RU2637008C2 - Method and device for jet honeycomb parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole - Google Patents
Method and device for jet honeycomb parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637008C2 RU2637008C2 RU2016105182A RU2016105182A RU2637008C2 RU 2637008 C2 RU2637008 C2 RU 2637008C2 RU 2016105182 A RU2016105182 A RU 2016105182A RU 2016105182 A RU2016105182 A RU 2016105182A RU 2637008 C2 RU2637008 C2 RU 2637008C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- nozzle
- resonator
- waves
- chamber
- Prior art date
Links
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 33
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 241000264877 Hippospongia communis Species 0.000 description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/20—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of a vibrating fluid
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B28/00—Vibration generating arrangements for boreholes or wells, e.g. for stimulating production
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/003—Vibrating earth formations
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
- F15B21/12—Fluid oscillators or pulse generators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Special Spraying Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для очистки 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 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 волн давления в стволе нагнетательной скважины (см.патент №96118034) при ее промывке техническими сжимаемыми жидкостями (газом, воздухом, паром), при котором устанавливают на конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) гидродинамический генератор (ГГ), закачивают жидкость по НКТ в скважину, прокачивают жидкость через ГГ, генерируют колебания давления внутри ГГ и формируют волну давления за ГГ в стволе нагнетательной скважины.A known method of generating pressure waves in the injection wellbore (see patent No. 96118034) when it is flushed with technical compressible fluids (gas, air, steam), in which a hydrodynamic generator (GG) is installed at the end of the tubing, pump fluid along the tubing into the well, pump fluid through the GG, generate pressure fluctuations inside the GG and form a pressure wave behind the GG in the injection wellbore.
Добывающие нефтяные скважины периодически прочищают от твердых отложений на стенках и в отверстиях перфорации обсадной трубы и устраняют засорение призабойной зоны (декольматируют), закачивая различные технические жидкости. При этом замечено, что наличие колебаний давления в закачиваемой жидкости способствует достижению лучшего результата.Oil production wells are periodically cleaned from solid deposits on the walls and in the perforation holes of the casing and eliminate blockage of the bottomhole zone (decolmate) by pumping various technical fluids. It was noted that the presence of pressure fluctuations in the injected fluid helps to achieve a better result.
Давно известно, что закачка жидкости в продуктивный пласт на поздней стадии разработки увеличивает дебит добывающих скважин. Также известно, что создание колебаний давления в пласте способствует выходу капиллярно защемленной нефти, декольматации призабойной зоны, что также приводит к увеличению дебита добывающих скважин. Закачку жидкости в продуктивный пласт осуществляют через несколько нагнетающих скважин, расположенных вокруг добывающей скважины.It has long been known that the injection of fluid into a reservoir at a late stage of development increases the production rate of production wells. It is also known that the creation of pressure fluctuations in the formation contributes to the release of capillary trapped oil, decolmation of the bottomhole zone, which also leads to an increase in the production rate of production wells. Fluid is injected into the reservoir through several injection wells located around the production well.
Наиболее эффективны способы создания колебаний давления на забое скважины с использованием для этой цели гидродинамических генераторов, устанавливаемых 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 их в непосредственной близости с объектом воздействия, а именно с отверстиями перфорации в обсадных трубах и призабойной зоной пласта.The most effective methods of creating pressure fluctuations at the bottom of the well using for this purpose hydrodynamic generators installed 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 them in close proximity to the object of influence, namely, perforation holes in the casing and the bottomhole formation zone.
Недостатком этого способа является невысокая эффективность обработки скважины высокочастотными колебаниями давления.The disadvantage of this method is the low efficiency of the well treatment by high-frequency pressure fluctuations.
Известен способ генерирования низкочастотных волн давления за счет модуляции двух волн высокой частоты, распространяющихся в одном направлении (см. Волны, Берклеевский курс физики, т.III, Ф. Крауфорд, Наука, М., 1976, с.42). При взаимодействии двух высокочастотных гармонических волн (волн накачки), распространяющихся в одном направлении (коллинеарных) и описываемых уравнениями s1=A1cos ω1t и s2=A2cos ω2t с частотами ω1 и ω2, излучаемых двумя источниками, в окружающем пространстве формируется волна разностной частоты (ω1-ω2). Этот способ модулирования коллинеарных волн позволяет сформировать в окружающем пространстве волну низкой частоты из двух высокочастотных волн накачки.A known method of generating low-frequency pressure waves by modulating two high-frequency waves propagating in one direction (see Waves, Berkeley Physics Course, vol. III, F. Crawford, Nauka, M., 1976, p. 42). In the interaction of two high-frequency harmonic waves (pump waves) propagating in one direction (collinear) and described by the equations s 1 = A 1 cos ω 1 t and s 2 = A 2 cos ω 2 t with frequencies ω 1 and ω 2 emitted by two sources, in the surrounding space a wave of difference frequency (ω 1 -ω 2 ) is formed. This method of modulating collinear waves allows the formation of a low-frequency wave from two high-frequency pump waves in the surrounding space.
