RU2121568C1 - Способ воздействия на призабойную зону пласта и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Использование: в нефтедобывающей промышленности, а именно, в способах и устройствах для обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) гидродинамическими колебаниями кавитационного происхождения. Обеспечивает восстановление или повышение нефтеотдачи продуктивного пласта. Сущность изобретения: согласно способу ускоряют деструктивный нефтесодержащий поток рабочего агента под высоким давлением в акустическом излучателе до скорости на выходе излучателя 330-350 м/с. Одновременно перемещают излучатель двукратно вверх и вниз со скоростью 0,008-0,01 м/с. После перемещения излучателя стимулируют приток нефти из пласта в скважину эжектирующим воздействием скоростного потока рабочего агента. Устройство содержит корпус с центральным внутренним каналом, соединенным с размещенным в обечайке завихрителем. Вход завихрителя сообщен с трубой колонны НКТ. Выход - с центральным каналом корпуса. Труба, к торцу которой присоединено предложенное устройство, подключена к линии нагнетания рабочего тела. Он снабжен средствами перемещения ее вдоль оси скважины. В стенке корпуса имеются сквозные каналы с выходными диффузорами и вышерасположенные L-образные каналы с выходными диффузорами. Входные отверстия этих каналов находятся на поверхности центрального корпуса. Внутри центрального канала установлен поршень-переключатель потока. Он подпружинен снизу и сверху и выполнен'. в виде стакана с радиальными отверстиями в стенке поршня 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил .

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способам и устройствам для обработки призабойной зоны продуктивного пласта (далее - ПЗП), с целью повышения его нефтеотдачи, гидродинамическими пульсами (колебаниями), генерируемыми в процессе кавитации при истечении рабочего агента.

Известен способ воздействия на ПЗП, включающий возбуждение в ней с помощью гидродинамического генератора колебаний (далее - акустический излучатель или просто - излучатель), колебательных процессов, возникающих вследствие гидродинамической кавитации при истечении нагнетаемого в излучатель через насосно-компрессорные трубы (НКТ) и ускоряемого в нем потока рабочего агента, причем возбуждение колебательных процессов в ПЗП согласно известному способу осуществляют с одновременным перемещением излучателя, присоединенного к нижнему торцу НКТ, поперек пласта, вдоль перфорации обсадной колонны (см.[1]).

При осуществлении известного из [1] способа образующиеся в потоке рабочего агента, выходящего из расширяющегося канала излучателя, полости и каверны парогазовой смеси переносятся этим потоком в область высокого давления, в каналы, поры и трещины пласта. В них происходит мгновенная конденсация - схлопывание пузырьков и каверн, сопровождающаяся звуковыми волнами и гидродинамическими ударами, генерирующими резонансные гармонические колебания, обуславливающие высокую разрушающую силу, способную диспергировать и удалять пробки из каналов, пор и трещин пласта, а также создавать в ПЗП устойчивые дисперсные эмульсии и суспензии. В качестве нагнетаемого в ПЗП рабочего агента в известном [1] способе используют нефть.

Однако известный способ воздействия на ПЗП, характеризуемый, в частности, скоростью нагнетания рабочего агента до 50-60 м/с с радиусом воздействия порядка 25 м и скоростью перемещения акустического излучателя 0,0016-0,0058 м/с, являющийся наиболее близким аналогом заявленного изобретения (объектом которого является способ), имеет недостаточно высокую эффективность воздействия на ПЗП, с точки зрения качества и равномерности обработки пласта импульсами кавитационного происхождения, а также радиуса действия и снижения вязкости нефти, что во многих практических случаях не позволяет восстановить работу скважины или заметно и на длительный период увеличить нефтеотдачу пласта.

Кроме того, известное из [1] решение не обеспечивает стимуляцию притока нефти к скважине по окончании процесса возбуждения ПЗП до установления стационарного фронтанирующего режима нефтедобычи.

Из [1] известно также устройство для воздействия на ПЗП (акустический излучатель), предназначенное для осуществления описанного выше способа, содержащее спускаемый на трубе в скважину корпус, имеющий форму тела вращения с центральным вертикальным каналом, закрытым снизу и сообщающимися с выполненными в стенке корпуса боковыми цилиндрическими каналами, сопряженными с выходными диффузорами, оси которых лежат в одной плоскости, и завихритель потока рабочего агента, сообщающийся с напорной трубой (НКТ) на входе и с центральным соосным завихрителю каналом корпуса - на выходе.

Однако известное из [1] устройство для воздействия на ПЗП - аналог, наиболее близкий к предложенному изобретению, объектом которого является устройство, имеет недостаточно высокую эффективность воздействия на ПЗП по качеству обработки, радиусу воздействия и снижению вязкости, особенно в случае использования этого устройства для возбуждения негоризонтальных относительно поверхности Земли нефтяных пластов, поскольку в этих случаях поток рабочего агента может истекать из выходного диффузора устройства [1] под значительным углом относительно направления средней линии пласта в месте размещения скважины с установленным в ней излучателем, что обуславливает снижение эффективности кавитационного акустического воздействия ПЗП.

