EA012695B1

EA012695B1 - Электроакустический способ интенсификации процессов массообмена с целью повышения отдачи скважины и устройство для его осуществления

Info

Publication number: EA012695B1
Application number: EA200701016A
Authority: EA
Inventors: Марио Арнольдо-Барриентос; Олег Абрамов; Владимир Абрамов; Андрей Печников; Альфредо Золеззи-Гарретон; Луис Паредес-Роджас
Original assignee: Кламас Фаллс, Инк.
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2009-12-30
Also published as: BRPI0419070A; ATE541110T1; AP2007003976A0; WO2006052258A1; CA2588235C; US20060096752A1; EA200701016A1; CN101057058B; JP2008519926A; ECSP077405A; NZ554450A; EG24764A; KR101005172B1; ES2383102T3; AU2004324862B2; ZA200702908B; EP1825101A4; KR20070090896A; US7059403B2; CN101057058A

Abstract

Описывается электроакустическое устройство и связанный с ним способ, предназначенные для увеличения отдачи скважин, содержащих нефть, газ и/или воду. Электроакустическое устройство создает колебания, стимулирующие возникновение процессов массообмена внутри скважины. Возникающий в результате этого акустический поток, создаваемый в пористой среде и образуемый путем наложения продольных и сдвиговых волн, распространяется с частотой, превосходящей пороговые значения характеристической частоты, свойственные воде, обыкновенной нефти и тяжелой нефти, при этом акустическая энергия имеет плотность, способную создавать в пористой среде зоны повышенной текучести, что повышает подвижность и извлечение требуемого флюида и уменьшает повреждение пласта в стволе скважины. Опускаемое электроакустическое устройство представляет собой погружаемый блок, помещаемый в продуктивную зону скважины, и состоит из электрического генератора, одного или нескольких электроакустических преобразователей и одной или нескольких волновых систем (сонотродов), которые содержат трубчатые излучатели, которые обеспечивают передачу упругих колебаний в среду, на которую осуществляется воздействие.

Description

Предпосылки создания изобретения

Данное изобретение относится к нефтяной промышленности, а конкретнее - к электроакустической системе и связанным с ней способом увеличения отдачи скважин, содержащих нефть, и заключается в воздействии механическими волнами на зону отбора скважин.

Отдача нефтяных скважин уменьшается со временем по разным причинам. Две главные причины этого уменьшения имеют отношения к уменьшению относительной проницаемости сырой нефти, что снижает её текучесть, и постепенному забиванию пор продуктивного пласта в зоне ствола скважины вследствие накопления твёрдых осадков (глин, коллоидов, солей), которые уменьшают абсолютную проницаемость, или соединения пор. С этими причинами связаны следующие проблемы: забивание пор мелкими минеральными частицами, которые присутствуют в потоке извлекаемых флюидов, отложение неорганической корки, декантация парафинов и асфальтенов, гидратация глины, проникновение твёрдой фазы ила и фильтрация ила, а также проникновение растворов, закачиваемых в скважину, и твёрдых частиц, появляющихся вследствие нагнетания соляного раствора. Каждая из упомянутых выше причин может привести к уменьшению проницаемости или созданию препятствий потоку в зоне, окружающей ствол скважины.

Скважина (фиг. 1) представляет собой, главным образом, продуктивный пласт, обмурованный внутри слоем цемента 19, и обсадную колонну 10, которая последовательно держит ряд расположенных соосно с ней труб 11, образующих лифтовую колонну. Скважина сообщается с коллектором нефти, который имеет достаточную проницаемость, позволяющую флюидам, образовавшимся в продуктивном пласте 12, протекать через перфорацию 14 и/или отверстия 13 в облицовке скважины, создавая поток в продуктивном пласте 12. Лифтовая колонна 11 обеспечивает выход флюидам 18, образовавшимся в продуктивном пласте. В типичном случае выполняется значительное количество перфорационных отверстий 14, которые проходят радиально наружу из облицованной скважины. Перфорационные отверстия 14 расположены равномерно на облицовке в том месте, где она проходит через продуктивный пласт 12. В идеальном случае перфорационные отверстия 14 расположены только в продуктивном пласте 12, и, следовательно, их количество зависит от толщины продуктивного пласта 12. Обычно выполняется от 9 до 12 перфорационных отверстий на метр глубины продуктивного пласта 12. С другой стороны, перфорационные отверстия 14 проходят в каждом продольном направлении, следовательно, имеются перфорационные отверстия 14, проходящие радиально по азимуту 0°, а дополнительные перфорационные отверстия 14 расположены через каждые 90°, и тем самым они определяют четыре группы перфорационных отверстий 14 вокруг азимута.