При этом в канале распространяются две высокочастотные гармонические волны накачки близкой частоты: ω1 и ω2, параметры которых в произвольной точке канала изменяются по закону синуса. Если амплитуда этих волн не слишком велика и форма волн не претерпевает изменения при удалении от источников, то согласно принципу суперпозиции эти волны не оказывают друг на друга никакого влияния.In this case, two high-frequency harmonic pump waves of close frequency propagate in the channel: ω 1 and ω 2 , the parameters of which at an arbitrary point in the channel vary according to the sine law. If the amplitude of these waves is not too large and the waveform does not undergo changes when moving away from the sources, then according to the principle of superposition these waves do not have any effect on each other.
В действительности, из-за ряда причин, в том числе из-за нелинейности среды, в которой волны распространяются, а именно - эмульсии, заполняющей скважину, форма волн изменяется по мере их удаления от источников, и волны оказывают влияние друг на друга при распространении в канале. Принцип суперпозиции нарушается и при взаимовлиянии волн друг на друга в канале формируется т.н. “волновой пакет”, включающий семейство волн различной частоты и амплитуды в дополнение к первоначальным частотам ω1 и ω2. Нас интересует, главным образом, появление в спектре частот волны разностной частоты (ω1-ω2).In fact, due to a number of reasons, including the nonlinearity of the medium in which the waves propagate, namely, the emulsion filling the well, the shape of the waves changes as they move away from the sources, and the waves influence each other during propagation in the channel. The principle of superposition is violated and when the waves interact with each other in the channel, the so-called “Wave packet”, including a family of waves of different frequencies and amplitudes in addition to the initial frequencies ω 1 and ω 2 . We are mainly interested in the appearance of a difference frequency wave (ω 1 -ω 2 ) in the frequency spectrum of a wave.
Недостатком этого способа генерирования является невысокая амплитуда волны с разностной частотой колебаний давления.The disadvantage of this method of generation is the low amplitude of the wave with a differential frequency of pressure fluctuations.
Известен способ генерирования волн давления, наиболее близкий по технической сущности и взятый за прототип, реализованный в устройстве (см. патент РФ №402399), при котором собирают из нескольких генераторов Гартмана (ГГ) струйный сотовый излучатель, в котором каждый ГГ представляет собой самостоятельную колебательную систему, состоящую из сопла и полой камеры-резонатора с отверстием в стенке и возбуждаемую струей жидкости; организуют за соплом в каждом ГГ струю жидкости и направляют ее в отверстие в стенке соответствующей полой камеры-резонатора; генерируют колебания давления и усиливают их амплитуду в полой камере-резонаторе; формируют высокочастотную волну давления за каждым ГГ, распространяющуюся в одном направлении с волнами от других ГГ и взаимодействующую с ними.A known method of generating pressure waves, the closest in technical essence and taken as a prototype, implemented in a device (see RF patent No. 402399), in which a cellular jet emitter is assembled from several Hartmann (GG) generators, in which each GG is an independent oscillatory a system consisting of a nozzle and a hollow cavity chamber with an opening in the wall and excited by a stream of liquid; organize behind the nozzle in each GG a stream of liquid and direct it into the hole in the wall of the corresponding hollow cavity chamber; generate pressure fluctuations and amplify their amplitude in the hollow cavity chamber; form a high-frequency pressure wave behind each GG, propagating in the same direction as waves from other GGs and interacting with them.
Для формирования волн давления собирают из нескольких генераторов Гартмана (ГГ) струйный сотовый излучатель, в котором каждый ГГ представляет собой пару сопло - резонатор. Резонатор представляет собой цилиндрическую камеру с отверстием. Сопло и резонатор устанавливаются соосно и с некоторым интервалом между собой. Сопла присоединяют к каналу подачи рабочей жидкости. Формируют на выходе из каждого сопла струю жидкости, которую направляют в отверстие камеры-резонатора. Такой резонатор является объемным резонатором, поскольку резонирующим элементом служит объем жидкости внутри камеры. Автоколебательный механизм генерации колебаний давления на входе в камеру обусловлен попеременным увеличением давления в камере при втекании жидкости и уменьшением давления при опорожнении камеры. Большая часть жидкости затекает в камеру резонатора, а некоторая часть жидкости обтекает резонатор снаружи. Частота генерации ГГ с цилиндрическим резонатором, камера которого имеет размеры полости: диаметр d и глубину h, при скорости звука в жидкости с, определяется выражением f=0,25c/(h+0,3d).To generate pressure waves, a jet cellular radiator is assembled from several Hartmann (GG) generators, in which each GG is a nozzle-resonator pair. The resonator is a cylindrical chamber with a hole. The nozzle and resonator are installed coaxially and with a certain interval between themselves. Nozzles are connected to the working fluid supply channel. A liquid stream is formed at the outlet of each nozzle, which is directed into the hole of the resonator chamber. Such a resonator is a volume resonator, since the volume of liquid inside the chamber serves as the resonating element. The self-oscillating mechanism for generating pressure fluctuations at the inlet to the chamber is due to the alternate increase in pressure in the chamber when fluid flows in and the pressure decreases when the chamber is emptied. Most of the fluid flows into the cavity chamber, and some of the fluid flows around the cavity from the outside. The generation frequency of a GG with a cylindrical resonator, the chamber of which has the dimensions of a cavity: diameter d and depth h, at the speed of sound in a liquid c, is determined by the expression f = 0.25c / (h + 0.3d).
