RU2720343C1 - Акустический излучатель для обработки нефтяных и газовых скважин - Google Patents

Акустический излучатель для обработки нефтяных и газовых скважин Download PDF

Info

Publication number
RU2720343C1
RU2720343C1 RU2019129125A RU2019129125A RU2720343C1 RU 2720343 C1 RU2720343 C1 RU 2720343C1 RU 2019129125 A RU2019129125 A RU 2019129125A RU 2019129125 A RU2019129125 A RU 2019129125A RU 2720343 C1 RU2720343 C1 RU 2720343C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oil
filled
chamber
acoustic
emitter
Prior art date
Application number
RU2019129125A
Other languages
English (en)
Inventor
Башир Султанович Кульбужев
Тимур Султанович Кулбужев
Original Assignee
Башир Султанович Кульбужев
Тимур Султанович Кулбужев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Башир Султанович Кульбужев, Тимур Султанович Кулбужев filed Critical Башир Султанович Кульбужев
Priority to RU2019129125A priority Critical patent/RU2720343C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2720343C1 publication Critical patent/RU2720343C1/ru
Priority to EP20189344.3A priority patent/EP3792449B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/08Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with magnetostriction
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B28/00Vibration generating arrangements for boreholes or wells, e.g. for stimulating production
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E21B36/04Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones using electrical heaters
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/003Vibrating earth formations
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25Methods for stimulating production

