RU2789492C1 - Method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation - Google Patents

Method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2789492C1
RU2789492C1 RU2022125397A RU2022125397A RU2789492C1 RU 2789492 C1 RU2789492 C1 RU 2789492C1 RU 2022125397 A RU2022125397 A RU 2022125397A RU 2022125397 A RU2022125397 A RU 2022125397A RU 2789492 C1 RU2789492 C1 RU 2789492C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylindrical chamber
ring
frequency
jet
outlet
Prior art date
Application number
RU2022125397A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Алланович Абдрашитов
Евгений Александрович Марфин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук"
Application granted granted Critical
Publication of RU2789492C1 publication Critical patent/RU2789492C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil industry.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation. The method for generating pressure waves in an injection wellbore includes installing a device for generating and modulating pressure waves at the lower end of the tubing, supplying fluid through an inlet nozzle to a cylindrical chamber. A jet of liquid is directed through the rings to the outlet. A jet of liquid is formed in the space between the bottoms. Primary pressure fluctuations are generated at two high close frequencies when the jet flows through the rings. Create low frequency beats and excite resonance in the cylindrical chamber at a beat frequency corresponding to the natural frequency of the cylindrical chamber. A low-frequency pressure wave is formed behind the outlet in the well annulus at the beat frequency.
EFFECT: technical result consists in increasing the efficiency of pressure fluctuations, in increasing the mobility of fluids in the bottomhole formation space, in increasing the mechanical effect on solid deposits on the walls of the well when a technical fluid is injected into it.
2 cl, 3 dwg

Description

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способу и устройству генерирования волн давления в затрубном пространстве нагнетательной скважины, предназначенным для очистки стенок скважин и отверстий перфорации от твёрдых отложений, декольматации призабойной зоны пласта и увеличения подвижности пластовых флюидов.SUBSTANCE: group of inventions relates to the oil industry, namely to a method and device for generating pressure waves in the annulus of an injection well, designed to clean the walls of wells and perforations from solid deposits, decolmatize the bottomhole formation zone and increase the mobility of formation fluids.

Известно, что закачка жидкости в продуктивный пласт на поздней стадии разработки увеличивает дебит добывающих скважин. Также известно, что создание колебаний давления в прилегающем участке пласта способствует выходу капиллярно защемлённой 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 is known that the injection of fluid into the reservoir at a late stage of development increases the flow rate of production wells. It is also known that the creation of pressure fluctuations in the adjacent section of the formation contributes to the release of capillary pinched oil, decolmatation of the bottomhole zone, which also leads to an increase in the flow rate of production wells. The injection of liquid into the reservoir is carried out 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 насосно-компрессорных труб (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 for creating pressure fluctuations at the bottom of the well are 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 (tubing). The pressure waves generated by these devices attenuate rather quickly, and therefore it is desirable to place them in close proximity to the target, namely, perforation holes in the casing pipes and the bottomhole formation zone.

При таком способе генерирования колебаний давления, вся жидкость прокачивается через гидродинамический генератор, который тем или иным образом создаёт колебания давления в протекающей через него жидкости, распространяя своё воздействие на прилегающую область. Прокачиваемая жидкость затем поступает в пласт. Жёсткая конструкция струйных генераторов и отсутствие движущихся в процессе работы деталей является их достоинством.With this method of generating pressure fluctuations, the entire liquid is pumped through a hydrodynamic generator, which in one way or another creates pressure fluctuations in the liquid flowing through it, spreading its effect to the surrounding area. The pumped fluid then enters the formation. The rigid design of jet generators and the absence of parts moving during operation is their advantage.

Недостатком гидродинамических генераторов является невозможность генерирования волн давления с низкой частотой в ограниченном объёме при высоком давлении подачи жидкости, поскольку для усиления упругих волн низкой частоты требуются резонаторы очень большого размера. Также недостатком гидродинамического генератора является наличие жесткой конструкции, которая затрудняет перенастройку резонансной частоты без существенного изменения всей конструкции.The disadvantage of hydrodynamic generators is the impossibility of generating low-frequency pressure waves in a limited volume at high fluid supply pressure, since very large resonators are required to amplify low-frequency elastic waves. Also, the disadvantage of the hydrodynamic generator is the presence of a rigid structure, which makes it difficult to reconfigure the resonant frequency without a significant change in the entire structure.