Колебания давления высокой амплитуды распространяются из камеры-резонатора в окружающем пространстве в виде волны давления.High-amplitude pressure fluctuations propagate from the resonator chamber in the surrounding space in the form of a pressure wave.
Недостатком способа является отсутствие возможности создавать в пространстве колебания давления низкой частоты при помощи нескольких генераторов, настроенных на одну частоту генерации.The disadvantage of this method is the inability to create low-pressure pressure fluctuations in space using several generators tuned to the same generation frequency.
Известно устройство для генерирования колебаний давления в потоке жидкости (см.патент №2336130), собранное из сопла и камеры-резонатора, установленных соосно (коаксиально) и с некоторым интервалом между собой. Камера-резонатор представляет собой трубу, открытую со стороны сопла и с подвижным днищем, которое можно перемещать вдоль трубы с помощью штока.A device for generating pressure fluctuations in a fluid stream (see patent No. 2336130) is assembled from a nozzle and a resonator chamber mounted coaxially (coaxially) and with a certain interval between them. The resonator chamber is a pipe open from the nozzle side and with a movable bottom, which can be moved along the pipe using the rod.
Это устройство, фактически, представляет собой генератор Гартмана, хотя в тексте описания заявки на изобретение оно таковым не именуется. Основное отличие представленного устройства от генератора Гартмана - это необычно большая глубина участка трубы от входа до подвижного днища. У классического генератора Гартмана глубина резонатора примерно равна его диаметру (одному калибру), и оба эти размера примерно равны диаметру сопла.This device, in fact, is a Hartmann generator, although it is not referred to as such in the text of the description of the application for an invention. The main difference between the presented device and the Hartmann generator is an unusually large depth of the pipe section from the entrance to the moving bottom. In a classical Hartmann generator, the depth of the resonator is approximately equal to its diameter (one caliber), and both of these sizes are approximately equal to the diameter of the nozzle.
В генераторе Гартмана отсутствуют подвижные детали, а автоколебательный механизм генерации колебаний давления базируется на неустойчивости скачка уплотнения внутри камеры-резонатора. При натекании сверхзвуковой струи в камеру-резонатор поток тормозится с формированием скачка уплотнения, за которым скорость резко уменьшается, а давление возрастает. Вследствие увеличения давления и переполнения камеры-резонатора жидкость стремится вытекать обратно, выталкивая скачок уплотнения из камеры-резонатора, в то время как струя жидкости втекает в камеру-резонатор и проталкивает скачок внутрь камеры. Это порождает неустойчивое положение скачка уплотнения, а его перемещение генерирует колебания давления в области входа в камеру-резонатор, распространяющиеся в окружающем пространстве в виде волны давления.There are no moving parts in the Hartmann generator, and the self-oscillating mechanism for generating pressure oscillations is based on the instability of the shock wave inside the cavity chamber. When a supersonic jet flows into the resonator chamber, the flow decelerates with the formation of a shock wave, behind which the velocity decreases sharply and the pressure increases. Due to the increase in pressure and overflow of the resonator chamber, the liquid tends to flow back, pushing the shock wave out of the resonator chamber, while the liquid stream flows into the resonator chamber and pushes the shock into the chamber. This gives rise to an unstable position of the shock wave, and its movement generates pressure fluctuations in the region of entry into the cavity chamber, propagating in the surrounding space in the form of a pressure wave.
Сопло, обычно круглого поперечного сечения, служит для разгона жидкости до значительной скорости, и генератор Гартмана работает при сверхзвуковой скорости потока жидкости. Камера-резонатор также имеет круглое поперечное сечение и представляет собой кусок трубы с плоским днищем, установленный открытой стороной трубы навстречу потоку, вытекающему из сопла.The nozzle, usually of circular cross-section, serves to accelerate the fluid to a significant speed, and the Hartmann generator operates at a supersonic fluid flow rate. The resonator chamber also has a circular cross section and is a piece of pipe with a flat bottom mounted with the open side of the pipe facing the flow flowing from the nozzle.
Недостаток устройства заключается в неспособности генерировать колебания давления низкой частоты.The disadvantage of this device is its inability to generate low-frequency pressure fluctuations.
Известно устройство для генерирования колебаний давления в потоке жидкости (см. патент РФ №402399), представляющее собой сотовую конструкцию, установленную поперек скважины, собранную из нескольких генераторов Гартмана (ГГ), каждый из которых состоит из сопла и полого стакана со стенкой и днищем, установленного соосно и с интервалом за соплом, причем глубина полого стакана и его внутренний диаметр равны диаметру сопла, а сам стакан установлен отверстием к соплу.A device is known for generating pressure fluctuations in a fluid flow (see RF patent No. 402399), which is a honeycomb structure installed across a well assembled from several Hartmann generators (GG), each of which consists of a nozzle and a hollow glass with a wall and a bottom, installed coaxially and with an interval behind the nozzle, the depth of the hollow glass and its inner diameter equal to the diameter of the nozzle, and the glass itself is installed with an opening to the nozzle.