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и предназначено для воздействия на призабойную зону нефтяных и газовых скважин с целью увеличения их производительности. Акустический излучатель для обработки нефтяных и газовых скважин представляет собой цилиндрический корпус, состоящий из двух герметичных камер и одной камеры, сообщающейся с внешней средой посредством окон. Причем одна герметичная камера заполнена воздухом и имеет герметичные электрические вводы, а вторая герметичная камера заполнена электроизоляционной жидкостью. При этом в камере, заполненной электроизоляционной жидкостью, расположен магнитострикционный преобразователь с сердечником цилиндрической формы с электрической обмоткой и торцевыми накладками из упругого материала между ними. Техническим результатом является увеличение радиуса эффективного воздействия акустического излучателя на призабойную зону пласта за счет усиления акустической мощности магнитострикционного преобразователя, имеющего преимущественно радиальную направленность излучения, а также предотвращения коррозионного разрушения излучателя и повышения его коэффициента полезного действия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и предназначено для воздействия на призабойную зону нефтяных и газовых скважин с целью увеличения их производительности.
Одним из методов решения этой задачи является воздействие энергией акустического поля на продуктивный пласт. Для создания такого поля чаще всего используются два типа излучающих систем: магнитострикционного и пьезокерамического типа, основной частотный диапазон которых лежит в интервале 10-25 кГц. Каждый из указанных двух типов излучателей имеет свои достоинства и недостатки и их использование зависит от многих факторов.
Для излучателей (устройств) с магнитострикционным преобразователем наиболее часто используется стержневой тип активного элемента - магнитостриктора. Основным аргументом в пользу выбора именно стержневого типа преобразователя является возможность изготовления излучателей небольших размеров. В качестве пассивного элемента, который предназначен для передачи в обрабатываемую среду энергии упругих колебаний, создаваемых активным элементом- магнитостриктором, используют жидкость или волновод.
Известны устройства для акустического воздействия на призабойную зону продуктивных пластов по патентам: [Патент RU № 2026970, E21B 43/25, опубликован 20.01.1995], [Патент RU № 2674165, E21B 28/00, опубликован 05.12.2018], в которых магнитострикционные преобразователи стержневого типа с электрической обмоткой на стержнях находятся в вакуумированной камере. При этом передача энергии упругих колебаний в обрабатываемую среду производится посредством приведения в колебательное движение жидкости заполняющей камеру и соответственно стенку корпуса излучателя, которая играет роль резонатора.
В некоторых случаях в качестве пассивного элемента для передачи энергии используется волновод или акустический трансформатор, в этом случае помимо передачи энергии назначение волновода - предохранять магнитостриктор от непосредственного контакта с агрессивной скважинной средой. Такая конструкция использована в работе [Патент RU № 2196217, МПК E21B 28/00, E21B 43/25, опубликован 10.01.2003].
В работе [Патент RU № 2634769, МПК E21B 43/25, E21B 28/00, опубликован 03.11.2017] также передача энергии магнитостриктора происходит посредством волновода, но в отличие от предыдущего случая магнитострикционный стержневой преобразователь находится в камере открытого типа, имея непосредственный контакт со скважинной средой.
Необходимо отметить, что у всех перечисленных устройств в качестве источника акустического излучения используются магнитострикционные преобразователи стержневого типа. При этом общим недостатком таких устройств является то, что излучающая поверхность устройства имеет небольшую площадь, а сами магнитострикционные преобразователи большую часть энергии излучают в осевом направлении и лишь небольшая часть энергии имеет радиальное направление.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности нефтеотдачи.
Техническим результатом является увеличение радиуса эффективного воздействия акустического излучателя на призабойную зону пласта за счет усиления акустической мощности магнитострикционного преобразователя, имеющего преимущественно радиальную направленность излучения, а также предотвращения коррозионного разрушения излучателя и повышения его коэффициента полезного действия.
Технический результат достигается за счет того, что акустический излучатель содержит составной корпус, состоящий из двух герметичных камер и одной камеры, сообщающейся с внешней средой посредством выполненных в нижней части составного корпуса окон. При этом в полости первой герметичной камеры (соосной с геофизической головкой), заполненной воздухом, расположены герметичные электрические вводы для подключения обмоток возбуждения магнитострикционного преобразователя. Согласно изобретению, во второй герметичной камере, заполненной электроизоляционной жидкостью, расположен акустический магнитострикционный преобразователь цилиндрической формы с электрической обмоткой. Особенностью конструктивного выполнения магнитострикционного преобразователя является то, что между цилиндрическим сердечником магнитострикционного преобразователя и его обмоткой установлены торцевые накладки из упругого материала, которые служат для равномерной укладки и обеспечения минимального зазора между обмоткой и самим цилиндрическим сердечником, а также для фиксации магнитострикционного преобразователя в герметичной камере. Герметичная камера, заполненная жидкостью и оканчивается сильфоном, который необходим для выравнивания давления в герметичной камере излучателя с внешним скважинным давлением. Заливку электроизоляционной жидкости в герметичную камеру излучателя производят через отверстие в торце сильфона, которое закрывается пробкой.
Механические колебания магнитострикционного преобразователя с цилиндрическим сердечником имеют радиальную направленность, то есть через электроизоляционную жидкость передаются на корпус излучателя, выполняющего роль резонатора, а от него в скважинную среду, в котором происходит формирование акустического поля в скважине и прискважинной зоне. Отдельные детали в корпусе излучателя изготовлены из немагнитных материалов, что позволяет минимизировать электрические потери.
Таким образом, минимизация электрических потерь, хороший отвод тепла от магнитострикционного преобразователя через электро-изоляционную жидкость к стенкам корпуса излучателя, а через неё в скважинную среду, обеспечивает стабильный тепловой режим устройства, а изоляция магнитострикционного преобразователя от агрессивной скважинной среды, позволяют повысить надежность работы и коэффициент полезного действия излучателя и, как результат, эффективность акустического воздействия на пласт.
