RU2399746C1 - Device for wave processing of productive formations - Google Patents
Device for wave processing of productive formations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2399746C1 RU2399746C1 RU2009133519/03A RU2009133519A RU2399746C1 RU 2399746 C1 RU2399746 C1 RU 2399746C1 RU 2009133519/03 A RU2009133519/03 A RU 2009133519/03A RU 2009133519 A RU2009133519 A RU 2009133519A RU 2399746 C1 RU2399746 C1 RU 2399746C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- outlet
- working chamber
- working
- length
- longitudinal axis
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для генерации колебаний давления, используемым в волновой технологии совмещенного воздействия на продуктивные пласты с целью повышения извлечения углеводородов.The invention relates to the field of the oil and gas industry, and in particular to devices for generating pressure fluctuations used in wave technology combined effects on productive formations in order to increase hydrocarbon recovery.
Высокая эффективность волнового воздействия на пласт при использовании жидкости может быть обеспечена возбуждением резонансных колебаний в столбе жидкости в обсадной колонне скважины путем согласования режима работы излучателя и скважины. Накопленный авторами заявки опыт использования волнового воздействия на продуктивные пласты свидетельствует, что, как правило, низкие частоты соответствуют частоте собственных колебаний столба жидкости в скважине.The high efficiency of the wave action on the formation when using fluid can be achieved by exciting resonance oscillations in the fluid column in the well casing by coordinating the operating mode of the emitter and the well. The experience gained by the authors of the application using wave action on reservoirs indicates that, as a rule, low frequencies correspond to the natural frequency of the fluid column in the well.
Известно устройство для формирования акустических полей высокой интенсивности (патент №2041343, кл. Е21В 43/00). Устройство состоит из двух струйных генераторов импульсов с внутренней обратной связью, осуществляемой с помощью резонансных камер, каждый из которых имеет входное плоское сопло, две симметрично расположенные относительно оси генератора резонансные камеры, переходящие в проточные каналы прямоугольной формы, разделенные клином. Каналы заканчиваются выходными патрубками, оси которых находятся в плоскостях, проходящих через продольную ось устройства и пересекающихся по отношению к ней под углом 90°.A device for the formation of acoustic fields of high intensity (patent No. 2041343, class. EV 43/00). The device consists of two jet pulse generators with internal feedback implemented by resonant chambers, each of which has an input flat nozzle, two resonant chambers symmetrically located relative to the axis of the generator, passing into rectangular flow channels, separated by a wedge. The channels end with outlet pipes, the axes of which are in planes passing through the longitudinal axis of the device and intersecting with it at an angle of 90 °.
Недостатком известного устройства является невозможность использования подобных технических решений при применении рабочих агентов, представляющих собой несжимаемую жидкость. Высокая скорость распространения возмущений в жидкости (более 1400 м/с) вызывает увеличение размеров резонансных камер в излучателе, что влечет за собой увеличение внешнего диаметра устройства до размера, превышающего (при практических значениях частот воздействия на пласт) внутренний диаметр обсадной колонны скважины. Величина внутреннего диаметра последней составляет, в основном, на нефтяных месторождениях, как правило, 130-170 мм.A disadvantage of the known device is the inability to use such technical solutions when using working agents, which are an incompressible fluid. The high velocity of propagation of disturbances in the fluid (more than 1400 m / s) causes an increase in the size of the resonance chambers in the emitter, which entails an increase in the external diameter of the device to a size exceeding (at practical values of the frequency of action on the formation) the inner diameter of the casing string of the well. The size of the inner diameter of the latter is mainly in oil fields, as a rule, 130-170 mm.
Известно также устройство - излучатель на основе резонатора Гельмгольца (Труды научно-практической конференции VIII Международной выставки. Нефть, газ. Нефтехимия - 2001. 5-8 сентября 2001 г., том II. Статья «Гидромеханический осциллятор как устройство для возбуждения колебаний давления в потоке жидкости, нагнетаемой в пласт». С.172-178).A device is also known - a radiator based on the Helmholtz resonator (Proceedings of the scientific and practical conference of the VIII International Exhibition. Oil, Gas. Petrochemicals - 2001. September 5-8, 2001, Volume II. Article "Hydromechanical oscillator as a device for exciting pressure fluctuations in a stream fluid injected into the reservoir. "S.172-178).
Устройство состоит из резонансной камеры Гельмгольца цилиндрического типа и установленных в ней (по оси на входе и выходе камеры) сопл. Механизм самовозбуждения колебаний заключается в следующем. Круглая струя жидкости из сопла на входе движется через осесимметричную полость камеры Гельмгольца и затем выходит в окружающую среду через выходное сопло. При этом диаметр полости камеры много больше диаметра струи, и вследствие чего скорость в полости много ниже, чем в струе. Это приводит к сильным сдвиговым смещениям на границе раздела между двумя потоками. Сдвиговое течение реализуется в вихрях. При круглой струе вихревые линии принимают форму окружностей (колец). Соударение упорядоченных осесимметричных возмущений, таких как вихревые кольца, в сдвиговом слое, с кромкой выходного сопла генерирует периодические импульсы давления. Эти импульсы распространяются вверх по потоку к зоне начального отрыва, усиливая очередное вихревое кольцо. Усиление имеет селективный характер (в узком частотном диапазоне). Цикл включает истечение, обратную связь и усиление возмущений. В результате в сдвиговом слое развиваются сильные колебания, захватывающие даже ядро струи. При этом в полости камеры формируется поле пульсаций давления. Увеличение амплитуды колебаний, как правило, способствует большей эффективности воздействия на пласт вследствие возрастания протяженности поля колебаний.The device consists of a cylindrical Helmholtz resonance chamber and nozzles installed in it (along the axis at the inlet and outlet of the chamber). The mechanism of self-excitation of oscillations is as follows. A round stream of liquid from the nozzle at the inlet moves through the axisymmetric cavity of the Helmholtz chamber and then enters the environment through the outlet nozzle. Moreover, the diameter of the chamber cavity is much larger than the diameter of the jet, and as a result, the velocity in the cavity is much lower than in the jet. This leads to strong shear displacements at the interface between the two flows. Shear flow is realized in vortices. In a round stream, vortex lines take the form of circles (rings). The collision of ordered axisymmetric perturbations, such as vortex rings, in a shear layer with the edge of the outlet nozzle generates periodic pressure pulses. These pulses propagate upstream to the initial separation zone, amplifying the next vortex ring. The gain is selective (in a narrow frequency range). The cycle includes expiration, feedback, and perturbation amplification. As a result, strong oscillations develop in the shear layer, which capture even the core of the jet. In this case, a pressure pulsation field is formed in the chamber cavity. An increase in the amplitude of the oscillations, as a rule, contributes to a greater efficiency of the impact on the reservoir due to an increase in the length of the field of oscillations.