Собирают из нескольких генераторов Гартмана сотовую конструкцию, в которой каждый ГГ имеет корпус шестиугольной формы, в котором установлена генерирующая пара сопло - резонатор. Шестиугольные корпусы собраны в соты вплотную друг к другу и имеют окна для распространения колебаний давления, генерируемых внутри них, в окружающее пространство. Все ГГ выполнены одного типоразмера и генерируют колебания давления одинаковой частоты.A honeycomb structure is assembled from several Hartmann generators, in which each GG has a hexagonal body, in which a nozzle-resonator generating pair is installed. Hexagonal cases are assembled in honeycombs close to each other and have windows for the propagation of pressure fluctuations generated inside them into the surrounding space. All GGs are made of the same size and generate pressure fluctuations of the same frequency.
Целью настоящего изобретения является формирование низкочастотной волны давления с высокой амплитудой в призабойном пространстве пласта.The aim of the present invention is the formation of a low-frequency pressure wave with high amplitude in the bottom hole of the formation.
Технический результат достигается за счет того, что в способе генерирования и модуляции волн давления в стволе нагнетательной скважины, при котором: собирают из нескольких генераторов Гартмана (ГГ) струйный сотовый излучатель, в котором каждый ГГ представляет собой самостоятельную колебательную систему, состоящую из сопла и полой камеры-резонатора с отверстием в стенке и возбуждаемую струей жидкости; организуют за соплом в каждом ГГ струю жидкости и направляют ее в отверстие в стенке соответствующей полой камеры-резонатора; генерируют колебания давления и усиливают их амплитуду в полой камере-резонаторе; формируют высокочастотную волну давления за каждым ГГ, распространяющуюся в одном направлении с волнами от других ГГ и взаимодействующую с ними; струйный сотовый излучатель собирают из ГГ, представляющих собой разночастотные самостоятельные колебательные системы, одну часть из которых настраивают на генерацию, усиление и формирование высокочастотной волны одной частоты, а другую часть самостоятельных колебательных систем - на другую частоту, при этом струйный сотовый излучатель устанавливают в скважине, формируют за ним параллельные высокочастотные волны двух различных частот, взаимодействующие между собой и образующие в результате модуляции в ближнем поле низкочастотную волну разностной частоты, которую усиливают в низкочастотном объемном резонаторе и направляют в ствол нагнетательной скважины.The technical result is achieved due to the fact that in the method of generating and modulating pressure waves in the injection wellbore, in which: they collect from several Hartmann generators (GG) a jet cellular radiator in which each GG is an independent oscillatory system consisting of a nozzle and a hollow a resonator chamber with a hole in the wall and excited by a stream of liquid; organize behind the nozzle in each GG a stream of liquid and direct it into the hole in the wall of the corresponding hollow cavity chamber; generate pressure fluctuations and amplify their amplitude in the hollow cavity chamber; form a high-frequency pressure wave behind each GG, propagating in the same direction as waves from other GGs and interacting with them; an inkjet cellular radiator is assembled from GGs, which are separate-frequency independent vibrational systems, one part of which is tuned to generate, amplify, and generate a high-frequency wave of one frequency, and the other part of independent vibrational systems is set to a different frequency, while the jet cellular radiator is installed in a well, behind it form parallel high-frequency waves of two different frequencies, interacting with each other and forming as a result of modulation in the near field a low-frequency of LNU difference frequency which is amplified in the low-frequency cavity resonator and fed into the barrel of the injection well.
В устройстве для генерирования волн давления в стволе нагнетательной скважины, представляющем собой сотовую конструкцию, установленную поперек скважины, собранную из нескольких генераторов Гартмана (ГГ), каждый из которых состоит из сопла и полого стакана со стенкой и днищем, установленного соосно и с интервалом за соплом, причем глубина полого стакана и его внутренний диаметр равны диаметру сопла, а сам стакан установлен отверстием к соплу, сотовая конструкция собрана из ГГ двух типоразмеров с одинаковыми соплами, но различающихся интервалом между соплом и стаканом, диаметром отверстия и глубиной стакана, и установленных в соты в шахматном порядке, кроме того, в скважине, за сотовой конструкцией, размещена камера объемного низкочастотного резонатора.In the device for generating pressure waves in the injection well bore, which is a honeycomb structure installed across the well, assembled from several Hartmann generators (GG), each of which consists of a nozzle and a hollow glass with a wall and a bottom mounted coaxially and with an interval behind the nozzle moreover, the depth of the hollow glass and its inner diameter are equal to the diameter of the nozzle, and the glass itself is installed with an opening to the nozzle, the honeycomb structure is assembled from two standard sizes with identical nozzles, but different inte a gap between the nozzle and the glass, the diameter of the hole and the depth of the glass, and staggered in the honeycomb, in addition, in the well, behind the honeycomb structure, a chamber of a low-frequency resonator is placed.
Предложенный способ позволяет повысить подвижность флюидов в призабойном пространстве скважины и усилить механическое воздействие на отложения при закачке в нее технической жидкости через струйный параметрический излучатель за счет формирования волны давления с низкой частотой и высокой амплитудой.The proposed method allows to increase the mobility of fluids in the bottomhole space of the well and to enhance the mechanical effect on the deposits during the injection of technical fluid through the jet parametric emitter due to the formation of a pressure wave with a low frequency and high amplitude.
На фиг.1 представлена схема струйного сотового параметрического излучателя. Объемный резонатор на схеме не показан.Figure 1 presents a diagram of a jet cellular parametric emitter. The cavity resonator is not shown in the diagram.
