RU2574889C2

RU2574889C2 - Method and device for oil extraction at low formation pressure

Info

Publication number: RU2574889C2
Application number: RU2014112906/03A
Authority: RU
Inventors: Алексей Алланович Абдрашитов; Светлана Яковлевна Коханова; Яков Исаакович Кравцов; Евгений Александрович Марфин
Original assignee: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский научный центр Российской академии наук
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2016-02-10

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: oil extraction method at low formation pressure, at which a packer and a jet pump with an annular nozzle and an annular diffuser are installed on the lower end of the tubing string, which are separated with a low-pressure chamber with a central suction duct. Liquid is supplied via the tubing to the jet pump. The annular free liquid jet is formed in the low-pressure chamber, at the interval between the annular nozzle and the annular diffuser. Therefore, reduction of static pressure in the low-pressure chamber is achieved. Inflow of oil to it is provided through the central suction duct, and pressure fluctuations are created with certain frequency in the low-pressure chamber. Primary pressure fluctuations are generated with certain frequency in a free annular liquid jet due to direction of this jet to sharp edges of the annular diffuser and primary pressure fluctuations are amplified in the low-pressure chamber, the natural frequency of which is tuned with resonance to frequency of primary pressure fluctuations.

EFFECT: improving formation efficiency of pressure fluctuations in the under-packer area of the well without any disturbance of continuous supply of working liquid via a supply duct.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для очистки внутренних стенок скважин и отверстий перфорации от твердых отложений, декольматации призабойной зоны пласта и увеличения подвижности пластовых флюидов.The invention relates to the oil industry and is intended for cleaning the internal walls of wells and perforation holes from solid deposits, decolmatization of the bottomhole formation zone and increasing the mobility of formation fluids.

Известен способ генерирования колебаний давления в потоке жидкости (см. патент №2478438), при котором подают жидкость в камеру с кольцевым соплом и кольцевым выходным каналом, формируют кольцевую струю жидкости в камере между кольцевым соплом и кольцевым выходным каналом, достигают таким образом снижения статического давления в камере и создают при этом колебания давления с определенной частотой в объеме камеры и в кольцевой струе жидкости, вытекающей из устройства.A known method of generating pressure fluctuations in the fluid flow (see patent No. 2478438), in which fluid is supplied into the chamber with an annular nozzle and an annular output channel, form an annular stream of fluid in the chamber between the annular nozzle and the annular output channel, thereby reducing the static pressure in the chamber and create at the same time pressure fluctuations with a certain frequency in the chamber volume and in the annular stream of liquid flowing from the device.

Этот способ основывается на способности струи возбуждать слабые локальные колебания давления в окружающем пространстве при натекании струи на предмет с острой кромкой, установленный навстречу потоку, будь то острый клин, кольцо или же кромка выходного отверстия в пластине. На выходном торце питающего сопла за острой кромкой постоянно крутится кольцевой вихрь, от которого со строгой периодичностью отрываются кольцевые структуры и увлекаются струей. При втекании струи в выходное отверстие эти кольцевые структуры ударяются об острую кромку отверстия и вызывают первичную генерацию колебаний давления в потоке в виде слабых локальных всплесков давления в области кромки. Если же конструктивно расположить входное сопло и выходное отверстие на определенном расстоянии и поместить их внутрь замкнутой камеры, имеющей определенные размеры, то можно таким образом еще и создать условия для существенного усиления первичных колебаний давления.This method is based on the ability of the jet to excite weak local pressure fluctuations in the surrounding space when the jet flows onto an object with a sharp edge mounted towards the flow, be it a sharp wedge, ring or the edge of the outlet in the plate. At the output end of the supply nozzle, an annular vortex constantly rotates behind a sharp edge, from which annular structures come off with strict periodicity and are carried away by the jet. When the jet enters the outlet, these ring structures hit the sharp edge of the hole and cause the primary generation of pressure fluctuations in the stream in the form of weak local pressure surges in the region of the edge. If you constructively place the inlet nozzle and the outlet at a certain distance and place them inside a closed chamber having certain dimensions, then you can also create conditions for a significant increase in the primary pressure fluctuations.

В этом устройстве, внутри замкнутой камеры, между входным соплом и выходным отверстием статическое давление уменьшается на величину скоростного напора ρυ²/2 струи в соответствии с законом Бернулли для энергоизолированного потока: ρυ²/2+Р_ст=const.In this device, within the closed chamber between the inlet nozzle and the outlet of the static pressure reduced by the dynamic pressure ρυ ^2/2 jet in accordance with Bernoulli's law for energoizolirovannogo flow: ρυ ^2/2 + P _v = const.

Эту способность струи подсасывать жидкость из окружающего пространства используют в струйных эжекторах. В этом смысле струйный насос представляет собой частный случай струйного эжектора.This ability of a jet to draw liquid from the surrounding space is used in jet ejectors. In this sense, a jet pump is a special case of a jet ejector.

