RU2322579C1 - Acoustic system for productive well zone treatment - Google Patents
Acoustic system for productive well zone treatment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2322579C1 RU2322579C1 RU2006138592/03A RU2006138592A RU2322579C1 RU 2322579 C1 RU2322579 C1 RU 2322579C1 RU 2006138592/03 A RU2006138592/03 A RU 2006138592/03A RU 2006138592 A RU2006138592 A RU 2006138592A RU 2322579 C1 RU2322579 C1 RU 2322579C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- input
- output
- power
- cable
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтяной и газовой отраслям промышленности и может быть использовано для интенсификации газонефтедобычи при повышении извлекаемости углеводородного сырья.The invention relates to the oil and gas industries and can be used to intensify gas and oil production while increasing the recoverability of hydrocarbons.
Применение технологии акустической обработки продуктивной зоны скважин является одним из наиболее эффективных и экологически чистых способов восстановления и улучшения фильтрационных свойств коллектора [1-5], используемых для повышения дебита малопродуктивных скважин и для реабилитации скважин, считающихся неперспективными.The use of acoustic treatment technology for the productive zone of wells is one of the most effective and environmentally friendly methods of restoring and improving the filtration properties of the reservoir [1-5], used to increase the production rate of unproductive wells and for rehabilitation of wells considered unpromising.
Известны технологические акустические системы (ТАС) [3], использующие наземные генераторные устройства и скважинные акустические излучатели, соединенные силовым скважинным кабелем. Преимуществом ТАС с силовым скважинным кабелем является возможность использования высоковольтной (до 1-3 кВ) и сильноточной (до 20-50 А) линии передачи сигнала возбуждения скважинного акустического излучателя, что обеспечивает требуемую мощность акустических колебаний, воздействующих на продуктивную зону скважин. К недостаткам таких систем относится значительная трудоемкость и ограниченная область применения, связанные с возможностью спуско-подъемных операций только по открытому стволу скважин на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ).Known technological acoustic systems (TAS) [3], using ground-based generator devices and downhole acoustic emitters connected by a downhole power cable. The advantage of a TAS with a power borehole cable is the possibility of using a high-voltage (up to 1-3 kV) and high-current (up to 20-50 A) transmission lines for the excitation signal of a borehole acoustic emitter, which ensures the required power of acoustic vibrations affecting the production zone of the wells. The disadvantages of such systems include the significant complexity and limited scope associated with the possibility of tripping operations only on an open wellbore on a string of tubing.
Известны технологические акустические системы [2, 4], использующие для передачи электрического сигнала возбуждения скважинного акустического излучателя (АИ) геофизический кабель, установленный на типовом геофизическом подъемнике. ТАС такого типа обеспечивает широкие технологические возможности применения технологии акустической обработки продуктивной зоны скважин в рамках геофизического сопровождения скважинных ремонтных операций. При этом не требуется специального использования колонны НКТ для доставки АИ к продуктивной зоне. В состав известных ТАС, как правило, входят малогабаритные скважинные АИ диаметром до 40-45 мм, обеспечивающие доставку через колонну НКТ диаметров 2,5′′-3,0′′, что позволяет проводить акустическую обработку действующих газовых, газлифтных и фонтанных добывающих скважин без остановки работы.Technological acoustic systems are known [2, 4], which use a geophysical cable mounted on a typical geophysical elevator to transmit an electrical signal for exciting a borehole acoustic emitter (AI). This type of TAS provides wide technological possibilities for applying the acoustic treatment technology for the productive zone of wells as part of the geophysical support of well repair operations. It does not require special use of the tubing string to deliver AI to the productive zone. The composition of the known TAS, as a rule, includes small-sized borehole AI with a diameter of up to 40-45 mm, providing delivery through the tubing string of diameters of 2.5 ″ - 3.0 ″, which allows acoustic processing of existing gas, gas lift and fountain producing wells without stopping work.
Малогабаритные скважинные АИ в составе известных ТАС, использующих геофизический кабель, имеют ограниченную акустическую мощность не более Ра=400-800 Вт и пониженный коэффициент электроакустического преобразования ηа≤(0,3-0,5). Номинальная мощность возбуждения таких скважинных АИ составляет Рн=1000-2000 ВА и может быть обеспечена через кабель КГ-3 по линии "жила-жила" при длине кабеля L=2,0-3,0 км. В большинстве случаев при более глубоких скважинах для L=4,0-5,0 км электрическая мощность Pн ограничивается параметрами кабеля.Small-sized borehole AIs as part of well-known TAS using a geophysical cable have a limited acoustic power of not more than P a = 400-800 W and a reduced coefficient of electro-acoustic conversion η a ≤ (0.3-0.5). The nominal excitation power of such borehole AIs is P n = 1000-2000 VA and can be provided through the cable KG-3 along the core-to-core line with a cable length L = 2.0-3.0 km. In most cases, with deeper wells for L = 4.0-5.0 km, the electric power P n is limited by the cable parameters.