Расчет резонансной частоты. Кольцевые магнитострикционные преобразователи, в зависимости от расположения экрана излучают звук внутренней или наружной поверхностью. В нашем случае, излучение осуществляется во внешнею среду с равномерной азимутальной характеристикой направленности в плоскости, перпендикулярной оси Фиг.1.
Для магнитострикционного преобразователя, набранного из тонких колец и работающего на поперечном пьезоэффекте собственная частота определяется из выражения:
f0 =
Figure 00000001
, (1)
где с – скорость звука в материале, из которого собран сердечник кольцевого преобразователя, С
Figure 00000002
Е – модуль Юнга, 2,18*1011 Па
Figure 00000003
- плотность материала, для пермендюра
Figure 00000003
= 8,15*103 кг/м3
R - средний радиус кольца,
Figure 00000004
= 42,5 10-3 м
Рассчитаем скорость звука в пермендюре:
С
Figure 00000002
=
Figure 00000005
= 0,517189 104 = 5171,89 = 5172 м/сек,
Тогда резонансная частота кольцевого магнитострикционного преобразователя:
f0 =
Figure 00000006
= 19368 Гц, принимаем 19500 Гц.
Таким образом собственная частота скважинного акустического излучателя будет:
f0 = 19500 Гц.
Также были проведены расчеты других электрических параметров согласно методикам, изложенным в [1], [2] и [3] :
[1] Голямина И. П. «Ультразвуковые преобразователи». - М.: 1972.-200с; [2] Донской А. В., Келлер О. К. «Ультразвуковые электротехнологические установки».-Л.:Энергоиздат,1982.-208с.; [3] ГОСТ 27955-88 (МЭК 782-84) Преобразователи ультразвуковые магнито-
стрикционные. Методы измерения характеристик;
На Фиг. 1 приведено направление колебаний цилиндрического (кольцевого) магнитострикционного преобразователя, где R-внешний радиус сердечника; а-ширина кольца;
На Фиг.2 приведен продольный разрез скважинного акустического излучателя.
Акустический излучатель для обработки нефтяных и газовых скважин содержит составной корпус 1, состоящий из нескольких камер: двух герметичных камер 4 и 10, и одной (нижней) камеры 2, сообщающейся с внешней средой посредством выполненных в нижней части корпуса акустического излучателя окон 3. При этом в полость герметичной камеры 10 (соосной с геофизической головкой 9) и заполненной воздухом заводятся герметичные электрические вводы 11 для подключения обмоток возбуждения магнитострикционного преобразователя 7.
Согласно изобретению, в герметичной камере 4, заполненной электроизоляционной жидкостью в зоне вибрации 5 расположен магнитострикционный преобразователь 7 с сердечником цилиндрической формы с электрической обмоткой, при этом между цилиндрическим сердечником преобразователя и обмоткой установлены торцевые накладки 8 из упругого материала, которые служат для равномерной укладки и обеспечения минимального зазора между обмоткой и цилиндрическим сердечником, а также для фиксации магнитострикционного преобразователя 7.
Герметизация составных частей корпуса 1 акустического излучателя обеспечивается уплотнительными резиновыми кольцами (на фиг. не представлены), механическое крепление частей обеспечивается разъёмными резьбовыми соединениями (на фиг. не представлены).
На верхнем конце корпуса 1 излучателя над герметичной камерой 4 с магнитострикционным преобразователем 7 установлена стандартная геофизическая головка 9 для соединения скважинного акустического излучателя с питающим кабелем (на фиг. не представлен), соединенная с электрическими обмотками магнитострикционного преобразователя 7 с использованием герметичных электрических вводов 11. Камера 2, сообщающаяся со скважинной средой через окна 3 представляет собой цилиндр, оканчивающийся конусной частью. Давление во внутренней герметичной камере 4 излучателя, заполненной электроизолирующей жидкостью выравнивается со скважинным давлением посредством сильфона 6.
Устройство работает следующим образом.
От наземного генератора посредством кабеля через стандартную геофизическую головку 9 и герметичные электрические вводы 11 на электрическую обмотку кольцевого магнитострикционного преобразователя 7, расположенного в герметичной камере 4, подается переменное напряжение рабочей частоты, соответствующей резонансной частоте магнитострикционного преобразователя 7. При этом соединение контактов геофизической головки 9 с герметичными электрическими вводами 11 осуществляется посредством проводников (на фиг. не представлены), проходящих через полость герметичной камеры 10. Одновременно от того же генератора на эту же электрическую обмотку подается ток подмагничивания.
Переменный ток, проходя по обмотке сердечника кольцевого магнитострикционного преобразователя 7, создает в сердечнике переменное электромагнитное поле, вызывающее изменение размеров сердечника в виде радиальных колебаний. Эти колебания, перпендикулярные цилиндрической поверхности сердечника в виде волн сжатия – разряжения передаются в жидкость, окружающую сердечник, что в свою очередь приводит к колебаниям стенок корпуса 1 излучателя (в зоне вибрации 5) и окружающей среды. Между цилиндрическим сердечником и обмоткой магнитострикционного преобразователя 7 установлены торцевые накладки 8 из упругого материала, которые служат для равномерной укладки электрической обмотки, обеспечения минимального зазора между обмоткой и цилиндрическим сердечником, предохранения провода обмотки от перетирания, а также для фиксации магнитострикционного преобразователя 7.
Помимо этого, электромагнитное поле электрической обмотки кольцевого магнитострикционного преобразователя 7 наводит вихревые токи в стенках корпуса 1 излучателя в зоне вибрации 5, которые при этом разогреваются. Скважинная среда, контактирующая с металлическим корпусом 1 излучателя в зоне вибрации 5 прогревается за счет теплопроводности. Таким образом при работе скважинного акустического излучателя происходит одновременное волновое и локальное тепловое воздействие на скважинную среду достаточной мощности, что особенно актуально при работе на скважинах с высоковязкой нефтью. Выравнивание давления герметичной камеры 4, заполненной электроизоляционной жидкостью с внешним скважинным давлением происходит за счет сильфона 6, расположенного в камере 2, сообщающейся со скважинной средой через окна 3.
Применение данного устройства при небольших энергетических затратах позволяет проводить эффективное термоакустическое воздействие на призабойную зону скважины с целью увеличения ее дебита за счёт очистки перфорационных отверстий скважинной арматуры и пор коллектора от механических примесей, газогидратных и асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО). Изобретение позволяет повысить эффективность нефтеотдачи, особенно при добыче высоковязкой нефти.