Известен способ нефтедобычи при низком пластовом давлении, реализованный в устройстве (см. патент РФ №2094664), наиболее близкий по технической сущности и взятый в качестве прототипа, при котором устанавливают на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) пакер и струйный насос с кольцевым соплом и кольцевым диффузором, разделенными камерой разрежения с центральным всасывающим каналом, подают жидкость по НКТ в струйный насос, формируют кольцевую свободную струю жидкости в камере разрежения, в интервале между кольцевым соплом и кольцевым диффузором, достигают таким образом снижения статического давления в камере разрежения, обеспечивают подсасывание в нее нефти через центральный всасывающий канал и создают при этом колебания давления с определенной частотой в камере разрежения,There is a method of oil production at low reservoir pressure, implemented in the device (see RF patent No. 2094664), the closest in technical essence and taken as a prototype, in which a packer and an jet pump are installed at the lower end of the tubing string (tubing) an annular nozzle and an annular diffuser, separated by a rarefaction chamber with a central suction channel, supply liquid via a tubing to the jet pump, form a ring free liquid stream in the rarefaction chamber, in the interval between the annular nozzle and ltsevym diffuser achieved thereby reducing the static pressure in the vacuum chamber ensure sucking oil into it via a central suction duct and thus create a pressure fluctuation at a certain frequency in a vacuum chamber,

Этот способ применяют для извлечения нефти из пластов с низким пластовым давлением на завершающей стадии эксплуатации пласта, когда давление снизилось уже настолько, что нефть самотеком не выходит. Тогда в скважину опускают струйный насос, смонтированный на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и по колонне НКТ прокачивают через него жидкость, подаваемую сверху насосом, обычно по замкнутому контуру. Струя жидкости создает разрежение внутри струйного насоса, нефть из пласта подсасывается (эжектируется) в струйный насос и затем увлекается потоком жидкости на поверхность. На поверхности жидкость отделяется от нефти и снова закачивается в скважину.This method is used to extract oil from reservoirs with low reservoir pressure at the final stage of reservoir operation, when the pressure has already decreased so that the oil does not flow by gravity. Then, a jet pump mounted at the lower end of the tubing string is lowered into the well, and liquid is pumped through the tubing string through it, the fluid supplied from above by the pump, usually in a closed loop. A liquid jet creates a vacuum inside the jet pump, oil from the reservoir is sucked (ejected) into the jet pump and then carried away by the fluid flow to the surface. On the surface, the liquid is separated from the oil and pumped back into the well.

Добывающие нефтяные скважины периодически ремонтируют, прочищают от твердых отложений на внутренних стенках и в отверстиях перфорации обсадной трубы и устраняют засорение призабойной зоны (декольматируют). Известно, что создание колебаний давления в прилегающем к скважине участке пласта способствует выходу капиллярно защемленной нефти, декольматации призабойной зоны, что также приводит к увеличению дебита добывающих скважин. Целесообразно устанавливать излучатели колебаний давления непосредственно в том месте, где они наиболее востребованы, т.е. на нижнем конце НКТ. Волны давления, генерируемые этими устройствами, достаточно быстро затухают, и поэтому желательно располагать излучатели колебаний давления на забое, в непосредственной близости с объектом воздействия, а именно с отверстиями перфорации в обсадных трубах и призабойной зоной пласта.Oil production wells are periodically repaired, cleaned of solid deposits on the inner walls and in the holes of the perforation of the casing and eliminate blockage of the bottomhole zone (decolmate). It is known that the creation of pressure fluctuations in a section of the formation adjacent to the well facilitates the exit of capillary trapped oil and decolmation of the bottom-hole zone, which also leads to an increase in the production rate of production wells. It is advisable to install emitters of pressure fluctuations directly in the place where they are most in demand, i.e. at the lower end of the tubing. The pressure waves generated by these devices decay quickly enough, and therefore it is desirable to place the emitters of pressure fluctuations at the bottom, in close proximity to the object of influence, namely, perforation holes in the casing and the bottomhole formation zone.

Генерирование колебаний давления в потоке жидкости, циркулирующей в скважине, приводит к формированию волнового поля в призабойной зоне пласта, где собирается весь мусор. Волны давления средней частоты имеют низкую проницательную способность и распространяются вглубь пласта на считанные десятки сантиметров, увеличивая при этом подвижность песка, засоряющего капилляры и поры непосредственно вблизи со скважиной. Особую важность имеет создание волнового поля на добывающих скважинах непосредственно в процессе нефтедобычи.The generation of pressure fluctuations in the fluid flow circulating in the well leads to the formation of a wave field in the bottomhole formation zone, where all the debris is collected. Medium-frequency pressure waves have low penetrating power and extend deep into the formation by a few tens of centimeters, while increasing the mobility of sand clogging the capillaries and pores directly near the well. Of particular importance is the creation of a wave field at production wells directly in the process of oil production.

Совмещение струйного насоса с генератором колебаний давления позволяет использовать энергию прокачиваемой жидкости как для создания необходимого разрежения в насосе для подсасывания нефти из пласта, так и для генерирования колебаний давления на забое.The combination of the jet pump with the generator of pressure fluctuations allows you to use the energy of the pumped liquid both to create the necessary vacuum in the pump to draw oil from the reservoir, and to generate pressure fluctuations at the bottom.