На фиг.2 представлена схема одного модуля генератора Гартмана в корпусе.Figure 2 presents a diagram of one module of a Hartmann generator in the housing.
Сущность предложенного изобретения состоит в следующем.The essence of the proposed invention is as follows.
Устройство для генерирования и модуляции волн давления в стволе нагнетательной скважины представляет собой сотовую конструкцию, собранную в нагнетающей скважине поперек обсадной трубы. Конструкция собрана из отдельных генераторов Гартмана, состоящих каждый из круглого сопла и цилиндрической камеры-резонатора. Камера-резонатор представляет собой стакан со стенками и с днищем, установленный соосно соплу и с некоторым интервалом за соплом по потоку. Стакан обращен отверстием к соплу. В днище может быть предусмотрено сквозное отверстие небольшого диаметра.A device for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore is a honeycomb structure assembled in an injection well across a casing. The design is assembled from separate Hartmann generators, each consisting of a round nozzle and a cylindrical cavity chamber. The resonator chamber is a glass with walls and with a bottom mounted coaxially to the nozzle and with a certain interval behind the nozzle in the flow. The glass faces the nozzle. A through hole of small diameter may be provided in the bottom.
Каждое сопло установлено в передней жесткой стенке шестигранной формы. При сборке генераторов шестигранные фрагменты образуют единую стенку, перекрывающую канал скважины. Стаканы камер-резонаторов установлены в задних стенках корпусов генераторов на резьбе для настройки осевого интервала между соплом и стаканом. Днища стаканов также имеют возможность перемещаться вдоль оси стакана для настройки необходимой глубины стакана. В корпусах генераторов между стенками выполнены продольные окна, а в задних стенках корпусов генераторов выполнены радиальные окна.Each nozzle is installed in the front rigid wall of a hexagonal shape. When assembling the generators, the hexagonal fragments form a single wall that overlaps the well channel. Glasses of resonator chambers are installed in the rear walls of the generator housings on the thread to adjust the axial interval between the nozzle and the glass. The bottoms of the glasses also have the ability to move along the axis of the glass to adjust the required depth of the glass. In the generator bodies, longitudinal windows are made between the walls, and radial windows are made in the rear walls of the generator bodies.
Конструкция представляет собой акустическую колебательную систему, состоящую из сопла - струи - резонатора и возбуждаемую при натекании сверхзвуковой недорасширенной струи газа в полость резонатора.The design is an acoustic oscillatory system consisting of a nozzle - a jet - resonator and excited when a supersonic underexpanded gas stream flows into the cavity of the resonator.
Генератор Гартмана позволяет возбуждать колебания давления значительной амплитуды при подаче недорасширенной сверхзвуковой струй газа в стакан камеры-резонатора. При этом в интервале между соплом и стаканом образуется система волн сжатия и разрежения, образующих область неустойчивости струи (см. Источники мощного ультразвука. Под ред. Л.Д. Розенберга, М., Наука, 1967). Если установить стакан камеры-резонатора таким образом, чтобы входное отверстие стакана располагалось в плоскости, перпендикулярной оси струи, вытекающей из круглого сопла, и при этом находилось в области неустойчивости струи, то такая конструкция будет генерировать в окружающем пространстве мощное поле упругих колебаний.The Hartmann generator makes it possible to excite pressure fluctuations of considerable amplitude when an underexpanded supersonic gas stream is supplied into the glass of the resonator chamber. Moreover, in the interval between the nozzle and the glass, a system of compression and rarefaction waves forms, forming the region of jet instability (see Sources of powerful ultrasound. Edited by L. D. Rosenberg, M., Nauka, 1967). If you install the glass of the resonator chamber in such a way that the glass inlet is located in a plane perpendicular to the axis of the jet flowing from the round nozzle and at the same time is in the region of the jet instability, then such a structure will generate a powerful field of elastic vibrations in the surrounding space.
В нашей конструкции собраны в соты генераторы Гартмана двух типоразмеров. У одних генераторов камера-резонатор немного крупнее: диаметр и глубина стакана большего размера. Как и интервал между соплом и стаканом. У других генераторов камера-резонатор чуть мельче: диаметр и глубина стакана меньшего размера. И интервал между соплом и стаканом тоже меньше. Сопла у всех генераторов одинаковые. За счет этого генераторы, имеющие большие размеры, возбуждаются и резонируют на меньшей частоте. И наоборот - генераторы, имеющие меньшие размеры, возбуждаются и резонируют на большей частоте. Разница в размерах не должна быть значительной. Генератор Гартмана очень чувствителен к изменению диаметра стакана или глубины камеры. Речь идет о долях миллиметра.In our design, Hartmann generators of two sizes are assembled in cells. Some generators have a slightly larger camera cavity: the diameter and depth of the glass is larger. As well as the interval between the nozzle and the glass. Other generators have a slightly smaller camera cavity: the diameter and depth of the glass are smaller. And the interval between the nozzle and the glass is also smaller. The nozzles of all generators are the same. Due to this, large-sized generators are excited and resonate at a lower frequency. Conversely, smaller generators are excited and resonate at a higher frequency. The difference in size should not be significant. The Hartmann generator is very sensitive to changes in cup diameter or chamber depth. It's about fractions of a millimeter.