Задачей заявляемого изобретения является восстановление или повышение нефтеотдачи продуктивного пласта, расположенного в том числе негоризонтально относительно поверхности Земли, при его обработке излучением, генерируемым в процессе кавитации в потоке рабочего агента, за счет увеличения радиуса воздействия акустического излучателя, повышения равномерности обработки ПЗП, снижения вязкости нефти и интенсификации ее притока к скважине.

Для решения данной задачи способ воздействия на ПЗП, включающий возбуждение с помощью установленного в скважине акустического излучателя колебательных процессов кавитационного происхождения при истечении нагнетаемого в излучатель и ускоряемого в нем потока нефтесодержащего рабочего агента с одновременным перемещением излучателя поперек продуктивного пласта, усовершенствован тем, что деструктивный поток нефтесодержащего рабочего агента ускоряют на выходе излучателя до скорости 330-350 м/с и направляют его параллельно касательной, проведенной к средней линии разреза пласта из места (точки) пересечения на этом разрезе упомянутой средней линии разреза пласта с вертикальной осью скважины, при этом излучатель перемещают двукратно вниз-вверх или двукратно вверх-вниз по всей толщине пласта со скоростью 0,008-0,01 м/с, после чего стимулируют приток нефти в скважину за счет эжектирующего воздействия деструктивного потока рабочего агента, выходящего из излучателя в межтрубное пространство скважины и направленного вверх к его устью, причем эжектирующее воздействие осуществляют до установления стационарного режима нефтеотдачи пласта через эту скважину.

Для решения поставленной задачи устройство для воздействия на призабойную зону пласта (акустический излучатель), содержащее спускаемый в скважину на трубе корпус, имеющий форму тела вращения, с центральным вертикальным каналом, закрытым снизу, сообщающимся с выполненными в стенке корпуса боковыми цилиндрическими каналами, сопряженными с выходными диффузорами, и завихритель, сообщающийся на входе с трубой, подключенной к линии нагнетания рабочего агента, и на выходе - с центральным каналом корпуса, усовершенствовано согласно изобретению тем, что завихритель выполнен в виде шнека с перфорированной винтовой поверхностью, размещенного в цилиндрической обечайке, соосно соединенной на входе с торцем трубы (НКТ) и с указанным центральным каналом цилиндрического корпуса - со стороны выхода завихрителя, оси боковых каналов расположены в диаметральных плоскостях цилиндрического корпуса, в центральном цилиндрическом канале установлен с возможностью перемещения подпружиненный снизу и сверху поршень-переключатель потока, изготовленный в виде открытого сверху стакана с днищем, имеющий в боковой стенке, по ее периметру, ряд радиальных отверстий, выполненных с возможностью из совмещения при перемещении поршня с соответствующими входными отверстиями боковых каналов для сообщения надпоршневой части центрального канала через открытую сверху внутрипоршневую полость с указанными боковыми каналами в процессе возбуждения колебаний в пласте, при этом боковые каналы с выходными диффузорами размещены в сменных резьбовых головках, ввинчиваемых радиально в корпус, с осевым или угловым направлением в них упомянутых каналов и сопряженных с ними диффузоров относительно оси головок, для измерения ориентации осей этих каналов с диффузорами, в зависимости от ориентации пласта относительно поверхности Земли, причем над боковыми каналами в корпусе дополнительно выполнены L-образные каналы, имеющие радиальные входные участки, переходящие в вертикальные участки, сопряженные с выходными диффузорами, при этом расстояние между поперечными сечениями корпуса, проходящими через центры ряда входных отверстий L-образных каналов и центры ряда входных отверстий боковых каналов корпуса, меньше расстояния от поверхности верхнего торца поршня-переключателя до поперечного сечения, проходящего через нижние точки периметра радиальных отверстий в стенке поршня.

Кроме того, предложенное устройство усовершенствовано тем, что в днище поршня-переключателя выполнено центральное отверстие, через которое пропущен неподвижный осевой шток с меньшим, чем у отверстия, диаметром, верхним торцем жестко соединенный с завихрителем, а нижним торцем, уставленный в выемку, имеющуюся в опорном перфорированном диске, установленном под поршнем в нижней части центрального канала, при этом к верхней поверхности днища поршня плотно прилегает надетое на шток и подпружиненное сверху кольцо, выполняющее функцию запорного элемента обратного клапана, а снизу, под перфорированным опорным диском, в центральный канал ввинчен открытый сверху стакан, в днище которого имеется центральное отверстие, закрытое сверху подпружиненным запорным элементом.

А также тем, что шаг винтовой поверхности завихрителя уменьшается сверху вниз по ходу движения потока рабочего агента.

А также тем, что угол раствора выходных диффузоров, сопряженных с боковыми каналами стенки корпуса, составляет 46-50^o.

А также тем, что поршень-переключатель потока подпружинен сверху пружиной, установленной в надпоршневой части центрального канала, причем верхний торец этой пружины прижат силой упругости к нижнему торцу завихрителя, а нижний - к поверхности кольца, при этом снизу поршень-переключатель подпружинен пружиной, прижатой нижним торцем к опорному перфорированному диску.