В способе, взятом в качестве прототипа, колебания давления в потоке жидкости, поступающей в струйный насос, создаются вертушкой - колесом с лопастями. Вертушка установлена в трубе, через которую в струйный насос подается жидкость, приводится во вращение потоком прокачиваемой жидкости, и при своем вращении перекрывает своими лопастями сечение трубы. Такое периодическое перекрывание потока жидкости, конечно же, отрицательно сказывается на работе струйного насоса, поскольку засасывание нефти в насос обеспечивается наличием эжектирующей струи жидкости в камере струйного насоса, и при периодическом прекращении подачи жидкости по трубе в устройство давление в камере насоса станет периодически повышаться. Это приведет к уменьшению количества засасываемой в насос нефти.In the method, taken as a prototype, pressure fluctuations in the fluid flow entering the jet pump are created by a spinner - a wheel with blades. The pinwheel is installed in the pipe, through which liquid is supplied to the jet pump, is driven into rotation by the flow of pumped liquid, and during its rotation blocks the pipe section with its blades. Such a periodic shutdown of the fluid flow, of course, negatively affects the operation of the jet pump, since the suction of oil into the pump is ensured by the presence of an ejecting jet of liquid in the chamber of the jet pump, and when the fluid is supplied through the pipe to the device periodically, the pressure in the pump chamber will periodically increase. This will reduce the amount of oil sucked into the pump.

Недостатком способа, взятого за прототип, является периодическое прекращение подачи жидкости в струйный насос вследствие перекрытия канала подводящей трубы лопастями вертушки.The disadvantage of the method taken as a prototype is the periodic interruption of the fluid supply to the jet pump due to the blocking of the inlet pipe by the vanes of the turntable.

Известно устройство для генерирования колебаний давления в потоке жидкости (см. патент US 6029746), состоящее из входного сопла и выходного канала с плоским входным торцем, установленных соосно в полом цилиндрическом корпусе таким образом, что осевой интервал между входным соплом и выходным каналом образует камеру-резонатор.A device for generating pressure fluctuations in the fluid flow (see patent US 6029746), consisting of an inlet nozzle and an outlet channel with a flat inlet end mounted coaxially in a hollow cylindrical body so that the axial interval between the inlet nozzle and the outlet channel forms a resonator.

Это устройство называют струйным генератором Гельмгольца (СГГ), или же струйным резонатором Гельмгольца (СРГ), хотя в тексте патента оно так не названо. В английском языке это название звучит, как Jet driven Helmholtz oscillator (JDHO). Но в русском языке термин “осциллятор” используют обычно в радиоэлектронике. В русскоязычной литературе встречается название “камера с двумя горлами”. В таком случае лучше уж называть “управляемый струей резонатор с двумя горлами”.This device is called a Helmholtz inkjet generator (SGH), or a Helmholtz inkjet resonator (AWG), although it is not named in the text of the patent. In English, this name sounds like Jet driven Helmholtz oscillator (JDHO). But in Russian, the term “oscillator” is usually used in radio electronics. In Russian-language literature, the name “camera with two throats” is found. In this case, it is better to call a “jet-controlled resonator with two throats”.

Устройство состоит из двух относительно самостоятельных элементов. Входное сопло, струя жидкости и выходной канал образуют собой струйный генератор колебаний давления, который функционирует и при отсутствии камеры-резонатора, хотя амплитуда генерируемых колебаний давления весьма невелика. Но если установить входное сопло и выходной канал внутрь настроенной камеры-резонатора, то амплитуда генерируемых колебаний давления многократно увеличится, хотя камера-резонатор станет усиливать столь же добросовестно любые колебания давления соответствующей частоты, приходящие извне.The device consists of two relatively independent elements. The inlet nozzle, the liquid stream, and the outlet channel form a jet generator of pressure oscillations, which also functions in the absence of a resonator chamber, although the amplitude of the generated pressure oscillations is very small. But if you install the input nozzle and the output channel inside the tuned resonator chamber, the amplitude of the generated pressure oscillations will increase many times, although the resonator chamber will amplify any pressure fluctuations of the corresponding frequency coming from the outside in the same good faith.

Резонатор пассивен, он лишь откликается, т.е. усиливает колебания давления, созданные каким-то другим устройством, поскольку заключенный в нем столб жидкости почти неподвижен. Генератор активен, он сам создает колебания давления, поскольку в его составе имеется высокоскоростная струя, располагающая для этого запасом кинетической энергии.The resonator is passive, it only responds, i.e. enhances the pressure fluctuations created by some other device, because the column of liquid enclosed in it is almost motionless. The generator is active, it itself creates pressure fluctuations, since it contains a high-speed jet, which has a kinetic energy reserve for this.