Мощность акустических колебаний в известных ТАС, с одной стороны, ограничена использованием низкоэффективных АИ пониженной энергоемкости, с другой стороны, ограниченными возможностями линии передачи электрического сигнала возбуждения через геофизический кабель. Следствием ограниченной акустической мощности является низкая результативность применения известных ТАС для интенсификации газонефтедобычи.The power of acoustic vibrations in the well-known TACs, on the one hand, is limited by the use of low-efficiency AI of low energy intensity, and on the other hand, by the limited capabilities of the transmission line of the electrical excitation signal through a geophysical cable. The consequence of the limited acoustic power is the low efficiency of the use of known TAS for the intensification of gas and oil production.
Наиболее близкой к предлагаемой является ТАС, описанная в патенте [5], в составе которой используется высокоэффективный скважинный АИ, выполненный на основе пьезоактивных материалов [6, 7], с максимальной акустической мощностью до 5 кВт при КПД электроакустического преобразования ηа=0,7-0,8, что выгодно отличает устройство-прототип от известных устройств.Closest to the proposed one is the TAS described in the patent [5], which uses a highly efficient borehole AI made on the basis of piezoelectric materials [6, 7], with a maximum acoustic power of up to 5 kW with an electro-acoustic conversion efficiency of η a = 0.7 -0.8, which distinguishes the prototype device from known devices.
Дополнительным преимуществом устройства-прототипа является расширенный диапазон частот возбуждения акустических колебаний для реализации режима параметрического излучения, характеризующегося наибольшей эффективностью воздействия на продуктивный пласт. Генерация сигнала в относительном диапазоне ±20% от центральной частоты fo обеспечивает возможность обработки продуктивной зоны скважины колебаниями комбинационных частот, соответствующих резонансным частотам многофазной структуры коллектора.An additional advantage of the prototype device is the expanded frequency range of the excitation of acoustic vibrations for the implementation of the parametric radiation mode, which is characterized by the greatest efficiency of impact on the reservoir. Signal generation in the relative range of ± 20% of the center frequency f o provides the possibility of processing the productive zone of the well by oscillations of the combination frequencies corresponding to the resonant frequencies of the multiphase structure of the collector.
ТАС-прототип содержит последовательно включенные задающий генератор, фазоимпульсный преобразователь (ФИП), генераторное устройство, выполненное на многоканальном ключевом усилителе мощности (КУМ), согласующее устройство, геофизический кабель и излучатель, а также устройство силового электропитания, выполненное на силовом выпрямителе, включенном между шиной сети электропитания и шиной электропитания КУМ. В качестве сети электропитания используется промышленная сеть 3Ф, 50 Гц, 380 В.The TAC prototype contains a serially connected master oscillator, a phase-pulse converter (FIP), a generator device made on a multi-channel key power amplifier (KUM), a matching device, a geophysical cable and emitter, and also a power supply device made on a power rectifier connected between the bus power supply networks and KUM power supply bus. The industrial network 3F, 50 Hz, 380 V is used as the power supply network.
По сравнению с известными ТАС, использующими геофизический кабель, соединяющий наземное генераторное устройство и скважинный акустический излучатель, устройство-прототип обеспечивает большую мощность акустических колебаний за счет повышенного КПД электроакустического преобразования высокоэффективного скважинного АИ. Однако акустическая мощность в устройстве-прототипе ограничена возможностями передачи энергии электрического сигнала возбуждения через геофизический кабель.Compared with well-known TASs using a geophysical cable connecting a ground-based generating device and a borehole acoustic emitter, the prototype device provides greater acoustic vibration power due to the increased electroacoustic conversion efficiency of a highly efficient borehole AI. However, the acoustic power in the prototype device is limited by the ability to transmit energy of the electrical excitation signal through a geophysical cable.
Для линии передачи энергии через геофизический кабель следует выделить два условия, определяющие мощность возбуждения скважинного АИ.For a power transmission line through a geophysical cable, two conditions should be distinguished that determine the excitation power of a borehole AI.
Во-первых, максимальная входная мощность Рвх ограничена максимально допустимым напряжением кабеля Uдоп входным сопротивлением кабеля Zвх:Firstly, the maximum input power P in is limited by the maximum allowable voltage of the cable U additional input resistance of the cable Z I :
Во-вторых, полезная электрическая мощность PR на выходе кабеля не превышает значенияSecondly, the net electric power P R at the cable output does not exceed the value
где КР - коэффициент передачи мощности через кабель;where K P is the transmission coefficient of power through the cable;
φн - фазовый сдвиг между током и напряжением нагрузки.φ n - phase shift between current and load voltage.
Для геофизического кабеля КГ-3 с погонным сопротивлением жилы Rж=20-24 Ом/км при длине кабеля 2-3 км и согласованным сопротивлением нагрузки Zн=50-80 Ом в технологическом диапазоне рабочих частот 10-30 кГц для типовой линии передачи "жила-жила" обеспечивается коэффициент передачи по мощности Кр=0,3-0,4. При этом сопротивление по входу кабеля составляет Zвх=110-140 Ом.For a KG-3 geophysical cable with linear core resistance R w = 20-24 Ohm / km with a cable length of 2-3 km and a coordinated load resistance Z n = 50-80 Ohm in the technological range of operating frequencies 10-30 kHz for a typical transmission line "vein-vein" provides the transmission coefficient for power K p = 0.3-0.4. In this case, the resistance at the input of the cable is Z in = 110-140 Ohms.