Вышеуказанные отличительные от прототипа [1] признаки предложенного способа характеризуют новые (по отношению к [1]) режимы истечения рабочего агента из излучателя и перемещения излучателя, новое условие реализации истечения рабочего агента и новое действие по интенсификации нефтеотдачи.

Предложенные режимные параметры (их интервалы) и условия осуществления кавитационного воздействия выявлены в результате апробации на продуктивных пластах различных нефтяных месторождений, проведенной на скважинах - эксплуатационных действующих, бездействующих, законсервированных и резко снизивших дебит нефти. Накопленные заявителем материалы по отработке кавитационного воздействия на ПЗП подтверждают, что в случае осуществления такого воздействия согласно предложенному способу эффективность его наибольшая, позволяющая, например, обеспечить после воздействия на ПЗП ранее вообще недееспособных скважин их стабильную нефтеотдачу в течение не менее трех лет.

Достигаемая более высокая по сравнению с прототипом и стабильная длительная нефтеотдача обусловлена прежде всего более интенсивным возбуждением продуктивного пласта резонансными высокочастотными колебаниями, генерируемыми при кавитации в потоке выходящего из излучателя рабочего агента, ускоряемого в нем до скорости 330-350 м/с. Эти колебания, как устойчивый направленный процесс, наиболее энергетически выгодно ориентированный в том числе за счет предложенной выходной ориентации потока - параллельно касательной, проведенной к средней линии разреза пласта из точки пересечения на этом разрезе упомянутой средней линии пласта с осью скважины (см. фиг. 4), формирует узко направленный высокочастотный волновой луч с высокой удельной мощностью и большим радиусом действия. Например, при выходной скорости потока, равной 345 м/с, нулевой декремент затухания генерируемых колебаний соответствует 1850 м.

После отключения излучателя накопленная таким образом в пласте энергия преобразуется в периодическое сжатие и разжатие объема пласта, функционирующего как нагнетатель, направляющий к скважине поток флюида, а поскольку кавитационное воздействие снижает вязкость нефти и гидравлическое сопротивление ее течению, то поток флюида из пласта заметно увеличивается. Такая модель активации продуктивного пласта как упругой системы согласуется с физической теорией колебаний по Гиппарду.

Получение вышеуказанного технического результата обусловлено также предложенным перемещением работающего кавитатора - непрерывно вниз и вверх или вверх и вниз по всей толщине пласта со скоростью 0,008-0,01 м/с, осуществляемым двукратно (т.е., например, вверх-вниз и еще раз вверх-вниз). Именно такой режим перемещения и соответствующая ему длительность работки ПЗП, как показала апробация предложенного кавитационного воздействия, позволяют более равномерно и без лишних энергозатрат обработать всю активизируемую область пласта (включая его каналы, поры и трещины) со снижением вязкости нефти, разрушением и удалением слоя воды с поверхности породообразующих частиц и формированием вокруг них устойчивой нефтяной пленки, что способствует повышению нефтеотдачи.

Наконец, повышение или восстановление процесса нефтеотдачи обуславливается и эжектирующим воздействием высокоскоростного кавитирующего потока рабочего агента, осуществляемым, согласно заявленному изобретению, после завершения вышеуказанного двукратного перемещения акустического излучателя. Эжекция, создаваемая активным потоком нефтесодержащего агента, вытекающим в этом случае в межтрубное пространство скважины (между НКТ и внутренней поверхностью скважины) в направлении к ее устью, вызывает понижение давления вблизи перфорационных отверстий скважины и стимулирует быстрый приток нефтесодержащего продукта, обработанного рассмотренным выше кавитационным воздействием, к скважине. Через перфорацию ствола скважины (выполненную по всей толщине пласта) нефтепродукт в качестве пассивного потока подсасывается в межтрубное пространство и увлекается активным потоком рабочего агента к устью скважины. При этом кавитационное воздействие активного потока способствует разрушению различных отложений в стволе скважины (солеотложений, парафинов, асфальтов, глинистых пород и т.п.), что дополнительно повышает нефтеотдачу за счет снижения гидравлического сопротивления канала, транспортирующего извлекаемую нефть из пласта.

Эжектирующее воздействие производят в заявленном изобретении до выхода скважины на стационарный режим нефтеотдачи, что контролирует по изменению расхода нефти, вытекающей из скважины, возрастающего по мере роста давления возбужденного пласта, достигающего в конце концов величины, достаточной для выхода нефти из скважины без ее принудительной откачки (режим фонтанирования).

Следует отметить, что указанный выше технический результат достигается в заявленном изобретении при сочетании вышеизложенных отличительных признаков заявленного объекта (способа), характеризующих его режимные параметры. Речь идет о том, что предложенные интервал скоростей перемещения излучателя и кратность прохождения им разреза пласта выбраны опытным путем при реализации наиболее эффективного по воздействию на ПЗП интервала скоростей рабочего агента: 330-350 м/с.

