Устройство для акустического воздействия на зону перфорации и нефтеносный пласт

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений и очистке водозаборных и рудных скважин. Заявлено устройство, включающее акустический излучатель составного типа в виде пьезокерамического стержня, помещенного в герметичный корпус, и две активных излучающих накладки в форме диска, размещенные за пределами герметичного корпуса. Активные накладки имеют, по крайней мере, по одной плоской излучающей поверхности, перпендикулярной продольной оси устройства. Акустический излучатель снабжен, по крайней мере, одним металлическим отражателем, установленным на внешней поверхности корпуса излучателя и имеющим плоские поверхности, параллельные плоским поверхностям активных излучающих накладок. Отражатель установлен на внешней поверхности корпуса излучателя с возможностью перемещения вдоль оси устройства и фиксации в заданном положении. Техническим результатом заявленного изобретения является создание конструкции, обеспечивающей существенное увеличение интенсивности акустического поля в призабойной зоне внутри обсадной колонны и околоскважинном пространстве, независимо от внутреннего диаметра обсадной колонны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных месторождений и очистке водозаборных и рудных скважин.

Известны различные устройства, создающие механические воздействия на зону перфорации обсадной колонны и нефтяной пласт, расположенный за ней.

Известно устройство для акустического воздействия на зону перфорации и нефтяной пласт в призабойной зоне, содержащее акустический излучатель с излучающими пластинчатыми элементами (патент RU 2022304, 1994 г.).

Недостатком известной конструкции является сложность конструкции и малая акустическая мощность.

Известно устройство для виброакустического воздействия на нефтяной пласт, включающее акустический излучатель с резонансной камерой (патент RU 2129659, 1999 г.).

В известной конструкции используется модуль резонансной камеры, которая находится внутри акустического прибора. При этом акустическое излучение производится через щели, что уменьшает отдаваемую акустическую мощность, и область акустической обработки околоскважинного пространства.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявленной является конструкция по патенту RU 2161244, 2000 г.

В известном устройстве используется магнитострикционный стержневой излучатель и отражатель, закрепленные в опорном корпусе, или два стержневых излучателя и один отражатель, закрепленные в опорном корпусе. Резонансные объемы скважинной жидкости также находятся внутри корпуса прибора.

Известно, что обсадные колонны могут иметь внутренний диаметр от 93,9 до 475 мм.

Наиболее широко используемые обсадные трубы имеют внутренний диаметр, лежащий в пределах 94-154 мм при толщине стенки от 5 до 12 мм.

При практическом использовании известного устройства в трубах обсадной колонны с другим внутренним диаметром, для локализации энергии в объеме жидкости, необходимо изменение геометрических размеров всех элементов устройства - опорного корпуса, экрана, излучателей, а значит, и внутренних креплений узлов к корпусу, т.е. практически изготовление нового устройства.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание конструкции, обеспечивающей существенное увеличение интенсивности акустического поля в призабойной зоне внутри обсадной колонны и околоскважинном пространстве, независимо от внутреннего диаметра обсадной колонны.

Технический результат достигается за счет того, что устройство включает акустический излучатель составного типа в виде пьезокерамического стержня, помещенного в герметичный корпус, и две активных излучающих накладки в форме диска, размещенные за пределами герметичного корпуса. Активные накладки имеют, по крайней мере, по одной плоской излучающей поверхности, перпендикулярной продольной оси устройства. Акустический излучатель снабжен, по крайней мере, одним металлическим отражателем, установленным на внешней поверхности корпуса излучателя и имеющим плоские поверхности, параллельные плоским поверхностям активных излучающих накладок. Отражатель установлен на внешней поверхности корпуса излучателя с возможностью перемещения вдоль оси устройства и фиксации в заданном положении.

В предпочтительном варианте исполнения устройство может быть снабжено вторым металлическим отражателем, установленным параллельно первому между излучающими накладками так, что они образуют симметричную систему. При этом оба отражателя устанавливаются с возможностью перемещения вдоль оси устройства и фиксации в заданном положении.

В предлагаемом устройстве применяются составные излучатели с излучающими элементами, вынесенными за пределы корпуса.

