Способ акустического воздействия на продуктивную зону скважины по интервалам перфорации и устройство для его реализации

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, может быть использовано для восстановления фильтрационных свойств коллектора среднедебитных скважин, повышения дебита малопродуктивных скважин и для ввода в действие скважин, считающихся неперспективными. Обеспечивает повышение дебита скважины при восстановлении фильтрующих свойств коллектора и улучшении связи зоны выработки с продуктивным пластом путем настройки комбинированного высокочастотного (ВЧ) и низкочастотного (НЧ) воздействия в диапазоне резонансных частот ближней зоны и доминантных частот дальней зоны по максимальному акустическому отклику в ВЧ- и НЧ-диапазонах. Сущность изобретения: по способу возбуждают скважинный акустический преобразователь импульсными электрическими сигналами ряда частот технологического диапазона. Преобразуют энергию импульсных электрических сигналов в энергию импульсов излучения акустических колебаний технологического диапазона частот, воздействующих на ближнюю продуктивную зону скважины, и в энергию акустических колебаний комбинационных разностных частот, воздействующих на дальнюю продуктивную зону скважины. Согласно изобретению акустическое воздействие производят последовательными чередованиями контрольных и рабочих этапов. На контрольных этапах в паузах между импульсами излучения акустических колебаний принимают акустический отклик ближней и дальней продуктивных зон скважины скважинным акустическим преобразователем, преобразующим энергию акустического отклика в энергию электрического сигнала, по результатам амплитудно-частотной обработки которого определяют ряд частот технологического диапазона, соответствующий максимальному уровню электрического сигнала в режиме приема. Этот ряд частот используют для возбуждения скважинного акустического преобразователя в следующим за контрольным рабочем этапе акустического воздействия. Устройство содержит последовательно включенные задающий генератор, многоканальное генераторное устройство и согласующее устройство, также содержащее геофизический кабель, соединенный со скважинным акустическим преобразователем, также содержащее устройство силового электропитания, подключенное входом к шинам электропитания. Согласно изобретению введены устройство контроля, коммутатор приема-передачи, устройство синхронизации, коммутатор электропитания и устройство дополнительного электропитания, вход которого подключен к шинам электропитания, а выход к первому входу коммутатора электропитания, второй вход которого соединен с выходом устройства силового электропитания и выход подключен к входу электропитания многоканального генераторного устройства. Между согласующим устройством и геофизическим кабелем включен коммутатор приема-передачи, выход контроля которого подсоединен ко входу устройства контроля, соединенного выходом со входом управления задающего генератора, вход синхронизации которого подключен к первому выходу устройства синхронизации, второй выход которого соединен со входом управления коммутатора приема-передачи и третий выход - со входом управления коммутатора электропитания. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, может быть использовано для восстановления фильтрационных свойств коллектора среднедебитных скважин, повышения дебита малопродуктивных скважин и для ввода в действие скважин, считающихся неперспективными.

В технологии обработки продуктивной зоны нефтяных и газовых скважин с целью восстановления фильтрационных свойств, повышения добычи и увеличения извлекаемости углеводородного сырья все большую область применения находят методы акустического воздействия (АВ), различные по диапазону частот, совокупности действий по контролю и управлению акустической отработкой, обеспечивающие улучшение притока нефти и газа из продуктивного пласта в зону выработки [2-8].

Известны способы высокочастотного акустического воздействия на продуктивную зону скважины в технологическом диапазоне до 30 кГц, реализуемые с помощью пьезоэлектрических или магнитострикционных скважинных излучателей, опускаемых к интервалам перфорации на геофизическом кабель-тросе [2, 4, 5, 6]. При воздействии высокочастотных (ВЧ) колебаний обеспечивается очистка перфорационных отверстий и ближней зоны выработки, чем достигается восстановление фильтрационных свойств призабойной зоны скважины [2]. Однако ВЧ-колебания быстро затухают и их воздействие на среднюю и дальнюю зоны, обеспечивающие связь зоны выработки с продуктивным пластом, малоэффективно.

Известны способы возбуждения низкочастотных колебаний в продуктивной зоне скважины посредством ударного, взрывного и гидродинамического воздействий [6], вызывающих вибрации в диапазоне частот десятки и сотни Герц. Низкочастотные (НЧ) акустические колебания воздействуют на среднюю и дальнюю зоны продуктивного пласта, восстанавливая связь с зоной выработки, вовлекая в работу застойные зоны пласта. Вместе с тем НЧ-акустические колебания малоэффективны для очистки перфорационных отверстий и восстановления фильтрационных свойств ближней зоны выработки.

Наибольшая эффективность акустического воздействия достигается на частотах в ВЧ-диапазоне, близких к резонансным частотам коллектора скважины, а в НЧ-диапазоне - совпадающими с доминантными частотами, определяемыми геофизическими характеристиками пласта [1].

Однако совокупность действий известных способов [2, 3, 4] не обеспечивает выделения информации о резонансных и доминантных частотах, что значительно понижает эффективность акустического воздействия в ВЧ- и НЧ-диапазонах.

