RU133560U1

RU133560U1 - WELD CEMENTING DEVICE

Info

Publication number: RU133560U1
Application number: RU2013120121/03U
Authority: RU
Inventors: Анна Владимировна Абрамова; Майя Владимировна Баязитова
Original assignee: Анна Владимировна Абрамова; Майя Владимировна Баязитова
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2013-10-20

Abstract

1. Устройство для цементирования скважин, содержащее скважинный прибор, состоящий из последовательно расположенных в одном корпусе электрогидравлического блока с колебательным контуром и ультразвукового блока с электроакустическими преобразователями, датчики давления и потока, гидрофон, насос, ультразвуковой и импульсный генераторы, контрольное оборудование для датчиков, блок управления скважинным прибором, отличающееся тем, что блок управления устройством снабжен синхронизатором работы электрогидравлического и ультразвукового блоков, а также устройством для управления длительностью импульсов, частотой набивки и спектра сигнала колебательного контура электрогидравлического блока для изменения зоны воздействия, при этом в нижней части корпуса скважинного прибора расположены разрядная камера и защитная крышка.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроакустические преобразователи ультразвукового блока расположены параллельно.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроакустические преобразователи ультразвукового блока расположены параллельно-перпендикулярно.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроакустические преобразователи ультразвукового блока расположены последовательно.1. A device for cementing wells, comprising a downhole tool, consisting of an electro-hydraulic unit with an oscillatory circuit and an ultrasonic unit with electro-acoustic transducers, pressure sensors and flow sensors, a hydrophone, a pump, ultrasonic and pulse generators, monitoring equipment for sensors, a unit downhole tool control, characterized in that the device control unit is equipped with a synchronizer of electro-hydraulic and ultrasonic locks, as well as a device for controlling the duration of pulses, the frequency of stuffing and the signal spectrum of the oscillatory circuit of the electro-hydraulic unit to change the impact zone, while in the lower part of the body of the downhole tool there is a discharge chamber and a protective cover. 2. The device according to claim 1, characterized in that the electro-acoustic transducers of the ultrasonic unit are arranged in parallel. The device according to claim 1, characterized in that the electro-acoustic transducers of the ultrasonic unit are parallel-perpendicular. The device according to claim 1, characterized in that the electro-acoustic transducers of the ultrasonic unit are arranged in series.

Description

Полезная модель относится преимущественно к области нефтедобычи и, в частности, может быть использована для цементирования скважин.The utility model relates primarily to the field of oil production and, in particular, can be used for cementing wells.

Для создания обсадной колонны в скважину заливается цементный раствор и происходит его застывание. Указанная полезная модель предназначена для обработки раствора в ходе его застывания. Целью обработки является улучшение качества цементного камня, а именно, повышение однородности структуры и, следовательно, прочности.To create a casing string, cement mortar is poured into the well and it solidifies. The specified utility model is intended for processing the solution during its solidification. The aim of the processing is to improve the quality of cement stone, namely, increasing the uniformity of the structure and, therefore, strength.

Известен способ цементирования обсадной трубы в скважине (патент RU №2166063) путем подачи тампонажного раствора в затрубное пространство и воздействия на раствор акустическими колебаниями частотой 20-100 кГц, генерируемыми источником, введенным в трубу, отличающийся тем, что используют трубу с наружным поверхностным покрытием из нержавеющей стали, имеющим толщину 0,3-0,5 мм и шероховатость 40-120 мкм.A known method of cementing a casing pipe in a well (patent RU No. 2166063) by supplying a grouting mortar into the annulus and exposing the solution to acoustic vibrations of a frequency of 20-100 kHz generated by a source introduced into the pipe, characterized in that a pipe with an external surface coating of stainless steel having a thickness of 0.3-0.5 mm and a roughness of 40-120 microns.