Флюиды из продуктивного пласта 12 протекают через перфорационные отверстия 14 и поступают в обмурованную скважину. В предпочтительном варианте в скважинах устанавливается пробка при помощи какого-либо герметизирующего устройства, например пакера 15 или пробки-моста, расположенных ниже уровня перфорационных отверстий 14. Пакер 15 соединяется с лифтовой колонной 11, образуя отсек 16, в который втекают флюиды из продуктивного пласта 12, заполняют отсек 16 и достигают уровня 17 флюидов. Накопленные флюиды 18 вытекают из продуктивного пласта 12 и могут сопровождаться различными количествами природного газа. В итоге, в обмурованном отсеке накапливается нефть, некоторое количество воды, природного газа, а также песка и твёрдого осадка. Обычно песок оседает на дно отсека 16. Флюиды, добываемые из продуктивного пласта 12, могут изменять фазовое состояние в случае уменьшения давления в продуктивном пласте 12. что приводит к испарению более лёгких молекул. С другой стороны, в скважине могут образовываться очень тяжёлые молекулы.

Спустя некоторое время, пути через перфорационные отверстия 14, проходящие внутри продуктивного пласта 12, могут забиваться мелочью или осадками. Это определяется размером пор, которые сообщаются с флюидами внутри продуктивного пласта 12, и позволяют им вытекать из продуктивного пласта 12 через трещины или разрывы или сообщающиеся поры до тех пор, пока флюиды не достигнут промежуточных объёмов внутри отсека 16, где они собираются. Во время протекания очень мелкие твёрдые частицы из продуктивного пласта 12, известные как мелочь, могут также протекать, но вместо этого они стремятся осесть. Поскольку мелочь может находиться некоторое время в дисперсном состоянии, они могут скапливаться и тем самым забивать пустоты в порах и, следовательно, снижать дебит флюидов. Это может оказаться проблемой, которая постоянно воспроизводится и приводит к уменьшению добычи. Всё больше мелочи может осаждаться внутри перфорационных отверстий 14 и забивать их, что может препятствовать даже минимальному дебиту.

Даже при использовании самых совершенных способов добычи и при самых благоприятных условиях извлечения, более 20% сырой нефти, первоначально находящейся в коллекторе, остаётся обычно в нём.

Периодическая стимуляция притока пластового флюида в скважину осуществляется с использованием трёх основных типов воздействия: ацилирование, разрыв пласта, а также воздействие растворителями и теплом. Ацилирование включает использование смеси кислот НС1 и НР, которые нагнетаются в зону продуктивного пласта (в породу). Кислота используется для растворения химически активных компонентов горной породы (карбонатов и глин и, в меньшей степени, силикатов) и тем самым увеличения её проницаемости. Для повышения эффективности воздействия кислоты часто используются добавки,

- 1 012695 такие как замедлители реакции и растворители. Хотя ацилирование является обычным способом возбуждения притока пластового флюида в нефтяную или газовую скважину, он, очевидно, имеет ряд недостатков, а именно высокую стоимость химических реактивов и затраты на утилизацию отходов. Часто кислоты несовместимы с сырой нефтью и могут образовывать густой маслянистый осадок внутри скважины. Фаза, выпавшая в осадок после использования кислоты, часто может быть более вредной, чем растворённые минералы. Глубина проникновения активной кислоты составляет обычно менее пяти дюймов.

Гидравлический разрыв пласта является ещё одним обычным способом стимуляции притока пластового флюида в нефтяные или газовые скважины. В данном способе высокое гидравлическое давление используется для создания вертикальных трещин в продуктивном пласте. Эти трещины можно заполнить полимерными пробками или обработать кислотой (в карбонатах и мягких породах), чтобы создать каналы внутри скважины, позволяющие протекать нефти и газу. Данный способ является чрезвычайно дорогостоящим (приблизительно от 5 до 10 раз дороже, чем обработка кислотой). В некоторых случаях трещины могут достигать областей, содержащих воду, что увеличивает количество добываемой воды (нежелательно). Подобные способы воздействия распространяются на многие сотни футов от скважины и чаще используются в горных породах с низкой проницаемостью. Возможность успешно поместить во все трещины полимерные пробки обычно ограничена, и проблемы, подобные закрытию трещин и разрушению пробок (расклинивающего наполнителя) могут существенно снизить продуктивность гидравлических трещин.

