RU68579U1 - Устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к устройствам для акустического воздействия на нефтегазоносные зоны продуктивного пласта. Заявляемая полезная модель решает задачу повышения эффективности волнового воздействия на удаленные зоны нефтегазоносного пласта путем расширения его функциональных возможностей. Поставленная задача в предлагаемом устройстве для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, содержащем наземный блок управления, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, включающим генератор, акустический излучатель, отражатель акустических волн, имеющий коническую поверхность, акустический концентратор и датчик, решается тем, что скважинный прибор дополнительно снабжен эластичной мембраной, расположенной между акустическим излучателем, нижняя часть которого выполнена перфорированной, и акустическим концентратором, установленным перед отражателем акустических волн, нижняя часть которого выполнена в виде диска с чередующимися радиальными и тангенциальными выходными каналами. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении возможности возбуждения низкочастотных и инфразвуковых упругих продольных волн, а также поперечных волн с горизонтальной и вертикальной поляризацией, вследствие одновременного воздействия которыми на пласт возникают сдвиговые и объемные деформации в поровом пространстве коллектора как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, что позволяет расширить область акустического воздействия. 1 н.п.ф., 3 фиг.

Description

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к устройствам для акустического воздействия на нефтегазоносные зоны продуктивного пласта.

Известно устройство для воздействия на призабойную зону скважины, содержащее верхнюю и нижнюю части корпуса, в каждой из которых имеется по вихревой камере с тангенциальными выходными отверстиями. В зоне отверстий на наружной поверхности частей корпуса выполнены расширяющиеся кольцевые проточки со ступенчатым профилем. Вихревые камеры сообщены с кольцевыми каналами, которые снаружи образованы последовательно размещенными втулками и конфузорами, а изнутри обтекателями. На рабочих поверхностях втулок и обтекателей имеется многозаходная винтовая нарезка. Кольцевые каналы сообщены с осевыми каналами, причем нижний осевой канал сообщен с верхним через соединительный канал. Имеются рассекатели потоков (Патент РФ №2073089, 6 МПК Е21В 28/00, Е21В 43/25, з. №95114846, приоритет 08.09.1995, опубл. 10.02.1997 в БИ №4).

В известном устройстве при прокачивании рабочего агента через колонну труб происходит разделение потока на два, каждый из которых выбрасывается через тангенциальные выходные отверстия и генерирует колебательный процесс с резонансными явлениями.

Недостатком известного устройства является то, что оно не может обеспечить воздействие на удаленные зоны продуктивного пласта и не позволяет вовлечь в разработку блокированные и тупиковые зоны. Это объясняется тем, что с помощью данного устройства возбуждаются волны

высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, имеющие малую область распространения в пласте вследствие очень высокого их поглощения. Кроме того, источник этого типа не позволяет создавать достаточно интенсивные поперечные волны.

Наиболее близким к заявляемому по назначению и совокупности существенных признаков является устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, содержащее наземный блок управления, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, состоящим из генератора, акустического излучателя и датчика, скважинный прибор выполнен в виде двух частей, соединенных кабелем, в верхней части размещен генератор, а в нижней, сообщающейся с окружающей средой - датчик и, по крайней мере, один акустический излучатель, который снабжен хотя бы одним отражателем акустических волн, имеющим коническую поверхность, обращенную вершиной к излучателю, с углом при вершине, равным 90 град., а расстояние между торцевой поверхностью излучателя и вершиной конической поверхности отражателя акустических волн - «а» выбирают из условий образования стоячей волны в среде по формуле а=nλb. Нижняя часть скважинного прибора оканчивается акустическим концентратором или эхолотом. Наконечник акустического концентратора выполнен с дискообразным пояском. Нижняя часть прибора сообщается с окружающей средой посредством выполненных в стенке корпуса прямоугольных окон в зонах размещения отражателей акустических волн (Патент РФ №2140519, 6 МПК Е21В 28/00, Е21В 43/25, з. №98104747, приоритет 11.03.1998, опубл. 27.10.1999 в БИ №30).

Известное устройство основано на преобразовании направления распространения упругих колебаний в среде скважинной жидкости из вертикального (вдоль оси скважины) в горизонтальное направление за счет установки специальных акустических отражателей. В результате интерференции прямой и отраженной волн, возникают стоячие волны в кольцевом пространстве, образованном стенками излучателя и боковой

поверхностью обсадной (эксплуатационной) колонны. Создаваемые ими волновые эффекты (кавитационные удары, разогрев и др.) обеспечивают разрушение загрязняющих агентов призабойной зоны пласта.

