Устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт

 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при добыче нефти. Устройство содержит скважинный прибор, в нижней части которого размещены сообщающиеся с окружающей средой посредством окон в стенках корпуса скважинного прибора два и более акустических излучателя. Каждый из излучателей снабжен двумя установленными соосно по одному с обеих сторон от торца излучателя отражателями в виде конуса. Высота конуса равна радиусу излучателя с углом при вершине 90^o, обращенной к излучателю. Расстояние между торцами соседних конических отражателей d составляет от 2 мм до 10% высоты отражателя. Расстояние А от торца излучателя до вершины отражателя выбрано из условия максимальной передачи средней мощности в пласт и рассчитано по формуле А = nλ/8 - R, где n=1, 5, 9 ...; λ - длина акустической волны; R - внутренний радиус скважинной трубы. Каждый акустический излучатель образован двумя идентичными пьезопакетами, длиной в четверть длины звуковой волны в материале пьезоэлемента, имеющими общую неподвижную основу закрепления, расположенную между ними. Крайние пьезоэлементы пьезопакетов имеют одинаковую полярность. Увеличивается эффективность и производительность добычи нефти. 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при добыче нефти.

Известно устройство для воздействия на призабойную зону продуктивного пласта, патент РФ 2026970, опубл. 20.01.95, Бюл. 2, МКИ Е 21 В 43/25, содержащее наземный блок, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, в нижней части которого размещен акустический излучатель, работающий в замкнутом корпусе, заполненном трансформаторным маслом. При работе такого излучателя возникают большие потери акустической мощности и его нельзя использовать для воздействия на весь продуктивный пласт в процессе добычи нефти.

Известно устройство, принятое за прототип, предназначенное для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, патент РФ 2140519, МКИ Е 12 В 28/00, 43/25, акустический излучатель которого сообщается непосредственно с окружающей средой и снабжен коническим отражателем для разворота акустической волны из вертикального в горизонтальное направление распространения по продуктивному пласту. Эффективность такого устройства выше, чем предыдущего, оно увеличивает текучесть нефти, но не создает направленных потоков, что очень важно при добыче.

Задача заключается в разработке устройства для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, которое создает направленное движение слоев нефти в пласте к стоку добывающих скважин, тем самым увеличивая эффективность и производительность добычи.

Поставленная задача с достижением указанного технического результата решается за счет того, что в устройстве для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, содержащем скважинный прибор, в нижней части которого размещены сообщающиеся с окружающей средой два и более акустических излучателя, каждый из которых снабжен двумя, установленными соосно по одному с обеих сторон от торцев излучателя отражателями в виде конуса высотой, равной диаметру акустического излучателя, с углом при вершине 90^o, обращенной к излучателю, расстояние между торцами соседних конических отражателей d составляет от 2 мм до 10% высоты конического отражателя, а расстояние А от торца излучателя до вершины отражателя выбирают из условия максимальной передачи средней мощности в пласт и рассчитывают по формуле: А=nλ/8-R, где n=1,5,9; λ - длина акустической волны; R - внутренний радиус скважинной трубы, при этом каждый акустический излучатель образован двумя идентичными пьезопакетами длиной в четверть длины звуковой волны пьезоматериала, собранных из пьезоэлементов с общей неподвижной основой закрепления пьезопакетов, расположенной между ними, причем крайние пьезоэлементы пьезопакетов имеют одинаковую полярность.

Работа устройства и распространение акустических волн поясняется чертежами: где на фиг.1 представлен общий вид акустического излучателя, фиг. 2 - вид А, увеличенное изображение торца акустического излучателя с коническим отражателем, фиг.3 - общий вид устройства.

Каждый акустический излучатель 1 собран из двух идентичных пьезопакетов 2 и 3, имеющих общую неподвижную основу закрепления 4, расположенную между ними, а крайние пьезоэлементы пьезопакетов 5, 6, 7, 8 имеют одинаковую полярность (идентичное состояние поляризации "плюс" или "минус"). В результате этого, а также соосного расположения пьезопакетов 2 и 3 при воздействии электрического поля возникающие на концах 5 и 8, 6 и 7 акустического излучателя 1 деформации имеют противоположные направления вдоль оси и не создают давления на основание и корпус устройства, а акустические волны 9 и 10 распространяются противофазно, длина пьезопакета 1 при скорости звука в материале пьезоэлемента С=3,5 см/сек и частоте генератора f=7,5 кГц равна 1=λ/4=C x f/4=l 1,6 см Из фиг.2 и фиг.3 видно, что в корпусе скважинного устройства 11 размещены два или более пьезокерамических акустических излучателя 1 по обе стороны у каждого излучателя, соосно с ним на фиксированном расстоянии А от каждого его торца расположена вершина конического отражателя 12, напротив конических отражателей 12 в корпусе устройства 11 выполнены окна 13 для сообщения с окружающей средой, расстояние между торцами конических отражателей равно d. Акустическая волна проходит путь от акустического излучателя 1 до внутренней стенки скважинной трубы 14, который равен А+В. Подбором расстояния А можно подобрать фазу, в которой падающая акустическая волна подходит к внутренней стенке скважинной трубы, а следовательно, оптимальный вариант амплитуды давления и скорости.