При втекании сверхзвуковой недорасширенной струи газа в стакан перед стаканом образуется вибрирующий отсоединенный скачок давления. Вибрирование скачка вызывается поочередной сменой фаз загрузки и опорожнения камеры стакана. Вибрирование скачка вызывает появление интенсивных колебаний давления в окружающем пространстве, которые еще дополнительно усиливаются в объеме камеры-резонатора.When a supersonic underexpanded stream of gas flows into the glass, a vibrating disconnected pressure surge forms in front of the glass. Vibration of the jump is caused by alternating the phases of loading and emptying of the glass chamber. Vibration of the shock causes the appearance of intense pressure fluctuations in the surrounding space, which are further amplified in the volume of the resonator chamber.
В скважине за сотовой конструкцией формируется система упругих волн двух близких частот. При распространении в канале скважины эти волны изменяют свойства среды, быстро утрачивают свою синусоидальную форму вследствие нелинейности среды и начинают оказывать влияние друг на друга. При взаимодействии двух волн в ближнем поле происходит преобразование частоты колебаний, т.н. модуляция волн, в результате которой формируется волновой пакет, содержащий волны комбинационных частот. В ближнем поле, наряду с волнами исходных частот ω1 и ω2, появляются волны суммарной частоты (ω1+ω2), разностной частоты (ω1-ω2) и дробных частот. Нас интересует появление волны разностной частоты. К сожалению, амплитуда волны разностной частоты весьма невелика и без дополнительного усиления она быстро рассеется в пространстве скважины. Поэтому сразу на выходе из канала предусмотрена объемная резонансная камера для усиления волны разностной частоты. Затем усиленная волна распространяется в призабойную область продуктивного пласта.In the well behind the honeycomb structure, a system of elastic waves of two close frequencies is formed. When propagating in the borehole channel, these waves change the properties of the medium, quickly lose their sinusoidal shape due to the nonlinearity of the medium, and begin to influence each other. When two waves interact in the near field, the vibration frequency is converted, the so-called wave modulation, which results in the formation of a wave packet containing waves of Raman frequencies. In the near field, along with the waves of the initial frequencies ω 1 and ω 2 , waves of the total frequency (ω 1 + ω 2 ), difference frequency (ω 1 -ω 2 ) and fractional frequencies appear. We are interested in the appearance of a wave of difference frequency. Unfortunately, the amplitude of the difference-frequency wave is very small and without additional amplification it quickly dissipates in the space of the well. Therefore, immediately at the exit from the channel, a volume resonance chamber is provided to amplify the difference frequency wave. Then the amplified wave propagates into the bottomhole region of the reservoir.
Устройство состоит из нескольких одинаковых конструкций - модулей - генераторов Гартмана, соединенных в соты. Каждый модуль генератора Гартмана включает: сопло круглого сечения 1 (см. фиг.1), установленное жестко в переднюю стенку 2 корпуса. Передняя стенка имеет шестигранную форму при виде спереди. Резонатор 3 представляет собой полое тело вращения с днищем - стакан, установленный по резьбе в заднюю крышку 4 корпуса, открытой стороной к соплу. В корпусе, между передней и задней крышками, прорезаны продольные щели, а в задней крышке прорезаны радиальные щели. Днище резонатора установлено с возможностью перемещения вдоль оси резонатора. Сопла всех генераторов выполнены одинакового размера.The device consists of several identical structures - modules - Hartmann generators connected to cells. Each module of the Hartmann generator includes: a nozzle of circular cross-section 1 (see figure 1), mounted rigidly in the
Сопло и резонатор установлены соосно в корпус с некоторым интервалом между выходным срезом сопла и входным срезом резонатора. Причем сотовая конструкция набрана из генераторов Гартмана двух типоразмеров. Часть генераторов Гартмана имеет меньший интервал h1 (см. фиг.1) между выходным срезом сопла и входным срезом резонатора и равные ему по величине глубину камеры резонатора ℓр (см. фиг.2) и ее диаметр dc. Другая часть генераторов Гартмана имеет больший интервал h2 между выходным срезом сопла и входным срезом резонатора и равные ему по величине глубину камеры резонатора ℓр и ее диаметр dc. Генераторы собраны в соты в шахматном порядке так, чтобы соседние генераторы различались размером интервала между соплом и резонатором и, соответственно, глубиной и диаметром самого резонатора.The nozzle and resonator are mounted coaxially in the housing with a certain interval between the output section of the nozzle and the input section of the resonator. Moreover, the honeycomb design is drawn from Hartmann generators of two sizes. A part of the Hartmann generators has a smaller interval h1 (see FIG. 1) between the output section of the nozzle and the input section of the resonator and the cavity cavity depth ℓр equal to it (see FIG. 2) and its diameter dc. The other part of the Hartmann generators has a larger interval h2 between the output section of the nozzle and the input section of the resonator and the cavity cavity depth ℓр and its diameter dc equal to it in magnitude. The generators are stacked in a checkerboard pattern so that adjacent generators differ in the size of the interval between the nozzle and the resonator and, accordingly, in the depth and diameter of the resonator itself.