Известен способ добычи нефти с использованием энергии упругих колебаний (патент RU №2392422), который может быть использован и для цементирования скважин, выбранный в качестве прототипа, включающий размещение в скважине на рабочей глубине скважинного аппарата, который соединен с наземным источником электропитания промышленной частоты и содержит в себе ультразвуковой преобразователь, обеспечивающий создание упругих колебаний высокой частоты, возбуждение упругих колебаний разных частот и, последующее за этим, преимущественно, неоднократное воздействие упругими колебаниями разных частот на нефтяной пласт, отличающийся тем, что воздействие упругими колебаниями на нефтяной пласт осуществляют колебаниями высокой и низкой частоты, а для создания упругих колебаний высокой и низкой частоты используют два независимых источника колебаний, один из которых выполнен в виде, по меньшей мере, одного излучающего ультразвукового, преимущественно, магнитострикционного преобразователя, а второй создан на базе электроимпульсного устройства, которое обеспечивает создание упругих колебаний низкой частоты, соединено с наземным источником электропитания промышленной частоты и включает в себя электрически взаимосвязанные между собой зарядное устройство, блок накопительных конденсаторов, разрядный блок, оснащенный электродами, и два коммутирующих средства, одно из которых обеспечивает компоновку отдельных накопительных конденсаторов в единый блок, а второе выполняет переключение накопительных конденсаторов с одного вида их электрического соединения на другой вид соединения, при этом воздействие упругими колебаниями высокой частоты осуществляют в низкочастотном ультразвуковом диапазоне, преимущественно, на частоте 18-44 кГц и ведут его в постоянном и/или импульсном режиме с интенсивностью в пределах 1-5 Вт/см², а воздействие упругими колебаниями низкой частоты осуществляют с частотой следования импульсов разряда равной 0,2-0,01 Гц и ведут его с энергией единичного импульса разряда, составляющей 100-800 Дж, причем на зарядное устройство от источника электропитания подают постоянное напряжение, величину которого устанавливают в пределах 300-150 В, перед зарядкой накопительных конденсаторов осуществляют их компоновку в единый блок, зарядку блока накопительных конденсаторов выполняют, преимущественно, при параллельном соединении конденсаторов и ведут ее, преимущественно, в течение 20 с до необходимой величины напряжения, максимальное значение которой принимают равным 20-27 кВ, а перед разрядкой блока накопительных конденсаторов, обеспечивающей поступление его выходного напряжения на электроды разрядного блока, все накопительные конденсаторы или их некоторую часть переключают в последовательное электрическое соединение, вместе с этим воздействие упругими колебаниями высокой и низкой частоты осуществляют поочередно и/или одновременно, преимущественно, при неподвижном расположении скважинного аппарата, ведут его с постоянными и/или с изменяющимися электрическими и акустическими характеристиками наземного и/или скважинного оборудования и технологическими параметрами процесса добычи нефти и, преимущественно, при постоянной и/или при периодической откачке нефти из скважины.A known method of oil production using the energy of elastic vibrations (patent RU No. 2392422), which can be used for cementing wells, selected as a prototype, including placement in the well at the working depth of the borehole apparatus, which is connected to a ground power source of industrial frequency and contains in itself an ultrasonic transducer that provides the creation of elastic oscillations of high frequency, the excitation of elastic oscillations of different frequencies and, subsequent to this, mainly repeatedly the impact of elastic vibrations of different frequencies on the oil reservoir, characterized in that the impact of elastic vibrations on the oil reservoir is carried out by high and low frequency vibrations, and two independent oscillation sources are used to create high and low frequency elastic vibrations, one of which is made in the form at least one emitting ultrasonic, mainly magnetostrictive transducer, and the second is created on the basis of an electropulse device that provides the creation of elastic rings low-frequency battery, connected to a ground source of industrial frequency power and includes an electrically interconnected charger, a storage capacitor unit, a discharge unit equipped with electrodes, and two switching devices, one of which provides the arrangement of individual storage capacitors in a single unit, and the second switches the storage capacitors from one type of their electrical connection to another type of connection, while the action of elastic vibrations mi high frequency is carried out in the low-frequency ultrasonic range, mainly at a frequency of 18-44 kHz and lead it in a constant and / or pulsed mode with an intensity in the range of 1-5 W / cm ² and the impact of elastic vibrations of low frequency is carried out with a pulse repetition rate discharge equal to 0.2-0.01 Hz and conduct it with an energy of a single discharge pulse of 100-800 J, and a constant voltage is applied to the charger from the power source, the value of which is set within 300-150 V, before charging ohm storage capacitors carry out their assembly into a single unit, charging the block of storage capacitors is carried out mainly with parallel connection of capacitors and lead it, mainly, for 20 s to the required voltage value, the maximum value of which is assumed to be 20-27 kV, and before discharge block storage capacitors, providing the input of its output voltage to the electrodes of the discharge block, all storage capacitors or some part of them are switched to the sequence electrical connection, together with the action of elastic vibrations of high and low frequency, are carried out alternately and / or simultaneously, mainly when the downhole apparatus is stationary, they are driven with constant and / or with changing electrical and acoustic characteristics of the ground and / or downhole equipment and technological parameters of the oil production process and, mainly, with constant and / or periodic pumping of oil from the well.