Известен способ [5], основанный на возбуждении в продуктивной зоне ВЧ-акустических колебаний. Согласно этому способу в скважинном излучателе выделяется знакопостоянный сигнал, пропорциональный амплитуде механических колебаний, который через тракт контроля поступает к наземному генераторному устройству.

В результате обеспечивается настройка на резонансную частоту акустического излучателя по максимальной амплитуде механических колебаний. Предложенный способ настройки, направленный на повышение эффективности электроакустического преобразования в ВЧ-диапазоне, не обеспечивает возбуждение резонансных частот ближней зоны и не позволяет повысить эффективность восстановления фильтра коллектора.

Известен способ воздействия на нефтяной пласт [7], основанный на предварительном прослушивании интенсивности акустических шумов и выделении периодов наибольшей интенсивности, во время которых предлагается проводить акустическое воздействие. Однако отсутствие данных о резонансных и доминантных частотах не позволяет определить эффективные частоты ВЧ- и НЧ-диапазона, что понижает результативность акустической обработки по этому способу.

Согласно способу [7] в результате ВЧ-акустического воздействия предлагается проводить измерения интенсивности сейсмоакустической эмиссии (САЭ). В результате оценки интенсивности САЭ до и после АВ производится оценка характера насыщенности коллектора. В лучшем случае, применение известного способа обеспечивает контроль результативности применения ВЧ АВ. При этом показатели интенсивности САЭ не дают возможность выбрать частоту максимально эффективного воздействия на коллектор ближней зоны скважины.

Общими недостатками известных способов является отсутствие комплексного ВЧ- и НЧ-воздействия на ближнюю и дальнюю продуктивные зоны скважины, а также отсутствие информации по настройке на резонансные и доминантные частоты.

Выделенные недостатки, связанные с отсутствием комплексного ВЧ- и НЧ-воздействия, устранены в способе, описанном в [9]. Известный способ акустической обработки продуктивной зоны скважины по интервалам перфорации является наиболее близким к предлагаемому способу акустического воздействия.

Способ-прототип основан на возбуждении скважинного акустического преобразователя импульсными электрическими сигналами ряда частот технологического диапазона, преобразовании энергии импульсных электрических сигналов в энергию импульсов излучения акустических колебаний ВЧ-диапазона, воздействующих на ближнюю продуктивную зону, и в энергию акустических колебаний комбинационных, разностных частот, воздействующих на дальнюю продуктивную зону скважины.

Реализация способа-прототипа осуществляется с помощью устройства, описанного в [9] и содержащего последовательно включенные задающий генератор, многоканальное генераторное устройство и согласующее устройство, соединенное через геофизический кабель со скважинным акустическим преобразователем, а также устройство силового электропитания, включенное между шинами электропитания и входом электропитания многоканального генераторного устройства (см. фиг.1).

В соответствии с известным способом и устройством его реализации очистка перфорационных отверстий и восстановление фильтра коллектора ближней зоны осуществляется одновременно совокупностью ряда ВЧ-акустических колебаний, частоты которых лежат в диапазоне (10-60) кГц, а средняя и дальняя продуктивные зоны обрабатываются комбинационными разностными НЧ-колебаниями в диапазоне (20-4000) Гц. Колебания комбинационных разностных частот формируются в результате нелинейного взаимодействия акустических колебаний ряда частот ВЧ технологического диапазона.

Недостатком известного способа и устройства является отсутствие настройки на резонансные частоты коллектора ближней зоны и доминантные частоты средней и дальней зон, что приводит к недостаточной эффективности восстановления фильтрационных свойств коллектора и связи зоны выработки с продуктивным пластом.

Задачей настоящего изобретения является повышение дебита скважины при восстановлении фильтрующих свойств коллектора и улучшении связи зоны выработки с продуктивным пластом путем настройки комбинированного ВЧ- и НЧ-воздействия в диапазоне резонансных частот ближней зоны и доминантных частот дальней зоны по максимальному акустическому отклику в ВЧ- и НЧ-диапазонах.

Для решения поставленной задачи в известном способе акустического воздействия на продуктивную зону скважины по интервалам перфорации, основанном на возбуждении скважинного акустического преобразователя импульсными электрическими сигналами ряда частот технологического диапазона, преобразовании энергии импульсов излучения акустических колебаний технологического диапазона частот, воздействующих на ближнюю зону скважины, и в энергию акустических колебаний комбинационных частот, воздействующих на дальнюю продуктивную зону скважины, дополнительно осуществляют следующие операции:

- Акустическое воздействие производят последовательным чередованием контрольных и рабочих этапов.

- На контрольных этапах в паузах между импульсами излучения акустических колебаний принимают акустический отклик ближней и дальней продуктивных зон скважины скважинным акустическим преобразователем, преобразующим энергию акустического отклика в энергию электрического сигнала.

- По результатам амплитудно-частотной обработки сигнала в режиме приема определяют ряд частот технологического диапазона, соответствующий максимальному уровню электрического сигнала в ВЧ- и НЧ-диапазонах.

- Определенный ряд частот используют для возбуждения скважинного акустического преобразователя в следующем за контрольным рабочем этапе акустического воздействия.

Акустическое воздействие на контрольном и рабочем этапах обеспечивается чередованием тонального и двухчастотного режимов работы.