Недостатком этого устройства является то обстоятельство, что при колебаниях с большой амплитудой разрушается сплошность жидкости и в ней образуются кавитационные пузырьки, обусловленные качественным изменением колебательного процесса в жидкости. В условиях развитой кавитации наблюдается процесс периодического распространения гидродинамического разрыва в виде фронта волны схлопывающихся пузырьков, приводящих к кавитационному разрушению материала отверстия выходного сопла. Тем самым нарушается рабочий процесс генерации колебаний в потоке жидкости на выходе устройства и не обеспечивается возможность длительной эксплуатации его при технологии совмещенного воздействия на пласт. Кроме того, генерация колебаний с высоким значением амплитуды в потоке жидкости с помощью резонатора Гельмгольца не обеспечивает получение низких частот вследствие необходимости многократного увеличения объема резонансной камеры, в первую очередь за счет увеличения внутреннего диаметра (в сравнении с камерами, обеспечивающими колебания высокой частоты). Попытка увеличения объема камеры за счет многократного возрастания длины вызывает необходимость снижения значения критерия Струхаля в сравнении с оптимальным (St=0,45-0,5), при котором реализуются колебания давления с высоким значением амплитуды (Буторин Э.А., Кравцов Я.И., Секачев Л.Н. Определение и исследование зоны устойчивой генерации колебаний давления гидродинамическими излучателями на основе резонатора Гельмгольца для осуществления энергоэффективных технологий // Известия Академии наук. Энергетика. 2006 г., №2, С.128-135).The disadvantage of this device is the fact that during oscillations with a large amplitude, the liquid continuity is destroyed and cavitation bubbles are formed in it, due to a qualitative change in the oscillatory process in the liquid. Under the conditions of developed cavitation, a process of periodic propagation of a hydrodynamic discontinuity in the form of a wave front of collapsing bubbles, leading to cavitation destruction of the material of the outlet nozzle opening, is observed. This disrupts the working process of generating oscillations in the fluid flow at the output of the device and does not provide the possibility of long-term operation with the technology of combined stimulation. In addition, the generation of oscillations with a high amplitude in the fluid flow using the Helmholtz resonator does not provide low frequencies due to the need for a multiple increase in the volume of the resonant chamber, primarily due to an increase in the internal diameter (in comparison with cameras providing high-frequency oscillations). An attempt to increase the chamber volume due to a multiple increase in length makes it necessary to reduce the value of the Struhal criterion in comparison with the optimal one (St = 0.45-0.5), in which pressure fluctuations with a high amplitude are realized (Butorin E.A., Kravtsov Y. I., Sekachev LN Definition and study of the zone of stable generation of pressure fluctuations by hydrodynamic emitters based on the Helmholtz resonator for implementing energy-efficient technologies // News of the Academy of Sciences. Energy. 2006, No. 2, S.128-135).
Известно устройство - гидродинамический пульсатор давления (а.с. 1655157, Кл. Е21В 43/00), включающий корпус с внутренней полостью, образованный вихревой камерой с верхним торцом и выходным каналом, и входными тангенциальными отверстиями. В верхнем торце вихревой камеры выполнена сферическая полость для уменьшения кавитационного износа. Жидкость поступает в вихревую камеру пульсатора через входные тангенциальные отверстия и под действием центробежных сил образует в камере закрученный вихревой поток. Вращающийся с большой скоростью вихревой поток жидкости образует в центральной полости вихревой камеры зону разрежения, формирующуюся соосно выходному каналу, что не исключает кавитационный износ камеры. Последний приводит к нарушению геометрии камеры, что вызывает нарушение установившегося колебательного истечения струи и тем самым снижение эффективности воздействия на пласт. Помимо этого, наличие ряда тангенциальных отверстий малого диаметра способствует их засорению механическими частицами, содержащимися в рабочем агенте, поступающем в пульсатор из насосно-компрессорной трубы.A device is known - a hydrodynamic pressure pulsator (AS 1655157, CL. E21B 43/00), comprising a housing with an internal cavity formed by a vortex chamber with an upper end and an output channel, and tangential inlets. A spherical cavity is made in the upper end of the vortex chamber to reduce cavitation wear. The fluid enters the vortex chamber of the pulsator through the tangential inlet openings and, under the action of centrifugal forces, forms a swirling vortex flow in the chamber. A swirling fluid stream rotating at a high speed forms a rarefaction zone in the central cavity of the swirl chamber, which is formed coaxially with the outlet channel, which does not exclude cavitation wear of the chamber. The latter leads to a violation of the geometry of the chamber, which causes a violation of the steady-state oscillatory outflow of the jet and thereby reduce the effectiveness of the impact on the reservoir. In addition, the presence of a number of tangential holes of small diameter contributes to their clogging with mechanical particles contained in the working agent entering the pulsator from the tubing.
Рассмотренные выше варианты устройств генерации акустических колебаний вследствие перечисленных недостатков затрудняют их работу на низких частотах, при которых в ходе технологического процесса путем возбуждения резонансных колебаний столба жидкости за генератором в скважине существенным образом можно увеличить энергию упругих волн, передаваемую из скважины в продуктивный пласт.The aforementioned versions of devices for generating acoustic vibrations due to the above disadvantages make it difficult to operate at low frequencies, during which, by exciting resonant oscillations of a liquid column behind a generator in a well, it is possible to significantly increase the energy of elastic waves transmitted from the well to the reservoir.