Известные способ и устройство имеют низкую эффективность цементирования скважин, сложны в изготовлении и эксплуатации. Задачей, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности цементирования скважин.The known method and device have low efficiency of cementing wells, are difficult to manufacture and operate. The task to which the proposed utility model is directed is to increase the efficiency of well cementing.

Решение данной задачи в предлагаемой полезной модели достигается тем, что устройство содержит скважинный прибор, состоящий из последовательно расположенных в одном корпусе электрогидравлического блока с колебательным контуром, меняя параметры которого можно управлять длительностью импульсов, частотой набивки и спектра сигнала электрогидравлического блока для изменения зоны воздействия, и ультразвукового блока с электроакустическими преобразователями, датчики давления и потока, гидрофон, насос, ультразвуковой и импульсный генераторы, контрольное оборудование для датчиков, блок управления скважинным прибором, снабженный синхронизатором работы электрогидравлического и ультразвукового блоков, при этом в нижней части корпуса скважинного прибора расположены разрядная камера и защитная крышка.The solution to this problem in the proposed utility model is achieved by the fact that the device comprises a downhole tool consisting of an electro-hydraulic unit with an oscillating circuit sequentially located in the same housing, changing the parameters of which can be used to control the pulse duration, packing frequency and signal spectrum of the electro-hydraulic unit to change the impact zone, and ultrasonic unit with electro-acoustic transducers, pressure and flow sensors, hydrophone, pump, ultrasonic and pulse generator orors, monitoring equipment for sensors, a control unit for the downhole tool, equipped with a synchronizer for the operation of electro-hydraulic and ultrasonic blocks, while in the lower part of the body of the downhole tool there is a discharge chamber and a protective cover.

На Фиг.1 и Фиг.2 приведена схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из скважинной и наземной части.Figure 1 and Figure 2 shows a diagram of the proposed device. The device consists of a borehole and surface parts.

Скважинная часть включает в себя скважинный прибор, соединенный с наземной частью оборудования геофизическим кабелем 1. При этом в корпусе скважинного прибора последовательно снизу вверх установлены электрогидравлический блок 7 и ультразвуковой блок 4 с электроакустическими (магнитострикционными) преобразователями 3, над которым расположен кабельный наконечник 2, а между ультразвуковым блоком 4 и электрогидравлическим блоком 7 расположены компенсатор давления 5 и соединительный блок 6. Кроме того, над корпусом скважинного прибора установлены датчики давления 10, потока 11, гидрофон 12, а также насос (условно не показан). В нижней части скважинного прибора расположены разрядная камера 8 и защитная крышка 9.The downhole part includes a downhole tool connected to the ground part of the equipment by a geophysical cable 1. In this case, an electro-hydraulic unit 7 and an ultrasonic unit 4 with electro-acoustic (magnetostrictive) transducers 3 are installed in series with the cable lug 2 above, and between the ultrasonic unit 4 and the electro-hydraulic unit 7 are a pressure compensator 5 and a connecting unit 6. In addition, above the body of the downhole tool installed claimed pressure sensors 10, stream 11, a hydrophone 12 and the pump (is not shown). At the bottom of the downhole tool are a discharge chamber 8 and a protective cover 9.

Электроакустические преобразователи 3, смонтированные в ультразвуковом блоке 4, могут быть установлены параллельно, параллельно-перпендикулярно, последовательно (см. Фиг.3) - с целью создания наиболее эффективной диаграммы направленности, соответствующей условиям цементирования скважины.Electro-acoustic transducers 3 mounted in the ultrasonic unit 4 can be installed in parallel, parallel-perpendicular, sequentially (see Figure 3) in order to create the most effective radiation pattern corresponding to the cementing conditions of the well.