Наибольший эффект от использования предлагаемого способа достигается при акустическом воздействии на контрольном этапе на пониженном уровне энергии 0,01-0,1 от номинального уровня электрического сигнала возбуждения скважинного акустического преобразователя сначала в диапазоне технологических частот 0,2-1,0 октавы с длительностью импульсов излучения в диапазоне (1-100) мс при скважности 10-100, изменяя частоты с шагом 0,01-0,05 октавы для определения максимально эффективного рабочего поддиапазона частот акустического воздействия на ближнюю зону. Затем в пределах рабочего поддиапазона частот в двухчастотном режиме с изменением разностной частоты от 0,01 до 0,2 от средней частоты рабочего поддиапазона в контрольном режиме определяют комбинации разностной частоты максимально эффективного диапазона воздействия на дальнюю продуктивную зону скважины.

Технико-технологические показатели предлагаемого способа являются наиболее эффективными при рабочем этапе акустического воздействия. Для обеспечения наибольшей эффективности возбуждение скважинного акустического преобразователя дополнительно сначала в тональном режиме в поддиапазоне частот эффективного воздействия на ближнюю зону длительностью импульса (10-200) мс, скважностью 2-4, затем в двухчастотном режиме с разностной частотой эффективного воздействия на дальнюю продуктивную зону длительностью импульсов (100-2000) мс, скважностью 1-3.

Технический результат от использования предложенного способа состоит в повышении эффективности восстановления зоны выработки в интервалах перфорации при одновременном восстановлении связи зоны выработки скважины с продуктивным пластом, совместно обеспечивающих повышение дебита скважины. Технический эффект от использования предложенного способа состоит в следующем:

Петрофизические и химикореалогические параметры коллектора ближней зоны имеют значительный диапазон изменения, а физико-химические механизмы, определяющие режим акустического воздействия (микротечения, кавитационные эффекты, диссипативные процессы тепловыделения на неоднородностях, эффекты уменьшения гидродинамического сопротивления в капиллярах), обладают явно выраженными локальными ВЧ-резонансами, настройка на частоту которых значительно повышает эффективность восстановления фильтра зоны выработки в интервалах перфорационных отверстий.

При одновременном излучении высокочастотных акустических колебаний двух и более частот их взаимодействие вследствие нелинейности среды распространения вызывает формирование НЧ-акустических колебаний разностных частот, затухающих значительно меньше первичных ВЧ-колебаний и проникающих в дальнюю продуктивную зону, содержащую напряженные петрофизические структуры с выраженными доминантными частотами. Настройка разностной частоты на НЧ-диапазон доминантных частот обеспечивает инициирование физических механизмов, восстанавливающих связь зоны выработки скважины с продуктивным пластом.

Использование контрольных этапов акустического воздействия позволяет по акустическому отклику определить резонансные частоты физико-химических механизмов эффективной очистки ближней зоны и установить НЧ-диапазон доминантных частот дальней зоны, повышающий результативность восстановления связи зоны выработки с продуктивным пластом.

Чередование контрольных и рабочих этапов акустического воздействия обеспечивает настройку частот первичных колебаний технологического диапазона и вторичных (разностных) частот соответственно на резонансные и доминантные частоты ближней и дальней продуктивных зон с учетом их изменения в процессе воздействия, сохраняя максимальную эффективность акустического воздействия для восстановления фильтрационных свойств коллектора в каждом интервале перфорации, чем достигается выравнивание профиля притока и повышения дебита скважин.

Поскольку при акустических колебаниях большой мощности и значительной длительности реверберационные процессы препятствуют выделению информационного акустического отклика НЧ- и ВЧ-диапазонов, обеспечение контрольного этапа акустического воздействия на пониженном уровне энергии в расширенном диапазоне частот и уменьшенной длительности импульсов излучения повышает достоверность определения резонансных и доминантных частот ближней и дальней зон выработки скважины.

Повышение эффективности АВ для инициирования физико-химических механизмов очистки фильтра продуктивной зоны, особенно на резонансных и доминантных частотах, возрастает при увеличении номинальной мощности возбуждения скважинного акустического преобразователя до (1-8) кВт, уровень которой ограничен геофизическим кабелем и максимальной мощностью скважинного акустического преобразователя. Последовательное формирование дополнительных тональных и двухчастотных сигналов возбуждения скважинного акустического преобразователя при максимальном уровне мощности обеспечивает наибольшую результативность последовательной очистки ближней и дальней зон выработки скважины.

Таким образом, совокупность вновь введенных действий предлагаемого способа, а именно чередование контрольных и рабочих этапов АВ с последовательной установкой многочастотного и двухчастотного сигнала возбуждения скважинного акустического преобразователя при оптимальной мощности электрического сигнала на контрольном и рабочем этапах, обеспечивает повышение результативности акустической обработки интервалов перфорации для повышения дебита при очистке ближней зоны фильтра коллектора и восстановлении связи зоны выработки скважины с продуктивным пластом.

