Способ возбуждения колебаний скважинной жидкости

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для освоения и восстановления дебита эксплуатационных скважин, в частности для интенсификации притоков пластовых флюидов. Обеспечивает осуществление виброволновой обработки призабойной зоны скважины, снабженной насосом-качалкой, в широком диапазоне частот. Сущность изобретения: по способу помещают в колонну труб с жидкостью груз на подвеске. Возбуждают колебания скважинной жидкости за счет осевого перемещения груза. Согласно изобретению груз помещают в нижней части колонны штанг насоса-качалки длиной, при которой эта колонна является упругой подвеской. При этом груз - в виде поршня и содержит соосно расположенные колеса с лопатками под углом к вертикальной оси. Этим обеспечивают приведение колес во вращение при работе насоса-качалки и преобразование осевого перемещения груза в вертикальные и вращательные колебания жидкости с переменной частотой, зависящей от скорости перемещения груза в скважинной жидкости. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к горному делу и может быть использовано для освоения и восстановления дебита эксплуатационных скважин, в частности для интенсификации притоков пластовых флюидов.

Известен способ эксплуатации скважины (Ащепков Ю.С., Березин Г.В., Ащепков М.Ю., патент №2135746, кл. Е 21 В 43/00), при использовании которого в корпусе штангового плунжерного насоса делают верхние и нижние отверстия и проводят обводные каналы. При уменьшении дебита периодически с частотой 1-2 раза в месяц перекрывают выкидную линию скважины на устье и производят 30-40 тыс. ходов плунжера и до повышения дебита скважины.

Однако для передачи качаний плунжера насоса необходимо перекрытие выкидной линии и остановка добычи.

Известны способ и устройство для волнового воздействия на залежь (Ватин В.П., патент №2196888, кл. Е 21 В 43/25), при использовании которого в процессе работы станка-качалки при ходе плунжера вверх происходит сжатие жидкости. Жидкость сбрасывается в колонну, в результате чего образуется ударная волна, которая проникает в продуктивный пласт и формирует в нем волны давления. Трещины гидравлического разрыва образуют путем сжатия жидкости в лифте до соответствующего давления.

Однако способ используют в скважине волнового фонда, находящейся на значительном расстоянии от эксплуатационной добывающей скважины.

Известен способ эксплуатации скважины (Ащепков Ю.С., Березин Г.В., Ащепков М.Ю., патент №2136851, кл. Е 21 В 43/00), обеспечивающий увеличение нефтеотдачи за счет дилатационно-волнового воздействия на пласт. В зумпф скважины спускают колонну труб с хвостовиком переменного сечения по глубине. Периодически при снижении дебита перекрывают выкидную линию, качания плунжера насоса-качалки передаются хвостовику, который периодически уплотняет и разуплотняет породу.

Однако для передачи качаний плунжера насоса необходимо перекрытие выкидной линии и остановка добычи, кроме того, значительная часть энергии насоса расходуется на деформацию скелета продуктивного пласта.

Известен способ и устройство для возбуждения поперечных колебаний колонны труб в скважине (Иванников В.И., Иванников И.В., патент №2157446, кл. Е 21 В 28/00), взятый за прототип, в котором помещают в колонну труб с жидкостью ударник на гибкой подвеске и возбуждают его периодические колебания за счет его осевого перемещения.

Однако для осуществления обработки скважины необходима ее остановка, спуск специального оборудования и применение лебедки.

Задачей изобретения является осуществление виброволновой обработки призабойной зоны скважины, снабженной насосом-качалкой, в широком диапазоне частот.

Задача решается тем, что, применяя способ возбуждения колебаний скважинной жидкости, включающий помещение в колонну труб с жидкостью груза на подвеске и возбуждение колебаний скважинной жидкости за счет осевого перемещения груза, его помещают в нижней части колонны штанг насоса-качалки длиной, при которой эта колонна является упругой подвеской, при этом груз - в виде поршня и содержит соосно расположенные колеса с лопатками под углом к вертикальной оси для приведения колес во вращение при работе насоса-качалки и преобразования осевого перемещения груза в вертикальные и вращательные колебания жидкости с переменной частотой, зависящей от скорости перемещения груза в скважинной жидкости.