Известно устройство для нефтедобычи при низком пластовом давлении (см.патент РФ №2094664), наиболее близкое по технической сущности и взятое за прототип, включающее, установленные на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) пакер и струйный насос, состоящий из кольцевого сопла, сформированного из двух профилированных втулок, и кольцевого диффузора, также сформированного из двух профилированных втулок с плоскими входными торцами, установленных соосно в полый цилиндрический корпус таким образом, что осевой интервал между кольцевым соплом и кольцевым диффузором образует камеру-резонатор с центральным всасывающим каналом.A device for oil production at low reservoir pressure (see RF patent No. 2094664), the closest in technical essence and taken as a prototype, including installed on the lower end of the tubing string (tubing) packer and jet pump, consisting of an annular nozzle formed of two profiled bushings and an annular diffuser, also formed of two profiled bushings with flat inlet ends installed coaxially in the hollow cylindrical body so that the axial spacing between the ring A nozzle and an annular diffuser form a cavity chamber with a central suction channel.

Основное назначение струйного насоса состоит в том, чтобы эжектировать нефть из подпакерной области. При этом пакер служит для отделения контура, по которому циркулирует рабочая жидкость от подпакерной области, сообщающейся с пластом через отверстия перфорации в стенках обсадной колонны. Самотеком нефть выходить не может, вследствие невысокого пластового давления, и ее нужно высасывать. Для этого нужно затратить работу, например выкачивать погружным насосом или насосом, установленным на поверхности. При сложных условиях нефтедобычи: рыхлых коллекторах, высоковязкой нефти целесообразно использование струйных насосов.The main purpose of a jet pump is to eject oil from a sub-packer area. In this case, the packer serves to separate the circuit along which the working fluid circulates from the sub-packer area, which communicates with the formation through the perforation holes in the walls of the casing. Oil cannot flow out by gravity, due to the low reservoir pressure, and it must be sucked out. To do this, you need to spend work, for example, pump out by a submersible pump or a pump mounted on the surface. Under difficult conditions of oil production: loose reservoirs, high-viscosity oil, it is advisable to use jet pumps.

Устройство струйного насоса, взятого за прототип, включает три основных элемента - подающий канал, отводящий канал и всасывающий канал. Подающий канал образован колонной НКТ, в которую ввинчен корпус струйного насоса, и кольцевым соплом с цилиндрическим горлом и расширяющейся частью. Отводящий канал образован кольцевым диффузором и пространством между стенками колонны НКТ и обсадной колонной. Подводящий и отводящий каналы разделены камерой разрежения, которая представляет собой полость между выходным срезом сопла и входом в диффузор. Всасывающий канал представляет собой трубу, проходящую сквозь пакер и соединяющую подпакерную область с камерой разрежения.The device of the jet pump, taken as a prototype, includes three main elements - the feed channel, the discharge channel and the suction channel. The feed channel is formed by a tubing string into which the housing of the jet pump is screwed, and an annular nozzle with a cylindrical neck and an expanding part. The outlet channel is formed by an annular diffuser and the space between the walls of the tubing string and the casing. The inlet and outlet channels are separated by a rarefaction chamber, which is a cavity between the exit section of the nozzle and the entrance to the diffuser. The suction channel is a pipe passing through the packer and connecting the under-packer region to the vacuum chamber.

Рабочая жидкость, подаваемая по подводящему каналу со значительным избыточным давлением, разгоняется в кольцевом сопле, при этом статическое давление в кольцевой струе жидкости значительно снижается. Далее струя жидкости протекает через камеру разрежения и втекает в диффузор, где статическое давление снова увеличивается, а скорость уменьшается. Далее жидкость откачивается по отводящему каналу для дальнейшего использования.The working fluid supplied through the inlet channel with significant overpressure is accelerated in the annular nozzle, while the static pressure in the annular liquid stream is significantly reduced. Further, the liquid stream flows through the rarefaction chamber and flows into the diffuser, where the static pressure increases again, and the speed decreases. Next, the fluid is pumped through the outlet channel for further use.

Изюминкой конструирования струйного насоса является формирование камеры разрежения - полости с пониженным статическим давлением. Свободная струя жидкости эжектирует, т.е. подсасывает, окружающую среду и увлекает ее с собой в диффузор и далее в отводящий канал. Вследствие этого нефть из подпакерной области устремляется по трубе всасывающего канала в камеру разрежения и увлекается активной струей в диффузор и далее по отводящему каналу.The highlight of the design of the jet pump is the formation of the rarefaction chamber - the cavity with low static pressure. The free stream of liquid ejects, i.e. It draws in the environment and carries it along with it into the diffuser and further into the discharge channel. As a result, oil from the sub-packer region rushes through the suction channel pipe into the rarefaction chamber and is carried away by the active stream into the diffuser and further along the discharge channel.

Авторы изобретения, взятого за прототип, предложили дополнить подводящий канал штатного струйного насоса вертушкой - лопастным прерывателем подачи жидкости. Прерывание подачи предназначено для формирования колебаний давления в подводящем канале и далее, в струе жидкости, протекающей через камеру разрежения, поскольку таким образом колебания давления в сплошной среде станут распространяться через всасывающий канал и достигнут подпакерной области, где смогут способствовать отслаиванию отложений на внутренней поверхности обсадной трубы и в отверстиях перфорации.The authors of the invention, taken as a prototype, proposed to supplement the supply channel of a regular jet pump with a turntable - a paddle chopper for supplying liquid. The interruption of the supply is intended for the formation of pressure fluctuations in the inlet channel and further, in a stream of liquid flowing through the rarefaction chamber, since in this way pressure fluctuations in the continuous medium begin to propagate through the suction channel and reach the sub-packer region, where they can facilitate peeling of deposits on the inner surface of the casing and in the perforation holes.