Заявляемое устройство для реализации предлагаемого способа акустической обработки продуктивной зоны скважины на интервалах перфорации, как и известное устройство [9], содержит последовательно включенные задающий генератор, многоканальное генераторное устройство и согласующее устройство, содержит геофизический кабель, соединенный со скважинным акустическим преобразователем, также содержит устройство силового электропитания, подключенное входом к шинам электропитания. В заявленное устройство дополнительно введены новые признаки, а именно: устройство контроля, коммутатор приема-передачи, устройство синхронизации, коммутатор электропитания и устройство дополнительного электропитания, вход которого подключен к шинам электропитания, а выход - к первому входу коммутатора электропитания, второй вход которого соединен с выходом устройства силового электропитания и выход подключен к входу электропитания многоканального генераторного устройства, между согласующим устройством и геофизическим кабелем включен коммутатор приема-передачи, выход контроля которого подключен ко входу устройства контроля, соединенного выходом со входом управления задающего генератора, вход синхронизации которого подключен к первому выходу устройства синхронизации, второй выход которого соединен со входом управления коммутатора приема-передачи и третий выход - со входом управления коммутатора электропитания.

Совокупность вновь введенных блоков и связей в предлагаемом устройстве позволяет следующие технические результаты:

- обеспечить последовательно контрольный и рабочий этапы АВ при поочередном возбуждении скважинного акустического преобразователя тональными и двухчастотными сигналами. При этом в контрольном этапе АВ определяются резонансные частоты ВЧ-диапазона первичных колебаний и доминантные частоты НЧ-диапазона колебаний разностных частот;

- обеспечить настройку на резонансные и доминантные частоты в рабочем этапе АВ при максимальной мощности сигналов возбуждения скважинного акустического преобразователя обеспечивает максимальную эффективность АВ для повышения дебита скважин при очистке фильтра ближней и дальней зоны выработки;

- обеспечить контрольные измерения в оптимальном режиме пониженной мощности путем применения коммутатора электропитания и устройства дополнительного электропитания. При этом использование коммутатора приема-передачи и устройства контроля реализует выделение контрольного сигнала, определяемого акустическим откликом ближней и дальней зон выработки скважины в паузе между импульсами сигналов возбуждения скважинного акустического преобразователя на контрольном этапе АВ.

Таким образом, предложенное устройство полностью обеспечивает технический результат заявляемого способа.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3. На фиг.1 и 2 приведены структурные схемы устройства прототипа и заявляемого устройства. Фиг.3 иллюстрирует особенности формирования акустических колебаний ВЧ-накачки и НЧ-колебаний разностных частот при комбинированном акустическом воздействии.

Устройство для реализации предложенного способа акустического воздействия на продуктивную зону скважины по интервалам перфорации (фиг.2) содержит устройство 1 силового электропитания, многоканальное генераторное устройство 2, согласующее устройство 3, задающий генератор 4, геофизический кабель 5, скважинный акустический преобразователь 6, устройство 7 дополнительного электропитания, коммутатор 8 электропитания, коммутатор 9 приема-передачи, устройство 10 синхронизации и устройство контроля 11.

Устройство 1 силового электропитания предназначено для выпрямления напряжения сети электропитания, в качестве которой используется промышленная сеть 3 ф 50 Гц 380 В, и формирования напряжения Е_р электропитания многоканального генераторного устройства 2 в рабочем режиме при номинальной мощности возбуждения P_p=1-8 кВт скважинного акустического преобразователя 6. Устройство 7 дополнительного электропитания предназначено для преобразования напряжения сети питания в пониженное напряжение E_к=(0,1-0,3)Е_р электропитания многоканального генераторного устройства 2 в контрольном режиме при пониженной мощности P_к=(0,01-0,1)P_p возбуждения скважинного акустического преобразователя 6. Устройство 7 дополнительного электропитания может быть выполнено на трансформаторно-выпрямительном устройстве либо на импульсном источнике вторичного электропитания и коммутатор 8 электропитания обеспечивает подключение номинального либо пониженного напряжения электропитания многоканального генераторного устройства на рабочем и контрольном этапах АВ по команде управления с выхода устройства синхронизации 10. Коммутатор 8 электропитания может быть выполнен на релейной схеме с диодным сумматором.

Задающий генератор 4 обеспечивает формирование тональных либо двухчастотных сигналов управления многоканальным генераторным устройством на время импульса излучения, формируемого устройством 10 синхронизации. Задающий генератор 4 может быть реализован на цифровых схемах формирования сигналов рабочих частот с управлением частотой тональных и двухчастотных сигналов оператором по результату анализа амплитудно-частотных характеристик контрольного сигнала в устройстве 11 контроля.

Функция управляемого задающего генератора может быть выполнена специальным процессором с управлением от ПЭВМ с программным обеспечением, реализующим алгоритм настройки на резонансные и доминантные частоты по результатам спектрального анализа в ВЧ- и НЧ-области на контрольном этапе АВ.

Многоканальное генераторное устройство 2 может быть реализовано на многоканальном ключевом усилителе мощности, обеспечивающем высокоэффективное усиление импульсных тональных либо двухчастотных сигналов задающего генератора 4.

Ключевые усилители мощности реализуются на полевых транзисторах и импульсных диодах, обеспечивающих номинальную суммарную выходную мощность (8-16) кВт и рассчитанные на номинальное напряжение электропитания Е_р=560-600 В от выпрямленного напряжения промышленной сети.