Одной из наиболее часто встречающихся проблем в старых нефтяных скважинах является отложение парафина и асфальтена внутри и вокруг скважины. Для того чтобы расплавить и растворить парафин в нефти, в скважину нагнетается пар или горячая нефть, которые заставляют всё подниматься на поверхность. Для удаления асфальтенов, имеющих высокую точку плавления и не растворимых в алканах, часто используются органические растворители (такие как диметилбензол). Пар, так же как и растворители, является дорогим (растворители ещё дороже пара) в особенности при использовании в малодебитных скважинах, которые выдают менее 10 баррелей нефти в день. Необходимо отметить, что только в одном штате Техас имеется более 100000 таких скважин и, по всей видимости, намного больше в других штатах США.

Главным ограничением при использовании пара и растворителей является отсутствие механического перемешивания, необходимого для растворения или поддержания в состоянии суспензии парафина и асфальтенов.

В патенте США № 3721297, выданном на имя Κ..Ό. СНаИасотЬе, предлагается инструмент для очистки скважин импульсами давления, при этом ряд модулей со взрывчатым веществом и газогенераторов соединены последовательно таким образом, что зажигание одного из них приводит к срабатыванию следующего.

Взрывы создают ударные волны, которые позволяют производить очистку скважин. Данный способ имеет очевидные недостатки, такие как потенциальная опасность разрушить взрывами нефтяные и газовые скважины высокого давления. Данный способ становится неосуществимым вследствие дополнительного риска возникновения пожара и отсутствия контроля во время выполнения указанных операций.

В патенте США № 3648769, выданном на имя Н.Т. 8аетует, описывается гидравлически управляемая диафрагма, которая создаёт синусоидальные колебания в низком звуковом диапазоне. Генерируемые волны имеют низкую интенсивность и не направлены или сфокусированы на забой. Вследствие этого большая часть энергии распространяется вдоль ствола скважины.

В патенте США № 4343356, выданном на имя Е.Э. Ктддк е1 а1., описывается устройство для обработки поверхности ствола скважины. Приложение высокого напряжения приводит к образованию электрической дуги, которая удаляет материал солевых отложений со стенок скважины. К сложностям, связанным с использованием данного устройства, относится тот факт, что дугой невозможно управлять непрерывно, и очистка может вообще не происходить. Кроме того, нерешенным остается вопрос пожаро- и электробезопасности.

Еще один гидравлический/механический генератор колебаний был предложен А.С. Вобше (патент США № 4280557). Импульсы гидравлического давления, создаваемые внутри вытянутой упругой трубы, используются для очистки обмурованных стенок скважины. Данной системе также присущи недостатки в виде низкой интенсивности и ограниченной возможности управления.

Наконец, способ удаления парафина из нефтяных скважин был предложен У.^. Мас Малик е1 а1. (патент США № 4538682). Данный способ основан на установлении температурного градиента внутри скважины путем введения в скважину нагревательного элемента.

Хорошо известно, что нефтяные и газовые скважины и скважины-водоисточники после некоторого времени работы засоряются, и их дебит уменьшается, следовательно, возникает необходимость в регенерации скважин. Используются следующие механические, химические и традиционные способы регенерации скважин.

Интенсивная промывка, накачка ударной волной, воздействие воздухом, растворение отложений при помощи соляной кислоты или других кислот в сочетании с другими химическими реагентами, промывка струей воды под высоким давлением, нагнетание СО2, создание ударной волны давления путем

- 2 012695 использования взрывчатых веществ.

В этих способах используются вредные химреагенты или такая высокая мощность, что они могут создавать опасность для конструкции скважины.

Имеется большое количество эффектов, связанных с воздействием ультразвуковых полей определенных частот и интенсивностей на твердые тела и жидкости. В частности, в случае жидкостей имеется возможность создавать кавитационные пузырьки, т.е. создавать пузырьки из газов, растворенных в жидкости, или при фазовом переходе последней. Другие явления связаны с дегазацией жидкости и очисткой поверхностей твердых тел.