В представленных материалах авторы забыли указать на то обстоятельство, что прерывание подачи рабочей жидкости приведет к нарушению работы самого струйного насоса, а это недопустимо. Недопустимо дополнять струйный насос второстепенными агрегатами, которые нарушают работу насоса по основному назначению.In the presented materials, the authors forgot to point out the fact that interruption of the supply of the working fluid will lead to disruption of the jet pump itself, and this is unacceptable. It is unacceptable to supplement the jet pump with secondary units that disrupt the operation of the pump for its main purpose.

Целью настоящего изобретения является формирование колебаний давления в подпакерной области скважины без нарушения непрерывности подачи рабочей жидкости по подводящему каналу.The aim of the present invention is the formation of pressure fluctuations in the sub-packer region of the well without disrupting the continuity of the supply of working fluid through the inlet channel.

Технический результат достигается за счет того, что в способе нефтедобычи при низком пластовом давлении, при котором устанавливают на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) пакер и струйный насос с кольцевым соплом и кольцевым диффузором, разделенными камерой разрежения с центральным всасывающим каналом, подают жидкость по НКТ в струйный насос, формируют кольцевую свободную струю жидкости в камере разрежения, в интервале между кольцевым соплом и кольцевым диффузором, достигают таким образом снижение статического давления в камере разрежения, обеспечивают подсасывание в нее нефти через центральный всасывающий канал и создают при этом колебания давления с определенной частотой в камере разрежения, генерируют первичные колебания давления с определенной частотой в кольцевой свободной струе жидкости за счет направления этой струи на острые кромки кольцевого диффузора и усиливают первичные колебания давления в камере разрежения, частоту собственных колебаний которой настраивают в резонанс с частотой первичных колебаний давления.The technical result is achieved due to the fact that in the method of oil production at low reservoir pressure, at which a packer and a jet pump with an annular nozzle and an annular diffuser separated by a rarefaction chamber with a central suction channel are installed at the lower end of the tubing string (tubing), liquid through the tubing into the jet pump, an annular free stream of liquid is formed in the rarefaction chamber, in the interval between the annular nozzle and the annular diffuser, thus reducing the static pressure I in the rarefaction chamber, provide suction of oil into it through the central suction channel and create pressure fluctuations with a certain frequency in the rarefaction chamber, generate primary pressure fluctuations with a certain frequency in the ring free liquid stream due to the direction of this stream to the sharp edges of the ring diffuser and amplify the primary pressure fluctuations in the rarefaction chamber, the natural frequency of which is tuned in resonance with the frequency of the primary pressure fluctuations.

В устройстве для нефтедобычи при низком пластовом давлении, включающем: установленные на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) пакер и струйный насос, состоящий из кольцевого сопла, сформированного из двух профилированных втулок, и кольцевого диффузора, также сформированного из двух профилированных втулок с плоскими входными торцами, установленных соосно в полый цилиндрический корпус таким образом, что осевой интервал между кольцевым соплом и кольцевым диффузором образует камеру-резонатор с центральным всасывающим каналом, отличающееся тем, что кольцевой диффузор выполнен с острыми входными кромками и осевой интервал между кольцевым соплом и кольцевым диффузором соответствует условию генерирования первичных колебаний давления определенной частоты, а объем камеры-резонатора сформирован из условия обеспечения резонанса и усиления амплитуды первичных колебаний давления.In the device for oil production at low reservoir pressure, including: installed on the lower end of the tubing string (packer) packer and jet pump, consisting of an annular nozzle formed of two profiled bushings, and an annular diffuser, also formed of two profiled bushings with flat inlet ends mounted coaxially in the hollow cylindrical body so that the axial interval between the annular nozzle and the annular diffuser forms a resonator chamber with a central suction scarlet, characterized in that the annular diffuser is formed with sharp edges and axial input interval between the nozzle ring and an annular diffuser corresponds to the condition generate primary pressure fluctuations of a certain frequency, and the volume of resonator chamber is formed of a resonance condition and ensure amplification of amplitude of the primary pressure fluctuations.

Предложенный способ позволяет создавать колебания давления определенной частоты в камере разрежения без нарушения подачи рабочей жидкости через струйный насос.The proposed method allows you to create pressure fluctuations of a certain frequency in the vacuum chamber without disrupting the flow of the working fluid through the jet pump.

На рис. 1 изображена схема струйного насоса, скомбинированного с генератором колебаний давления в потоке жидкости.In fig. 1 shows a diagram of a jet pump combined with a generator of pressure fluctuations in a fluid stream.

Сущность предложенного способа состоит в следующем.The essence of the proposed method is as follows.