Допустимое действующее напряжение геофизического кабеля между жилами линии передачи составляет Uдоп=700 В. В результате максимальная мощность по входу кабеля (1) достигает Рвх.мах=3-4,5 кВА. При этом даже в случае активной согласованной нагрузки (cosφн=1) полная электрическая мощность (2) на выходе кабеля не превышает РR=1-1,7 кВт. Оценка показывает, что в устройстве-прототипе в наилучшем случае акустическая мощность составляет:The permissible effective voltage of the geophysical cable between the conductors of the transmission line is U add = 700 V. As a result, the maximum power at the input of the cable (1) reaches P inmax = 3-4.5 kVA. Moreover, even in the case of an active coordinated load (cosφ n = 1), the total electric power (2) at the cable output does not exceed P R = 1-1.7 kW. The assessment shows that in the prototype device, in the best case, the acoustic power is:
Соответственно, в известной ТАС [5] для типовой глубины скважины не реализуется имеющийся энергетический потенциал акустического излучателя.Accordingly, in the well-known TAS [5] for a typical well depth, the existing energy potential of an acoustic emitter is not realized.
Выделенный недостаток устройства-прототипа усугубляется в поддиапазоне рабочих частот комбинированных колебаний в условиях электропитания от нестабилизированной промышленной сети.The highlighted disadvantage of the prototype device is compounded in the sub-band of the operating frequencies of the combined oscillations in the conditions of power supply from an unstabilized industrial network.
Первый фактор связан с явно выраженным реактивным характером нагрузки при генерации широкополосных сигналов.The first factor is associated with the pronounced reactive nature of the load when generating broadband signals.
Для АИ из пьезоактивных материалов в поддиапазоне рабочих частот f=fo(1±0,2) для резонансной частоты fo реактивная составляющая импеданса соизмерима с активной составляющей, что соответствует cosφн=0,7. На краях диапазона значение cosφн уменьшается до 0,3-0,2. В результате согласно (2) активная составляющая мощности возбуждения АИ уменьшается, и максимальная акустическая мощность (3) не превышает 0,5-1 кВт, и на краях диапазона рабочих частот падает до 0,2-0,4 кВт. Пониженная энергетическая эффективность в расширенной полосе частот в устройстве-прототипе препятствует генерации широкополосных акустических колебаний большой мощности, что приводит к понижению результативности обработки продуктивной зоны скважины.For AI from piezoelectric materials in the subrange of operating frequencies f = f o (1 ± 0.2) for the resonant frequency f o, the reactive component of the impedance is comparable with the active component, which corresponds to cosφ n = 0.7. At the edges of the range, the value of cosφ n decreases to 0.3-0.2. As a result, according to (2), the active component of the AI excitation power decreases, and the maximum acoustic power (3) does not exceed 0.5-1 kW, and drops to 0.2-0.4 kW at the edges of the operating frequency range. The reduced energy efficiency in the extended frequency band in the prototype device prevents the generation of high-band wide-band acoustic vibrations, which leads to a decrease in the productivity of processing the well productive zone.
Второй фактор обусловлен понижением номинальной мощности в условиях нестабилизированного напряжения электропитания при ограничении максимального выходного напряжения предельно допустимым значением для геофизического кабеля. На понижение энергетической эффективности и, как следствие, результативности акустической обработки продуктивной зоны скважины в устройстве-прототипе оказывает влияние возможное повышение напряжения сети электропитания от номинального значения. Для промышленной электросети 3Ф, 380 В, 50 Гц кратковременные изменения достигают до +20%-25%, что соответствует повышению напряжения Кu=1,2.The second factor is due to a decrease in the nominal power under conditions of an unstabilized supply voltage while limiting the maximum output voltage to the maximum permissible value for the geophysical cable. A possible increase in the voltage of the power supply network from the nominal value is influenced by a decrease in energy efficiency and, as a consequence, the effectiveness of acoustic processing of the well productive zone in the prototype device. For an industrial power supply network 3F, 380 V, 50 Hz, short-term changes reach up to + 20% -25%, which corresponds to an increase in voltage K u = 1.2.
При непосредственном электропитании ключевых усилителей мощности от выпрямленного напряжения сети максимальное выходное напряжение, формируемое на выходе согласующего устройства, составляетWith direct power supply to key power amplifiers from the rectified mains voltage, the maximum output voltage generated at the output of the matching device is
где Uн - номинальное напряжение на входе кабеля.where U n - rated voltage at the input of the cable.
Из условия надежной работы максимальное значение напряжения не должно превышать предельно допустимые значения заданного параметрами кабеля Uмах≤Uдоп. Соответственно, в устройстве-прототипе номинальное выходное напряжение не превышает значенияFrom the condition of reliable operation, the maximum voltage value should not exceed the maximum permissible values specified by the cable parameters U max ≤U add. Accordingly, in the prototype device, the nominal output voltage does not exceed the value
Следовательно, номинальная мощность на входе кабеля для заданного входного сопротивления Zвх=110-140 Ом линии передачи через геофизический кабель равнаTherefore, the rated power at the cable input for a given input impedance Z in = 110-140 Ohm transmission line through a geophysical cable is
Таким образом, номинальная мощность возбуждения АИ, соответственно номинальная акустическая мощность Ра колебаний, воздействующих на продуктивную зону, уменьшается в 1,4 раза и не превышает 0,3-0,7 кВтThus, the nominal excitation power of the AI, respectively, the nominal acoustic power P a of vibrations acting on the productive zone, decreases by 1.4 times and does not exceed 0.3-0.7 kW
Проведенный анализ принципа действия устройства-прототипа показывает, что номинальная акустическая мощность Ра.н из условий обеспечения надежной работы и существенного реактивного характера нагрузки обеспечивается значительно меньше возможного максимального значения для заданной линии передачи через геофизический кабель:The analysis of the principle of operation of the prototype device shows that the nominal acoustic power R a.n from the conditions for ensuring reliable operation and a significant reactive nature of the load is significantly less than the maximum possible value for a given transmission line through a geophysical cable:
где cosφн=0,3-0,7;where cosφ n = 0.3-0.7;
Ku≈1,2;K u ≈ 1.2;
Ра.н≈Ра.мах·(0,2...0,5).P a.n ≈P a.mach · (0.2 ... 0.5).
