлагаемое скважинное оборудование также позволяет осуществлять воздействие на газосодержащую жидкость и, тем самым, минимизировать количество дополнительного оборудования, в частности, позволяет отказаться от оборудования, необходимого для подачи вспомогательных текучих сред в скважинное пространство для извлечения газосодержащей жидкости.
Также предложенное решение позволит осуществить эксплуатацию скважины в осложненных условиях, например, в условиях высокого газосодержания или температуры жидкости, а также наличия механических примесей (песка), отложения парафина и/или солей.
Кроме того, предложенный способ и скважинное оборудование подходит для применения в скважинах с высокой кривизной (кустовые и наклонно направленные скважины).
Так, в экспериментах и в скважинах электромеханический преобразователь с двумя волноводами-концентраторами колебаний более эффективен и при всех прочих равных условиях выделяет в единицу времени газа на 30-50% больше, чем электромеханический преобразователь с одним волноводом-концентратором. В частности, натурные лабораторные эксперименты с видеофиксацией процесса выделения газа из нефти с заданной вязкостью показали, что примерно с периодичностью в 1 сек от одной активной поверхности одного волновода-концентратора колебаний отрывалась одна гроздь пузырьков в виде пены, а при наличии двух волноводов-концентраторов колебаний образовывались одновременно две грозди гомогенной пены с периодичностью 0.5 сек, т.е. интенсивность выделения газовых пузырьков ускорилось приблизительно в 2 раза.
Предложенная группа изобретений относится к области насосного оборудования, которое обеспечивает перекачку газосодержащей жидкости путем воздействия на нее средой, выделяемой из самой газосодержащей жидкости. Для добычи газосодержащей жидкости размещают в скважине насосно-компрессорные трубы и по меньшей мере один электромеханический преобразователь. На каждом из двух противоположных концов последнего закреплен по меньшей мере один волновод-концентратор колебаний, воздействующий на газосодержащую жидкость с двух противоположных сторон от сердечника преобразователя. Положение электромеханического преобразователя в скважине задают с использованием выступающего средства, имеющегося на волноводах-концентраторах колебаний в зоне нулевой амплитуды колебаний. Электромеханический преобразователь размещают в скважине выше уровня давления насыщения газосодержащей жидкости, подают электрическую энергию на обмотку его сердечника и осуществляют выделение растворенного в газосодержащей жидкости газа с образованием газожидкостной смеси и подъем газожидкостной смеси на поверхность за счет подъемной энергии выделенного газа и давления на забое скважины. Технический результат заключается в увеличении количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости, без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования, обеспечении надежного крепления и удержания электромеханического преобразователя внутри скважины в условиях высокочастотных вибраций. Кроме того, предложенное решение позволяет отказаться от оборудования для подачи вспомогательных текучих сред в скважинное пространство для извлечения газосодержащей жидкости. 3 н. и 47 з.п. ф-лы, 25 ил.
1. Электромеханический преобразователь для воздействия на газосодержащую жидкость, характеризующийся тем, что включает сердечник с размещенной на нем обмоткой, образованный с использованием материала, изменяющего свою форму или размеры при подаче на обмотку электрической энергии от генератора высокочастотных электрических колебаний,
при этом на каждом из двух противоположных концов сердечника закреплен по меньшей мере один волновод-концентратор колебаний,
каждый волновод-концентратор колебаний содержит по меньшей мере одну активную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и размещенную так, что с двух противоположных сторон сердечника имеется по меньшей мере по одной поверхности, выполненной с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и принадлежащей отдельному волноводу-концентратору колебаний, а на боковой поверхности по меньшей мере одного из закрепленных на сердечнике волноводов-концентраторов колебаний имеется по меньшей мере одно выступающее средство, расположенное в зоне соответствующего волновода-концентратора колебаний, имеющей нулевую амплитуду колебаний,
при этом по меньшей мере одно выступающее средство выполнено с возможностью задавать положение волноводов-концентраторов колебаний, сердечника и размещенной на нем обмотки относительно внешнего подвеса.