Для режимов работы излучателя при скоростях, меньших или даже больших, которые, как показала апробация, менее эффективны для активизации пласта (что, по видимому, связано с изменением спектра генерируемых при кавитации частот колебаний), оптимальный режим перемещения излучателя, выбранный для каждого конкретного случая, может отличаться от установленного согласно данному изобретению.

Необходимо также отметить, что в заявленном изобретении реализация высокоскоростного течения потока в излучателе и интенсивному развитию кавитационного процесса способствует деструкция потока нефтесодержащего агента, который помимо нефти может включать незначительное количество воды и растворенного газа, до его ускорения в излучателе. Здесь под деструкцией подразумевается нарушение сплошности исходного жидкостного потока агента с переходом к двухфазному течению среды, включающей нефть, пар и газ, что обеспечивается с помощью рассмотренного ниже устройства для осуществления заявленного способа воздействия на ПЗП.

Пример. Обработка ПЗП кавитационным акустическим излучением проводилась на глубине 2450 м в эксплуатационной скважине, имеющей до обработки производительность 1,5 т/сутки. Объект обработки представлен глинистым слаботрещиноватыми алевролитами и грубозернистым песком с включением конгломерата брекчия. Пласт в районе скважины проходит под максимальным углом 8^o к поверхности Земли, по положению средней линии на разрезе, характеризуемом наибольшим наклоном. Температура пласта - 70^oC.

Возбуждение (активация) пласта проводилась по предложенному способу. Скорость потока рабочего агента на выходе излучателя при давлении насосного агрегата 190 атм составила 3455 м/с. Излучатель перемещали двукратно вверх-вниз со скоростью 0,008 м/с. После возбуждения пласта акустическим излучением и стимуляция нефтеотдачи дебит скважины возрос до 6 т/сутки, т.е. в четыре раза. Исследования показали, что радиус воздействия излучения составил не менее 1000 м.

На фиг. 1 представлен общий вид заявленного устройства, размещенного в скважине, с положением поршня-переключателя при возбуждении ПЗП акустическим излучением, продольный разрез; на фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 изображена часть устройства с положением поршня-переключателя при эжекционной стимуляции нефтеотдачи негоризонтального пласта и с вариантом выполнения резьбовых головок, продольный разрез; на фиг. 4 показана схема наземной обвязки оборудования и иллюстрируется предложенное, согласно заявленному способу, направление выхода потока рабочего агента из излучателя.

Устройство для осуществления заявленного способа воздействия на ПЗП представляет собой акустический излучатель, размещенный внутри скважины 1 и присоединенный к нижнему торцу трубы 2, посредством резьбового переходника 3. Труба 2 (колонны НКТ) подключена к наземной линии нагнетания рабочего агента и установлена с возможностью перемещения вдоль оси скважины 1.

Предложенный излучатель содержит цилиндрический корпус 4, в котором имеется вертикальный цилиндрический центральный канал 5, соосно соединенный посредством резьбы на его поверхности, в верхней части, с вышерасположенной цилиндрической обечайкой 6, имеющей внешнюю резьбу на концах.

Внутри обечайки 6 установлен (без радиальных зазоров и неплотностей) завихритель 7 потока рабочего агента, выполненный в виде шнека с перфорированной винтовой поверхностью, образованной металлической перфорированной полосой, скрученной вокруг продольной вертикальной оси. Толщина винтовой образующей завихрителя 7 (толщина полосы) уменьшается сверху вниз. Уменьшается сверху вниз, по ходу движения потока, и шаг винтовой поверхности завихрителя 7.

Верхний торец завихрителя 7 прижат к разделительной решетке 8, размещенной между торцами трубы 2 и обечайки 6.

В корпусе 4 имеются сквозные боковые цилиндрические каналы 9, проходящие через его стенку, сопряженные с соосными выходными коническими диффузорами 10. Оси каналов 9 с диффузорами 10 расположены в диаметральных плоскостях корпуса 4, т. е. в плоскостях, проходящих через вертикальную ось цилиндрического корпуса 4, которая является линией пересечения этих плоскостей.

Входные отверстия боковых каналов 9 расположены на внутренней поверхности стенки корпуса 4 (т.е. на поверхности центрального канала 5), по периметру центрального канала 5, с их центрами, лежащими в одном поперечном сечении. Выходные отверстия диффузоров 10 находятся на внешней боковой поверхности стенки корпуса 4. Угол раствора выходных конических диффузоров 10 составляет 46-50^o, что, как показала апробация, наиболее эффективно с точки зрения развития кавитационного процесса в потоке рабочего агента. Количество каналов 9, сопряженных с диффузорами 10, может быть равно шести или восьми.