Типовая линия передач "жила-жила" геофизического кабеля КГ-3 обеспечивает входное сопротивление не менее Zвх=110-140 Ом при коэффициенте передачи по мощности не более Кр=0,3-0,4 при длине кабеля λ=2-3 км и менее Кр<=0,2, λ=4-5 км. В результате максимальная акустическая мощность в устройстве-прототипе не превышаетA typical core-to-core transmission line of the KG-3 geophysical cable provides an input impedance of at least Z in = 110-140 Ohms with a power transmission coefficient of not more than K p = 0.3-0.4 with a cable length of λ = 2-3 km and less K p <= 0.2, λ = 4-5 km. As a result, the maximum acoustic power in the prototype device does not exceed
К недостаткам устройства-прототипа относится низкая результативность акустической обработки продуктивной зоны нефтегазодобывающих скважин, обусловленных пониженной энергетической эффективностью в расширенном диапазоне рабочих частот при электропитании от нестабилизированного напряжения промышленной сети в условиях ограничения допустимого напряжения и входной мощности для линии передачи "жила-жила" геофизического кабеля КГ-3.The disadvantages of the prototype device include the low efficiency of acoustic processing of the productive zone of oil and gas wells, due to reduced energy efficiency in the extended operating frequency range when powered by an unstabilized voltage of an industrial network under conditions of limiting the allowable voltage and input power for the core-to-core transmission line of the KG geophysical cable -3.
Задачей настоящего изобретения является повышение результативности акустической обработки продуктивной зоны скважины посредством увеличения энергетической эффективности в расширенном диапазоне частот акустических колебаний при электропитании от напряжения примышленной сети.The objective of the present invention is to increase the effectiveness of acoustic processing of the productive zone of the well by increasing energy efficiency in an extended frequency range of acoustic vibrations when powered by voltage from an intentional network.
Для решения поставленной задачи в известной технологической акустической системе для обработки продуктивной зоны скважины, содержащей задающий генератор и последовательно включенные фазоимпульсный преобразователь, ключевой усилитель мощности, согласующее устройство, геофизический кабель, а также акустический излучатель и устройство силового электропитания, вход которого подключен к шине силовой сети, а выход - к шине электропитания ключевого усилителя мощности, дополнительно введены цепь параметрической обратной связи, формирователь опорного напряжения и устройство компенсации, включенное между выходом геофизического кабеля и выводами акустического излучателя, при этом вход цепи параметрической обратной связи соединен с выходом устройства силового электропитания, а выход подключен к входу управления формирователя опорного напряжения, включенного другим входом и выходом между выходом задающего генератора и входом фазоимпульсного преобразователя.To solve the problem in a well-known technological acoustic system for processing a productive zone of a well, which contains a master oscillator and a phase-pulse converter in series, a key power amplifier, a matching device, a geophysical cable, as well as an acoustic emitter and a power supply device, the input of which is connected to the power network bus , and the output is to the power bus of the key power amplifier, an additional parametric feedback circuit is introduced, formed the voltage reference and a compensation device connected between the output of the geophysical cable and the terminals of the acoustic emitter, while the input of the parametric feedback circuit is connected to the output of the power supply device, and the output is connected to the control input of the voltage generator, connected by another input and output between the output of the master oscillator and phase-in converter input.
Дополнительно повышение результативности акустической обработки продуктивной зоны скважины может быть достигнуто при использовании трехжильного кабеля посредством соединения двух жил параллельно по входу и выходу геофизического кабеля, чем обеспечивается увеличение мощности возбуждения скважинного акустического излучателя.In addition, an increase in the effectiveness of acoustic processing of a well’s productive zone can be achieved by using a three-core cable by connecting two cores in parallel at the input and output of a geophysical cable, thereby increasing the excitation power of the borehole acoustic emitter.
Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является обеспечение стабилизации номинального напряжения на входе геофизического кабеля на максимально допустимом уровне при условии изменения напряжения электропитания, а точнее компенсация реактивной составляющей импеданс акустического излучателя в расширенном диапазоне рабочих частот, что обеспечивает увеличение номинальной акустической мощности колебаний, воздействующих на продуктивную зону скважин и, как следствие, повышение результативности акустической обработки для интенсификации газонефтедобычи и повышение извлекаемости углеводородного сырья.The technical result from the use of the present invention is to ensure stabilization of the nominal voltage at the input of the geophysical cable at the maximum acceptable level provided that the supply voltage changes, or rather compensation of the reactive component of the acoustic emitter impedance in an extended operating frequency range, which ensures an increase in the nominal acoustic power of vibrations affecting the productive the area of wells and, as a result, increase the effectiveness of acoustic th processing gazoneftedobychi to intensify and increase the recoverability of hydrocarbons.