Известно устройство генерации импульсов расхода (давления) с увеличенной амплитудой (Xu Yong, Yang Shuxing and Zhou Zignang / The research and application survey of fluidic amplifier. Beijing Institute of Technology, 100081, Beijing, P.R. China), в котором струя жидкости подается через входное сопло и под действием управляющего усилия дополнительной струи жидкости, подаваемой через канал управления за соплом, она отклоняется в один из двух каналов, заглушенных с торца и имеющих отводы в виде выходных патрубков, отстоящих на некотором расстоянии от заглушенных торцов каналов. При этом вследствие прилипания струи к стенке канала жидкость заполняет его, после чего происходит отвод жидкости из канала в выходной патрубок. Это приводит к последующему эжектированию дополнительной жидкости из заглушенного объема канала в тот же выходной патрубок, в результате чего увеличивается амплитуда импульса расхода (давления) на выходе из патрубка в сравнении с ее значением в отсутствие заглушенной части канала. При подаче управляющего усилия посредством струи жидкости через противоположный канал управления основная струя рабочего тела переключается в другой канал и процесс повторяется аналогичным образом.A known device for generating pulsed flow (pressure) with increased amplitude (Xu Yong, Yang Shuxing and Zhou Zignang / The research and application survey of fluidic amplifier. Beijing Institute of Technology, 100081, Beijing, PR China), in which a liquid stream is supplied through the input the nozzle and under the action of the control force of an additional jet of liquid supplied through the control channel behind the nozzle, it deviates into one of two channels, muffled from the end and having bends in the form of outlet pipes, spaced at some distance from the muffled ends of the channels. In this case, due to the sticking of the jet to the channel wall, the liquid fills it, after which the liquid is drained from the channel into the outlet pipe. This leads to the subsequent ejection of additional fluid from the muffled volume of the channel into the same outlet pipe, as a result of which the amplitude of the flow (pressure) pulse at the outlet of the pipe increases compared to its value in the absence of the muffled part of the channel. When a control force is applied by means of a liquid jet through the opposite control channel, the main jet of the working fluid switches to another channel and the process is repeated in a similar way.
Недостатком этого устройства является невысокая надежность при эксплуатации подобных систем в условиях забоя скважин из-за наличия системы подачи рабочей жидкости в управляющие каналы, а также наличия системы управления подачей этой жидкости.The disadvantage of this device is the low reliability during operation of such systems in the face of wells due to the presence of a system for supplying working fluid to the control channels, as well as the presence of a control system for supplying this fluid.
Известно также другое устройство генерации импульсов расхода (давления) повышенной амплитуды в потоке жидкости, основанное на использовании бистабильной струи в усилителе (патент US №4181153). В этом устройстве струя жидкости подается через входное сопло в камеру, в которой под действием управляющей струи жидкости, подаваемой через один из двух каналов управления, расположенных за входным соплом, поток рабочего тела отклоняется в один из выходных каналов, прилипая к стенке. Между выходными каналами размещен разделитель потока.Another device for generating high-amplitude flow (pressure) pulses in a fluid stream is also known, based on the use of a bistable jet in an amplifier (US patent No. 4181153). In this device, a liquid stream is supplied through an inlet nozzle to a chamber in which, under the action of a control liquid stream supplied through one of two control channels located behind the inlet nozzle, the flow of the working fluid is deflected into one of the outlet channels, adhering to the wall. Between the output channels there is a stream splitter.
При продвижении к выходу канала поток жидкости поступает в узкую протяженную трубу, заканчивающуюся «упругой» емкостью, в которой за счет скоростного напора происходит восстановление давления. При подаче управляющей струи в другой канал управления происходит переключение струи жидкости (рабочего агента) во второй выходной канал, откуда струя поступает в окружающую среду. С момента переключения потока жидкости во второй канал часть жидкости, находящаяся под более высоким давлением в «упругой» емкости, эжектируется во второй канал, что приводит к увеличению амплитуды давления на выходе до 80% в сравнении с вариантом без «упругой» емкости.When advancing to the outlet of the channel, the fluid flow enters a narrow, extended pipe ending in an “elastic” capacity, in which pressure is restored due to the high-pressure head. When the control jet is supplied to another control channel, the liquid jet (working agent) switches to the second output channel, from where the jet enters the environment. From the moment of switching the fluid flow into the second channel, the part of the liquid that is under higher pressure in the "elastic" tank is ejected into the second channel, which leads to an increase in the pressure amplitude at the outlet up to 80% in comparison with the version without the "elastic" tank.
Однако это устройство из-за низкой надежности при эксплуатации в условиях забоя скважины, что требует наличия расхода управления и автоматики, обеспечивающей подачу его, также не может быть использовано.However, this device, due to the low reliability during operation in the face of the well, which requires the presence of control flow and automation, providing its supply, also cannot be used.
Известно техническое решение (Kazuhiro Murai, Yosure Kawashima, Shigeyasu Nakanishi and Masao Taga. Self oscillation phenomena of turbulent jets in a channel // The Canadian journal of chemical engineering. 1989. Vol.57. December, pp.906-911), позволяющее генерировать интенсивные колебания давления низкой частоты в потоке смешивающихся компонентов жидкости (сжимаемой и несжимаемой) и исключающее воздействие кавитации на определяющие конструктивные элементы устройства вследствие отсутствия выходного сопла. В этом случае импульсы давления формируются в потоке жидкости поочередно в двух направлениях посредством переключения струи при проявлении эффекта Коанда.A technical solution is known (Kazuhiro Murai, Yosure Kawashima, Shigeyasu Nakanishi and Masao Taga. Self oscillation phenomena of turbulent jets in a channel // The Canadian journal of chemical engineering. 1989. Vol.57. December, pp.906-911) generate intense fluctuations in the pressure of a low frequency in the flow of miscible components of the liquid (compressible and incompressible) and the exclusive effect of cavitation on the defining structural elements of the device due to the absence of an outlet nozzle. In this case, pressure pulses are formed in the fluid flow alternately in two directions by switching the jet when the Coanda effect is manifested.