Сотовая конструкция излучателя установлена внутри скважины таким образом, чтобы подача подаваемого в пласт газа могла осуществляться только через сопла генераторов. Пространство между соплами перекрыто шестигранными передними стенками генераторов.The honeycomb structure of the emitter is installed inside the well so that the gas supplied to the formation can be supplied only through the nozzles of the generators. The space between the nozzles is covered by the hexagonal front walls of the generators.
За сотовым устройством расположена камера объемного резонатора (не показан).Behind the cellular device is a cavity resonator camera (not shown).
Генерация колебаний давления в генераторе Гартмана очень чувствительна к взаимному расположению выходного среза сопла и входного среза стакана резонатора. Поэтому резонатор устанавливается в задней крышке по резьбе для того, чтобы иметь возможность регулировать интервал между соплом и резонатором. Также и глубина камеры резонатора настраивается перемещением днища по оси стакана.The generation of pressure fluctuations in the Hartmann generator is very sensitive to the relative position of the nozzle exit cut and the resonator nozzle entrance cut. Therefore, the resonator is mounted in the rear cover along the thread in order to be able to adjust the interval between the nozzle and the resonator. Also, the depth of the cavity chamber is adjusted by moving the bottom along the axis of the glass.
Кроме того, при модуляции волн накачки и формировании волны разностной частоты в ближнем поле, желательно иметь возможность настраивать длину этого ближнего поля путем перемещения объемного резонатора в направлении оси устройства. В том случае, если объемный резонатор представляет собой нижнюю часть скважины, отделенную от остальной части скважины пакером, то желательно выполнять пакер с возможностью его перемещения вдоль колонны насосно-компрессорных труб.In addition, when modulating pump waves and generating a difference-frequency wave in the near field, it is desirable to be able to adjust the length of this near field by moving the cavity resonator in the direction of the device axis. In the event that the cavity resonator is the lower part of the well, separated from the rest of the well by the packer, it is desirable to make the packer with the ability to move it along the string of tubing.
Работает устройство следующим образом. Рабочая жидкость разгоняется в сопле и затекает с высокой скоростью в камеру резонатора. При этом перед входным срезом камеры образуется отсоединенный скачок давления с разрывом сплошности среды. В камере повышается давление и рабочая жидкость начинает кратковременно вытекать из камеры обратно. При этом скачок отодвигается от входного среза камеры. Такой неустойчивый режим приводит к вибрации отсоединенного скачка давления и колебаниям давления в окружающем пространстве. Колебания давления усиливаются в камере-резонаторе, частота собственных колебаний которой настроена в резонанс с частотой вибрации скачка давления перед срезом камеры-резонатора, и распространяются в окружающем пространстве в виде волны упругих колебаний.The device operates as follows. The working fluid accelerates in the nozzle and flows at high speed into the cavity chamber. In this case, a disconnected pressure jump with a discontinuity of the medium is formed in front of the inlet section of the chamber. The pressure in the chamber rises and the working fluid begins to flow back out of the chamber for a short time. In this case, the jump moves away from the input slice of the camera. Such an unstable mode leads to vibration of the disconnected pressure jump and pressure fluctuations in the surrounding space. Pressure fluctuations are amplified in the resonator chamber, the natural frequency of which is tuned in resonance with the vibration frequency of the pressure jump before the cutoff of the resonator chamber, and propagate in the surrounding space in the form of a wave of elastic vibrations.
За сотовой конструкцией распространяются волны двух частот, меньшей частоты, за генераторами большего размера, и большей частоты, за генераторами меньшего размера. В канале за сотовым излучателем волны изменяют состояние среды и таким образом оказывают влияние друг на друга. При взаимодействии волн низкой частоты с волнами высокой частоты в канале формируется волновой пакет, содержащий целое семейство волн. В нем присутствуют волны первоначальных частот, а также целое семейство волн различных комбинационных частот: дробных частот, суммарной и разностной частот. Волны комбинационных частот имеют весьма незначительную амплитуду колебаний давления, поэтому волну разностной частоты усиливают в камере объемного резонатора и направляют через перфорационные отверстия обсадной трубы в призабойную зону пласта.Behind the honeycomb structure, waves of two frequencies propagate, the lower frequency, behind the larger generators, and the higher frequency, behind the smaller generators. In the channel behind the cellular radiator, the waves change the state of the medium and thus influence each other. In the interaction of low-frequency waves with high-frequency waves in the channel, a wave packet is formed containing a whole family of waves. It contains waves of the original frequencies, as well as a whole family of waves of various combination frequencies: fractional frequencies, total and difference frequencies. The Raman waves have a very small amplitude of pressure fluctuations, therefore, the differential frequency wave is amplified in the chamber of the cavity resonator and sent through the perforation holes of the casing to the bottomhole formation zone.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016105182A RU2637008C2 (en) | 2016-02-16 | 2016-02-16 | Method and device for jet honeycomb parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016105182A RU2637008C2 (en) | 2016-02-16 | 2016-02-16 | Method and device for jet honeycomb parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016105182A RU2016105182A (en) | 2017-08-21 |