Дополнительный технический результат обеспечивается повышением коэффициента передачи по мощности сигнала возбуждения, скважинного акустического излучателя через трехжильный геофизический кабель.An additional technical result is provided by increasing the transmission coefficient for the power of the excitation signal, downhole acoustic emitter through a three-core geophysical cable.
Структура построения заявляемого устройства иллюстрируется на фиг.1, временные диаграммы сигналов, поясняющие его работу, приведены на фиг.2.The structure of the claimed device is illustrated in figure 1, the timing diagrams of the signals explaining its operation are shown in figure 2.
Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит устройство 1 силового электропитания, ключевой усилитель 2 мощности, фазоимпульсный преобразователь 3, задающий генератор 4, согласующее устройство 5, геофизический кабель 6, акустический излучатель 7, а также вновь введенную цепь 8 параметрической обратной связи, формирователь 9 опорного напряжения и устройство 1 компенсации. Дополнительной особенностью реализации предлагаемого устройства является параллельное включение двух жил трехжильного геофизического кабеля 6.The proposed device (Fig. 1) contains a
Введение в состав известного устройства новых блоков и связей позволило в предлагаемом устройстве (фиг.1) обеспечить повышение мощности возбуждения и тем самым повысить результативность обработки продуктивной зоны скважины.Introduction to the composition of the known device of new blocks and connections made it possible in the proposed device (Fig. 1) to increase the excitation power and thereby increase the efficiency of processing the productive zone of the well.
Формирователь 9 опорного напряжения обеспечивает формирование пилообразного сигнала Uп квазисинусоидального вида с амплитудой, пропорциональной напряжению, поступающему на вход формирователя 9 с токовой частотой, заданной импульсами Uт, поступающими на другой вход формирователя 9 (фиг.2).Shaper 9 of the reference voltage provides the formation of a sawtooth signal U p quasi-sinusoidal with an amplitude proportional to the voltage supplied to the input of the shaper 9 with a current frequency specified by pulses U t supplied to the other input of the shaper 9 (figure 2).
В простейшем случае формирователь 9 может быть выполнен на RC-цепи, обеспечивающей экспоненциальное нарастание опорного напряжения, и ключевом элементе, обеспечивающем резкий спад до нуля опорного напряжения за время короткого тактового импульса.In the simplest case, the shaper 9 can be performed on the RC circuit, providing an exponential increase in the reference voltage, and a key element, providing a sharp decline to zero of the reference voltage during a short clock pulse.
Цепь 9 параметрической обратной связи предназначена для передачи на вход управления формирователя 9 управляющего напряжения, пропорционального напряжению электропитания КУМ 2. Цепь 9 может содержать резистивный делитель и звено гальванической развязки.The parametric feedback circuit 9 is intended for transmitting to the control input of the driver 9 a control voltage proportional to the voltage of the
Устройство 10 компенсации предназначено для компенсации емкостной составляющей нагрузки АИ и выполняется на индуктивном элементе, включенном параллельно либо последовательно с выводами акустического излучателя 7.The compensation device 10 is designed to compensate for the capacitive component of the AI load and is performed on an inductive element connected in parallel or in series with the conclusions of the acoustic emitter 7.
Работа предложенной ТАС осуществляется следующим образом. Напряжение промышленной сети электропитания выпрямляется и фильтруется в устройстве 1 силового электропитания, на выходе которого формируется постоянное нестабилизированное напряжение Е. Номинального и максимальное значение которого составляет Ен=520 В и Емах=630 В, напряжение Е поступает на шины электропитания КУМ2, на входы управления которого поступают импульсные сигналы с выходов фазоимпульсного преобразователя 3.The work of the proposed TAS is as follows. The voltage of the industrial power supply network is rectified and filtered in the
Формирование импульсных сигналов V1ФИМ, V2ФИМ осуществляется фазоимпульсным преобразователем 3 с рабочей частотой f, а временной сдвиг определяется длительностью широтно-модулированных импульсов VШИМ (фиг.2).The formation of pulse signals V 1FIM , V 2FIM is carried out by a phase-
Рабочая частота f задается тактовыми импульсами UT удвоенной частоты 2f от задающего генератора 4. Импульсные сигналы V1ФИМ, V2ФИМ усиливаются по мощности сигналами ключевого усилителя 2, выполненного, например, по мостовой схеме. В результате на выходе КУМ формируется разнополярное импульсное напряжение VКУМ с амплитудой импульсов, равной напряжению питания Е, и длительностью импульсов tи, заданной длительностью импульсов сигнала VШИМ.The operating frequency f is set by clock pulses U T of double frequency 2f from the master oscillator 4. The pulse signals V 1FIM , V 2FIM are amplified by the power of the signals of the
Согласующее устройство обеспечивает подавление высокочастотных составляющих импульсного напряжения VКУМ и выделяет первую гармонику, амплитуда которой определяется выражениемThe matching device provides suppression of the high-frequency components of the pulse voltage V KUM and selects the first harmonic, the amplitude of which is determined by the expression
где Т=1/f - период рабочей частоты;where T = 1 / f is the period of the operating frequency;
Kсу - коэффициент передачи согласующего устройства.K su - transfer coefficient matching device.