Широко распространены различные скважные устройства, преобразующие частично давление подачи в колебания давления в потоке жидкости, закачиваемой в пласт. Наиболее подходящими устройствами для этой цели являются струйные генераторы, не имеющие подвижных деталей и преобразующие кинетическую энергию потока в колебательную энергию за счет формы канала. Устройство ввинчивается в нижний конец насосно-компрессорной трубы и располагается, таким образом, на забое нагнетательной скважины. Под струйным насосом скважина перекрыта пакером.Various downhole devices are widely distributed, partially converting the supply pressure into pressure fluctuations in the fluid flow pumped into the formation. The most suitable devices for this purpose are jet generators that do not have moving parts and convert the kinetic energy of the flow into vibrational energy due to the shape of the channel. The device is screwed into the lower end of the tubing and is thus located on the bottom of the injection well. Under the jet pump, the well is blocked by a packer.

Основой работы заявленного устройства является способность высокоскоростной струи генерировать слабые возмущения в окружающем пространстве при натекании на предмет с острой кромкой, установленный навстречу набегающему потоку (см. патент №2478438). За срезом сопла постоянно крутится небольшой кольцевой вихрь, от которого со строгой периодичностью отрываются вихревые структуры подобно тому, как падают капли с носика крана в ванной. Эти возмущенные структуры увлекаются периферией струи и при ударе об острую кромку препятствия вызывают локальные возмущения давления в окружающем пространстве. Между соплом и острой кромкой должен существовать некоторый промежуток, поскольку вихревым структурам необходимо некоторое время для завершения своего развития. Если же тело с острой кромкой расположить вблизи резонатора, а тем более внутри него, то этим могут быть созданы условия для значительного усиления амплитуды первичных колебаний давления на кромке.The basis of the operation of the claimed device is the ability of a high-speed jet to generate weak disturbances in the surrounding space when it flows onto an object with a sharp edge mounted towards the incident flow (see patent No. 2478438). A small annular vortex constantly rotates behind the nozzle exit, from which vortex structures come off with strict periodicity, just like drops falling from the spout of a faucet in the bathroom. These perturbed structures are carried away by the periphery of the jet, and when they hit a sharp edge of an obstacle, they cause local pressure perturbations in the surrounding space. There must be some gap between the nozzle and the sharp edge, since the vortex structures need some time to complete their development. If a body with a sharp edge is placed near the resonator, and even more so inside it, then this can create conditions for a significant increase in the amplitude of the primary pressure oscillations at the edge.

Предлагаемая конструкция струйного насоса принципиально не отличается от насоса, предлагаемого авторами прототипа, но несколько изменена взаимосвязь деталей, образующих проточный канал. Подводящий канал остается без изменения, кольцевое сопло вполне справляется со своей задачей разгона потока до необходимой скорости. При увеличении скорости потока статическое давление в потоке уменьшается. При этом окружающая жидкость устремляется в область пониженного давления и увлекается свободной струей в канал кольцевого диффузора. При этом струя своей возмущенной периферией задевает острые кромки входа в диффузор и генерирует локальные возмущения небольшой амплитуды в окружающем пространстве. Отличие заключается в удалении из подводящего канала лопастного прерывателя потока.The proposed design of the jet pump does not fundamentally differ from the pump proposed by the authors of the prototype, but the relationship of the parts forming the flow channel is slightly changed. The supply channel remains unchanged, the annular nozzle copes with its task of accelerating the flow to the required speed. As the flow rate increases, the static pressure in the flow decreases. At the same time, the surrounding liquid rushes to the region of reduced pressure and is carried away by a free stream into the channel of the annular diffuser. In this case, the jet, with its perturbed periphery, touches the sharp edges of the entrance to the diffuser and generates local perturbations of small amplitude in the surrounding space. The difference lies in the removal of a paddle flow chopper from the feed channel.

Функциональное назначение камеры разрежения в изобретении расширилось. Теперь она предназначается не только для создания условий эффективного эжектирования струей окружающей жидкости. Осевой интервал между соплом и диффузором должен задаваться не только для эффективного эжектирования, но и для формирования условий генерирования первичных колебаний давления на кромке диффузора. Размер входного отверстия диффузора также должен быть согласован с размерами струи для того, чтобы струя жидкости при втекании в канал диффузора задевала своей возмущенной периферией кромку диффузора.The functionality of the vacuum chamber in the invention has expanded. Now it is intended not only to create conditions for effective ejection of a surrounding liquid by a jet. The axial interval between the nozzle and the diffuser must be set not only for effective ejection, but also for the formation of the conditions for the generation of primary pressure oscillations at the diffuser edge. The size of the inlet of the diffuser must also be consistent with the size of the jet so that the liquid stream, when it enters the diffuser channel, touches the diffuser edge with its perturbed periphery.