2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что сердечник образован с использованием магнитострикционного или пьезокерамического материала.
3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что боковые поверхности каждого волновода-концентратора колебаний выполнены цилиндрическими, коническими или имеют криволинейный профиль.
4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что боковые поверхности каждого волновода-концентратора колебаний имеют ступенчатую форму, причем боковая поверхность каждой из ступеней выполнена цилиндрической, конической или имеет криволинейный профиль.
5. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что волновод-концентратор колебаний имеет по меньшей мере одну замкнутую или незамкнутую полость.
6. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что волновод-концентратор колебаний имеет сквозное отверстие.
7. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из выступающих средств волноводов-концентраторов колебаний выполнено в виде кольцевого выступа.
8. Преобразователь по предыдущему пункту, отличающийся тем, что кольцевой выступ снабжен демпфером.
9. Преобразователь по предыдущему пункту, отличающийся тем, что демпфер представляет собой эластомерный элемент, закрепленный на волноводе-концентраторе колебаний.
10. Преобразователь по п. 7, отличающийся тем, что кольцевой выступ содержит по меньшей мере одно отверстие для прохождения газосодержащей жидкости или для размещения по меньшей мере одного крепежного средства или для размещения по меньшей мере одного средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника.
11. Преобразователь по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что содержит контейнер, закрепленный на по меньшей мере одном из выступающих средств волноводов-концентраторов колебаний.
12. Преобразователь по п. 11, отличающийся тем, что контейнер выполнен с возможностью взаимодействия с внешним подвесом.
13. Преобразователь по п. 11, отличающийся тем, что контейнер имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие или прорезь для прохода газосодержащей жидкости.
14. Преобразователь по п. 11, отличающийся тем, что контейнер выполнен герметичным, при этом поверхность каждого из волноводов-концентраторов колебаний, выполненная с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью, размещена за пределами контейнера.
15. Преобразователь по п. 14, отличающийся тем, что контейнер содержит охлаждающие средства.
16. Преобразователь по п. 15, отличающийся тем, что в качестве охлаждающего средства используют охлаждающую жидкость, размещенную внутри контейнера для отвода тепла от обмотки и сердечника во внешнюю среду через стенку контейнера.
17. Преобразователь по п. 16, отличающийся тем, что контейнер снабжен дополнительной емкостью для охлаждающей жидкости.
18. Преобразователь по п. 16, отличающийся тем, что стенка контейнера снабжена по меньшей мере одним отверстием для заливки и/или слива охлаждающей жидкости.
19. Преобразователь по любому из пп. 16-18, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости используют трансформаторное масло.
20. Преобразователь по любому из пп. 12-18, отличающийся тем, что на внешней и/или внутренней поверхности контейнера размещены ребра или пластины, расположенные на внешней и/или внутренней стенке контейнера, соответственно, и выполненные с возможностью взаимодействия с жидкостью, контактирующей с соответствующей поверхностью контейнера.
21. Преобразователь по любому из пп. 12-18, отличающийся тем, что стенка контейнера снабжена по меньшей мере одним отверстием для размещения средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника.
22. Преобразователь по п. 11, отличающийся тем, что контейнер выполнен разъемным.
23. Преобразователь по п. 22, отличающийся тем, что контейнер включает по меньшей мере одну торцевую крышку, имеющую отверстие для волновода-концентратора колебаний.
24. Преобразователь по п. 11, отличающийся тем, что контейнер расположен в корпусе, выполненном с возможностью взаимодействия с внешним подвесом.
25. Преобразователь по п. 24, отличающийся тем, что контейнер закреплен к корпусу при помощи средств крепления.
26. Преобразователь по п. 24, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из выступающих средств одного из волноводов-концентраторов колебаний взаимодействует или закреплено на внутренней поверхности корпуса.