Боковые каналы 9 и выходные диффузоры 10 размещены в сменных резьбовых головках 11, ввинчиваемых радиально в стенку корпуса 4. Резьбовые сменные головки 11 могут быть выполнены, например, как показано на фиг. 1, с буртиком для их уплотнения по месту фиксации в стенке корпуса 4 и с цилиндрической резьбовой частью меньшего, чем буртик диаметра. При этом каналы 9 и диффузоры 10 в сменных резьбовых головках 11 могут быть или осевыми (их ось в этом случае совпадает с геометрической осью самой головки 11), или направленными под тем или иным углом к оси головки 11, но при одинаковом положении центра входного отверстия бокового канала 9 в каждой из сменных головок 11. Такое выполнение позволяет за счет подбора сменных головок 11 обеспечить необходимую ориентацию, в диаметральных плоскостях боковых каналов 9 с выходными диффузорами 10 относительно оси корпуса 4 излучателя и направлять выходящий из каждого диффузора 10 излучателя поток или вдоль горизонтальной плоскости или под определенным углом к ней в зависимости от ориентации пласта относительно поверхности Земли, обуславливающей направление средних линий разрезов пласта, проходящих через диаметрально расположенные оси боковых каналов 9 с выходными диффузорами 10.

Как вариант исполнения, для размещения резьбовых головок 11 в стенке корпуса 4 могут быть просверлены и снабжены резьбой несквозные цилиндрические каналы 9 (как показано на фиг. 1), а радиальные углубления, которые имеют коническую конечную часть, сообщенную (до установки головки 11) с центральным каналом 5 посредством отверстия в стенке, совмещаемого с входным отверстием бокового канала 9 в резьбовой головке 11, установленной в радиальном углублении и также имеющей коническую торцевую часть, плотно прилегающую к поверхности соответствующей конической части углубления в корпусе 4 (см. фиг. 3).

Над боковыми каналами 9 в стенке корпуса 4 дополнительно выполнены L-образные каналы 12, имеющие радиальные входные участки, переходящие в вертикальные участки, которые направлены параллельно вертикальной оси цилиндрического корпуса 4 и сопряжены с выходными диффузорами 13. Входные отверстия каналов 12 расположены на внутренней поверхности стенки корпуса 4, по периметру сечения центрального канала 5. Выходные отверстия диффузоров 13 расположены на верхней торцевой поверхности корпуса 4.

В центральном канале 5 установлен, с возможностью перемещения вверх и вниз (вдоль оси канала 5), поршень-переключатель 14 потока, подпружиненный снизу и сверху, изготовленный в виде открытого сверху стакана, с днищем и боковой цилиндрической стенкой, имеющей радиальные отверстия 15, размещенные по ее периметру с центрами, лежащими в горизонтальной плоскости - в поперечном сечении поршня.

Радиальные отверстия 15 выполнены с возможностью их совмещения при определенном положении поршня-переключателя 14, перемещающегося в процессе работы излучателя из одного положения в другое, с соответствующими входными отверстиями боковых каналов 9.

Расстояние между поперечными сечениями корпуса 4 (или то же, что между горизонтальными плоскостями), проходящими через центры ряда входных отверстий L-образных каналов 12 и центры нижерасположенного ряда входных отверстий боковых каналов 9 корпуса, меньше расстояния от поверхности верхнего торца поршня-переключателя 14 до поперечного сечения, проходящего через нижние точки периметра радиальных отверстий стенки поршня - точки пересечения вертикальной оси этих отверстий с их границей (окружностью).

Такое соотношение размеров позволяет при совмещении радиальных отверстий 15 поршня с входными отверстиями боковых каналов 12 при совмещении, необходимом для сообщения надпоршневой части центрального канала 5 через внутрипоршневую полость (образованную за счет стаканообразной формы поршня-переключателя 14) с боковыми каналами 9, обеспечить одновременное перекрытие цилиндрической поверхности боковой стенки поршня-переключателя 24 входных отверстий L-образных каналов 12, изолируя их от надпоршневой части центрального канала 5.

Одновременно указанное выше предложенное соотношение размеров в предложенном излучателе позволяет при перемещении поршня-переключателя 14 ниже уровня входных отверстий L-образных каналов 12 (сообщая тем самым эти команды с надпоршневой частью центрального кагала 5), перекрывать сплошной боковой поверхностью поршня-переключателя 14 входные отверстия боковых каналов 9.

Для исключения перетечек рабочего агента по внешней поверхности поршня-переключателя 14 он снабжен внешними уплотнительными кольцами (на фиг. 1 и 3 не показаны).

В днище поршня-переключателя 14 выполнено осевое центральное отверстие 16 и через него пропущен размещенный в канале 5 неподвижный осевой шток 17, диаметр которого меньше диаметра отверстия 16 в днище поршня-переключателя 14.

Верхний торец штока 17 жестко соединен с завихрителем 7. (Шток 17, например, может быть ввинчен торцевой резьбовой частью в тело завихрителя 7). Нижний торец штока 7 вставлен в выемку, имеющуюся в опорном перфорированном диске 18, установленном под поршнем-переключателем 14, в кольцевой проточке, в нижней части центрального канала 5.

К поверхности днища поршня-переключателя 14 сверху плотно прилегает надетое на шток 17 и подпружиненное сверху кольцо 19, выполняющее функцию запорного элемента обратного клапана. Диаметр отверстия кольца 19 обеспечивает возможность его скольжения по штоку 17 без зазора. Для исключения перетечек рабочего агента кольцо 19 может быть снабжено уплотнением по штоку 17. Внешний диаметр кольца 19 меньше диаметра внутрипоршневой полости, в которой оно размещено.