Электрический сигнал с выхода согласующего устройства 5 через геофизический кабель 6 и устройство 10 компенсации поступает на входы акустического излучателя 7.The electrical signal from the output of the matching device 5 through the geophysical cable 6 and the compensation device 10 is supplied to the inputs of the acoustic emitter 7.
Акустический излучатель, выполненный из пьезоактивных материалов в виде соосно-расположенных цилиндрических преобразователей [7], преобразует энергию электрического сигнала в энергию электрических колебаний. Диаграмма направленности (ДН) акустических колебаний в осевой плоскости АИ составляет 5-15 градусов, что обеспечивает обработку продуктивной зоны скважины цилиндрической акустической волны, соосной активной части излучателя.An acoustic emitter made of piezoactive materials in the form of coaxially arranged cylindrical transducers [7] converts the energy of an electrical signal into the energy of electrical vibrations. The directivity pattern (DD) of acoustic vibrations in the axial plane of the AI is 5-15 degrees, which ensures the processing of the productive zone of the well of a cylindrical acoustic wave, coaxial to the active part of the emitter.
Акустическое воздействие на ближнюю зону выработки обеспечивает очистку перфорационных отверстий и восстановление фильтрационных свойств поровых сигналов коллектора, чем достигается улучшением притока нефти и газа из продуктивного пласта в зону выработки. Результативность акустической интенсификации газо- и нефтедобычи зависит в основном от мощности акустических колебаний и от полосы частот акустического воздействия.The acoustic effect on the near production zone ensures the cleaning of perforations and the restoration of the filtration properties of the pore collector signals, which is achieved by improving the flow of oil and gas from the reservoir into the production zone. The effectiveness of acoustic intensification of gas and oil production depends mainly on the power of acoustic vibrations and on the frequency band of acoustic exposure.
В предлагаемой ТАС достигается максимально допустимый уровень акустической мощности, ограниченный линией передачи электрического сигнала при расширенном диапазоне рабочих частот колебаний, чем достигается повышение результативности акустической обработки продуктивной зоны скважины.In the proposed TAS, the maximum permissible level of acoustic power is achieved, limited by the transmission line of the electric signal with an extended range of operating oscillation frequencies, thereby increasing the efficiency of acoustic processing of the well's productive zone.
Во-первых, в заявленном техническом решении обеспечивается стабилизация номинального напряжения Uн на входе кабеля на предельно допустимом уровне Uдоп, обеспечивающем надежную передачу сигнала через геофизический кабель, что в условиях электропитания от промышленной электросети обеспечивает повышение номинальной мощности до максимального значения:Firstly, in the claimed technical solution, stabilization of the nominal voltage U n at the input of the cable is provided at the maximum permissible level U add , which ensures reliable signal transmission through the geophysical cable, which, under conditions of power supply from an industrial power supply network, increases the rated power to the maximum value:
В результате по равнению с устройством-прототипом обеспечивается повышение акустической мощности на величину Кu 2≈1,4.As a result, in comparison with the prototype device, an increase in acoustic power by K u 2 ≈ 1.4 is provided.
Указанный эффект достигается обеспечением в предлагаемом устройстве параметрической зависимости длительности импульсов tи сигнала Vшим от напряжения выпрямленной сети электропитания Е. Напряжение Е с выхода устройства 1 силового электропитания через цепь 8 параметрической обратной связи поступает на вход формирователя 8 опорного напряжения, где формируется кусочно-квазисинусоидальное напряжениеThis effect is achieved by providing in the proposed device a parametric dependence of the pulse duration t and the signal V PWM on the voltage of the rectified power supply network E. The voltage E from the output of the
при t∈[tк;tк+Т/2] при Uп(t),when t∈ [t to ; t to + T / 2] for U p (t),
где Кп - коэффициент передачи цели в параметрической обратной связи.where K p - transfer coefficient of the target in parametric feedback.
В тактовые моменты tk напряжение Uп уменьшается до нуля и далее осуществляется повторный цикл формирования опорного напряжения.The clock moments t k U n voltage decreases to zero and then carried recycled for generating a reference voltage.
Импульсное напряжение сигнала Vшим формируется как результат сравнения напряжения Uп с заданным уровнем управляющего напряжения:The pulse voltage of the signal V PWM is formed as a result of comparing the voltage U p with a given level of control voltage:
Для обеспечения номинального режима работы в диапазоне изменения напряжения электропитания Emin≤E≤Emax уровень U0 задают равнымTo ensure a nominal operating mode in the range of variation of the supply voltage E min ≤E≤E max level U 0 set equal
В результате из условия равенства U0=Uп длительность импульса tи сигнала Vшим определяется из выраженияAs a result, from the condition of equality U 0 = U p the pulse duration t and the signal V PWM is determined from the expression
Для приведенной зависимости tи(Е) из (15) достигается стабилизация амплитуды выходного напряжения рабочей частоты (10) на выходе согласующего устройства 5 при изменении напряжения питания:For the above dependence of t and (E) from (15), stabilization of the amplitude of the output voltage of the operating frequency (10) is achieved at the output of the matching device 5 when the supply voltage changes:
Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается реализация режима максимальной входной мощности на входе кабеля (11) в условиях электропитания от промышленной электросети.Thus, in the proposed device, the implementation of the maximum input power mode at the input of the cable (11) is achieved under conditions of power supply from an industrial power supply network.