Как известно, всякая замкнутая полость представляет собой акустический резонатор, усиливающий колебания давления соответствующей частоты. Всякая замкнутая полость характеризуется частотой собственных колебаний, параметром, который определяется исключительно геометрией полости. Если в полость, заполненную упругой средой, попадает волна колебаний давления с частотой, соответствующей частоте собственных колебаний полости, то амплитуда приходящих колебаний давления многократно возрастает. Колебания давления всех других частот затухают.As you know, every closed cavity is an acoustic resonator that amplifies the pressure fluctuations of the corresponding frequency. Any closed cavity is characterized by the frequency of natural vibrations, a parameter that is determined solely by the geometry of the cavity. If a wave of pressure oscillations with a frequency corresponding to the frequency of natural oscillations of the cavity enters a cavity filled with an elastic medium, then the amplitude of the incoming pressure oscillations increases many times. The pressure fluctuations of all other frequencies die out.

Объем камеры разрежения следует конструктивно формировать такой величины, чтобы частота собственных колебаний ее соответствовала частоте, которую желательно иметь для наиболее эффективного воздействия на отложения в скважине.The volume of the rarefaction chamber should be constructively formed such that its natural frequency corresponds to the frequency that it is desirable to have for the most effective effect on deposits in the well.

Частота собственных колебаний камеры с двумя горлами определяется по следующей формуле,The natural frequency of a two-neck chamber is determined by the following formula,

$f_{c} = \frac{C}{2 π} \sqrt{\frac{1}{V_{p}} (\frac{S_{1}}{L_{1}} + \frac{S_{2}}{L_{2}})}$

f_{c} = \frac{C}{2 π} \sqrt{\frac{one}{V_{p}} (\frac{S_{one}}{L_{one}} + \frac{S_{2}}{L_{2}})}

где С - скорость распространения слабых возмущений в среде (скорость звука),where C is the propagation velocity of weak perturbations in the medium (speed of sound),

V_p - объем резонаторной камеры (камеры разрежения),V _p is the volume of the resonator chamber (rarefaction chamber),

S₁ и S₂ - площади первого и второго горла резонатора (площадь кольцевого сопла и площадь кольцевого диффузора),S ₁ and S ₂ - the area of the first and second throat of the resonator (the area of the annular nozzle and the area of the annular diffuser),

L₁ и L₂ - длины первого и второго горла.L ₁ and L ₂ are the lengths of the first and second throats.

В то же время частота генерации струей первичных колебаний давления на острых кромках диффузора определяется по следующей формуле,At the same time, the frequency of generation by the jet of primary pressure oscillations on the sharp edges of the diffuser is determined by the following formula,

$f = \frac{υ}{l}$

,

f = \frac{υ}{l}

,

где υ - скорость в струе между соплом и диффузором,where υ is the speed in the stream between the nozzle and the diffuser,

l - интервал между срезом сопла и входом в диффузор.l is the interval between the nozzle exit and the entrance to the diffuser.

Как видно из предыдущей формулы, интервал между соплом и диффузором должен быть определенной величины, чтобы частота генерации первичных колебаний давления составляла величину, которую желательно иметь для наиболее эффективного воздействия на отложения на стенках скважины. Однако, в действительности, частота собственных колебаний камеры разрежения будет несколько ниже вследствие наличия еще и третьего отверстия - подсасывающего канала.As can be seen from the previous formula, the interval between the nozzle and the diffuser must be of a certain size so that the frequency of generation of the primary pressure fluctuations is the amount that it is desirable to have for the most effective effect on deposits on the walls of the well. However, in reality, the frequency of natural oscillations of the rarefaction chamber will be somewhat lower due to the presence of a third hole — the suction channel.

Таким образом, предлагаемое устройство, объединяющее в одной конструкции два самостоятельных по назначению устройства, позволяет отказаться от размещения в подводящем канале лопастного прерывателя потока. Колебания давления в камере разрежения создаются самим струйным насосом, канал которого немного изменен. Главным образом изменения касаются камеры разрежения, требуется формировать иначе поверхности всех деталей, образующих камеру разрежения.Thus, the proposed device, combining in one design two independent on purpose devices, allows you to refuse to place in the inlet channel of the blade flow interrupter. Pressure fluctuations in the rarefaction chamber are created by the jet pump itself, the channel of which is slightly changed. Mostly the changes relate to the rarefaction chamber, it is required to form otherwise the surfaces of all the parts forming the rarefaction chamber.

Предлагаемое устройство для нефтедобычи при низком пластовом давлении состоит из следующих элементов (см. фиг.1). В обсадную трубу скважины 1 опущена колонна насосно-компрессорных труб, в нижний конец которой ввинчен корпус струйного насоса 2. Немного выше продуктивного пласта и отверстий перфорации в обсадной колонне установлен пакер 3. Струйный насос представляет собой две пары втулок, концентрически набранных в корпус. Одна пара втулок формирует кольцевое сопло 4. Вторая пара втулок формирует кольцевой диффузор 5. Кольцевое сопло и кольцевой диффузор установлены в корпус таким образом, что между ними в осевом направлении оставлен интервал, который представляет собой камеру разрежения 6. В камере разрежения предусмотрен всасывающий канал 7, проходящий сквозь пакер и соединяющий полость камеры разрежения с подпакерным пространством скважины.The proposed device for oil production at low reservoir pressure consists of the following elements (see figure 1). A tubing string is lowered into the casing of well 1, the housing of the jet pump 2 is screwed into its lower end. Packer 3 is installed slightly above the reservoir and perforation holes in the casing. The jet pump consists of two pairs of sleeves concentrically dialed into the housing. One pair of sleeves forms an annular nozzle 4. The second pair of sleeves forms an annular diffuser 5. The annular nozzle and annular diffuser are installed in the housing so that an interval is left between them in the axial direction, which is a vacuum chamber 6. A suction channel 7 is provided in the vacuum chamber passing through the packer and connecting the cavity of the vacuum chamber with the under-packer space of the well.