Согласующее устройство 3 обеспечивает трансформаторное согласование и поддиапазонную фильтрацию выходных сигналов многоканального генераторного устройства 2 с входом геофизического кабеля для возбуждения скважинного акустического преобразователя 6.

Типовой коэффициент передачи по мощности геофизического кабеля длиной (2,5-4,5) км достигает 0,5-0,15 в технологическом частотном диапазоне.

В результате номинальная мощность возбуждения скважинного акустического преобразователя составит (1-8) кВт.

Устройство 10 синхронизации формирует команду управления коммутатором 8 электропитания на контрольном и рабочем этапах АВ, команду разрешения задающему генератору 4 на время импульса электрического сигнала возбуждения скважинного акустического преобразователя и команду приема коммутатору 9 приема-передачи на время паузы в контрольном этапе АВ. Установка команд управления обеспечивается оператором либо по заданной программе ПЭВМ.

Коммутатор 9 приема-передачи предназначен для выделения контрольного сигнала во время паузы на контрольном этапе АВ и блокировки входа устройства контроля при формировании сигналов возбуждения во время импульсов излучения. Коммутатор приема-передачи может быть выполнен на диодно-емкостной схеме с использованием ключевого шунтирующего элемента по входу устройства 11 контроля.

Устройство 11 контроля предназначено для выделения контрольного сигнала акустического отклика амплитудно-частотного временного анализа и выделения частотного диапазона резонансных и доминантных частот по максимальному уровню спектральных составляющих в ВЧ- и НЧ-диапазонах. Устройство 11 контроля может быть реализовано на селективном вольтметре с управлением оператором либо на ПЭВМ при реализации задачи спектрального анализа по заданной программе выделения максимальных НЧ- и ВЧ-составляющих.

Геофизический кабель 5 предназначен для передачи сигналов возбуждения от наземной аппаратуры к скважинному акустическому преобразователю и обратно электрических сигналов, формируемых скважинным акустическим преобразователем по колебаниям акустического отклика от ближней и дальней продуктивных зон.

В качестве геофизического кабеля 5 предпочтительно использование типового геофизического кабель-троса КГ-3 с пониженным погонным сопротивлением R=(15-20) Ом/км. Скважинный акустический преобразователь 6 предназначен для преобразования тональных и двухчастотных электрических сигналов технологического диапазона в комбинированные акустические колебания, а также для обратного преобразования колебаний акустического отклика среды в контрольный электрический сигнал.

Скважинный акустический преобразователь 6 выполняется в виде обтекаемого скважинного снаряда диаметром до 60 мм при спускоподъемных операциях в колонну насосно-компрессорных труб либо диаметром до 110 мм при спускоподъемных операциях через открытое устье скважины по обсадной колонне и интервалам перфорации.

Активная часть скважинного акустического преобразователя 6 может быть выполнена на кольцевых преобразователях размещенных соосно, соединенных электрически параллельно и закрепленных конструктивно общей шпилькой через специальные прокладки. Высота активной базы преобразователя составляет (0,8-1,5) м при габаритной длине не более 2000 мм.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом

В скважину на геофизическом кабеле опускают скважинный акустический преобразователь 6 до уровня продуктивной зоны и устанавливают в заданных интервалах перфорации. Интервалы акустической обработки определяют по результатам предшествующих геофизических исследований. На каждом интервале акустическое воздействие производят последовательным чередованием контрольных и рабочих этапов.

На контрольном этапе устанавливают пониженную мощность сигнала возбуждения скважинного акустического преобразователя (0,01-0,1 от номинального уровня), укороченную длительность импульсов (1-100 мс) и большую скважность (10-100). Установленные параметры сигнала излучения в контрольном режиме обеспечивают наилучшие условия измерения сигнала акустического отклика, формируемого обратным преобразованием акустических колебаний во время паузы между импульсами излучения.

Для определения максимально эффективного рабочего поддиапазона частот акустического воздействия формируют тональный сигнал возбуждения скважинного акустического преобразователя. Последовательно изменяя частоту сигнала с шагом 0,01-0,05 октавы в полосе частот 0,2-1,0, октавы производят анализ уровня сигнала акустического отклика в технологическом диапазоне первичных частот ƒ. По максимальному уровню сигнала отклика определяют максимально эффективный поддиапазон частот акустического воздействия на ближнюю зону.

Затем в пределах определенного поддиапазона частот устанавливают первую ƒ₁ и вторую ƒ₂ частоту двухчастотного режима и осуществляют изменение разностной частоты от 0,01 до 0,2 от средней частоты поддиапазона. По наибольшему уровню акустического отклика в низкочастотном диапазоне определяют диапазон комбинаций разностной частоты F=|ƒ₁-ƒ₂|, максимально эффективной для возбуждения на дальнюю продуктивную зону.

Механизм комбинированного акустического воздействия поясняется схемой (фиг.3) распространения акустических колебаний в ближней и дальней зонах скважины. Скважинный акустический преобразователь 6 через обсадную колонну скважины в интервале перфорации возбуждается двухчастотным импульсным сигналом. Во время импульса излучения в ближней зоне формируются акустические колебания ƒ₁ и ƒ₂, распространяющиеся в радиальном направлении. Далее, вследствие нелинейности среды распространения в средней зоне формируются комбинации первичных частот ƒ₁, ƒ₂ и разностной частоты F. В дальней зоне ВЧ-колебания затухают и далее распространяются в основном колебания гармоник разностной частоты.