Известное устройство обладает недостаточной эффективностью обработки удаленных зон нефтегазоносного пласта ввиду его конструктивных особенностей, обеспечивающих возбуждение волн только высокочастотного (ВЧ) и ультразвукового (УЗ) - диапазона, имеющих высокий коэффициент поглощения в горных породах пласта.

Другим недостатком устройства является его функциональная ограниченность, связанная с невозможностью интенсивного тангенциального воздействия («косого» удара) на нефтегазоносный пласт, необходимого для возбуждения поперечных упругих волн с горизонтальной и вертикальной поляризацией.

Заявляемая полезная модель решает задачу повышения эффективности волнового воздействия на удаленные зоны нефтегазоносного пласта путем расширения его функциональных возможностей.

Поставленная задача в предлагаемом устройстве для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, содержащем наземный блок управления, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, включающим генератор, акустический излучатель, отражатель акустических волн, имеющий коническую поверхность, акустический концентратор и датчик, решается тем, что скважинный прибор дополнительно снабжен эластичной мембраной, расположенной между акустическим излучателем, нижняя часть которого выполнена перфорированной, и акустическим концентратором, установленным перед отражателем акустических волн, нижняя часть которого выполнена в виде диска с чередующимися радиальными и тангенциальными выходными каналами.

Отличием предлагаемой полезной модели от указанной выше, наиболее близкой к ней, является то, что скважинный прибор дополнительно снабжен эластичной мембраной, расположенной между акустическим излучателем,

нижняя часть которого выполнена перфорированной, и акустическим концентратором, установленным перед отражателем акустических волн, нижняя часть которого выполнена в виде диска с чередующимися радиальными и тангенциальными выходными каналами.

Благодаря такому конструктивному выполнению предлагаемого устройства достигается новый технический результат, заключающийся в обеспечении возможности возбуждения низкочастотных и инфразвуковых упругих продольных волн, а также поперечных волн с горизонтальной и вертикальной поляризацией, вследствие одновременного воздействия которыми на пласт возникают сдвиговые и объемные деформации в поровом пространстве коллектора как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, расширяя тем самым область акустического воздействия.

На фиг.1 представлена схема устройства для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 представлена векторная схема поля упругих волн, где Р - вектор продольных волн; SV и SH - векторы поляризации поперечных волн.

Устройство состоит из наземного блока управления 1, соединенного посредством кабеля 2 со скважинным прибором 3, включающим датчик 4, генератор 5 и акустический излучатель 6, нижняя часть последнего выполнена перфорированной отверстиями 7 и взаимодействует с эластичной мембраной 8. Эластичная мембрана 8 установлена между акустическим излучателем 6 и акустическим концентратором 9, соединенных с помощью муфты 10. Акустический концентратор 9 установлен перед отражателем 11 акустических волн и соединен с ним с помощью муфты 12. Отражатель 11 акустических волн имеет коническую поверхность 13, расположенную в его нижней части. Нижняя часть отражателя 11 акустических волн выполнена в виде диска с чередующимися радиальными 14 и тангенциальными 15 выходными каналами.

Акустический излучатель 6 заполнен электролитом и снабжен электродами 16, подсоединенными к генератору 5. Нижняя часть колонны 17 выполнена перфорированной.

Характер работы устройства определяется особенностью волнового воздействия на нефтегазоносный пласт. Волновое поле упругих волн имеет две составляющие - продольную волну (волну сжатия) и поперечную волну (волну сдвига). Поперечная волна является поляризованной и содержит два главных компонента с направлением смещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Устройство для акустического воздействия на продуктивный пласт работает следующим образом.