Втулки, образующие кольцевое сопло, имеют плоские торцы на выходе сопла, а также острые кромки на торцах. Втулки, образующие кольцевой диффузор, также имеют плоские торцы, но на входе. За выходом диффузора предусмотрена небольшая камера, дно которой образует пакер, и эта камера является началом отводящего канала. Срез кольцевого сопла плоский, и поэтому торцы втулок, образующих кольцевое сопло, лежат в одной плоскости. Торцы втулок, образующих кольцевой диффузор, могут находиться не в одной плоскости, а быть немного разнесены в осевом направлении. Это позволяет немного расширить интервал скорости, при которой поддерживается генерация первичных колебаний.The bushings forming the annular nozzle have flat ends at the nozzle exit, as well as sharp edges at the ends. The bushings forming an annular diffuser also have flat ends, but at the inlet. A small chamber is provided behind the outlet of the diffuser, the bottom of which forms a packer, and this chamber is the beginning of the outlet channel. The cut of the annular nozzle is flat, and therefore the ends of the bushings forming the annular nozzle lie in the same plane. The ends of the sleeves forming an annular diffuser may not be in the same plane, but may be slightly spaced in the axial direction. This allows you to slightly expand the speed range at which the primary oscillation generation is supported.

Работает предложенное устройство следующим образом.The proposed device works as follows.

Техническая жидкость подается под давлением по колонне НКТ на вход кольцевого сопла, разгоняется в сопле настолько, насколько это обеспечивает величина избыточного давления подачи и совершенство профилированного канала сопла. Статическое давление в струе при увеличении скорости движения падает. Струя протекает в интервале между срезом сопла и входом в диффузор в свободном состоянии, не стесненная стенками, и вследствие этого давление в камере разрежения близко к величине статического давления в струе, т.е. существенно ниже давления в продуктивном пласте. Жидкость, представляющая собой смесь воды и нефти, устремляется из подпакерной области по всасывающему каналу в камеру разрежения, подхватывается струей и увлекается в кольцевой диффузор, где статическое давление увеличивается и эта смесь отсасывается по отводящему каналу на поверхность. Обычно откачку жидкости из отводящего канала осуществляют дополнительным насосом, что позволяет достичь большего снижения давления в камере разрежения.Technical fluid is supplied under pressure through the tubing string to the inlet of the annular nozzle, accelerates in the nozzle as much as it provides the magnitude of the excess supply pressure and the perfection of the profiled nozzle channel. The static pressure in the jet decreases with increasing speed. The jet flows in the interval between the nozzle exit and the entrance to the diffuser in a free state, not constrained by the walls, and as a result, the pressure in the rarefaction chamber is close to the static pressure in the jet, i.e. significantly lower pressure in the reservoir. A liquid, which is a mixture of water and oil, rushes from the sub-packer area through the suction channel to the rarefaction chamber, is picked up by the jet and carried away into an annular diffuser, where the static pressure increases and this mixture is sucked off to the surface through the outlet channel. Typically, the pumping liquid from the discharge channel is carried out by an additional pump, which allows to achieve a greater decrease in pressure in the rarefaction chamber.

Claims

1. The method of oil production at low reservoir pressure, at which a packer and a jet pump with an annular nozzle and an annular diffuser separated by a rarefaction chamber with a central suction channel are installed on the lower end of the tubing string, the liquid is supplied through the tubing to the jet pump, form an annular free stream of liquid in the rarefaction chamber, in the interval between the annular nozzle and the annular diffuser, thus achieve a reduction in static pressure in the rarefaction chamber, provide suction in n oil through the central suction channel and create pressure fluctuations with a certain frequency in the rarefaction chamber, characterized in that they generate primary pressure fluctuations with a certain frequency in the annular free stream of liquid due to the direction of this stream to the sharp edges of the ring diffuser and amplify the primary pressure fluctuations in the rarefaction chamber, the natural frequency of which is tuned into resonance with the frequency of the primary pressure oscillations.

2. A device for oil production at low reservoir pressure, including: a packer and a jet pump, installed at the lower end of the tubing string (tubing), consisting of an annular nozzle formed of two profiled bushings and an annular diffuser also formed of two profiled bushings with flat inlet ends mounted coaxially in the hollow cylindrical body in such a way that the axial interval between the annular nozzle and the annular diffuser forms a resonator chamber with a central suction chamber scarlet, characterized in that the annular diffuser is formed with sharp edges and axial input interval between the nozzle ring and an annular diffuser corresponds to the condition generate primary pressure fluctuations of a certain frequency, and the volume of resonator chamber is formed of a resonance condition and ensure amplification of amplitude of the primary pressure fluctuations.