Распространение комбинированных акустических колебаний инициирует в ближней зоне колебательные процессы на ВЧ-резонансах коллектора, колебания которые определяются сигналом акустического отклика в технологическом диапазоне частот. В результате в паузу между импульсами излучения акустический отклик от ближней зоны на первичных частотах ƒ₁ и ƒ₂ поступает к скважинному акустическому преобразователю, где преобразуется в контрольный электрический сигнал технологического диапазона частот.

В дальней зоне формируется акустический отклик на доминантных частотах геологических структур, совпадающих с гармониками разностной частоты F, 2F. Схема формирования акустического отклика иллюстрируется на фиг.3 (черные стрелки к акустическому преобразователю). Сигнал низкочастотного акустического отклика определяется механизмами нелинейной геоакустики и подчеркивается низкочастотными резонансами в дальней продуктивной зоне

В результате анализа уровня контрольного электрического сигнала ВЧ- и НЧ-диапазонах устанавливают резонансные частоты ближней зоны и доминантные частоты дальней зоны выработки.

Данные, полученные на контрольном этапе акустического воздействия, используют для определения параметров тонального и двухчастотного электрического сигнала возбуждения скважинного акустического преобразователя на рабочем этапе АВ. При этом устанавливают номинальную электрическую мощность сигнала 1-8 кВт, длительность импульсов тонального сигнала при воздействии на ближнюю зону 10-200 мс, скважность 2-4. Для двухчастотного сигнала с разностной частотой эффективного воздействия на дальнюю продуктивную зону устанавливают 100-2000 мс скважность 1-3. Параметры импульсов излучения определяются из условий максимально эффективной передачей энергии на резонансных частотах ближней зоны и доминантных частотах дальней зоны. Типичное время инициирования резонансных механизмов в ближней зоне не превышает установленной длительности импульсов излучения тональных акустических колебаний. Для инициирования процессов в дальней зоне на доминантных частотах требуется более длительное время излучения комбинированных акустических колебаний.

Общее время контрольного этапа на заданном интервале АВ, как правило, не превышает 5-10 мин. Время рабочего этапа для обработки ближней зоны тональным сигналом составляет 0,5-1 час. Для рабочего этапа АВ комбинированными акустическими колебаниями для обработки дальней зоны выработки время воздействия устанавливают 1-2 часа.

Для следующего интервала чередование контрольного и рабочего этапов повторяют аналогичным образом, с определением резонансных и доминантных частот с учетом характеристик продуктивного пропластка.

Настройка на резонансные и доминантные частоты для каждого интервала при обеспечении АВ тональными колебаниями в поддиапазоне частот наиболее эффективные воздействия на ближнюю зону и двухчастотными колебаниями с разностными частотами, совпадающими с доминантными частотами дальней зоны, обеспечивает повышение результативности АВ с увеличением дебита скважины и улучшение фильтрационных свойств дальней и ближней зоны выработки.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Вид излучаемых акустических колебаний определяется задающим генератором 4 с учетом режима работы, установленным устройством 10 синхронизации, по результату анализа амплитудно-частотных характеристик сигнала акустического отклика, произведенным устройством 11 контроля. При ручном управлении устройство 10 синхронизации и задающий генератор 4 управляются оператором, обеспечивающим установку рабочих частот с учетом результатов определения максимального уровня ВЧ- и НЧ-акустических откликов в контрольном режиме. В автоматическом режиме управление осуществляется от ПЭВМ по установленной программе с корректировкой алгоритма работы с учетом конкретных параметров аппаратуры АВ и характеристик продуктивной зоны скважины, подлежащей АВ.

Контрольный этап АВ реализуется при пониженном уровне энергии сигнала возбуждения скважинного акустического преобразователя. Устройство 10 синхронизации устанавливает на третьем выходе, соединенном со входом управления коммутатора 8 электропитания, управляющий сигнал низкого уровня, соответствующий пониженному напряжению электропитания многоканального генераторного устройства (ГУ) 2 от устройства 7 дополнительного электропитания.

На первом выходе устройства 10 синхронизации, соединенном со входом синхронизации задающего генератора 4, формируется импульсный сигнал, соответствующий длительности импульса излучения 1-100 мс при скважности 10-100. Инверсный импульсный сигнал поступает со второго выхода устройства 10 синхронизации на вход управления коммутатора 9 приема-передачи, обеспечивая подключение сигнала, формируемого скважинным акустическим преобразователем 6, по колебаниям акустического отклика во время паузы между импульсами ко входу устройства 11 контроля.