27. Преобразователь по любому из пп. 1, 12 и 24, отличающийся тем, что внешний подвес представляет собой либо одну из труб или муфт колонны насосно-компрессорных труб, либо средство, обеспечивающее крепление электромеханического преобразователя к насосно-компрессорным трубам в затрубном пространстве, либо грузонесущий кабель.
28. Скважинное оборудование для воздействия на газосодержащую жидкость, характеризующееся тем, что включает колонну насосно-компрессорных труб, по меньшей мере один генератор высокочастотных колебаний и по меньшей мере один электромеханический преобразователь для воздействия на газосодержащую жидкость, содержащий сердечник с размещенной на нем обмоткой, образованный с использованием материала, изменяющего свою форму или размеры при подаче на обмотку электрической энергии,
при этом на каждом из двух противоположных концов сердечника закреплен по меньшей мере один волновод-концентратор колебаний,
каждый волновод-концентратор колебаний содержит по меньшей мере одну активную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и размещенную так, что с двух противоположных сторон сердечника имеется по меньшей мере по одной поверхности, выполненной с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и принадлежащей отдельному волноводу-концентратору колебаний, а на боковой поверхности по меньшей мере одного из закрепленных на сердечнике волноводов-концентраторов колебаний имеется по меньшей мере одно выступающее средство, расположенное в зоне соответствующего волновода-концентратора колебаний, имеющей нулевую амплитуду колебаний,
при этом по меньшей мере одно выступающее средство выполнено с возможностью задавать положение волноводов-концентраторов колебаний, сердечника и размещенной на нем обмотки относительно колонны насосно-компрессорных труб.
29. Скважинное оборудование по п. 28, отличающееся тем, что включает лопастный, винтовой или диафрагменный насос с электродвигателем.
30. Скважинное оборудование по п. 29, отличающееся тем, что электродвигатель представляет собой вентильный электродвигатель.
31. Скважинное оборудование по любому из пп. 28-30, отличающееся тем, что по меньшей мере один электромеханический преобразователь размещен внутри насосно-компрессорных труб.
32. Скважинное оборудование по любому из пп. 28-30, отличающееся тем, что по меньшей мере один электромеханический преобразователь размещен снаружи насосно-компрессорных труб.
33. Скважинное оборудование по любому из пп. 28-30, отличающееся тем, что включает по меньшей мере один пакер, установленный на колонне насосно-компрессорных труб.
34. Скважинное оборудование по п. 33, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь размещен в пространстве над и/или под пакером.
35. Скважинное оборудование по п. 28, отличающееся тем, что насосно-компрессорные трубы соединены с по меньшей мере одной скважинной камерой и/или по меньшей мере одним клапаном.
36. Скважинное оборудование по п. 35, отличающееся тем, что клапан представляет собой газлифтный, приемный или обратный клапан.
37. Скважинное оборудование по п. 35, отличающееся тем, что по меньшей мере один электромеханический преобразователь размещен внутри и/или снаружи скважинной камеры.
38. Скважинное оборудование по любому из пп. 28-30, 34-37, отличающееся тем, что вокруг колонны насосно-компрессорных труб установлена по меньшей мере одна дополнительная колонна насосно-компрессорных труб с образованием кольцевого пространства между колоннами насосно-компрессорных труб как минимум на части их длины.
39. Скважинное оборудование по п. 38, отличающееся тем, что по меньшей мере один электромеханический преобразователь размещен внутри и/или снаружи кольцевого пространства между колоннами насосно-компрессорных труб.
40. Скважинное оборудование по п. 36, отличающееся тем, что по меньшей мере один электромеханический преобразователь размещен перед и/или после приемного клапана.
41. Скважинное оборудование по п. 28, отличающееся тем, что включает по меньшей мере один датчик, обеспечивающий контроль параметров работы электромеханического преобразователя, газосодержащей жидкости и/или газожидкостной смеси.
42. Скважинное оборудование по п. 41, отличающееся тем, что включает систему управления, обеспечивающую регулирование подачи электрической энергии на по меньшей мере один электромеханический преобразователь на основании сигнала от по меньшей мере одного датчика.