Это техническое решение является наиболее близким по сущности заявляемого решения и поэтому выбрано в качестве прототипа.This technical solution is the closest in essence to the proposed solution and therefore is selected as a prototype.
Устройство (бистабильный осциллятор) состоит из рабочей камеры, выполненной в виде параллелепипеда с выходом на заднем торце. Объем камеры образован боковыми стенками, высота которых определяет высоту камеры; верхней и нижней стенками, ширина которых определяет ширину камеры; и передней стенкой с установленным в ней осесимметричным соплом, обеспечивающим гидравлическую связь с источником рабочего агента, ось сопла при этом совпадает с продольной осью камеры, обеспечивающим подачу жидкости в нее.The device (bistable oscillator) consists of a working chamber made in the form of a parallelepiped with an output at the rear end. The chamber volume is formed by side walls, the height of which determines the height of the chamber; upper and lower walls, the width of which determines the width of the chamber; and a front wall with an axisymmetric nozzle installed in it, providing hydraulic communication with the source of the working agent, the axis of the nozzle in this case coincides with the longitudinal axis of the chamber, providing fluid supply to it.
Механизм возбуждения колебаний состоит в следующем. При истечении из круглого сопла струя жидкости прилипает к одной из боковых стенок камеры (эффект Коанда). Вблизи стенки, прилегающей к соплу, давление уменьшается (по сравнению с зоной вблизи противоположной стенки). Вследствие разности давлений жидкость перетекает через зазор между соплом и верхней и нижней стенками. Зона с пониженным давлением возрастает, и точка прилипания к боковой стенке смещается вниз по потоку. Давление в этой области постепенно увеличивается, а в области у противоположной стенки - понижается. В результате струя перемещается к противоположной стенке. Описанный механизм приводит к возникновению устойчивых низкочастотных колебаний струи в направлении боковых стенок рабочей камеры устройства. На выходе рабочей камеры (входе в зону скважинной жидкости) происходит суммирование выходных импульсных струй, что приводит к удвоению частоты колебаний в объединенной струе при одинаковых значениях амплитуды входных струй и объединенной струи.The mechanism of excitation of oscillations is as follows. When flowing out of a round nozzle, a fluid stream adheres to one of the side walls of the chamber (Coanda effect). Near the wall adjacent to the nozzle, the pressure decreases (compared with the zone near the opposite wall). Due to the pressure difference, the fluid flows through the gap between the nozzle and the upper and lower walls. The zone with reduced pressure increases, and the point of adhesion to the side wall shifts downstream. The pressure in this area gradually increases, and in the area near the opposite wall it decreases. As a result, the jet moves to the opposite wall. The described mechanism leads to the emergence of stable low-frequency oscillations of the jet in the direction of the side walls of the working chamber of the device. At the output of the working chamber (entrance to the borehole fluid zone), the output pulse jets are summed, which leads to a doubling of the oscillation frequency in the combined stream at the same amplitude values of the input stream and the combined stream.
Подобные акустические устройства конструктивно просты, т.к. в них отсутствуют подвижные конструктивные элементы. Они хорошо работают в условиях высоких температур, при вибрациях и ударных нагрузках.Such acoustic devices are structurally simple because they lack movable structural elements. They work well at high temperatures, with vibrations and shock loads.
Эти устройства не требуют дополнительных источников энергии, поскольку для возбуждения акустических колебаний используется кинетическая и потенциальная энергия потока жидкости. С помощью устройства могут быть возбуждены в потоке жидкости колебания низкой частоты. При этом за счет резонанса столба жидкости в скважине в условиях генерирования вынужденных колебаний излучателем может быть значительно увеличена мощность волн, передаваемых в пласт. Известно, что зона влияния акустического воздействия на пласт может достигать сотен метров. Подобный эффект наблюдается при воздействии низкочастотными и инфразвуковыми (до 20 Гц) колебаниями. Большой радиус воздействия достигается вследствие малого поглощения волновой энергии колебаний при низкой частоте (Кузнецов О.Л., Симкин Э.М., Чилингар Дж. Физические основы вибрационного и акустического воздействия на нефтегазовые пласты. - М.: Мир. 2001. Глава 2, с.25).These devices do not require additional energy sources, since the kinetic and potential energy of the fluid flow is used to excite acoustic vibrations. Using the device, low-frequency oscillations can be excited in the fluid stream. In this case, due to the resonance of the liquid column in the well under the conditions of generation of forced oscillations by the emitter, the power of the waves transmitted to the formation can be significantly increased. It is known that the zone of influence of acoustic impact on the formation can reach hundreds of meters. A similar effect is observed when exposed to low-frequency and infrasonic (up to 20 Hz) oscillations. A large exposure radius is achieved due to the small absorption of wave energy of vibrations at a low frequency (Kuznetsov OL, Simkin EM, Chilingar J. Physical principles of vibration and acoustic effects on oil and gas layers. - M .: Mir. 2001.
Однако значение амплитуды колебаний давления на входе в пласт (на выходе излучателя) недостаточно при использовании подобных устройств на месторождениях с большими расстояниями (несколько сот метров) между добывающими и нагнетательными скважинами.However, the amplitude of pressure fluctuations at the inlet to the formation (at the outlet of the emitter) is not enough when using such devices in fields with large distances (several hundred meters) between production and injection wells.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение отдачи продуктивных пластов характеризуемыми повышенными расстояниями между добывающими и нагнетательными скважинами и увеличение общей производительности. Это достигается в новом изобретении путем увеличения вдвое амплитуды колебаний давления в объединенной струе на выходе устройства (на входе в пласт) путем суммирования действия двух выходных импульсных струй, истекающих из одного бистабильного осциллятора, при одинаковых значениях частоты колебаний выходных струй и объединенной струи. Также достигается повышение надежности его за счет устранения эффекта кавитации. Тем самым обеспечивается возможность продолжительного поддержания процесса добычи с помощью волнового поля.The technical problem solved by the invention is to increase the productivity of productive formations characterized by increased distances between production and injection wells and an increase in overall productivity. This is achieved in the new invention by doubling the amplitude of pressure fluctuations in the combined stream at the device output (at the entrance to the formation) by summing the action of two output pulse jets flowing out of one bistable oscillator, with the same values of the oscillation frequency of the output jets and the combined stream. It also improves its reliability by eliminating the effect of cavitation. This makes it possible to continuously maintain the production process using a wave field.