Поверхность днища поршня-переключателя 14 во внутрипоршневой полости может быть как плоской, так и конической. Соответственно и поверхность кольца 19, плотно прилегающая к днищу поршня-переключателя 14, может быть как плоской (в первом случае), так и конической сопряженной (во втором случае). Другая поверхность кольца 19 - плоская и на нее оказывает давление нижний торец пружины 20, подпружинивающий одновременно и поршень-переключатель 14 сверху. Верхний торец пружины 20 прижат силой упругости к нижнему торцу завихрителя 7.

Снизу поршень-переключатель 14 поджат пружиной 21, размещенной в подпоршневой части центрального канала 5. Нижним торцем пружина 21 прижата к поверхности опорного перфорированного диска 18.

В нижней части центрального канала 5 под опорным диском 18 установлен обратный клапан, содержащий корпус-стакан 22, имеющий в днище центральное отверстие. Корпус-стакан 22 своей наружной резьбой ввинчен в резьбовую торцевую часть канала 5, прижимая при этом открытым верхним торцом диск 18 к плоской поверхности кольцевой выточки, выполненной в канале 5 непосредственно над его резьбовой торцевой частью.

Внутри корпуса-стакана 22 размещен подпружиненный запорный элемент (например, тарельчатый или шаровой) 23, плотно прижатый к днищу пружиной 24, закрывая тем самым канал 5 снизу. Верхним торцом пружина 24 опирается на опорный диск 18.

Перед тем, как привести предложенный излучатель в действие, его присоединяют к трубе 2 (используя с этой целью колонну НКТ), опускают в скважину и устанавливают в зоне перфорации на глубине, соответствующей, например, нижней границе разреза продуктивного пласта.

Предварительно, по проведенным в процессе разведки месторождения результатам исследования геометрических параметров продуктивного пласта устанавливают в корпусе излучателя сменные головки 11 так, что направление осей боковых каналов 9 с диффузорами 10 параллельно касательной, проведенной к средней линии разреза пласта из точки пересечения на этом разрезе упомянутой средней линии с осью скважины (см. в этой связи фиг. 4).

Количество разрезов пласта, по параметрам которых проводится выбор и установка сменных головок 11, равно количеству диаметральных плоскостей расположения боковых каналов в корпусе излучателя. Например, для случая шести боковых каналов с диаметральным их расположением необходимо по данным разведки определить геометрические параметры трех соответствующих разрезов пласта.

Для горизонтальных пластов направление осей всех боковых каналов горизонтальное и совпадает с направлением средней линии пласта.

После установки излучателя на устье скважины монтируют фонтанную арматуру 25 и обвязывают, как показано на фиг. 4, насосный агрегат 26 через регулируемый кран 27 высокого давления и фильтр 28 с трубным пространством колонны НКТ скважины 1, используя на участке между краном 27 и выступающей из скважины 1 частью колонны НКТ гибкий армированный трубопровод высокого давления.

Со стороны всасывания насосный агрегат 26, состоящий из двух или трех параллельно включенных насосов типа АЦН, обвязывают через кран 29 с емкостью (емкостями) 30, заполненной рабочим агентом - нефтью. Межтрубное пространство соединяют через кран 31 со сборным резервуаром 32.

Устройство работает следующим образом.

Поток нефти из емкости 25 под давлением, создаваемым насосным агрегатом 26 на поверхности Земли (P = 180 - 200 атм при расположении пласта на глубине 2400 м), поступает из трубы 2 через разделительную решетку 8 в завихритель 7, приобретая в нем интенсивное вращательное движение и ускорение, что приводит в результате к понижению давления рабочего агента и к нарушению на выходе завихрителя 7 сплошности жидкостного потока с формированием парожидкостного течения (такое состояние рабочего агента названо выше деструктивным). Интенсивной деструкции потока в заявленном устройстве способствует прохождение части потока через отверстия в винтовой поверхности завихрителя и его внедрение под углом в вихревой поток, движущийся по винтовой линии.

Кроме того, деструкция активизируется ускорением потока вследствие уменьшения шага винтовой поверхности завихрителя 7.

Выходя из завихрителя, деструктивный поток попадает в надпоршневую часть цилиндрического центрального канала 5, а затем через открытую сверху полость в стаканообразном поршнем-переключателе 14 - в радиальные отверстия 15, выполненные в стенке поршня-переключателя 14, совмещенные с входными отверстиями боковых каналов 9 при перемещении поршня 14 из исходного положения вниз под действием давления рабочего агента.

При прохождении через отверстия 15 и боковые каналы 9 поток ускоряется (причем дополнительно и вследствие падения давления и увеличения парогазового объема) до 330 - 350 м/с, в зависимости от величины давления на выходе насосного агрегата, что много больше критической (для развития кавитации) скорости.

Дальнейшее прохождение через выходные диффузоры 10 сопровождается отрывом потока и увеличением объема каверн и пустот, выносимых за пределы излучателя в область повышенного давления, где и происходит резонансный кавитационный процесс, оказывающий более эффективное, чем при использовании известного кавитатора [1], возбуждающее воздействие на продуктивный пласт.