Задающий генератор 4 в первой фазе этапа контроля формирует тональный сигнал в полосе технологических частот 0,2-1,0 октавы с шагом изменения частоты 0,01-0,05 октавы. Центральная частота технологического диапазона устанавливается равной резонансной частоте скважинного акустического преобразователя. В результате многоканальное ГУ 2 через согласующее устройство 3, коммутатор 9 приема-передачи и геофизический кабель 5 формирует импульсный сигнал возбуждения скважинного акустического преобразователя 6 на установленной технологической частоте. Длительность импульса излучения и значительная скважность между импульсами на этапе контроля обеспечивают достоверный прием колебаний акустического отклика ближней зоны. Во время паузы между импульсами акустические колебания отклика преобразуются скважинным акустическим преобразователем 6 в электрический сигнал приема, который через геофизический кабель 5 поступает на коммутатор 9 приема-передачи. Во время паузы между импульсами сигнал со второго выхода устройства 10 синхронизации обеспечивает подключение входа устройства 11 контроля к геофизическому кабелю 5. В результате электрический сигнал приема поступает на вход устройства 11 контроля, где проходит процедура амплитудно-частотной обработки.

При изменении частоты тонального сигнала осуществляют анализ уровня акустического отклика по сигналу приема в диапазоне технологических частот. По максимальному уровню сигнала приема находят диапазон частот максимально эффективного действия на ближнюю зону выработки скважины.

На второй фазе этапа контроля задающий генератор 4 формирует двухчастотные сигналы в выбранном поддиапазоне рабочих частот. Выделение и прием акустического отклика осуществляется коммутатором 9 приема-передачи и устройством 11 контроля аналогичным образом.

Причем в устройстве контроля анализируется уровень НЧ-сигнала приема, соответствующий диапазону разностных частот. Изменяя разностную частоту в диапазоне 0,01 до 0,2 от средней частоты рабочего поддиапазона, определяют максимальный уровень сигнала приема в НЧ-области.

Таким образом, в результате первой и второй фазы этапа контроля АВ находят под-диапазон технологических частот максимально эффективной обработки ближней зоны коллектора скважины и определяют поддиапазон разностных частот возбуждения физических механизмов очистки фильтра дальней зоны выработки.

Полученные данные контрольного этапа АВ используют при установке рабочих частот на первой фазе рабочего этапа АВ при обработке ближней зоны. Для этого частоту тонального сигнала задающего генератора 4 устанавливают в поддиапазоне частот, определенных на первой фазе контрольного этапа.

Устройство 10 синхронизации формирует на входе управления коммутатор 8 приема-передачи сигнал высокого уровня, соответствующего электропитанию многоканального ГУ 2 номинальным напряжением от устройства 1 силового электропитания.

На первом выходе устройства 10 синхронизации формируется импульсный сигнал длительностью 10-200 мс, скважностью 2-4.

В результате многоканальное ГУ 2 обеспечивает возбуждение скважинного акустического преобразователя 6 тональным электрическим сигналом номинальной мощностью 1-8 кВт, при длительности импульса, скважности и рабочей частоте, оптимальной для АВ на ближнюю зону коллектора скважины для заданного интервала перфорации.

После завершения первой фазы рабочего этапа АВ, длительность которой, как правило, не превышает 1 часа, переходят ко второй фазе обработки.

Для этого в задающем генераторе устанавливают двухчастотный сигнал в поддиапазоне рабочих частот, определенных на первой фазе контрольного этапа АВ. Разностную частоту двухчастотного сигнала устанавливают исходя из данных, определенных на второй фазе контрольного этапа АВ.

Установку номинального режима обеспечивают аналогично первой фазе рабочего этапа АВ. Параметры импульсов излучения устанавливают по длительности 100-2000 мс, по скважности 1-3, оптимальным для воздействия на физические механизмы очистки дальней зоны выработки скважины.

Введение в состав предлагаемого устройства дополнительных блоков и связей, реализующих контрольный этап АВ с определением резонансных частот ближней зоны коллектора и доминантных частот дальней зоны выработки, обеспечивает реализацию предлагаемого способа АВ на продуктивную зону скважины по интервалам перфорации.

Реализация предлагаемого устройства на основе перспективных схемотехнических решений, пьезоэлектрических материалов и элементной базы обеспечивает высокую энергетическую эффективность и малые габариты передающей аппаратуры. Двухзвенная система электропитания с пониженным напряжением в режиме контроля обеспечивает надежность и эффективность работы аппаратуры при измерении оптимальных режимов обработки ближней и дальней зон. Выделенные преимущества предлагаемого устройства обеспечивают удобство и эффективность применения в экспедиционных, полигонных и промышленных условиях нефтегазодобывающих промыслов при достижении заявленного эффекта.

Предлагаемый способ акустического воздействия, реализованный на базе заявляемого устройства, прошел апробацию на нефтяных и газоконденсатных месторождениях Севера России.

Аппаратура АВ нового типа использована для интенсификации и реабилитации 15 скважин. Полученный коэффициент успешности превысил 75% при среднем увеличении дебита нефти более чем на 60-70% и дебита газа более чем на 30%, что выгодно отличает предлагаемый способ от известных, в частности применение способа-прототипа обеспечивает коэффициент успешности менее 70% по нефтедобывающим скважинам при среднем увеличении дебита не более чем на 55%. На газоконденсатных скважинах применение известных способов имеет низкую результативность при коэффициенте успешности не более 50% при среднем увеличении дебита газа менее чем на 20%.