Сущность решения поставленной задачи заключается в том, что в известном устройстве, предназначенном для волновой обработки продуктивных пластов с гидравлической связью с содержимым обсадной трубы скважины, содержащем корпус в виде плоской рабочей камеры с выходом на заднем торце и ограниченной передней стенкой с расположенным в ней вдоль продольной оси съемным соплом в гидравлической связи с источником рабочего агента, боковыми стенками, верхней и нижней стенками, для решения поставленной задачи к выходу из рабочей камеры присоединены два отводящих рабочий агент патрубка, находящихся в гидравлической связи с содержимым обсадной трубы скважины, причем продольные оси патрубков лежат в плоскости продольной оси рабочей камеры и параллельны между собой, при этом длина одного из выходных патрубков превышает длину второго на величину, определяемую выражением:The essence of the solution of the problem lies in the fact that in the known device designed for wave processing of productive formations with hydraulic connection with the contents of the casing of the well, containing a casing in the form of a flat working chamber with an exit at the rear end and a limited front wall located along it along the longitudinal axis removable nozzle in hydraulic communication with the source of the working agent, side walls, upper and lower walls, to solve the problem to the exit of the working chamber is connected There are two branch pipes that divert the working agent, which are in hydraulic communication with the contents of the casing of the well, the longitudinal axis of the pipes lying in the plane of the longitudinal axis of the working chamber and parallel to each other, while the length of one of the outlet pipes exceeds the length of the second by an amount determined by the expression:
где ΔL - превышение длины одного из выходных патрубков по отношению ко второму, м;where ΔL is the excess length of one of the outlet pipes with respect to the second, m;
G - массовый расход рабочего агента, кг/с;G is the mass flow rate of the working agent, kg / s;
ρ - плотность рабочего агента, кг/м3;ρ is the density of the working agent, kg / m 3 ;
S - площадь поперечного сечения выходного патрубка, м2;S is the cross-sectional area of the outlet pipe, m 2 ;
f- частота генерации импульсов расхода (давления), 1/с;f is the frequency of the generation of flow pulses (pressure), 1 / s;
n - число импульсов расхода длительностью Т каждый (T=1/f) через наименьший по длине выходной патрубок, n=1, 2, 3 и т.д.n is the number of flow pulses of duration T each (T = 1 / f) through the smallest length of the outlet pipe, n = 1, 2, 3, etc.
Кроме того, возможен вариант выполнения устройства, в котором рабочая камера содержит на выходе разделительный клин с острым углом, находящийся между выходными патрубками, причем ось разделительного клина совпадает с продольной осью сопла и осью симметрии рабочей камеры в поперечном сечении.In addition, there is a possible embodiment of the device in which the working chamber contains at the output a dividing wedge with an acute angle located between the outlet pipes, the axis of the dividing wedge coinciding with the longitudinal axis of the nozzle and the axis of symmetry of the working chamber in cross section.
Кроме того, возможен вариант выполнения устройства, в котором выходные патрубки рабочей камеры заключены в общий съемный цилиндрический кожух.In addition, an embodiment of the device is possible in which the outlet pipes of the working chamber are enclosed in a common removable cylindrical casing.
Кроме того, возможен вариант выполнения устройства, в котором часть выходного патрубка, составляющая превышение длины, является съемной.In addition, an embodiment of the device is possible in which the part of the outlet pipe constituting the excess of length is removable.
Кроме того, возможен вариант выполнения устройства, в котором поперечные сечения выходных патрубков одинаковы, а отношение длин каналов находится в зависимости:In addition, a possible embodiment of the device in which the cross sections of the outlet pipes are the same, and the ratio of the channel lengths is dependent on:
где Lmin - наименьшая длина одного из выходных патрубков, 
Таким образом, только полное сочетание предлагаемых конструктивных элементов устройства обеспечивает решение поставленной задачи.Thus, only a complete combination of the proposed structural elements of the device provides a solution to the problem.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию «новизны». При изучении других известных технических решений в данной области признаки, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявленному техническому решению соответствие критерию «существенные отличия».Comparison of the claimed technical solution with the prototype made it possible to establish compliance with its criterion of "novelty." When studying other well-known technical solutions in this field, the signs that distinguish the claimed technical solution from the prototype were not identified, and therefore they provide the claimed technical solution with the criterion of "significant differences".
Устройство изображено на фиг.1-6.The device is shown in figures 1-6.
Устройство (фиг.1, 2) состоит из рабочей камеры 1 в виде параллелепипеда, образованного боковыми 2, 3, верхней 4 и нижней 5 стенками, передней стенкой 6, в которой по оси установлено съемное сопло 7, соосное с продольной осью рабочей камеры 1. На выходе к камере присоединены два отводящих рабочий агент выходных патрубка 8, 9, находящихся в гидравлической связи с содержимым обсадной трубы скважины, оси выходных патрубков параллельны между собой, причем длина второго патрубка 9 превышает длину первого 8 на величину, обеспечивающую запаздывание по времени прохождения импульса (импульсов) расхода (давления) по второму патрубку 9 на величину, равную периоду (N периодов) длительности импульса, формируемого на выходе из первого патрубка 8 в рабочем теле, поступающем на забой скважины. Поскольку длительности импульсов, формируемых устройством, равны и совпадают по фазе, то имеет место увеличение амплитуды на выходе устройства вдвое при том же массовом расходе через устройство.The device (figure 1, 2) consists of a working
Устройство устанавливают на забое скважины 10, стыкуя рабочую камеру 1, например, с насосно-компрессорной трубой 11, по которой поступает жидкость (сжимаемая или несжимаемая), или стыкуют с выходным фланцем парогазогенератора (парогенератора). В этом случае на вход устройства поступает парогаз (пар).The device is installed on the bottom of the well 10, connecting the working
На фиг.3 изображен вариант устройства с разделительным клином 12, находящимся между выходными патрубками 8 и 9.Figure 3 shows a variant of the device with a dividing
На фиг.4 изображен вариант устройства, в котором выходные патрубки 8 и 9 заключены в общий цилиндрический кожух 13, который является съемным.Figure 4 shows a variant of the device in which the
На фиг.5 изображен вариант устройства, в котором часть 14 выходного патрубка 9, составляющая превышение длины, является съемной.Figure 5 shows a variant of the device in which the
На фиг.6 изображен вариант устройства, в котором поперечные сечения выходных патрубков одинаковы.Figure 6 shows a variant of the device in which the cross sections of the outlet pipes are the same.