Задача достижения максимальной активной мощности на выходе кабеля в предлагаемом устройстве обеспечивается введением устройства 10 компенсации. Импеданс акустического излучателя 7, выполненного на пьезоактивных материалах, имеет выраженный емкостной характер при cosφн=0,3-0,7. В этом случае компенсация реактивной составляющей нагрузки эффективно обеспечивается использованием индуктивного элемента компенсации Lk, включенного последовательно либо параллельно по выходу кабеля. Величина индуктивности Lk выбирается из условия обеспечения полной компенсации реактивной составляющей на центральной частоте fp рабочего диапазона cosφн(fp)=1. При этом в диапазоне частот 0,7fp<f<1,3fp достигается значение cosφн(fp)≥0,7.The task of achieving maximum active power at the cable outlet in the proposed device is provided by the introduction of the compensation device 10. The impedance of the acoustic emitter 7, made on piezoactive materials, has a pronounced capacitive character at cosφ n = 0.3-0.7. In this case, the compensation of the reactive component of the load is effectively ensured by the use of an inductive compensation element L k connected in series or parallel to the cable output. The value of the inductance L k is selected from the condition of ensuring full compensation of the reactive component at the center frequency f p of the operating range cosφ n (f p ) = 1. Moreover, in the frequency range 0.7f p <f <1.3f p , the value cosφ n (f p ) ≥0.7 is achieved.
В результате введения устройства 10 компенсации активная мощность на выходе кабеля, поступающая в нагрузку, возрастает в 1,4 раза на центральной частоте рабочего диапазона и более чем в 2 раза на граничных частотах широкополосного сигнала:As a result of the introduction of the compensation device 10, the active power at the cable output entering the load increases 1.4 times at the center frequency of the operating range and more than 2 times at the boundary frequencies of the broadband signal:
где φк - фазовый сдвиг между током и напряжением по входу устройства 10 компенсации;where φ k is the phase shift between current and voltage at the input of the compensation device 10;
cosφk=0,7-1,0 для 0,7fp<f<1,3fp,cosφ k = 0.7-1.0 for 0.7f p <f <1.3f p ,
kp - коэффициент передачи мощности через кабель.k p - power transmission coefficient through the cable.
При выполнении условий стабилизации напряжения на входе кабеля на максимально допустимом уровне и компенсации реактивной составляющей импеданса нагрузки в предлагаемом устройстве предлагается использовать передачу сигнала возбуждения скважинного излучателя 7 через трехжильный кабель по линии "2ж-1ж" (две жилы-одна жила). В этом случае достигается повышение величины коэффициента передачи по мощности kp на 20-25%, а также уменьшение входного сопротивления кабеля доWhen fulfilling the conditions for stabilizing the voltage at the cable input at the maximum acceptable level and compensating the reactive component of the load impedance, the proposed device proposes to use the transmission signal of the borehole emitter 7 through a three-wire cable along the "2zh-1zh" line (two wires-one core). In this case, an increase in the power transfer coefficient k p by 20-25% is achieved, as well as a decrease in the input cable resistance to
ZВХ 2ж-1ж=70-80 Ом.Z BX 2zh-1zh = 70-80 Ohm.
В результате обеспечивается повышение мощности на выходе кабеля при заданном максимально допустимом напряжении Uдоп=700 кВт до величиныThe result is an increase in power at the cable output at a given maximum allowable voltage U add = 700 kW to
Соответственно возрастает величина активной мощности на выходе кабеляAccordingly, the value of the active power at the cable output increases.
Для типовой длины кабеля 2-3 км, kp(2ж-1ж)=0,4-0,5, значение PR достигает РR=2-3 кВт, что обеспечивает повышение акустической мощности излучения до 1,5-2 кВт.For a typical cable length of 2-3 km, k p (2zh-1zh) = 0.4-0.5, the value of P R reaches P R = 2-3 kW, which ensures an increase in the acoustic radiation power to 1.5-2 kW .
Таким образом, в заявленной ТАС совокупность введенных блоков и связей обеспечивает увеличение акустической мощности обработки продуктивной зоны скважины более чем в два раза по сравнению с известными устройствами с геофизическим кабелем при расширенном диапазоне рабочих частот, чем достигается значительное повышение результативности технологии акустической обработки. Так при использовании известных ТАС результативность применения не превышает 60-70% в случае специального подбора продуктивных пластов по проницаемости и пористости. Применение предлагаемой ТАС обеспечивает результативность обработки не менее 80%, в том числе при использовании технологии обработки для продуктивных пластов с пониженной проницаемостью и пористостью. Внедрение предлагаемой ТАС позволяет обеспечить увеличение дебита скважин более чем на 40% и восстановить малодебитные скважины.Thus, in the claimed TAC, the combination of introduced blocks and connections provides an increase in the acoustic power of processing the productive zone of the well by more than two times in comparison with the known devices with a geophysical cable with an expanded range of operating frequencies, which achieves a significant increase in the effectiveness of acoustic processing technology. So when using well-known TASs, the application efficiency does not exceed 60-70% in the case of a special selection of productive formations for permeability and porosity. The application of the proposed TAS ensures a processing efficiency of at least 80%, including when using processing technology for productive formations with reduced permeability and porosity. The implementation of the proposed TAS allows to ensure an increase in well production by more than 40% and to restore low-yield wells.