В экспериментах с излучателем было установлено, что наиболее эффективным с точки зрения кавитационного воздействия является размещение осей боковых каналов 9 и диффузоров 10 в диаметральных плоскостях корпуса 4. В диаметральных плоскостях скважины 1 при этом лежат и оси истекающих из излучателя струй рабочего агента, наиболее в этом случае эффективно создающих кавитационное возбуждение в ПЗП.

После выхода излучателя на установившийся режим с совмещением радиальных отверстий 15 в поршнем с входными отверстиями боковых каналов 9 его начинают непрерывно перемещать вверх и вниз так, как это предложено в соответствии с заявленным способом воздействия на ПЗП, т.е. двукратно вверх-вниз со скоростью 0,008 - 0,01 м/с.

Перемещение излучателя вместе с трубой 2 производят с помощью известного в данной области техники наземного оборудования, включающего грузоподъемный агрегат со стрелой, лебедкой и тросом талевой системы.

Используется, в частности, гидромоторная лебедка с регулируемой скоростью подачи троса, конец которого закреплен на торце выступающей из скважины колонны НКТ, и переключением направления подачи троса. Для идентификации местоположения излучателя по толщине пласта используют заранее сделанные отметки на поверхности выступающей части колонны НКТ, соответствующие положению излучателя от нижней до верхней границы пласты. Дополнительно используют подключенный к лебедке счетчик барабанного типа, позволяющий определить пройденное излучателем расстояние по толщине пласта.

После завершения указанного двукратного перемещения излучателя повышают давление наземного насосного агрегата до 210 - 250 атм и устанавливают излучатель в скважине в место, наиболее выгодное для извлечения нефти из пласта.

Здесь необходимо отметить, что при сборке устройства, непосредственно перед его эксплуатацией поршень-переключатель 14 настраивают за счет выбора размеров и упругости пружин 20 и 21 таким образом, чтобы на стадии воздействия акустических колебаний на ПЗП (осуществляемого, в частности, при давлении в насосном агрегате, выбранном в интервале 180 - 200 атм, и глубине погружения излучателя 2450 м), входные отверстия L-образных каналов 12 были бы наглухо перекрыты сплошной боковой поверхностью поршня-переключателя 14, а радиальные отверстия 15 совмещены с входными отверстиями боковых каналов 9 (см. фиг. 1).

В то же время при увеличении давления до 210 - 250 атм, развиваемого при осуществлении стадии эжектирующего воздействия на возбужденный пласт, согласно данному изобретению, характеристики пружин 20 и 21 в заявленном излучателе обеспечивают перемещение поршня-переключателя 14 вниз до положения, при котором входные отверстия боковых каналов 9 перекрываются поршнем-переключателем 14, а L-образные каналы 12 оказываются непосредственно сообщенными с надпоршневой частью центрального канала 5 (см. фиг. 3).

При перемещении поршня-переключателя 14 вниз до указанного выше положения деструктивный поток рабочего агента из надпоршневой части центрального канала 5 поступает только в L-образные каналы 12 и через выходные диффузоры 13 с высокой скоростью выходит в межтрубное пространство в направлении устья скважины.

На выходе диффузоров 13 в область повышенного давления, как и при рассмотренном выше выходе потока рабочего агента из диффузоров 10, возникает процесс кавитации. Генерируемые при этом колебания обеспечивают разрушение различных отложений в межтрубном канале, что приводит к снижению его гидравлического сопротивления.

Скоростные струи рабочего агента, истекающие из диффузоров 13, создают эжектирующее воздействие на обработанный акустическим излучением пласт вблизи места установки излучателя. Под действием эжекции нефть через перфорации в скважине поступает в межтрубное пространство и по очищенному от отложений каналу увлекается активным потоком рабочего агента вверх к устью скважины, стимулируя тем самым процесс нефтеотдачи пласта до тех пор, пока накопленная, в результате активизирующего воздействия, в плате энергия не преобразуется в энергию повышенного давления, обеспечивающего фонтанирование скважины без использования нагнетателя - струйного насоса, чем по существу одновременно является заявленное устройство при осуществлении стимуляции нефтеотдачи согласно предложенному способу.

При повышении давления в пласте до установившейся величины и установления стационарного режима нефтеотдачи (о чем свидетельствует стабилизация измеряемого расхода нефти, поступающей в резервуар 21, т.е. когда увеличение этого расхода практически прекращается) отключают насосный агрегат 26, перекрывают краны 27 и 31 и открывают задвижку на фонтанной арматуре 25.

Под давлением нефти активизированного пласта в центральном канале 5 излучателя последовательно открываются обратные клапаны с подпружиненными рабочими элементами 23 и 19, и поток нефти устремляется через нижний торец излучателя, центральный канал 5, завихритель 7, трубу 2 к поверхности Земли и выбрасывается через фонтанную арматуру 25, установленную на выходе НКТ.