Ультразвуковые методы были разработаны с целью увеличения добычи сырой нефти из нефтяных скважин. В патенте США № 3990512, выданном на имя ΛγΙΙιιιγ Кщщ и озаглавленном Способ и система добычи нефти с помощью ультразвука, раскрывается способ и система добычи нефти путем применения ультразвука, генерируемого при помощи колебаний, создаваемых при нагнетании жидкостей под высоким давлением, с целью создания трещин в коллекторе для образования новых дренажных каналов.

В патенте США № 5595243, выданном на имя Мак1, 1т. е! а1., предлагается акустическое устройство, в котором в качестве излучателей используется комплект пьезокерамических преобразователей. Данное устройство представляет значительные трудности в изготовлении и использовании, поскольку оно требует асинхронной работы значительного количества пьезокерамических излучателей.

В патенте США № 5994818, озаглавленном Устройство для передачи ультразвуковой энергии в жидкую или тестообразную среду, и в патенте США № 6429575, озаглавленном Устройство для передачи ультразвуковой энергии в жидкую или тестообразную среду, которые принадлежат Владимиру Абрамову и др., предлагается устройство, состоящее из генератора переменного тока, который работает в диапазоне от 1 до 100 кГц и передает ультразвуковую энергию, и пьезоэлектрического или магнитострикционного преобразователя, который излучает продольные волны, которые трубчатый резонатор, соединенный с волноводной системой (или сонотродом), преобразует, в свою очередь, в поперечные колебания в находящейся с ним в контакте жидкой или тестообразной среде. Тем не менее, эти патенты предназначены для использования в контейнерах очень больших размеров, по крайней мере, по сравнению с размером и геометрией имеющихся в скважинах перфорационных отверстий. Это накладывает ограничения на размеры, а также на способ передачи, если требуется увеличить отдачу нефтяных скважин.

В патенте США № 6230799, выданном на имя 1и11е С. 81аипдЫет е! а1. и озаглавленном Опускаемый в скважину ультразвуковой излучатель и способ его использования, предлагается устройство, использующее ультразвуковые преобразователи, выполненные из сплава ТегГепо1-Э. расположенные в забое скважины, питание которых осуществляется от ультразвукового генератора, расположенного на поверхности. Размещение преобразователей на оси устройства позволяет излучать в поперечном направлении. В данном изобретении достигается уменьшение вязкости углеводов, содержащихся внутри скважины вследствие эмульсификации при реакции со щелочным раствором, нагнетаемым в скважину. В данном приборе принудительная поверхностная циркуляция флюидов используется в качестве системы охлаждения, что гарантирует непрерывность облучения.

В патенте США № 6279653, выданном на имя Иепиок С. Уедепег е! а1. и озаглавленном Уменьшение вязкости тяжелой нефти и ее добыча, представлен способ и устройство для добычи тяжелой нефти (с плотностью в градусах по шкале ΑΡΙ меньше 20) путем использования ультразвука, генерируемого преобразователем, выполненным из сплава ТетГепоГИ, укрепленном на стандартном откачивающем насосе и питаемом от расположенного на поверхности генератора. В данном изобретении также рассматривается присутствие щелочного раствора, например водного раствора гидроксида натрия (ИаОН), с целью образования эмульсии с сырой нефтью в коллекторе, имеющей меньшую плотность и вязкость, и создание, тем самым, более благоприятных условий для добычи сырой нефти путем откачивания. В данном случае преобразователь размещается аксиально с тем, чтобы он обеспечивал продольное излучение ультразвука. Преобразователь соединяется с примыкающим к нему стержнем, который выполняет роль волновода (или сонотрода) для данного устройства.

В патенте США № 6405796, выданном на имя ВоЬей 1. Меуег е! а1. и озаглавленном Способ интенсификации добычи нефти с использованием ультразвука, предлагается способ интенсификации добычи нефти с использованием ультразвука. Предлагаемый способ заключается в разрушении агломератов путем облучения их ультразвуком, и эта операция выполняется в определенном частотном диапазоне с целью стимуляции притока флюидов и твердых частиц в различных состояниях. Основной механизм добычи сырой нефти основан на относительном перемещении этих компонентов внутри коллектора.