Claims (2)

1. Акустический излучатель для обработки нефтяных и газовых скважин, представляет собой цилиндрический корпус, состоящий из двух герметичных камер и одной камеры, сообщающейся с внешней средой посредством окон, причем одна герметичная камера заполнена воздухом и имеет герметичные электрические вводы, а вторая герметичная камера заполнена электроизоляционной жидкостью, отличающийся тем, что в камере, заполненной электроизоляционной жидкостью, расположен магнитострикционный преобразователь с сердечником цилиндрической формы с электрической обмоткой и торцевыми накладками из упругого материала между ними.
2. Акустический излучатель для обработки нефтяных и газовых скважин по п.1, отличающийся тем, что магнитострикционный преобразователь содержит сердечник цилиндрической формы, радиальное излучение которого приводит к усилению акустической мощности излучения и эффективному воздействию на скважинную среду в призабойной зоне скважины.
RU2019129125A 2019-09-16 2019-09-16 Акустический излучатель для обработки нефтяных и газовых скважин RU2720343C1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129125A RU2720343C1 (ru) 2019-09-16 2019-09-16 Акустический излучатель для обработки нефтяных и газовых скважин
EP20189344.3A EP3792449B1 (en) 2019-09-16 2020-08-04 Acoustic emitter for the treatment of oil and gas wells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129125A RU2720343C1 (ru) 2019-09-16 2019-09-16 Акустический излучатель для обработки нефтяных и газовых скважин

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2720343C1 true RU2720343C1 (ru) 2020-04-29

Family

ID=70553128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019129125A RU2720343C1 (ru) 2019-09-16 2019-09-16 Акустический излучатель для обработки нефтяных и газовых скважин