Источники информацииInformation sources
1. Кузнецов О.Л., Ефимов С.А. Применение ультразвука в нефтяной промышленности. М.: Недра, 1980, 190 с.1. Kuznetsov O.L., Efimov S.A. The use of ultrasound in the oil industry. M .: Nedra, 1980, 190 p.
2. Печков А.А., Шубин А.В. Результат работ по повышению продуктивности скважин методом акустического воздействия. Геоинформатика, 1998, №3, 16-23.2. Pechkov A.A., Shubin A.V. The result of work to increase well productivity by acoustic exposure. Geoinformatics, 1998, No. 3, 16-23.
3. Боголюбов Б.Н. и др. Интенсификация добычи нефти низкочастотным акустическим воздействием // Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений. №9, 2000 г., с.80-85.3. Bogolyubov B.N. and others. Intensification of oil production by low-frequency acoustic exposure // Development and operation of oil fields. No. 9, 2000, pp. 80-85.
4. Патент России №2026969. Способ акустического воздействия на призабойную зону продуктивного пласта.4. Patent of Russia No. 2026969. The method of acoustic impact on the bottom-hole zone of the reservoir.
5. Патент России №2162519. Способ акустической обработки продуктивной зоны скважины и устройство для его реализации. Пр. 24.04.1999.5. Patent of Russia No. 2162519. The method of acoustic processing of the productive zone of the well and a device for its implementation. Etc. 04.24.1999.
6. Патент России №2047280. Акустический излучатель. Опубликован в БИ №30 от 27.10.95.6. Patent of Russia No. 2047280. Acoustic emitter. Published in BI No. 30 dated 10.27.95.
7. Свидетельство на полезную модель №762. Акустический цилиндрический излучатель. Зарегистрировано 27.01.96.7. Certificate for utility model No. 762. Acoustic cylindrical emitter. Registered January 27, 1996.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006138592/03A RU2322579C1 (en) | 2006-11-02 | 2006-11-02 | Acoustic system for productive well zone treatment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006138592/03A RU2322579C1 (en) | 2006-11-02 | 2006-11-02 | Acoustic system for productive well zone treatment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2322579C1 true RU2322579C1 (en) | 2008-04-20 |
Family
ID=39454064
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006138592/03A RU2322579C1 (en) | 2006-11-02 | 2006-11-02 | Acoustic system for productive well zone treatment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2322579C1 (en) |
-
2006
- 2006-11-02 RU RU2006138592/03A patent/RU2322579C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5109922A (en) | Ultrasonic energy producing device for an oil well | |
CN104303424B (en) | Data communication system | |
CN106842286B (en) | A kind of multi-sine excitation method and device of multipole acoustic logging while drilling | |
US20140077966A1 (en) | Power line communication system | |
CA2785787C (en) | System and method for ultrasonically treating liquids in wells and corresponding use of said system | |
US5686806A (en) | Low-pass filter and electronic speed control system for electric motors | |
US8923373B2 (en) | Powerline control interface in photovoltaic environment for frequency and amplitude modulation transmitter | |
AU2005224473A1 (en) | Method for intensification of high-viscosity oil production and apparatus for its implementation | |
EP2954161B1 (en) | Acoustic transmitter for transmitting a signal through a downhole medium | |
RU2503797C1 (en) | Method for destroying and preventing deposits and plugs formation in oil and gas wells and device for its implementation | |
EP1197011B1 (en) | Power line communication system | |
CN104656148A (en) | High-power constant-current source emission system and high-power constant-current source emission method | |
CN102889079B (en) | Acoustic logging transmitting transducer driving system | |
RU2322579C1 (en) | Acoustic system for productive well zone treatment | |
RU2487989C1 (en) | Method for liquidation and stoppage of pollution by oil and gas producing well and device for its implementation | |
RU54973U1 (en) | DEVICE FOR ULTRASONIC INFLUENCE ON THE WALLS OF THE ARTESIAN WELL | |
RU2007122505A (en) | SYSTEM FOR MANAGEMENT OF ELECTRICAL CONSUMERS OF ELECTRICAL INSTALLATIONS | |
RU99108565A (en) | METHOD FOR ACOUSTIC TREATMENT OF A PRODUCTIVE WELL ZONE AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
SU989048A1 (en) | Apparatus for thermoacoustic action upon oil-bearing formation | |
RU2309247C1 (en) | Method and device to apply acoustic action to productive well zone in perforation intervals | |
DE60304172D1 (en) | MODULE FOR DECOUPLING HIGH FREQUENCY SIGNALS FROM A SUPPLY CABLE | |
CA2408795C (en) | Method for boosting the output voltage of a variable frequency drive | |
RU1841309C (en) | Transmitting device | |
WO1997009511A1 (en) | Method of acoustically treating the productive zone of oil and gas wells and a device for carrying out the method | |
CN202991019U (en) | Acoustic logging transmitting transducer driving system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151103 |