Резонансные излучающие объемы жидкости формируются в области, внешней по отношению к корпусу излучателя. Диаметр корпуса излучателя может быть существенно меньше внутреннего диаметра обсадной колонны, а также меньше диаметров излучающих элементов и отражателей. При работе устройства внутри обсадных колонн различного диаметра достаточно изменить диаметры дискообразных излучающих элементов и отражателей, т.е. иметь набор двух сменных элементов или элементов, имеющих возможность наращивания по диаметру.

Сущность изобретения поясняется графически.

На чертеже представлено схематическое изображение предложенного устройства.

Устройство включает акустический излучатель составного типа, состоящий из активного пьезокерамического или магнитострикционного стержня 1, двух активных накладок 2 и 3, каждая из которых имеет форму диска с плоскими излучающими поверхностями 4 и 5 соответственно, герметизирующего корпуса 6. Акустический излучатель снабжен металлическим отражателем 7, установленным перпендикулярно продольной оси устройства на корпусе 6 симметрично относительно поверхностей 4 и 5 активных накладок.

Отражатель может быть изготовлен из двух отдельных отражателей 7 и 8, соответственно, которые размещены на одинаковом расстоянии до соответствующих поверхностей 4 и 5. Расстояние от плоских поверхностей 4 и 5 активных излучающих накладок 2 и 3 до обращенных к плоским поверхностям отражателей 7 и 8 одинаково и составляет величину, близкую к половине длины волны в жидкости на рабочей частоте излучателя, но может регулироваться до величины четверти длины волны. Таким образом, в зоне перфорации образуются две камеры, объем каждой из которых ограничен плоскими поверхностями активных излучающих накладок, поверхностями отражателя (отражателей), внешней поверхностью корпуса излучателя и стенкой обсадной колонны.

Электропитающий кабель 9 присоединен к активному стержню 1 через активную накладку 2 с помощью герметичного разъема.

Устройство используется для работы внутри обсадной колонны 10 в зоне перфорации 11.

Внешние поверхности накладок 2 и 3 закрыты акустически "мягкими" экранами (на чертеже не показаны), не пропускающими акустическое излучение в волновод внутри обсадной колонны.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Устройство опускают на кабеле 9 в скважину в зону перфорации 11. Возбуждающее напряжение в области резонансной частоты излучателя по кабелю подается на излучатель. Внутри объема жидкости между активными накладками и отражателем возникает поле стоячих волн. Объемы резонируют. В обеих полостях колебания синфазные.

Наиболее эффективно при этом применение низкочастотных акустических излучателей.

Увеличение интенсивности воздействия акустического поля в объемах напрямую связано с добротностью излучателя и диссипацией энергии через стенки обсадной колонны и отверстия перфорации. Акустически "мягкие" экраны установлены на торцевых внешних поверхностях активных накладок, в связи с чем увеличивается добротность колебательной системы.

В связи с тем, что жесткость стальных стенок колонны существенно больше упругости жидкости, а общая площадь отверстий много меньше поверхности колонны, увеличение интенсивности воздействия колебаний внутри резонирующих объемов может быть существенно больше по сравнению с воздействием того же излучателя в волноводе обсадной колонны.

1. Устройство для акустического воздействия на зону перфорации и нефтеносный пласт в призабойной зоне, включающее акустический излучатель составного типа в виде пьезокерамического стержня, помещенного в герметичный корпус, активных излучающих накладок, размещенных за пределами герметичного корпуса, имеющих плоские излучающие поверхности, перпендикулярные продольной оси устройства, при этом акустический излучатель снабжен, по меньшей мере, одним металлическим отражателем с плоскими поверхностями, параллельными плоским поверхностям активных излучающих накладок и установленным на внешней поверхности корпуса излучателя, на равном расстоянии от каждой накладки с возможностью фиксации в заданном положении.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным металлическим отражателем, установленным параллельно первому на внешней поверхности корпуса излучателя с образованием симметричной системы накладок и отражателей, при этом каждый отражатель установлен с возможностью перемещения вдоль оси устройства и фиксации в заданном положении.