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3792449B1 (ru)
RU (1) RU2720343C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1170395A1 (ru) * 1980-09-08 1985-07-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии Акустический излучатель
RU2026970C1 (ru) * 1990-06-05 1995-01-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Экстон" Устройство для акустического воздействия на призабойную зону продуктивных пластов
EP0994237A2 (en) * 1998-10-14 2000-04-19 Japan National Oil Corporation Acoustic wave transmission system and method for transmitting an acoustic wave to a drilling metal tubular member
RU2196217C2 (ru) * 2001-04-17 2003-01-10 Дрягин Вениамин Викторович Скважинный акустический излучатель
RU2304214C1 (ru) * 2006-02-15 2007-08-10 Закрытое акционерное общество "Сибургеосервис" Скважинный акустический излучатель
RU2634769C1 (ru) * 2016-08-23 2017-11-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) Скважинный акустический излучатель

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2005741A (en) * 1932-12-15 1935-06-25 Harvey C Hayes Magneto-strictive sound generator
US2879496A (en) * 1948-09-30 1959-03-24 Research Corp Plastic cast ring stack transducer
US7063144B2 (en) * 2003-07-08 2006-06-20 Klamath Falls, Inc. Acoustic well recovery method and device
RU2674165C1 (ru) 2018-01-29 2018-12-05 "ПОЛЬМАКС" акционерное общество командитно акционерное общество Скважинный акустический излучатель

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1170395A1 (ru) * 1980-09-08 1985-07-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии Акустический излучатель
RU2026970C1 (ru) * 1990-06-05 1995-01-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Экстон" Устройство для акустического воздействия на призабойную зону продуктивных пластов
EP0994237A2 (en) * 1998-10-14 2000-04-19 Japan National Oil Corporation Acoustic wave transmission system and method for transmitting an acoustic wave to a drilling metal tubular member
RU2196217C2 (ru) * 2001-04-17 2003-01-10 Дрягин Вениамин Викторович Скважинный акустический излучатель
RU2304214C1 (ru) * 2006-02-15 2007-08-10 Закрытое акционерное общество "Сибургеосервис" Скважинный акустический излучатель
RU2634769C1 (ru) * 2016-08-23 2017-11-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) Скважинный акустический излучатель

Also Published As

Publication number Publication date
EP3792449B1 (en) 2022-11-02
EP3792449A1 (en) 2021-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7213681B2 (en) Acoustic stimulation tool with axial driver actuating moment arms on tines
US6230799B1 (en) Ultrasonic downhole radiator and method for using same
JP6543703B2 (ja) ダウンホール坑井機器へのワイヤレス電力伝送
CA2553071C (en) Method for intensification of high-viscosity oil production and apparatus for its implementation
RU2503797C1 (ru) Способ разрушения и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах и устройство для его осуществления
US3322196A (en) Electro-acoustic transducer and process for using same for secondary recovery of petroleum from wells
RU2634769C1 (ru) Скважинный акустический излучатель
RU2720343C1 (ru) Акустический излучатель для обработки нефтяных и газовых скважин
CN107762491A (zh) 一种随钻声波测井辐射装置
RU131062U1 (ru) Скважинный акустический прибор
US4558737A (en) Downhole thermoacoustic device
RU2304214C1 (ru) Скважинный акустический излучатель
RU2717845C1 (ru) Излучатель для акустического воздействия на призабойную зону нефтяных скважин
US2705460A (en) Ultrasonic attachment for oil pumps
RU64274U1 (ru) Устройство для низкочастотного акустического воздействия на зону перфорации и нефтеносный пласт в призабойной зоне
RU2169383C2 (ru) Акустический скважинный излучатель
RU2196217C2 (ru) Скважинный акустический излучатель
RU44547U1 (ru) Электроакустический преобразователь и ультразвуковой излучатель (варианты)
RU2376696C1 (ru) Глубоководный низкочастотный гидроакустический излучатель для систем акустической томографии
RU2695409C2 (ru) Способ повышения нефтеотдачи и устройство для его осуществления
SU1086131A1 (ru) Скважинное термоакустическое устройство
RU2161244C1 (ru) Скважинное термоакустическое устройство (варианты)
RU2047280C1 (ru) Акустический излучатель
RU2521094C1 (ru) Скважинный акустический прибор
WO2008024035A2 (en) Device for acoustic action on paraffin deposits in oil-well tubing (owt) in oil wells