| RU2637008C2 true RU2637008C2 (en) | 2017-11-29 |
Family
ID=59744636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016105182A RU2637008C2 (en) | 2016-02-16 | 2016-02-16 | Method and device for jet honeycomb parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2637008C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2705126C1 (en) * | 2019-01-14 | 2019-11-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Method of generating pressure waves in the annular space of an injection well and a jet acoustic radiator with a short nozzle and a slot resonator for its implementation |
| RU2789492C1 (en) * | 2022-09-28 | 2023-02-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU402399A1 (en) * | 1971-05-17 | 1973-10-19 | Е. Г. Коновалов, В. С. Галков, Н. И. Фейгинов , В. В. Москвин Минский радиотехнический институт | YSEOOYUNAYAlATVi. : - "'yKNK'HHShbib l and change of MB AM. CL. In OB 1 / 18UDK 534.232 (088.8) |
| US20060162432A1 (en) * | 2002-11-18 | 2006-07-27 | Saudi Arabian Oil Company | Corrosion testing apparatus |
| RU2336130C1 (en) * | 2007-02-27 | 2008-10-20 | Алексей Иванович Цветков | Infrasound gas-jet resonance radiator |
| RU2478438C2 (en) * | 2011-04-06 | 2013-04-10 | Учреждение Российской академии наук Казанский научный центр РАН | Method of combined device to generate pressure oscillation in fluid flow |
| RU2544201C2 (en) * | 2013-01-09 | 2015-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский научный центр Российской академии наук | Method and device for generating wave field at injector bottomhole with automatic tuning of generation constant frequency |
-
2016
- 2016-02-16 RU RU2016105182A patent/RU2637008C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU402399A1 (en) * | 1971-05-17 | 1973-10-19 | Е. Г. Коновалов, В. С. Галков, Н. И. Фейгинов , В. В. Москвин Минский радиотехнический институт | YSEOOYUNAYAlATVi. : - "'yKNK'HHShbib l and change of MB AM. CL. In OB 1 / 18UDK 534.232 (088.8) |
| US20060162432A1 (en) * | 2002-11-18 | 2006-07-27 | Saudi Arabian Oil Company | Corrosion testing apparatus |
| RU2336130C1 (en) * | 2007-02-27 | 2008-10-20 | Алексей Иванович Цветков | Infrasound gas-jet resonance radiator |
| RU2478438C2 (en) * | 2011-04-06 | 2013-04-10 | Учреждение Российской академии наук Казанский научный центр РАН | Method of combined device to generate pressure oscillation in fluid flow |
| RU2544201C2 (en) * | 2013-01-09 | 2015-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский научный центр Российской академии наук | Method and device for generating wave field at injector bottomhole with automatic tuning of generation constant frequency |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2705126C1 (en) * | 2019-01-14 | 2019-11-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Method of generating pressure waves in the annular space of an injection well and a jet acoustic radiator with a short nozzle and a slot resonator for its implementation |
| RU2789492C1 (en) * | 2022-09-28 | 2023-02-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016105182A (en) | 2017-08-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3520362A (en) | Well stimulation method | |
| RU2637008C2 (en) | Method and device for jet honeycomb parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole | |
| RU2369734C1 (en) | Facility for wave treatment of payout bed | |
| Thomas et al. | A review of acoustic compressors and pumps from fluidics perspective | |
| RU2653205C2 (en) | Method and device of jet combined parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole | |
| RU2544201C2 (en) | Method and device for generating wave field at injector bottomhole with automatic tuning of generation constant frequency | |
| WO2014046560A1 (en) | Device for decolmatation of the critical area of exploitation and injection wells | |
| RU2572250C2 (en) | Method and device with ring for generation of pressure waves at bottom of well | |
| RU2478438C2 (en) | Method of combined device to generate pressure oscillation in fluid flow | |
| RU2637009C2 (en) | Method and device of jet parametrical gun with two toroidal chambers for pressure waves generating and modulating in the injection well hole | |
| RU2399746C1 (en) | Device for wave processing of productive formations | |
| RU2175718C2 (en) | Equipment to treat face zone of pool and hydrodynamic generator of flow rate variations for it | |
| RU2789492C1 (en) | Method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation | |
| RU2616024C1 (en) | Method and device with solid bottom to generate pressure waves in the injection well bore | |
| RU2610598C2 (en) | Method and device for two-chamber helmholz spray oscillator for generating pressure waves at the bottom hole | |
| Gubaidullin et al. | Experimental study of nonlinear oscillations of aerosols in tubes in the shock-free mode near resonance. | |
| RU2392046C2 (en) | Hydrocarbon destruction device and application thereof | |
| RU2318115C2 (en) | Device for hydrocavitational productive bed and screen treatment | |
| RU2575285C2 (en) | Device with combined effect on productive formation and bottom-hole zone | |
| RU2540746C2 (en) | Method and device for wave field generation at injector bottomhole with permanent rate of generation at changeable formation pressure | |
| RU2544200C2 (en) | Method and device for generating wave field at injector bottomhole with automatic tuning of generation resonant mode | |
| RU2705126C1 (en) | Method of generating pressure waves in the annular space of an injection well and a jet acoustic radiator with a short nozzle and a slot resonator for its implementation | |
| CN104646263A (en) | Conical hole front cover plate broadband longitudinal vibration transducer | |
| RU2135736C1 (en) | Gear to treat productive stratum | |
| RU2279694C1 (en) | Method of acoustic influence onto oil pool in face zone |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180217 |