Работает устройство следующим образом: рабочий агент под давлением подается в съемное круглое сопло 7, при истечении из которого струя жидкости прилипает в силу эффекта Коанда к одной из боковых стенок, например 3 рабочей камеры 1. Далее поток жидкости направляется в боковой патрубок 8 и истекает в обсадную колонну 10 скважины в область, прилегающую к стенке обсадной колонны, формируя распространение импульса давления на выходе устройства или в режиме вынужденных продольных колебаний в столбе жидкости, заполняющей скважину, или в режиме резонансных продольных колебаний в случае равенства или кратности вынужденных значений частоты колебаний частоте значений собственных колебаний (моды) столба жидкости, заключенного между излучателем и, например, дном скважины. Далее импульс давления распространяется в пласт.The device operates as follows: the working agent is pressurized into a removable round nozzle 7, after which the liquid stream adheres due to the Coanda effect to one of the side walls, for example 3 of the working
Вблизи боковой стенки 3, прилегающей к передней стенке 6 с соплом 7, давление уменьшается по сравнению с зоной вблизи противоположной боковой стенки 2.Near the
Вследствие разности давлений жидкость перетекает от боковой стенки 2 через зазор между соплом 7 и боковыми стенками 4 и 5 к боковой стенке 3. Зона (с пониженным давлением) у боковой стенки 3 возрастает, и точка прилипания струи жидкости к боковой стенке 3 смещается вниз по потоку. Это еще более приводит к увеличению перетекания жидкости к стенке 3, а в области у противоположной стенки 2 давление понижается. В результате струя перемещается к противоположной стенке 2, протекает через выходной патрубок 9 и далее истекает в обсадную колонну 10 скважины, формируя импульс давления на выходе устройства (на входе в скважинную жидкость). Описанное воздействие приводит к возникновению устойчивых колебаний струи в направлении боковых стенок 2 и 3 рабочей камеры 1.Due to the pressure difference, the liquid flows from the
Результат воздействия заключается в следующем. В момент времени t=0 начинает действовать от первой струи импульс расхода (давления) на среду скважинной жидкости за устройством, в результате которого имеет место распространение в ней продольной волны давления с амплитудой, изменяющейся от нуля до максимума и обратно - до нуля к моменту времени t=T (длительность импульса-периода колебания), после чего процесс повторяется. Со сдвигом по времени на t=T (t=nT, где n=1, 2, 3 и т.д.) на среду скважинной жидкости начинает действовать импульс расхода от второй струи с тем же периодом длительности и той же амплитудой давления, что приводит также к распространению в скважинной жидкости продольной волны, совпадающей по фазе с волной от первой струи. В результате наложения импульсов расхода (давления) суммарная амплитуда колебаний объединенной струи возрастает вдвое при том же массовом расходе рабочего тела на входе в бистабильный осциллятор.The result of exposure is as follows. At time t = 0, a flow (pressure) pulse begins to act from the first jet on the medium of the well fluid behind the device, as a result of which a longitudinal pressure wave propagates in it with an amplitude varying from zero to maximum and back to zero at time t = T (pulse duration-period of oscillation), after which the process repeats. With a time shift of t = T (t = nT, where n = 1, 2, 3, etc.), the flow pulse from the second jet with the same duration and pressure amplitude begins to act on the medium of the borehole fluid also leads to the propagation in the borehole fluid of a longitudinal wave that coincides in phase with the wave from the first jet. As a result of the imposition of flow (pressure) pulses, the total amplitude of oscillations of the combined jet doubles at the same mass flow rate of the working fluid at the entrance to the bistable oscillator.
Далее цикл повторяется. Таким образом, в условиях совмещения периодов и фаз действия импульсов расхода (давления) можно записать:Next, the cycle repeats. Thus, in conditions of combining periods and phases of the action of the flow pulses (pressure), you can write:
0≤t≤nT - действует импульс давления от первой струи, n=1, 2, 3 и т.д.0≤t≤nT - the pressure impulse from the first jet acts, n = 1, 2, 3, etc.
При t>nT - действует совокупность импульсов давления в объединенной струе (от первой и второй струй), где n=1, 2, 3 и т.д.At t> nT, the set of pressure pulses in the combined jet (from the first and second jets) is valid, where n = 1, 2, 3, etc.
В итоге вызванное в пласте колебаниями потока скважинной жидкости волновое поле при увеличенной амплитуде способствует большему повышению фазовой проницаемости углеводородного сырья и увеличению коэффициента нефтеотдачи.As a result, the wave field caused by fluctuations in the flow of the borehole fluid at an increased amplitude contributes to a greater increase in the phase permeability of hydrocarbons and an increase in the oil recovery coefficient.
Протяженность области пространства, в которой формируются упругие колебания (волны), составляет ориентировочно (5-10)λ, где λ - длина волны (отчет «Научно-исследовательская работа в области создания волнового метода воздействия на пласт через горизонтальные скважины». Том 1, 1987, ВНТИЦ 02880007562, с.78). В свою очередь λ=c/f, где с - скорость распространения звука в среде, f - частота колебаний.The length of the area of space in which elastic vibrations (waves) are formed is approximately (5-10) λ, where λ is the wavelength (report “Research work in the field of creating a wave method of stimulating a formation through horizontal wells.”
