Аппаратура для термоакустического воздействия на нефтяной пласт Советский патент 1983 года по МПК E21B43/00 

Изобретение относится к средствам термоакустического воздействия на нефтяной пласт с целью увеличения притока нефти и цожет быть также испрльзовако для предотвращения отложений солей в скважинах и для декольматации стенки скважин «

Известна аппаратура для акустического воздействия на нефтяной пласт с цельюувеличения притока нефти из скйажины, содержащая, гидравлический вибратор, установленный на конце насосно-компрессорной трубы в зоне перфорации скважины, которая связана через фонтанную аппаратуру или обвязку с гидравлическим насосом и выкидными линиями Гll

Недостатком указанной аппаратуры является то, что она работает на частоте порядка сотен герц, что приводит, к отслоению цементного камня и нарушению связи коллектора со скважиной.

Известна аппаратура для акустического воздействия на соли, отлагающиеся в нефтепромысловом оборудовании, с целью очистки этого оборудования, содержащая эле ктронный генератор, кабель, соединяющий скважинный магнито-стрикционный акустический излучатель ,

с выходом электронного.генератора, :размещрнного на поверхности Г2

Недостатком этой аппаратуры является наличие больших энергетических потерь, составляющих до 5% мощнОст.и электронного генератора, при работе в ультразвуковом диапазоне частот и использовании магнитострикционного акустического излучателя. - Наиболее близкой к предпаЕаемой является аппаратура ВАТ-1, предназначенная для акустического воздействия на нефтяной пласт, содержащая пульт управления, питающий кабель, соединяющий наземный . электронный генератор со скважинным магнитострикционным излучателем и электрриагревателем, размещенным на конце насосно-компрессорной трубы в скважине, цистерну с охлаждающей водой и автоприцеп, установленные . на поверхности f3j.

Недостатком указанной -аппаратуры являются больи;иё, достигающие 50% от мощности электронного генератора энергетические потери в кабеле, связывающем наземную и скважинную части аппаратуры.