При использовании скважинного акустического преобразователя большой мощности (до 8 кВт) в сочетании с предлагаемым способом АВ обеспечен ввод в действие ряда ранее бездействующих газоконденсатных скважин с выходом на дебит по конденсату более 10 т/сут и по газу более 20000 м³/сут.

Таким образом, результаты экспериментального применения предлагаемого способа акустического воздействия и устройства для его реализации подтверждают высокую эффективность заявляемого технического решения, внедрение которого на газо- и нефтедобывающих промыслах позволит сократить фонд бездействующих скважин, увеличить дебит малопроизводительных скважин, восстановить профиль притока и очистить фильтр ближней и дальней зоны выработки скважины, увеличить извлекаемость нефти и газа из существующего фонда скважин при малых затратах и экологической чистоте применяемой технологии.

Источники информации

1. Александров В.А. и др. Управляемое параметрическое воздействие на продуктивную зону нефтяных и газовых скважин. «Геофизика» №5, 1999, с.30-39

2. Кузнецов О.Л., Ефимова С.А. Применение ультразвука в нефтяной промышленности. М.: Недра, 1980, 190 с.

3. Печков А.А., Шубин А.В. Результаты работ по повышению продуктивности скважин методом акустического воздействия. Геоинформатика, 1998, №3, с.16-23.

4. Свалов А.М. О механизме волнового воздействия на продуктивные пласты. - Нефтяное хозяйство, 1996, №7, с.27-29.

5. Патент России №2026969. Способ акустического воздействия на призабойную зону продуктивного пласта.

6. Патент США №5460223. Способ и комплекс оборудования для нефтедобычи.

7. Патент России №2187636. Способ определения характера насыщенности коллектора.

8. Патент России №2046236. Способ воздействия на нефтяной пласт.

9. Патент России №2162519. Способ акустической обработки продуктивной зоны скважины и устройство для его реализации.

1. Способ акустического воздействия на продуктивную зону скважины по интервалам перфорации, основанный на возбуждении скважинного акустического преобразователя импульсными электрическими сигналами ряда частот технологического диапазона, преобразовании энергии импульсных электрических сигналов в энергию импульсов излучения акустических колебаний технологического диапазона частот, воздействующих на ближнюю продуктивную зону скважины и в энергию акустических колебаний комбинационных разностных частот, воздействующих на дальнюю продуктивную зону скважины, отличающийся тем, что акустическое воздействие производят последовательными чередованиями контрольных и рабочих этапов, на контрольных этапах в паузах между импульсами излучения акустических колебаний принимают акустический отклик ближней и дальней продуктивных зон скважины скважинным акустическим преобразователем, преобразующим энергию акустического отклика в энергию электрического сигнала, по результатам амплитудно-частотной обработки которого определяют ряд частот технологического диапазона, соответствующий максимальному уровню электрического сигнала в режиме приема, и этот ряд частот используют для возбуждения скважинного акустического преобразователя в следующим за контрольным рабочем этапе акустического воздействия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контрольный этап акустического воздействия производят на пониженном уровне энергии 0,01-0,1 от номинального уровня электрического сигнала возбуждения скважинного акустического преобразователя длительностью импульсов излучения в диапазоне 1-100 мс при скважности 10-100 дополнительно сначала в тональном режиме в диапазоне технологических частот 0,2-1,0 октавы, изменяя частоты с шагом 0,01-0,05 октавы для определения максимально эффективного рабочего поддиапазона частот акустического воздействия на ближнюю зону, а затем в пределах рабочего поддиапазона частот в двухчастотном режиме с изменением разностной частоты в диапазоне от 0,01 до 0,2 от средней частоты рабочего поддиапазона для определения максимального эффективного диапазона комбинаций разностной частоты акустического воздействия на дальнюю продуктивную зону скважины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочий этап акустического воздействия производят при номинальной мощности 1000-8000 Вт электрического сигнала дополнительно сначала в тональном режиме в поддиапазоне рабочих частот эффективного воздействия на ближнюю зону длительностью импульса 10-200 мс скважностью 2÷4, затем в двухчастотном режиме с разностной частотой эффективного воздействия на дальнюю продуктивную зону длительностью импульсов 100-2000 мс скважностью 1÷3.

4. Устройство акустического воздействия на продуктивную зону скважины, содержащее последовательно включенные задающий генератор, многоканальное генераторное устройство и согласующее устройство, также содержащее геофизический кабель, соединенный со скважинным акустическим преобразователем, также содержащее устройство силового электропитания, подключенное входом к шинам электропитания, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены устройство контроля, коммутатор приема-передачи, устройство синхронизации, коммутатор электропитания и устройство дополнительного электропитания, вход которого подключен к шинам электропитания, а выход к первому входу коммутатора электропитания, второй вход которого соединен с выходом устройства силового электропитания и выход подключен к входу электропитания многоканального генераторного устройства, между согласующим устройством и геофизическим кабелем включен коммутатор приема-передачи, выход контроля которого подсоединен ко входу устройства контроля, соединенного выходом со входом управления задающего генератора, вход синхронизации которого подключен к первому выходу устройства синхронизации, второй выход которого соединен со входом управления коммутатора приема-передачи и третий выход - со входом управления коммутатора электропитания.