В области низких частот воздействия на пласт 15-50 Гц, принимая для продуктивного пласта значение скорости звука равным с=2000 м/с, устанавливаем, что длина волны составляет: λ=2000/(15-50)=133-40 м.In the region of low frequencies of stimulation of the formation of 15-50 Hz, assuming for the productive formation the value of sound velocity equal to c = 2000 m / s, we establish that the wavelength is: λ = 2000 / (15-50) = 133-40 m.
В этом случае протяженность распространения колебаний в пласте составляет сотни метров, что оказывает воздействие на процесс вытеснения нефти на значительном пространстве продуктивного пласта и, следовательно, способствует интенсификации процесса и повышению нефтеотдачи пласта.In this case, the length of the propagation of vibrations in the reservoir is hundreds of meters, which affects the process of oil displacement in a significant area of the reservoir and, therefore, contributes to the intensification of the process and increase oil recovery.
Конкретная реализация предложенного технического решения сводится к определению основных геометрических параметров излучателя колебаний давления низкой частоты, обеспечивающих устойчивость колебаний в резонансной камере. Для этого необходимо воспользоваться результатами исследования (Kazuhiro Murai, Yosure Kawashima, Shigeyasu Nakanishi and Masao Taga. Self oscillation phenomena of turbulent jets in a channel // The Canadian journal of chemical engineering. 1989. Vol.57. December, pp.906-911) зависимости числа Струхаля-Sh и форм-фактора σ. Последний определяется функциональной зависимостью между диаметром сопла (D), высотой (А) и шириной (В) передней стенки резонансной камеры. Число Струхаля при этом определяется диапазоном чисел Рейнольдса, соответствующих области устойчивой генерации колебаний давления излучателем.A specific implementation of the proposed technical solution is to determine the basic geometric parameters of the emitter of low-frequency pressure fluctuations, ensuring stability of oscillations in the resonant chamber. To do this, use the results of the study (Kazuhiro Murai, Yosure Kawashima, Shigeyasu Nakanishi and Masao Taga. Self oscillation phenomena of turbulent jets in a channel // The Canadian journal of chemical engineering. 1989. Vol. 57. December, pp. 906-911 ) the dependences of the Strouhal number-Sh and the form factor σ. The latter is determined by the functional dependence between the diameter of the nozzle (D), height (A) and width (B) of the front wall of the resonance chamber. In this case, the Strouhal number is determined by the range of Reynolds numbers corresponding to the region of stable generation of pressure oscillations by the emitter.
Выбирая величину массового расхода жидкости через излучатель в забой нагнетательной скважины, например 120 т/сут (G=1,4 кг/с), и задавая величину коэффициента расхода жидкости через сопло, равную, например, 0,76 (что соответствует коэффициенту сужения струи в сопле, равному значению µ=0,87) при выбранной величине скорости потока жидкости в сопле u0=90 м/с, получаем диаметр поперечного сечения сопла из зависимости:By choosing the mass flow rate of the liquid through the emitter to the bottom of the injection well, for example 120 t / day (G = 1.4 kg / s), and setting the value of the liquid flow rate through the nozzle equal to, for example, 0.76 (which corresponds to the narrowing coefficient of the jet in the nozzle, equal to the value µ = 0.87) for the selected value of the fluid flow velocity in the nozzle u 0 = 90 m / s, we obtain the diameter of the nozzle cross section from the dependence:
ρ - плотность жидкости.ρ is the density of the liquid.
Из данных исследований на воде (таблица-фиг.11) для полученного значения диаметра поперечного сечения сопла (5 мм) находим рекомендуемые соотношения геометрических параметров, при которых обеспечивается генерация излучателем колебаний давления:From the data of water studies (table-11) for the obtained value of the diameter of the nozzle cross-section (5 mm) we find the recommended ratio of geometric parameters at which the oscillator generates pressure fluctuations:
A/D=3,2, А=16 мм; B/D=10, В=50 мм.A / D = 3.2, A = 16 mm; B / D = 10, B = 50 mm.
Таким образом, значение форм-параметра - σ составляет: σ=AD/B2=0,032.Thus, the value of the form parameter - σ is: σ = AD / B 2 = 0.032.
Из приведенного графика на фиг.11 (зависимость числа Струхаля-Sh от значений форм-фактора σ) определяем величину Sh=0,00133. Учитывая, что выражение числа Струхаля имеет вид 
С изменением расхода жидкости, например уменьшением его вдвое при сохранении геометрических параметров резонансной камеры, скорость струи в сопле также уменьшится вдвое (при условии сохранения значения коэффициента сужения струи, равного 0,87), что приведет к понижению вдвое частоты переключения струи (12 Гц).With a change in the liquid flow rate, for example, by halving it while maintaining the geometric parameters of the resonance chamber, the jet velocity in the nozzle will also decrease by half (provided that the value of the jet narrowing coefficient is equal to 0.87), which will lead to a halving of the jet switching frequency (12 Hz) .
Приняв за основу полученные значения параметров, определим величину превышения длины одного из патрубков по отношению ко второму. Значения площади поперечного сечения их выберем одинаковыми, например равными S=А·0,025=0,016·0,025=0,0004 м2.Based on the obtained parameter values, we determine the excess length of one of the nozzles with respect to the second. The values of their cross-sectional area are chosen the same, for example, equal to S = A · 0.025 = 0.016 · 0.025 = 0.0004 m 2 .
Объем жидкости, поступившей в полость выходного патрубка за единичный импульс длительностью t:
Объем жидкости, поступившей в полость выходного патрубка за n импульсов с длительностью Т: 
Объем превышения полости выходного конца одного из выходных патрубков: V/=S·ΔL. Так как V=V/, отсюда величина ΔL составляет:The excess volume of the cavity of the outlet end of one of the outlet pipes: V / = S · ΔL. Since V = V / , hence the value of ΔL is:
При n=4, например: ΔL=0,584 м.When n = 4, for example: ΔL = 0.584 m.