Во всех предыдущих патентах использовалось приложение ультразвуковых волн посредством преобразователя, питаемого извне от электрического генератора, у которого передающий кабель обычно имеет длину более 2 км. Это влечет такой недостаток, как потерю передаваемого сигнала, это значит, что необходимо генерировать достаточно мощный сигнал, чтобы обеспечить соответствующее функционирование преобразователей внутри скважин, т.к. амплитуда электрического тока высокой частоты уменьшается на такой высоте до 10% от первоначального значения.

Поскольку преобразователи должны работать в режиме высокой мощности, необходима система

- 3 012695 воздушного или водяного охлаждения, что представляет значительные трудности при размещении ее внутри скважины, а это приводит к тому, что интенсивность ультразвука не должна превышать 0,5-0,6 Вт/см². А эта величина не является достаточной для указанных целей, поскольку пороговое значение интенсивности для возникновения акустических эффектов в нефти и породе составляет от 0,8 до 1 Вт/см².

В российских патентах № 2026969, принадлежащем А.А. Печкову и озаглавленном СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА, и № 2026970, принадлежащем А.А. Печкову и др. и озаглавленном УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ, в патенте США № 5184678, выданном А.А. Печкову и др. и озаглавленном СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОЙ СТИМУЛЯЦИИ ПРИТОКА, раскрываются способы и устройства для стимуляции притока пластовых флюидов внутрь добывающей скважины. Данные устройства содержат в качестве нового элемента электрический генератор, соединенный с преобразователем, и оба они объединены в одно целое и установлены в забое скважины. Эти преобразователи работают в импульсном режиме, который позволяет осуществлять работу без внешней системы охлаждения.

Приемлемая стимуляция твердых материалов требует высокой эффективности при передаче акустических колебаний от преобразователя в породу коллектора, что, в свою очередь, зависит от акустического сопротивления внутри скважины (породы, воды, стенок и нефти, среди прочего). Хорошо известно, что коэффициент отражения на границе раздела жидкой и твердой фазы весьма высок, что означает, что количество волн, проходящих сквозь стальную трубу, не будет вполне достаточным для воздействия на промежутки в отверстиях, с помощью которых скважина сообщается с коллектором.

Краткое изложение сущности изобретения

Одной из главных целей данного изобретения является разработка высокоэффективного акустического способа, обеспечивающего высокую подвижность флюидов в зоне забоя скважины.

Еще одной целью является создание опускаемого в скважину акустического устройства, которое генерирует механические волны чрезвычайно высокой энергии, способные удалять мелкозернистые органические корки и органические отложения как внутри, так и вокруг ствола скважины.

Дополнительная цель состоит в создании опускаемого в скважину акустического устройства, предназначенного для нефтяных, газовых и водозаборных скважин, которое не требует нагнетания химреагентов для их стимуляции.

Еще одной целью является создание опускаемого в скважину акустического устройства, которое не требует высоких затрат на экологическую обработку, связанную с возращением флюидов в скважину после обработки.

Предлагается опускаемое в скважину акустическое устройство, которое может работать внутри лифтовой трубы и не требует удаления или выемки лифтовой трубы. В некоторых вариантах выполнения лифтовая труба может иметь любой диаметр, обычно около 42 мм. В других вариантах выполнения диаметр трубы составляет 42 мм.

Наконец, желательно создать опускаемое в скважину акустическое устройство, которое можно эксплуатировать при любом типе закачивания скважины, обсаженном/перфорированном в стволе скважины, а также в скважинах, имеющих гравийные фильтры, сетчатые фильтры/обсадные колоны-хвостовики и т. п.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображено устройство для облучения, приведенное в качестве примера, в соответствии с изложенной здесь концепцией;

на фиг. 2 - график, иллюстрирующий способ, приведенный в качестве примера согласно описанию данного изобретения;

на фиг. 3 - продольный разрез приведенного в качестве примера акустического блока;

на фиг. 4 - более подробная схема второго варианта приведенного в качестве примера описанного здесь акустического блока;

на фиг. 5 - схема третьего варианта приведенного в качестве примера акустического блока; на фиг. 6 - разрез четвертого варианта приведенного в качестве примера акустического блока; на фиг. 6а - поперечное сечение фиг. 6 по линии А-А.

Подробное описание изобретения

Согласно данному описанию и с целью увеличения проницаемости зоны ствола скважины для нефтяных, газовых и водозаборных скважин описываются способ и устройство, предназначенные для стимуляции зоны ствола скважины механическими колебаниями с целью способствовать образованию сдвиговых колебаний в зоне извлечения вследствие смещения по фазе механических колебаний, создаваемых вдоль оси скважины, созданию попеременно сил растяжения и сжатия вследствие наложения продольных и сдвиговых волн и стимуляции, таким образом, возникновения процессов переноса массы внутри скважины.