43. Скважинное оборудование по п. 42, отличающееся тем, что система управления, включает по меньшей мере один контроллер и/или по меньшей мере одно реле времени.
44. Способ добычи газосодержащей жидкости, характеризующийся тем, что в скважине размещают колонну насосно-компрессорных труб, по меньшей мере один генератор высокочастотных колебаний и по меньшей мере один электромеханический преобразователь, содержащий сердечник с размещенной на нем обмоткой, образованный с использованием материала, изменяющего свою форму или размеры при подаче на обмотку электрической энергии от генератора высокочастотных колебаний, и на каждом из двух противоположных концов которого закреплен по меньшей мере один волновод-концентратор колебаний,
каждый волновод-концентратор колебаний содержит по меньшей мере одну активную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и размещенную так, что с двух противоположных сторон сердечника имеется по меньшей мере по одной поверхности, выполненной с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и принадлежащей отдельному волноводу-концентратору колебаний,
при размещении по меньшей мере одного электромеханического преобразователя в скважине задают положение волноводов-концентраторов колебаний, сердечника и размещенной на нем обмотки относительно колонны насосно-компрессорных труб с использованием по меньшей мере одного выступающего средства, которое размещено на боковой поверхности по меньшей мере одного из закрепленных на сердечнике волноводов-концентраторов колебаний и расположено в зоне соответствующего волновода-концентратора колебаний, имеющей нулевую амплитуду колебаний,
при этом по меньшей мере один электромеханический преобразователь размещают в скважине выше уровня давления насыщения газосодержащей жидкости,
затем подают электрическую энергию на обмотку сердечника по меньшей мере одного электромеханического преобразователя и осуществляют выделение растворенного в газосодержащей жидкости газа с образованием газожидкостной смеси путем воздействия по меньшей мере одной активной поверхности каждого волновода-концентратора колебаний на газосодержащую жидкость и подъем газожидкостной смеси на поверхность за счет подъемной энергии выделенного газа и давления на забое скважины.
45. Способ добычи газосодержащей жидкости по п. 44, отличающийся тем, что подают электрическую энергию на обмотку сердечника по меньшей мере одного электромеханического преобразователя на основании сигнала от по меньшей мере одного датчика, размещенного в скважине.
46. Способ добычи газосодержащей жидкости по п. 44, отличающийся тем, что электрическую энергию на обмотку сердечника по меньшей мере одного электромеханического преобразователя подают после удаления из скважины раствора глушения.
47. Способ добычи газосодержащей жидкости по п. 44, отличающийся тем, что ниже электромеханического преобразователя, расположенного выше уровня давления насыщения газосодержащей жидкости, в скважине размещают по меньшей мере один дополнительный электромеханический преобразователь.
48. Способ добычи газосодержащей жидкости по п. 47, отличающийся тем, что подают электрическую энергию на обмотку сердечника по меньшей мере одного дополнительного электромеханического преобразователя на основании сигнала от по меньшей мере одного датчика, размещенного в скважине.
49. Способ добычи газосодержащей жидкости по п. 48, отличающийся тем, что подачу электрической энергии на обмотку сердечника по меньшей мере одного дополнительного электромеханического преобразователя осуществляют в случае, если давление на уровне его размещения будет меньше или равно давлению насыщения газосодержащей жидкости.
50. Способ добычи газосодержащей жидкости по п. 44, отличающийся тем, что по меньшей мере одно выступающее средство, размещенное на боковой поверхности по меньшей мере одного волновода-концентратора колебаний, имеет по меньшей мере одно отверстие для прохождения по меньшей мере одного средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника.
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ КОМПОЗИТНЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ВИБРАЦИОННЫХ СИСТЕМ | 2011 |
|
RU2568141C2 |
| НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ | 1970 |
|
SU1840775A1 |
| УСТАНОВКА ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ | 2012 |
|
RU2490422C1 |
| US 20080212408 A1, 04.09.2008 | |||
| US 6545390 B1, 08.04.2003. | |||