Использование предложенного устройства для воздействия на продуктивные пласты позволяет повысить добычу извлекаемых углеводородов за счет:Using the proposed device for influencing reservoirs can increase the production of recoverable hydrocarbons due to:
- возрастания протяженности воздействия на пласт из-за увеличения амплитуды колебаний давления низкой частоты на входе в пласт;- increase in the extent of the impact on the reservoir due to an increase in the amplitude of low-frequency pressure fluctuations at the entrance to the reservoir;
- совмещения с используемой технологией разработки месторождения;- combination with the used field development technology;
- увеличения ресурса работы путем исключения воздействия кавитации на определяющие конструктивные элементы устройства.- increase the resource of work by eliminating the effects of cavitation on the defining structural elements of the device.
Claims (5)
где ΔL - превышение длины одного из выходных патрубков по отношению ко второму, м;
G - массовый расход рабочего агента, кг/с;
ρ - плотность рабочего агента, кг/м2;
S - площадь поперечного сечения выходного патрубка, м;
f - частота генерации импульсов расхода (давления), 1/с;
n - число импульсов расхода длительностью Т каждый (T=l/f) через наименьший по длине выходной патрубок, n=1, 2, 3, 4.1. A device designed for wave processing of productive formations with hydraulic connection with the contents of the casing of the well, comprising a housing in the form of a flat working chamber with an exit at the rear end and a limited front wall with a removable nozzle located along it along the longitudinal axis in hydraulic communication with the source of the working agent, side walls, upper and lower walls, characterized in that to the outlet of the working chamber are attached two outlet working agent pipes, which are in hydraulic communication with soda by pressing the casing of the well, the longitudinal axis of the nozzles lying in the plane of the longitudinal axis of the working chamber and parallel to each other, while the length of one of the outlet pipes exceeds the length of the second by an amount determined by the expression:
where ΔL is the excess length of one of the outlet pipes with respect to the second, m;
G is the mass flow rate of the working agent, kg / s;
ρ is the density of the working agent, kg / m 2 ;
S is the cross-sectional area of the outlet pipe, m;
f is the frequency of the generation of flow pulses (pressure), 1 / s;
n is the number of flow pulses of duration T each (T = l / f) through the smallest length of the outlet pipe, n = 1, 2, 3, 4.
где Lmin - наименьшая длина одного из выходных патрубков,
where L min is the smallest length of one of the outlet pipes,
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009133519/03A RU2399746C1 (en) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | Device for wave processing of productive formations |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009133519/03A RU2399746C1 (en) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | Device for wave processing of productive formations |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2399746C1 true RU2399746C1 (en) | 2010-09-20 |
Family
ID=42939200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009133519/03A RU2399746C1 (en) | 2009-09-07 | 2009-09-07 | Device for wave processing of productive formations |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2399746C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2575285C2 (en) * | 2013-12-30 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский научный центр Российской академии наук | Device with combined effect on productive formation and bottom-hole zone |
| RU2653205C2 (en) * | 2016-03-09 | 2018-05-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Method and device of jet combined parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole |
| RU2713274C1 (en) * | 2019-05-15 | 2020-02-04 | Станислав Александрович Галактионов | Well fluid treatment method and device for its implementation in whole and its part |
-
2009
- 2009-09-07 RU RU2009133519/03A patent/RU2399746C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2575285C2 (en) * | 2013-12-30 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский научный центр Российской академии наук | Device with combined effect on productive formation and bottom-hole zone |
| RU2653205C2 (en) * | 2016-03-09 | 2018-05-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Method and device of jet combined parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole |
| RU2713274C1 (en) * | 2019-05-15 | 2020-02-04 | Станислав Александрович Галактионов | Well fluid treatment method and device for its implementation in whole and its part |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2909334C (en) | Variable frequency fluid oscillators for use with a subterranean well | |
| EP0062111B1 (en) | Enhancing liquid jet erosion | |
| US5495903A (en) | Pulsation nozzle, for self-excited oscillation of a drilling fluid jet stream | |
| Hu et al. | Analytical and experimental investigations of the pulsed air–water jet | |
| RU2506127C1 (en) | Method of jet-acoustic disintegration of hydraulic mix mineral component and hydrodynamic generator of acoustic oscillations | |
| Huang et al. | Experimental investigation on the impingement characteristics of a self-excited oscillation pulsed supercritical carbon dioxide jet | |
| US3416487A (en) | Method and apparatus for generating and applying sonic energy | |
| RU2399746C1 (en) | Device for wave processing of productive formations | |
| RU2369734C1 (en) | Facility for wave treatment of payout bed | |
| Abulimiti et al. | Study on the impacting performance of a self-excited oscillation pulsed jet nozzle | |
| RU2506128C1 (en) | Method of disintegration of hydro mix mineral component under resonance acoustic effects in hydraulic flow and geotechnical complex to this end | |
| RU85581U1 (en) | PRODUCTIVE LAYER DEVICE | |
| RU2423606C2 (en) | Device influencing payout beds | |
| RU2175718C2 (en) | Equipment to treat face zone of pool and hydrodynamic generator of flow rate variations for it | |
| RU2575285C2 (en) | Device with combined effect on productive formation and bottom-hole zone | |
| RU77176U1 (en) | HYDRODYNAMIC ULTRASONIC DEPARAFFINIZER OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES | |
| RU2637008C2 (en) | Method and device for jet honeycomb parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole | |
| RU2041343C1 (en) | Device for treatment of producing formations | |
| RU2572250C2 (en) | Method and device with ring for generation of pressure waves at bottom of well | |
| RU2789492C1 (en) | Method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation | |
| RU2456438C2 (en) | Method for increasing amplitude of wave action on productive formations | |
| RU2653205C2 (en) | Method and device of jet combined parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole | |
| RU63714U1 (en) | Borehole Hydroacoustic Generator | |
| Li et al. | Influence of structural parameters of self-excited nozzle on oscillation effect of pulse jet | |
| RU2047746C1 (en) | Well method for production of hydrocarbons |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120908 |