Таким образом, предложенное изобретение, объектом которого является устройство, позволяет, кроме того, производить извлечение нефти, после воздействия на ПЗП, не удаляя излучатель из скважины. Транспортировка нефти через излучатель по НКТ (изолированным межтрубным пространством от охлаждающего воздействия низкотемпературных пород), реализуемая при использовании предложенного устройства, не приводит к нежелательному заметному понижению температуры нефти по мере ее подъема, как это имеет место в случае транспортировки нефти по межтрубному пространству, сопровождающейся значительным понижением ее температуры с повышением вязкости и отложениями парафинов и асфальтенов в скважине.

Claims (6)

1. Способ воздействия на призабойную зону продуктивного пласта, включающий возбуждение с помощью установленного в скважине акустического излучателя колебательных процессов кавитационного происхождения при истечении нагнетаемого в излучатель и ускоряемого в нем потока нефтесодержащего рабочего агента с одновременным перемещением излучателя поперек продуктивного пласта, отличающийся тем, что деструктивный поток нефтесодержащего рабочего агента ускоряют на выходе излучателя до скорости 330 - 350 м/с и направляют его параллельно касательной, проведенной к средней линии разреза пласта из точки пересечения на этом разрезе упомянутой средней линии разреза пласта с вертикальной осью скважины, при этом излучатель перемещают двукратно вниз-вверх или двукратно вверх-вниз по всей толщине пласта со скоростью 0,008 - 0,01 м/с, после чего стимулируют приток нефти в скважину за счет эжектирующего воздействия деструктивного потока рабочего агента, выходящего из излучателя в межтрубное пространство скважины и направленного вверх к ее устью, причем эжектирующее воздействие осуществляют до установления стационарного режима нефтеотдачи пласта через эту скважину.

2. Устройство для воздействия на призабойную зону пласта, содержащее спускаемый в скважину на трубе корпус, имеющий форму тела вращения, с центральным вертикальным каналом, закрытым снизу, сообщающимся с выполненными в стенке корпуса боковыми цилиндрическими каналами, сопряженными с выходными диффузорами, и завихритель, сообщающийся на входе с трубой, подключенной к линии нагнетания рабочего агента, и на выходе - с центральным каналом корпуса, отличающееся тем, что завихритель выполнен в виде шнека с перфорированной винтовой поверхностью, размещенного в цилиндрической обечайке, соосно соединенной на входе с торцом трубы и с указанным центральным каналом цилиндрического корпуса - со стороны выхода завихрителя, оси боковых каналов расположены в диаметральных плоскостях цилиндрического корпуса, в центральном цилиндрическом канале установлен с возможностью перемещения подпружиненный снизу и сверху поршень-переключатель потока, изготовленный в виде открытого сверху стакана с днищем, имеющий в боковой стенке по ее периметру ряд радиальных отверстий, выполненных с возможностью их совмещения при перемещении поршня с соответствующими входными отверстиями боковых каналов, для сообщения надпоршневой части центрального канала через открытую сверху внутрипоршневую полость с указанными боковыми каналами в процессе возбуждения колебательных процессов в пласте, при этом боковые каналы с выходными диффузорами размещены в сменных резьбовых головках, ввинченных радиально в корпус, с осевым или угловым направлением в них упомянутых каналов и сопряженных с ним диффузоров относительно оси головок для изменения ориентации осей этих каналов с диффузорами в зависимости от ориентации пласта относительно поверхности Земли, причем над боковыми каналами в корпусе дополнительно выполнены L-образные каналы, имеющие радиальные входные участки, переходящие в вертикальные участки, сопряженные с выходными диффузорами, при этом расстояние между поперечными сечениями корпуса, проходящими через центры ряда входных отверстий L-образных каналов и центры нижерасположенного ряда входных отверстий боковых каналов корпуса, меньше расстояния от поверхности верхнего торца поршня-переключателя до поперечного сечения, проходящего через нижние точки радиальных отверстий в стенке поршня.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в днище поршня-переключателя выполнено центральное отверстие, через которое пропущен неподвижный осевой шток с меньшим, чем у отверстия, диаметром, верхним торцом жестко соединенный с завихрителем, а нижним торцом вставленный в выемку, имеющуюся в опорном перфорированном диске, установленном под поршнем в нижней части центрального канала, при этом в поверхности днища поршня плотно прилегает надетое на шток и подпружиненное сверху кольцо, выполняющее функцию запорного элемента обратного клапана, а снизу под перфорированным опорным диском в центральный канал ввинчен открытый сверху стакан, в днище которого имеется центральное отверстие, закрытое сверху подпружиненным запорным элементом.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что шаг винтовой поверхности завихрителя уменьшается сверху вниз по ходу движения потока рабочего агента.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что угол раствора выходных диффузоров, сопряженных с боковыми каналами в стенке корпуса, составляет 46-50^o.

6. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что поршень-переключатель потока подпружинен сверху пружиной, установленной в надпоршневой части центрального канала, причем верхний торец этой пружины прижат силой упругости к нижнему торцу завихрителя, а нижний - к поверхности кольца, контактирующего с поверхностью днища поршня-переключателя, при этом снизу поршень-переключатель подпружинен пружиной, прижатой нижним торцом к опорному перфорированному диску.

Images