Акустические волны от торца излучателя 1 до конической поверхности отражателя 12 проходят вдоль оси путь А, или а₁, или а₂, или..., или а_n, далее они меняют свое направление на перпендикулярное к оси, отражаются от конической поверхности отражателя 12 и проходят путь до внутренней стенки скважинкой трубы 14 соответственно В, или в₁, или в₂, или..., или в_n. Синусоида 15 показывает отклонение давления среды Р, а синусоида 16 - колебание скорости частиц среды V в акустической волне, которая опережает колебания давления на π/4, четверть периода.

Суммарные расстояния А+В, a₁+в₁, а₂+в₂...а_n+в_n равны между собой, т.к. угол при вершине отражателя 3 равен 90%, т.е. А+В=a₁+в₁=а₁+в₂=....=а_n+в_n= A+R, B=R, a R - внутренний радиус скважинной трубы
В результате такой конструкции все падающие акустические волны от торца излучателя к скважинной трубе приходят в одной фазе, а поршневая волна осевого направления превращается после отражения в плоско-кольцевую, движущуюся в горизонтальном направлении перпендикулярно оси от источника излучения. Меняя расстояние А=nλ/8-R можно добиться оптимального варианта для различных значений радиуса скважинной трубы. Выбор фазы волны, соответствующей nλ/8 при n= 1,5,9. .. на границе с внутренней стенкой скважинной трубы, повышает эффективность работы всего устройства, обусловлен максимальной отдачей средней мощности в пласт, т.к. в эти моменты времени синусоиды отклонения давления среды 15 (Р) и скорости 16 (V) пересекаются и имеют одинаковые знаки.

При работе устройства акустическое излучение, отраженное от конических отражателей, превращается в плоские волны, у которых фронты или поверхности равных фаз представляют собой плоскости, перемещающиеся в направлении распространения волн с определенной скоростью, и разделяют рабочий пласт на плоско-кольцевые зоны-пояса, или волноводы, в которых распространяются плоско-кольцевые потоки в виде плоских акустических волн. Поскольку волновое распространение возможно в слоях, ограниченных не только жесткими стенками, но и подвижными средами, с различными скоростями звука, что и представляет собой флюид нефтяного пласта, где присутствуют различные породы, поэтому эффект разделения на зоны-пояса, создаваемый устройством, возможен в пласте с флюидом. Как показано на фиг.3, в результате работы устройства в пласте образуются слои, представляющие собой плоско-кольцевые потоки f и j, созданные волной акустической деформации, и слой d, образованный ими. Слой f - это плоско-кольцевая волна, образованная после отражения поршневой волны от конического отражателя, слой j представляет собой зону деформации за счет радиальных колебаний акустических излучателей на частоте, отличной, чем в осевом направлении, с другими значениями амплитуды изменения давления и скорости движения частиц, чем в слое f, слой d появляется в результате эффекта эжекции от действия встречно-направленных амплитуд давлений, создающихся волнами пары слоев f, аналогично условия эжекции флюида создаются и на границах слоев f-j, j-f, f-d и d-f. Скорость эжекции можно регулировать, меняя расстояние d между торцами соседних конических отражателей в пределах указанных значений от 2 мм до 10% высоты отражателя, запредельные значения расстояния d ведут к отсутствию эффекта эжекции при работе устройства Созданию эжекционного слоя d способствуют и вибрационные ускорения порядка 100-500g, возникающие при синусоидальном изменении питающего напряжения излучателей. Указанные ускорения и прохождение акустических волн давления по слоям пласта приводят к полному снятию вязких сил трения движения флюида, находящихся в порах матрицы пласта, за счет деформации пор. В слоях f, j и d создаются условия для направленной фильтрации флюида и послойному движению его к стокам добывающих скважин. Вместе с этим происходит и снижение вязкости движущегося флюида, что в совокупности с направленной фильтрацией приводит к увеличению нефтеотдачи пласта в целом.

Таким образом, при работе устройства в пласт закачивается акустическая энергия, зависящая от конструктивной длины устройства (количества и габаритов установленных излучателей), создается мощное направленное движение нефти к стоку добывающих скважин и устройство может быть использовано в качестве основного нефтедобывающего оборудования, которое увеличивает отдачу нефти и повышает дебит в 2 и более раз.

Макетные образцы устройства прошли испытания на месторождениях ОАО "Тубукнефть" и "Сургутнефтегаз".

Формула изобретения

Устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, содержащее скважинный прибор, в нижней части которого размещены сообщающиеся с окружающей средой посредством окон в стенках корпуса скважинного прибора два и более акустических излучателя, каждый из которых снабжен двумя установленными соосно по одному с обеих сторон от торцов излучателя отражателями в виде конуса, высотой, равной диаметру акустического излучателя, с углом при вершине 90^o, обращенной к излучателю, расстояние между торцами соседних конических отражателей d составляет от 2 мм до 10% высоты конического отражателя, а расстояние А от торца излучателя до вершины отражателя выбрано из условия максимальной передачи средней мощности в пласт и рассчитано по формуле
А=nλ/8-R,
где n=1, 5, 9 ...;
λ - длина акустической волны;
R - внутренний радиус скважинной трубы,
при этом каждый акустический излучатель образован двумя идентичными пьезопакетами, длиной в четверть длины звуковой волны в материале пьезоэлемента, имеющими общую неподвижную основу закрепления, расположенную между ними, а крайние пьезоэлементы пьезопакетов имеют одинаковую полярность.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3