Это иллюстрируется графиками, представленными на фиг. 2, на которых вектор 45 колебательной скорости У^К ₁ продольных колебаний, которые распространяются в излучателе 46, направлен вдоль оси

- 4 012695 излучателя, а распределение амплитуд 47 виброперемещений ξ Έ,,ι продольных колебаний также распространяется вдоль излучателя. Ввиду этого, в результате эффекта Пуассона в излучателе 46 генерируются радиальные колебания с характеристическим распределением амплитуд 48 перемещений ξ\_ν.

Радиальные колебания передаются в зону 50 ствола скважины через излучающую поверхность 49 излучателя 46. Вектор 51 скорости ν^Ζι продольных колебаний распространяется в зоне 50 ствола скважины в направлении, перпендикулярном оси излучателя. На графике 52 показано характеристическое радиальное распределение амплитуд ξ\ι перемещений 501 радиальных колебаний, распространяющихся в зоне 50 ствола скважины и излучаемых из точек излучателя, расположенных на расстоянии равном λ₁/4 (где λ - длинна волны продольных волн в материале излучателя).

Наличие сдвига фаз в радиальных колебаниях, распространяющихся в среде, приводит к возникновению сдвиговых колебаний в зоне ствола скважины, у которых вектор 53 колебательной скорости ν^Ζ8 направлен вдоль оси излучателя. На графике 54 показано характеристическое распределение амплитуд перемещений сдвиговых колебаний ξ\₈.

В результате этого, в зоне 50 ствола скважины создается акустический поток 55 вследствие наложения продольных и сдвиговых волн со скоростью (Иг) и характеристической длиной волны λ₁/4.

Рабочая частота генерируемого акустического поля соответствует, по крайней мере, характеристической частоте, определяемой уравнением 1.

/=^7777’ Уравнение 1 где φ и к - пористость и проницаемость пласта, т.е. зоны 50 ствола скважины, из которой происходит добыча;

δ и η - плотность и динамическая вязкость находящихся в порах флюидов в зоне ствола скважины,

Р_А - коэффициент амплитуды для относительного перемещения флюидов по отношению к пористой среде.

В таблице приведены значения характеристической величины, полученной из уравнения 1, при значении коэффициента амплитуды, равном 0,1, и при предполагаемых значениях φ и к, свойственных породе коллектора. Значения вязкости для воды, обыкновенной и тяжелой нефти предполагается равным 0,5, 1,0 и 10 мП соответственно.

Таблица

Значения характеристической частоты

	Характеристическая частота, кГц
φ [%]	к[мД]	η = 0,5 мП-с	η = 1 мП-с	η = 10 мП-с
(вода)	(обыкновенная нефть)	(тяжелая нефть)
5	0,1	4000	8000	80000
10	1	800	1600	16000
15	20	60	120	1200
20	300	5,3	10,6	106
30	1000	2,5	5	50

Способ, описанный выше, осуществляется, в частности, при помощи устройства, изображенного на фиг. 3, где данное устройство показано размещенным в скважине.

Как показано на фиг. 3, электроакустическое устройство 20, которое содержит закрытый корпус 200, предпочтительно имеющий цилиндрическую форму и известный как зонд, опускается в скважину на армированном тросе 22, выполненном предпочтительно из проволоки, и в котором имеется один или несколько электрических проводников 21 вместе с армированным тросом 22, и который называется также каротажным кабелем.

Закрытый корпус 200 изготовлен из материала, который передает вибрацию. Закрытый корпус 200 состоит из двух секций: верхнего корпуса 23 и нижнего корпуса 201. Нижний корпус 201 на своем дальнем конце имеет две внутренние полости, первую полость 25 и компенсационную камеру 302. Первая полость 25 сообщается с внешней средой посредством мелких отверстий 26. Флюид 18, который должен быть добыт из зоны ствола скважины, может втекать через эти мелкие отверстия 26 в первую полость 25. Как только этот флюид 18 заполнит первую полость 25, он сможет компенсировать давление в зоне ствола скважины с давлением устройства 20. Компенсационная камера 302 заполняется охлаждающей жидкостью 29, которая действует на комплект растяжимых гофрированных мембран 27, что, в свою очередь, позволяет им расширяться в зону 28 компенсаций, расположенную в нижнем корпусе 201.