Известны устройства и способы генерирования и модуляции волн давления в потоке жидкости, в которых собирают комбинированную акустическую колебательную систему и используют струйные генераторы. Так, например, в патентах [RU2637008, опубл. 29.11.2017 и RU2637009, опубл. 29.11.2017], описаны устройства, которые представляют собой две самостоятельные колебательные системы. Одну часть разночастотной колебательной системы настраивают на генерацию, усиление и формирование высокочастотной волны одной частоты, а другую часть колебательной системы – на другую частоту. При этом систему 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.Devices and methods for generating and modulating pressure waves in a fluid flow are known, in which a combined acoustic oscillatory system is assembled and jet generators are used. So, for example, in patents [RU2637008, publ. 11/29/2017 and RU2637009, publ. 11/29/2017], devices are described that are two independent oscillatory systems. One part of the multi-frequency oscillatory system is tuned to generate, amplify and form a high-frequency wave of one frequency, and the other part of the oscillatory system is tuned to another frequency. In this case, the system is installed in the well. After it, parallel high-frequency waves of two different frequencies are formed, interacting with each other and forming, as a result of modulation in the near field, a low-frequency difference frequency wave, which is amplified in a low-frequency cavity resonator and sent to the injection wellbore.

В патенте [RU2653205, опубл. 07.05.2018] также описана группа изобретений, предназначенная для очистки стенок скважины от твердых отложений. Описан способ генерирования и модуляции волн давления в потоке жидкости, в котором собирают комбинированную акустическую колебательную систему, состоящую из двух совмещенных акустических колебательных систем. При этом внешняя акустическая колебательная система представляет собой струйный осциллятор Гельмгольца и включает входное сопло, камеру-резонатор и выхлопной канал. Внутренняя акустическая колебательная система представляет собой свисток Гальтона и включает входное сопло и втулку-резонатор. Причем обе акустические колебательные системы возбуждаются одновременно одной струей газа, подаваемой из общего кольцевого сопла на острые входные кромки выхлопного канала и втулки-резонатора соответственно. Соединяют кольцевое сопло с каналом насосно-компрессорной трубы и осуществляют по ней подачу в скважину газа, организуют за кольцевым соплом струю газа и направляют ее на острые входные кромки выхлопного канала и втулки-резонатора. Генерируют колебания давления на острых входных кромках выхлопного канала и усиливают их амплитуду в камере-резонаторе. Генерируют колебания давления высокой частоты на острых входных кромках втулки-резонатора и усиливают их амплитуду во втулке-резонаторе. Генерируют колебания давления низкой частоты на острых входных кромках выхлопного канала и усиливают их амплитуду в камере-резонаторе. Формируют на выходе из комбинированной акустической колебательной системы волновой пакет, включающий волны давления высокой и низкой частоты, выполняют их взаимную модуляцию с образованием волны разностной частоты, амплитуду которой усиливают за выхлопным каналом и направляют в призабойное пространство пласта через перфорационные отверстия в стенке обсадной трубы.In the patent [RU2653205, publ. 05/07/2018] also describes a group of inventions designed to clean the walls of the well from solid deposits. A method for generating and modulating pressure waves in a fluid flow is described, in which a combined acoustic oscillatory system is assembled, consisting of two combined acoustic oscillatory systems. In this case, the external acoustic oscillatory system is a Helmholtz jet oscillator and includes an inlet nozzle, a resonator chamber and an exhaust channel. The internal acoustic oscillatory system is a Galton whistle and includes an input nozzle and a resonator sleeve. Moreover, both acoustic oscillatory systems are simultaneously excited by a single gas jet supplied from a common annular nozzle to the sharp input edges of the exhaust channel and resonator bushing, respectively. The annular nozzle is connected to the channel of the tubing and gas is supplied to the well through it, a gas jet is arranged behind the annular nozzle and directed to the sharp inlet edges of the exhaust channel and the resonator sleeve. Pressure fluctuations are generated at the sharp inlet edges of the exhaust channel and their amplitude is increased in the resonator chamber. High-frequency pressure oscillations are generated at the sharp input edges of the resonator sleeve and amplify their amplitude in the resonator sleeve. Low-frequency pressure fluctuations are generated at the sharp input edges of the exhaust channel and their amplitude is increased in the resonator chamber. A wave packet is formed at the output of the combined acoustic oscillatory system, including pressure waves of high and low frequency, they are mutually modulated to form a difference frequency wave, the amplitude of which is amplified behind the exhaust channel and directed to the bottomhole formation space through perforations in the casing wall.

Для генерирования волн давления в затрубном пространстве скважины известны [US4041984, опубл. 16.08.1977] способ и устройство, состоящее из цилиндрического корпуса с двумя параллельными днищами; входного сопла, расположенного в центре переднего днища; выходного отверстия, расположенного соосно входному соплу в центре заднего днища; входное сопло соединено с НКТ, а выходным отверстием направляют вниз по скважине, при этом расстояние между отверстиями и объем камеры масштабируются с размером входного отверстия, и при этом частота собственных колебаний камеры соответствует частоте Гельмгольца.To generate pressure waves in the annulus of the well known [US4041984, publ. 08/16/1977] method and device, consisting of a cylindrical body with two parallel bottoms; an inlet nozzle located in the center of the front bottom; an outlet located coaxially with the inlet nozzle in the center of the rear bottom; the inlet nozzle is connected to the tubing, and the outlet is directed down the well, while the distance between the holes and the volume of the chamber are scaled with the size of the inlet, and the natural frequency of the chamber corresponds to the Helmholtz frequency.