Ультразвуковой блок 4 оснащен устройством для компенсации давления 5 (выравнивания давлений внутри и вне блока), с целью предотвращения кавитации внутри блока. Кабель 1 в электрогидравлический блок 7 вводится через ультразвуковой блок 4.The ultrasonic unit 4 is equipped with a device for compensating the pressure 5 (equalizing the pressure inside and outside the unit), in order to prevent cavitation inside the unit. Cable 1 is introduced into the electro-hydraulic unit 7 through an ultrasonic unit 4.

Такое исполнение устройства оптимально для создания коротких разрядов внутри скважины с целью формирования эффективной ударной волны. Комбинированное ультразвуковое и электрогидравлическое воздействие позволяет повысить эффективность цементирования скважин, поскольку в этом случае воздействие имеет более широкую операционную зону.This embodiment of the device is optimal for creating short discharges inside the well in order to form an effective shock wave. The combined ultrasonic and electro-hydraulic effects can increase the efficiency of well cementing, since in this case the impact has a wider operating area.

Наземная часть устройства включает в себя: ультразвуковой генератор 13, соединенный посредством кабеля 1 с ультразвуковым блоком 4 скважинного прибора; импульсный генератор 14, соединенный кабелем 1 с электрогидравлическим блоком 7 скважинного прибора; контрольное оборудование для датчиков 15 и единый блок управления 16 скважинным прибором с устройством для управления длительностью импульсов, частотой набивки и спектра сигнала колебательного контура электрогидравлического блока и синхронизатором (условно не показаны) работы ультразвукового генератора 13 и электрогидравлического блока 7.The ground part of the device includes: an ultrasonic generator 13 connected via cable 1 to the ultrasonic unit 4 of the downhole tool; a pulse generator 14 connected by a cable 1 to an electro-hydraulic unit 7 of a downhole tool; monitoring equipment for sensors 15 and a single control unit 16 of the downhole tool with a device for controlling the pulse duration, frequency of stuffing and the signal spectrum of the oscillating circuit of the electro-hydraulic unit and a synchronizer (not shown conventionally) of the operation of the ultrasonic generator 13 and electro-hydraulic unit 7.

Устройство (см. Фиг.1) работает следующим образом.The device (see Figure 1) works as follows.

Скважинный аппарат опускают в скважину (см. Фиг.2). С помощью контрольного блока сенсоров 15 определяют степень (параметры) загрязнения скважины. После чего, используя блок управления 16, сигнал соответствующей частоты от ультразвукового генератора 13, через геофизический кабель 1, подается на электроакустические преобразователи 3 ультразвукового блока 4. При этом ультразвуковой блок 4 подключен к ультразвуковому наземному генератору 13 со следующими оптимальными параметрами, полученными экспериментальным путем:The downhole tool is lowered into the well (see Figure 2). Using the control block of sensors 15 determine the degree (parameters) of contamination of the well. Then, using the control unit 16, a signal of the corresponding frequency from the ultrasonic generator 13, through a geophysical cable 1, is fed to the electro-acoustic transducers 3 of the ultrasonic unit 4. In this case, the ultrasonic unit 4 is connected to an ultrasonic ground-based generator 13 with the following optimal parameters obtained experimentally:

а) диапазон частот -17 - 24 кГц;a) the frequency range is -17 - 24 kHz;

б) напряжение на выходе - 420 - 1200 V;b) output voltage - 420 - 1200 V;

в) максимальная выходная мощность - 10 кВт;c) maximum output power - 10 kW;

г) максимальный ток подмагничивания - 15 А;d) the maximum bias current is 15 A;

д) активное сопротивление кабеля - 20-80 Ом;d) cable resistance - 20-80 Ohm;

е) питания - 3 ∗ 380 В, 50,60 Гц;e) power supply - 3 * 380 V, 50.60 Hz;

ж) разрешенное изменение напряжение питания -10% -+10%;g) the allowed change in the supply voltage is -10% - + 10%;

з) потребляемая мощность - не более 13,8 кВт;h) power consumption - not more than 13.8 kW;

и) генератор может работать при ручном и компьютерном управлении.i) the generator can operate with manual and computer control.