Выше компенсационной камеры 302 расположена вторая камера 301, называемая камерой стимуляции и находящаяся в зоне 34 стимуляции нижнего корпуса 201. В зоне 34 стимуляции имеются отверстия 35, которые обеспечивают увеличение уровня передачи акустической энергии в пласт 12.

- 5 012695

Вторая камера 301 и компенсационная камера 302 образуют большую камеру 30, в которой размещается волновод, или сонотрод 61. В сонотроде 61 имеются рупор 32, излучатель 31 и оконечность 33 в форме полусферы. Излучатель 31 имеет геометрическую форму в виде трубы с наружным диаметром И₀, причем его ближний конец (ближайший к армированному кабелю 22) имеет форму рупора 32, размещенного внутри камеры 301 стимуляции, а его дальний конец имеет форму полусферы с внутренним диаметром И₀/2 и расположен внутри компенсационной камеры 302. Обе камеры загерметизированы при помощи проходящего по периметру фланца 44, который, в свою очередь, удерживает полусферический коней 33 излучателя 31. Геометрические размеры трубчатой части излучателя (наружный диаметр И₀, длина Ь и толщина стенок δ определяются из условий эксплуатаций при резонансных параметрах продольных и радиальных колебаний при собственной резонансной частоте электроакустического преобразователя 36.

Для осуществления описанного выше при рассмотрении фиг. 2 принципа, касающегося образования и наложения продольных и сдвиговых волн в зоне ствола скважины, длина Ь трубчатого участка (излучателя 31) сонотрода 61 не должна быть меньше чем половина длины продольной волны λ в материале излучателя, т.е. Ε>λ/2.

Рупор 32 приварен к преобразователю 36, который предпочтительно должен быть электроакустическим преобразователем, таким как магнитострикционный или пьезокерамический преобразователь, окруженный обмоткой 37.

С целью улучшить систему охлаждения преобразователь 36 выполняется состоящим из двух частей (не показаны на фиг. 2).

Обмотка 37 соединена соответствующим образом с электрическим проводником 38, который проходит от источника 39 электропитания, расположенного в отдельном отсеке 40 внутри верхнего корпуса 23. Источник 39 электропитания питается с поверхности скважины через проводники 21, расположенные в армированном кабеле 22. Источник 39 электропитания и преобразователь 36 охлаждаются жидкостями 41, имеющимися в отсеках, в которых они расположены (40 и 42 соответственно).

Для увеличения акустической мощности, подаваемой в зону ствола скважины, устройству 20, как показано на фиг. 4, добавляется второй преобразователь 56, предпочтительно электроакустический преобразователь, работающий в той же фазе, что и первый преобразователь 36. Источник электропитания 39 соединен с обоими преобразователями 36 и 56 общим питающим проводом 38.

В этом случае сонотрод 61 имеет два рупора 32 и 57 и излучатель 31. Излучатель 31 принимает трубчатую форму, и оба его конца заканчиваются в виде рупоров в половину длины волны 32 и 57.

На фиг. 5 изображен еще один вариант выполнения на основе особого принципа образования продольных и сдвиговых волн в зоне ствола скважины. В данном случае устройство 20 содержит от 2 до 2п (где п - целое число) колебательных систем 58 и 59, у которых электроакустические преобразователи в каждой паре работают синфазно, а каждая следующая пара колебательных систем работает в противофазе по отношению к предыдущим колебательным системам.

Источник электропитания 39 соединен с преобразователями каждой колебательной системы 58 и 59 при помощи общего питающего провода 38.

Другие конструктивные элементы данной системы аналогичны описанным выше при рассмотрении фиг. 3.

Для увеличения эффективности работы сонотрода 61 его конструкцию можно модифицировать, как показано на фиг. 6 и 6а.