Способ осуществляют следующим образом: в скважину закачивают воду и помещают жидкостный генератор (заявляемое устройство) со струйным приводом. Впускное отверстие во время работы соединено с источником постоянного потока жидкости, таким как обычный насос и аккумулятор, так что текучая среда, протекающая в камеру через впускное отверстие, имеет постоянную скорость, на диаметре D1. Когда жидкость входит в камеру через диаметр, она продолжает двигаться к выходу. Однако по мере того, как жидкость покидает диаметр D1, начинает развиваться вихревое кольцо, средний диаметр которого в конечном итоге превышает диаметр D2 выпускного отверстия, и поэтому часть жидкости попадает в концевую камеру, окружающую выпускное отверстие. На выходе создается волна давления, которая затем распространяется в направлении к входу со скоростью звука в жидкости. Поскольку вихри не являются непрерывными, т.е. разнесены во время своего движения от D1 к D2, изменения уровня энергии струйного течения будут флуктуационными. По мере того, как повышение уровня энергии достигает выпускного отверстия, выходной поток будет увеличиваться, и наоборот. При этом постоянный входной поток, пропорциональный частоте Гельмгольца и длине струи, приводит к колеблющемуся выходному потоку и колебаниям давления внутри камеры примерно с частотой Гельмгольца. Таким образом, выходной поток представляет собой пульсирующий поток. Давление внутри камеры также колеблется, и при постепенном увеличении скорости струи возникают области, в которых наблюдаются большие колебания потока и давления. Недостатком указанного способа генерирования волн давления является невозможность модулирования частоты колебаний давления выходного потока.The method is carried out as follows: water is pumped into the well and a liquid generator (the claimed device) with a jet drive is placed. The inlet is connected during operation to a source of constant fluid flow, such as a conventional pump and accumulator, so that the fluid flowing into the chamber through the inlet has a constant speed, at a diameter D 1 . As the fluid enters the chamber through the diameter, it continues to move towards the exit. However, as the liquid leaves the diameter D 1 , a vortex ring begins to develop, the average diameter of which eventually exceeds the diameter D 2 of the outlet, and therefore part of the liquid enters the end chamber surrounding the outlet. A pressure wave is created at the outlet, which then propagates towards the inlet at the speed of sound in the liquid. Since the vortices are not continuous, i.e. spaced apart during their movement from D 1 to D 2 , changes in the energy level of the jet stream will be fluctuating. As the energy level increase reaches the outlet, the output flow will increase and vice versa. In this case, a constant input flow, proportional to the Helmholtz frequency and jet length, leads to an oscillating output flow and pressure fluctuations inside the chamber at approximately the Helmholtz frequency. Thus, the output stream is a pulsating stream. The pressure inside the chamber also fluctuates, and as the jet speed gradually increases, regions arise in which large fluctuations in flow and pressure are observed. The disadvantage of this method of generating pressure waves is the impossibility of modulating the frequency of pressure fluctuations of the outlet stream.

Для генерирования волн давления в затрубном пространстве скважины известно [RU2122109, опубл. 20.11.1998] изобретение, в котором способ осуществляют следующим образом: в скважину закачивают воду (без активаторов и специального подогрева), необходимую для замещения нефти в продуктивном пласте и поддержания пластового давления. При протекании воды через гидродинамический излучатель часть энергии потока воды преобразуется в упругие колебания в диапазоне частот от 1 до 45 кГц, которые воздействуют на нефтяной коллектор. При этом происходит декольматация призабойной зоны нагнетательной скважины, высвобождение капиллярно замещенной нефти, что приводит к выравниванию фронта замещения нефти водой и повышению на 10-90% нефтеотдачи продуктивных пластов. Способ предусматривает производство в потоке технической жидкости колебаний давления слишком высокой частоты. Как известно, воздействие на пласт колебаниями давления высокой частоты малоэффективно.To generate pressure waves in the annulus of the well, it is known [RU2122109, publ. 11/20/1998] an invention in which the method is carried out as follows: water is pumped into the well (without activators and special heating), necessary to replace oil in the reservoir and maintain reservoir pressure. When water flows through a hydrodynamic emitter, part of the energy of the water flow is converted into elastic vibrations in the frequency range from 1 to 45 kHz, which act on the oil reservoir. In this case, decolmatation of the bottomhole zone of the injection well occurs, the release of capillary-substituted oil, which leads to the alignment of the oil replacement front with water and an increase in oil recovery of productive formations by 10-90%. The method provides for the production of too high frequency pressure oscillations in the technical liquid flow. As is known, the impact on the reservoir by high frequency pressure fluctuations is ineffective.