Целью изобретения является уменьшение энергетических потерь за счет передачи по питающему кабелю тока пониженной частоты. Поставленная цель достигается тем что аппаратура для термоакустическог воздействия на нефтяной пласт, содер жащая генератор высокой частоты, под ключенный через согласующее устройство и питающий кабель к акустическому излучателю, который- включает в себя параллельно включенные излуча тель и электронагреватель, акустичес кий излучатель, снабжен умножителем частоты, подключенным между электронагревателем и питающим кабелем. Кроме того, умножитель частоты выполнен в виде двухполупериодного диодного выпрямителя, причем вход ВЕлпрямителя подключен к выходу питающего кабеля, а выход выпрямителя по соединен к электронагревателю и акустическому излучателю. На фиг. 1 представлена функционал ная схема аппаратуры для термоакусти ческого воздействия на нефтяной плас На фиг. 2 и 3 изображены варианты выполнения умножителей частоты, нагруженные соответственно на пьезоэлектрический и магнитострикционный излучатели. Аппаратура содержит коммутационное устройство 1, электродвигатель 2, вал 3, генератор 4, причем элементы 2, 3 и 4 образуют электромашинный генератор, который при необходимости модет быть заменен электронным, согласующее устройство 5, вьтолненное в виде фазосдвигающей цепочки и разделительного трансформатора, кабельный барабан 6, соответственно подвес ку 7 , на которой подвешен ролик 8, скавхсину 9, нефтяной пласт 10, питающий кабель 11, электроразъем 12 скважинного снаряда, умножитель частоты 13, электронагреватель 14, акус тический излучатель 15. На фиг. 1 приняты следующие обозначения: Q теплота, Р - акустическая мощность. Аппаратура для термоакустического воздействия на нефтяной пласт подключена к промышленной сети переменного тока частотой 50 Гц через коммутационное устройство 1. На фиг. 1 изображен вариант аппаратуры с элект ромашинным генератором высокой частоты, например типа ВПЧ8000-12, вклю чающим электронагреватель 2, соединенный через вал 3 с машинным генера тором высокой частоты 4. Выход последнего нагружен на согласующее уст ройство 5 и через него на кабель, ко торый намотан на кабельный барабан б и опущен в скважину через подвеску 7 и ролик В, а также обвязку, не обо наченную на фиг. 1-. Скважина 9 пересекает нефтяной пласт 10. Выход кабеля 11 подключен к электроразъему 12 скважинного снаряда, в котором размещены умножитель частоты 13, электронагреватель 14 (ТЭН), акустический излучатель 15, Снаряд с указанными элементами размещается в зоне нефтяного пласта 10. На фиг. 2 выпрямительный диодный мост 16 своим входом подключен к электроразъему 12 через зажимы А и В, а выходом - к электронагревате лю 17 и пьезоэлектрическому излучателю 18. На фиг. 3 представлен вариант использования того же умножителя частоты 16 с магнитострикционным акус тическим излучателем 19, излучающим теплоту Q и акустическую мощность Р одновременно. Выпрямитель 16 может быть выполнен по любой из известных одно- или двухпрлупериодных схем выпрямителей на диодах, лампах, тиристорах или других нелинейных элементах. Аппаратура для термоакустического воздействия на нефтяной пласт работает следующим образом. Генератор высокой частоты (элементы 2 , 3 и 4) получает электрическую энергию-от сети промышленнс й частоты 50 Гц через коммутационное устройство 1 и преобразует ее в энергию высокой частоты вдвое, втрое и более раз меньше, чем резонансная частота акустического излучателя 15 (фиг. 1). По кабелю 11 напряжение пониженной частоты передается через электроразъем 12 на вход умножителя частоты, пред ставляющего собой в простейшем случае выпрямительный мост 16 (фиг. 2 и 3), выход которого нагружен на электронагреватель 17 и пьезоэлектрический акустический излучатель (фиг. 2) или на магнитострикционный акустический излучатель (фиг. 3). В последнем случае постоянная составляющая тока выпрямителя одновременно является и током подмагничивания магнитостриктора. Магнитостриктор в этом случае выполняет функцию и электронагревателя, поскольку его электроакустический КПД для данного случая невелик и составляет порядок 1-10%. Спектральный состав тока двухполупериодного выпрямителя, используемого в данном случае как умножитель частоты, выглядит следующим образом Е W :Г&- -|-cos IX 4 X. +- соббх, где X - текущее значение функции, равной 2:rcf-tf t - время; А - максимальная амплитуда тока; 7 3,.1,4; f - частота выходного напряжения генератора 4. Так как система питающий кабель 11 - параллельно включенные акустический излучатель 15 и электронагреватель 14 представляет собой делитель напряжения, то напряжение на нагрузке равно V -V д тэн|1таи ам где и.. - напряжение на входе акустического излучателя 15 и эле ронагревателя 14 (фиг, 2) Z. - входное сопротивление акус тического излучателя 15 2. - входное сопротивление элект ронагревателя 14, Z - полное сопротивление питающего кабеля 11, в свою очередь, равное z V R + (2TfL - I/2ltfCf , причем С - полная емкость, а L - индуктивность;R - акти - . ное сопротивление кабеля. Полное сопротивление кабеля является комплексной величиной, возраста ющей с частотой f. Поэтому для умень шения влияния z,j, как это видно из формулы (1), необходимо снижать частоту генератора 4. Возможность умень шения рабочей частоты генератора дос тигается с помощью установки в снаряде умножителя частоты 13, позволяющего в случае использования выпрями теля, указанного на фиг, 2 и 3, получить не только умножение частоты нарряжения питания акустического изл чателя 15, но и получить постоянную составляющую для питания электронагревателя 14 (см, член в формуле (1) 2A/rtr , Однако как показывает анализ выражения (1) умножение часто ты свыше чем в 4 раза оказывается не рациональным в связи с большим умень шением мощности высокочастотных гармоник в выпрямленном напряжении гене ратора. Практически слишком большое увеличение частоты и не требуется и является даже вредным з связи с ростом затухания звука в горной породе при увеличении частотьа и ограничением радиуса озвучиваемого пространств подвергаемого термоакустическому воз действию, С точки зрения снижения энергетических потерь выгодно повышать величину ZQY,, что более легко осуществимо при использовании пьезокерамических излучателей, которые к тому же имеют гораздо больший электроакустический КПД, чем магнито стрикционные, что приводит к выравни ванию долей акустического И термичес кого воздействия между собой. При удвоении частоты, как показывают вычисления, можно получить за счет использования забойного умножителя частоты 13 снижение энергетических потерь на 20-25%, что при использовании термоакустичвского комплекса ВАТ-1 приводит к возможности снижения потребляемой мощности с 60 до 45 кВт. Таким образом, введение в аппарату ру термоакустического воздействия на нефтяной пласт умножителя частоты, установленного в скважинном снаряде, позволяет получить энергетический выигрыш и связанный с ним экономический эффект за счет уменьшения потребляемой электроэнергии. Выполнение умножителя частоты в виде выпрямителя позволяет получить простую, надежную и экономически выгодную реализацию предложения, Ожидаемь1й экономический эффект составляет порядка 10000 руб-, лей на одно устройство. Формула изобретения 1,Аппаратура для термоакустического воздействия на нефтяной пласт, содержащая генератор высокой частоты, подключенный через согласующее устройство и питающий кабель к акустическому излучателю, который включает в себя параллельно включенные излучатель и электронагреватель, о т л ичающаяся тем, что, с целью уменьшения энергетических потерь за счет передачи по питающему кабелю тока пониженной частоты/ акустический излучатель снабжен умножителем частоты, подключенным между электронагревателем и питающим кабелемi . 2,Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что умножитель частоты выполнен в виде двухполупериодного диодного вь1прямителя, причем вход выпрямителя подключен к выходу питающего кабеля, а выход выпрямителя подсоединен к электронагревателю и акустическому излучателю. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Гадиев С, м. Использование вибраций в добыче нефти, М,, Недра, 1977,с, 118, 2,Макаров В, Н, и др. Первые результаты применения ультразвука в борьбе с отложением солей в нефтепромысловом оборудовании на Шаимском месторождении, - Нефтепромысловое дело, М,, ВНИИОЭНТ, 1978, № 6, с, 23, 3,Шейнман А, Б, Фильтрация, теплоперенос и нефтегазоотдача в сложных пластовых системах, М,, Наука, 1978,с, 10-13 (прототип).