Такой способ позволяет вызывать комбинации вертикальных и вращательных колебаний жидкости в скважине за счет осевого перемещения груза на упругой подвеске. Осевое перемещение груза с переменной скоростью возбуждает вертикальные и вращательные колебания жидкости с переменной частотой. Комплексные колебания воздействует и на пластовый флюид, и на пластовый скелет.

Пример устройства для реализации предлагаемого способа, поясняется чертежом, на котором: 1 - скважина; 2 - штанга насоса-качалки; 3 - груз.

Способ реализуют следующим образом. В скважину 1 опускают колонну штанг 2, в нижней части которой напротив перфорации помещают груз 3. Груз 3 содержит, например, соосно расположенные колеса с лопатками, способные вращаться вокруг вертикальной оси. Лопатки закреплены на колесах под углом к вертикальной оси и приводят колесо во вращение при перемещении жидкости и груза относительно друг друга.

При работе насоса-качалки штанга совершает вертикальные возвратно-поступательные движения, перемещая груз в полости скважины. Груз, являясь поршнем, создает колебания скважинной жидкости с частотой движения штанги порядка 0,1 Гц.

Штанга, имея значительную длину, является упругим звеном, поэтому при вертикальных возвратно-поступательных перемещениях груза, имеющего значительную массу, возникают колебания, определяемые массой груза и длиной упругой подвески. Собственная частота колебаний равна:

где: Е - модуль Юнга (для стали E≈2,1·10¹¹ Па);

А - площадь поперечного сечения штанги;

m - приведенная масса груза, состоящая из масс груза и части штанги;

L - длина штанги.

Например, при массе груза 100 кг и длине штанги 2000 м частота собственных колебаний составляет величину порядка 10 Гц.

При вертикальном перемещении груза его колеса приводятся во вращение, создавая колебания, частота которых имеет порядок:

где ω - круговая частота вращения;

Z - число лопаток;

V - скорость движения жидкости относительно лопаток генератора;

α - угол наклона лопатки к направлению потока жидкости;

R - внутренний радиус обсадной колонны.

Поскольку груз, закрепленный на штанге, перемещается относительно массы жидкости с переменной скоростью и изменением направления движения, частота колебаний изменяется по синосоидальному закону и максимальна при прохождении грузом средней точки по высоте.

Виброволновое воздействие на призабойную зону производится взаимодействием низкочастотных качаний насоса, передаваемых грузу через штангу, колебаний массы груза, висящего на упругой подвеске, и вращением колес. Виброволновое воздействие в диапазоне частот 0,1-10 Гц производится на пластовый флюид, на отложения на стенках поровых каналов и на скелет пласта. Генерация колебаний происходит за счет поступательной и вращательной степеней свободы движения груза.

Обработка призабойной зоны может производиться при капитальном ремонте скважины, а также в процессе добычи нефти при установке на штанге насоса-качалки и плунжера и груза, находящихся на разных глубинах.

Лопатки целесообразно располагать так, чтобы колеса во избежание закручивания жидкости вращались в разные стороны.

Диссипативная теплота от вращения колес в среде жидкости способствует уменьшению ее вязкости и облегчает обработку призабойной зоны.

Относительно малая масса груза по сравнению с массой насосной штанги не оказывает вредного влияния на работу подвески, балансира и редуктора штангового насоса.

Применение способа не требует использования сложного оборудования, длительной остановки скважины. Флюид может содержать химические реагенты для более производительной очистки. Способ может быть применен совместно с другими видами обработки призабойной зоны: кислотной, тепловой, акустической и т.д.

Способ возбуждения колебаний скважинной жидкости, включающий помещение в колонну труб с жидкостью груза на подвеске и возбуждение колебаний скважинной жидкости за счет осевого перемещения груза, отличающийся тем, что груз помещают в нижней части колонны штанг насоса-качалки длиной, при которой эта колонна является упругой подвеской, при этом груз - в виде поршня и содержит соосно расположенные колеса с лопатками под углом к вертикальной оси для приведения колес во вращение при работе насоса-качалки и преобразования осевого перемещения груза в вертикальные и вращательные колебания жидкости с переменной частотой, зависящей от скорости перемещения груза в скважинной жидкости.