Как показано в качестве примера на фиг. 6 и 6а, сонотрод 61 имеет цилиндрический корпус 60, в котором выполнена одна или несколько продольных канавок 62. В одном варианте количество продольных канавок 62 может изменяться от 2 до 9. Длина этих канавок 62 является кратной половине λ длины волны волн, передаваемых электроакустическим устройством, а их ширина может изменяться в диапазоне приблизительно от 0,3 до 1,5 И₀, в конкретных вариантах выполнения от 0,3 до 1,5 И₀.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ стимуляции процессов переноса массы, при которых происходит увеличение отдачи продуктивного пласта скважины, содержащей нефть, в котором вводят в скважину электроакустическое устройство и возбуждают в зоне ствола скважины продольные колебания и поперечные колебания, которые вызывают сдвиговые колебания в пористой среде, и в результате наложения продольных и сдвиговых колебаний получают акустический поток с длиной волны, равной четверти длины волны продольных колебаний, отличающийся тем, что дополнительно рассчитывают характеристическую частоту подвергаемой облучению пористой среды, а значение рабочей частоты акустического потока выбирают не меньше величины, соответствующей характеристической частоте, рассчитанной для подвергаемой облучению пористой среды.
2. Электроакустическое устройство для стимуляции процессов переноса массы, при которых происходит увеличение отдачи продуктивного пласта скважины, содержащей нефть, путем передачи механических волн в зону ствола скважины, включающее корпус преимущественно цилиндрической формы,

- 6 012695 внутри которого размещен электроакустический преобразователь и соединенный с ним сонотрод, содержащий излучатель, излучающая поверхность которого расположена вдоль оси скважины, отличающееся тем, что сонотрод имеет длину, равную или превосходящую половине характеристической длины волны генерируемых колебаний, и форму с размерами, определяемыми условиями эксплуатации при резонансных параметрах продольных радиальных колебаний с собственной резонансной частотой электроакустического преобразователя, имеющей значение, не меньшее величины, соответствующей характеристической частоте, рассчитанной для пористой среды, подвергаемой облучению при помощи электроакустического устройства, причем сонотрод способен создавать продольные и поперечные колебания, которые вызывают сдвиговые колебания в пористой среде, а наложение продольных и сдвиговых колебаний создает акустический поток, имеющий длину волны, равную одной четверти длины волны продольных колебаний в материале излучателя.
3. Электроакустическое устройство по п.2, в котором сонотрод имеет геометрическую форму в виде трубы с наружным диаметром Ό₀, один конец которой выполнен в форме рупора, а противоположный конец - в форме полусферы с наружным диаметром, равным Ό₀/2.
4. Электроакустическое устройство по п.2, в котором электроакустический преобразователь является магнитострикционным электроакустическим преобразователем.
5. Электроакустическое устройство по п.2, в котором электроакустический преобразователь является пьезоэлектрическим электроакустическим преобразователем.
6. Электроакустическое устройство по п.2, в котором электроакустическое устройство содержит два или более электроакустических преобразователя, образующих колебательную систему, работающую синфазно, и соединенных с сонотродом на расстояниях, кратных половине длины волны генерируемых продольных и радиальных волн.
7. Электроакустическое устройство по п.6, содержащее 2п колебательных систем, в которых, при объединении их последовательно в пары, электроакустические преобразователи каждой пары колебательных систем работают синфазно, а каждая следующая пара работает в противофазе по отношению к соседней с ней колебательной системе.
8. Электроакустическое устройство по п.7, в котором п представляет собой целое число.
9. Электроакустическое устройство по п.3, в котором сонотрод содержит цилиндрический корпус, имеющий не менее двух канавок.
10. Электроакустическое устройство по п.9, в котором канавки параллельны продольной оси сонотрода и имеют длину, кратную половине длины волны, генерируемой электроакустическим устройством, и ширину, лежащую в диапазоне приблизительно от 0,3 до 1,5 Ό₀.
11. Электроакустическое устройство по п.10, в котором электроакустический преобразователь является магнитострикционным электроакустическим преобразователем.
12. Электроакустическое устройство по п.10, в котором электроакустический преобразователь является пьезоэлектрическим электроакустическим преобразователем.
13. Электроакустическое устройство по п.4 или 5, в котором электроакустическое устройство содержит два или более электроакустических преобразователя, образующих колебательную систему, работающую синфазно, и соединенных с сонотродом на расстояниях, кратных половине длины волны генерируемых продольных и радиальных волн.
14. Электроакустическое устройство по п.13, содержащее 2п колебательных систем, в которых, при объединении их последовательно в пары, электроакустические преобразователи каждой пары колебательных систем работают синфазно, а каждая следующая пара работает в противофазе по отношению к соседней с ней колебательной системе.
15. Электроакустическое устройство по п.14, в котором п представляет собой целое число.