Одновременно сигнал от импульсного генератора 14, через геофизический кабель 1, подается на электрогидравлический блок 7. При этом сигнал обладает следующими оптимальными параметрами, полученными экспериментальным путем:At the same time, the signal from the pulse generator 14, through the geophysical cable 1, is supplied to the electro-hydraulic unit 7. In this case, the signal has the following optimal parameters obtained experimentally:

а) выходная амплитуда импульса -120-240 V;a) the output amplitude of the pulse -120-240 V;

б) длительность импульса - 5-50 сек;b) pulse duration - 5-50 sec;

в) пауза между импульсами - 50-600 сек;c) a pause between pulses - 50-600 seconds;

г) амплитуда импульса тока - не более 2,5 А;g) the amplitude of the current pulse is not more than 2.5 A;

д) напряжение питания - 220 \ 380 В, 50 Гц;d) supply voltage - 220 \ 380 V, 50 Hz;

е) разрешено изменение напряжение питания -10% -+10%;f) allowed to change the supply voltage -10% - + 10%;

ж) потребляемая мощность - не более 2,3 кВт;g) power consumption - not more than 2.3 kW;

з) генератор может работать при ручном и компьютерном управлении.h) the generator can operate with manual and computer control.

Воздействие сигналом низкой частоты, осуществляемое ультразвуковым блоком 4, и сигналом высокой частоты, осуществляемое электрогидравлическим блоком 7, производится совместно (синхронно), что приводит к изменению взаимного расположения и уплотнению гравийных частиц в цементном растворе.The impact of the low-frequency signal, carried out by the ultrasonic unit 4, and the high-frequency signal, carried out by the electro-hydraulic unit 7, is carried out jointly (synchronously), which leads to a change in the relative position and compaction of gravel particles in the cement mortar.

Зона воздействия электрогидравлическим блоком 7 варьируется с помощью параметров колебательного контура в этом блоке (индуктивности, емкости и сопротивления). За счет этого меняется длительность импульса и частота набивки, а, следовательно, - спектр сигнала, что и приводит к изменению зоны воздействия. Благодаря этому осуществляется воздействие на различные зоны цементного раствора, особенно на границе гравийной засыпки.The exposure zone of the electro-hydraulic unit 7 is varied using the parameters of the oscillatory circuit in this unit (inductance, capacitance and resistance). Due to this, the pulse duration and the packing frequency are changed, and, consequently, the signal spectrum, which leads to a change in the exposure zone. Due to this, the effect on various zones of cement mortar is carried out, especially on the border of gravel backfill.

Расположение электрогидравлического блока 7 в нижней части скважинного прибора позволяет обеспечить двойной фронт ударной волны: отраженной от дна скважины и исходящей собственно от электрогидравлического блока 7. При этом фронт представляет собой своего рода сферу. Эксперименты показали, что описанное комбинированное воздействие, осуществляемое предлагаемым устройством, существенно повышает эффективность цементирования скважин по сравнению с моночастотным воздействием.The location of the electro-hydraulic unit 7 in the lower part of the downhole tool allows you to provide a double front of the shock wave: reflected from the bottom of the well and emanating from the electro-hydraulic unit 7. In this case, the front is a kind of sphere. The experiments showed that the described combined effect carried out by the proposed device significantly increases the efficiency of cementing wells in comparison with a single-frequency impact.

Таким образом, предлагаемое устройство при минимально возможных габаритах позволяет улучшить качество цементного камня: его однородность и прочность.Thus, the proposed device with the smallest possible dimensions allows to improve the quality of cement stone: its uniformity and strength.

Claims

1. A device for cementing wells, comprising a downhole tool, consisting of an electro-hydraulic unit with an oscillatory circuit and an ultrasonic unit with electro-acoustic transducers, pressure sensors and flow sensors, a hydrophone, a pump, ultrasonic and pulse generators, monitoring equipment for sensors, a unit downhole tool control, characterized in that the device control unit is equipped with a synchronizer of electro-hydraulic and ultrasonic locks, as well as a device for controlling the duration of pulses, the frequency of packing and the signal spectrum of the oscillatory circuit of the electro-hydraulic unit to change the impact zone, while in the lower part of the body of the downhole tool there is a discharge chamber and a protective cover.

2. The device according to claim 1, characterized in that the electro-acoustic transducers of the ultrasonic unit are located in parallel.

3. The device according to claim 1, characterized in that the electro-acoustic transducers of the ultrasonic unit are parallel-perpendicular.

4. The device according to claim 1, characterized in that the electro-acoustic transducers of the ultrasonic unit are arranged in series.