Скважинный прибор 3 на кабеле 2 опускается в скважину и устанавливается в зоне вскрытого продуктивного пласта на уровне перфорации колонны 17. По сигналу с наземного блока управления 1 производится зарядка генератора 5 до заданного уровня электрической емкости. В момент достижения этой величины, соответствующей напряжению разряда, по сигналу датчика 4 подается напряжение на электроды 16 акустического излучателя 6, заполненного электролитом. В искровом промежутке электродов 16 возникает мощный дуговой электрический разряд с выделением, практически мгновенно, большого количества тепловой энергии, при этом образуется газовый пузырь, и осуществляется гидродинамический удар. Энергия удара через перфорационные отверстия 7 и эластичную мембрану 8 передается в виде упругих колебаний в акустический концентратор 9, заполненный скважинной жидкостью. В ограниченном объеме акустического концентратора 9 за счет концентрации акустической энергии происходит усиление импульсов упругих волн по мощности. Усиленные в вертикальном направлении акустические волны затем поступают в отражатель 11, отражаются от образующей конической поверхности 13, «разворачиваются», превращаясь в горизонтально распространяющиеся волны, которые затем

перераспределяются и поступают в чередующиеся радиальные 14 и тангенциальные 15 каналы.

Импульсное воздействие, осуществляемое на пласт через радиальные 14 каналы, возбуждает в нем поперечные волны (SV), поляризованные в вертикальной плоскости. Импульсное воздействие на пласт через тангенциальные 15 каналы обеспечивает образование поперечных волн (SH) с горизонтальной поляризацией.

Вследствие неоднородности (анизотропии) физико-механических свойств горных пород пласта, тонкослоистости разреза и пр., распространение этих двух типов волн сопровождается возникновением так же продольной волны (Р) с деформациями сжатия - растяжения.

Приложение горизонтально направленного гидравлического удара вызывает возникновение низкочастотных и инфразвуковых упругих поперечных волн, имеющих при распространении в пласте низкую поглотительную способность, и как следствие, большую дальность переноса упругой энергии, что создает возможность воздействия на удаленные зоны горных пород пласта как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.

При распространении упругих волн в горных породах возникают микродеформации. При этом поперечные волны сопровождаются взаимным смещением стенок трещин и каналов, что приводит к разрушению адгезии частиц флюида со стенками трещин и капилляров. Это способствует снижению фильтрационных сопротивлений и улучшению проницаемости коллектора. Продольные волны сопровождаются циклическим изменением объема, что приводит к «проталкиванию» по трещинам микрообъемов пластового флюида.

Сдвиговые деформации, возникающие в поровом коллекторе пласта при распространении возбуждаемых заявляемым устройством поперечных волн двух типов (SH и SV), и одновременно продольных волн (Р), вызывающих объемные деформации, способствуют увеличению

проницаемости коллектора и улучшению его фильтрационно-емкостных свойств, что обеспечивает повышение нефтегазоотдачи пласта.

Обратная связь через датчик 4 и наземный блок управления 1 обеспечивает корректировку оптимального режима воздействия на пласт по интенсивности, продолжительности и периодичности акустического излучения. Количество импульсов излучения может колебаться в пределе от 2000 до 10000 и более в зависимости от особенностей строения коллектора, интенсивности трещиноватости и преобладающего направления трещин.

В сравнении с прототипом заявляемое устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт имеет следующие преимущества:

- увеличение дальности волнового воздействия на коллектор пласта в вертикальной плоскости;

- повышение эффективности работ по увеличению нефтегазоотдачи за счет улучшения фильтрационно-емкостных свойств коллектора при наложении полей деформации разного типа;

- увеличение коэффициента извлечения углеводородов за счет инициирования останцов и тупиковых зон низкочастотными сдвиговыми деформациями, приводящими к возникновению сил сдвига останцов.

Таким образом, использование предлагаемой полезной модели за счет создания дополнительных сдвиговых деформаций и увеличения области акустического воздействия на продуктивный пласт, обеспечивает расширение функциональных возможностей, вследствие чего повышается эффективность волнового воздействия по дальности как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости на продуктивный пласт, что в конечном итоге позволяет повысить нефтегазоотдачу продуктивного пласта.

Предлагаемое устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт находится в стадии изготовления опытного образца.

Claims (1)

1. Устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, содержащее наземный блок управления, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, включающим генератор, акустический излучатель, отражатель акустических волн, имеющий коническую поверхность, акустический концентратор и датчик, отличающееся тем, что скважинный прибор дополнительно снабжен эластичной мембраной, расположенной между акустическим излучателем, нижняя часть которого выполнена перфорированной, и акустическим концентратором, установленным перед отражателем акустических волн, нижняя часть которого выполнена в виде диска с чередующимися радиальными и тангенциальными выходными каналами.