Для генерирования колебаний давления в потоке жидкости известны [US6029746, опубл. 29.02.2000] способ и устройство, представляющее собой полое тело вращения и состоящее из камеры, входного сопла и выходного отверстия, расположенных соосно с некоторым интервалом. Это устройство называют струйным осциллятором Гельмгольца (СОГ). Устройство состоит из двух относительно самостоятельных элементов. Входное сопло, струя жидкости и выпускное отверстие образуют собой струйный генератор колебаний давления, который функционирует и при отсутствии камеры-резонатора, хотя амплитуда генерируемых колебаний давления весьма невелика. Резонатор усиливает колебания давления, созданные каким-то другим устройством, поскольку заключённый в нём столб жидкости почти неподвижен. Генератор активен, он сам создаёт колебания давления, поскольку в его составе имеется высокоскоростная струя, располагающая для этого запасом кинетической энергии. Резонатор пассивен, он лишь откликается, т.е. усиливает колебания давления, созданные каким-то другим устройством, поскольку заключенный в нем столб жидкости почти неподвижен. Способ генерирования колебаний давления осуществляют следующим образом: устройство спускают в скважину, заполненную кольцевой жидкостью по спусковой колонне с предварительно выбранными скоростями и давлениями, чтобы обеспечить резонансную частоту колебаний в камере. Вихри и затухающие пульсации давления в жидкости выходят из колебательной камеры через центральное отверстие в дне камеры и выводятся через выпускные отверстия устройства. Выбрасываемая жидкость создает пульсирующую ударную волну в жидкости кольцевого пространства в скважине. Пульсирующая ударная волна подвергает перфорационные отверстия изменениям давления, которые вызывают циклические растягивающие и сжимающие напряжения в них и разрушают материал, закупоривающий перфорационные отверстия и скважину. Кроме того, волны давления разрушают части формации и стимулируют скважину для нефтеотдачи. Время, в течение которого обрабатывающее устройство остается вблизи отверстия, зависит от свойств пласта. Недостатком указанных устройств и способа является генерация колебаний давления на одной частоте, что исключает возможность появления периодических низкочастотных всплесков амплитуды колебаний.To generate pressure fluctuations in a fluid flow, [US6029746, publ. 29.02.2000] method and device, which is a hollow body of revolution and consisting of a chamber, an inlet nozzle and an outlet located coaxially with a certain interval. This device is called a Helmholtz jet oscillator (SHO). The device consists of two relatively independent elements. The inlet nozzle, liquid jet and outlet form a jet pressure oscillation generator, which also functions in the absence of a resonator chamber, although the amplitude of the generated pressure oscillations is very small. The resonator amplifies the pressure fluctuations created by some other device, since the liquid column enclosed in it is almost stationary. The generator is active, it itself creates pressure fluctuations, since it contains a high-speed jet that has a reserve of kinetic energy for this. The resonator is passive, it only responds, i.e. amplifies the pressure fluctuations created by some other device, since the liquid column enclosed in it is almost stationary. The method for generating pressure fluctuations is carried out as follows: the device is lowered into a well filled with an annular fluid along a work string at preselected speeds and pressures to provide a resonant frequency of vibrations in the chamber. Vortices and damped pressure pulsations in the liquid exit the oscillating chamber through a central hole in the bottom of the chamber and are discharged through the device outlets. The ejected fluid creates a pulsating shock wave in the fluid of the annulus in the well. The pulsating shock wave subjects the perforations to pressure changes that induce cyclic tensile and compressive stresses in them and destroy the material occluding the perforations and the well. In addition, pressure waves break up parts of the formation and stimulate the well to recover. The time that the treatment device remains near the hole depends on the properties of the formation. The disadvantage of these devices and the method is the generation of pressure oscillations at one frequency, which eliminates the possibility of periodic low-frequency bursts of oscillation amplitude.

Известен способ генерирования волн давления в затрубном пространстве скважины, реализованный в устройстве [Экспериментальное исследование осциллятора Гельмгольца, управляемого струёй. Перевод ВЦП №В-56251 из J. FluidEngineering, 1979, 101, IX, №3, 383-390], при котором устанавливают на нижнем конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) струйный осциллятор Гельмгольца, состоящий из цилиндрической камеры, ограниченной двумя параллельными днищами, с входным соплом, расположенным в центре переднего по потоку днища на оси цилиндрической камеры и соединенным с каналом НКТ, с выходным отверстием, расположенным в центре заднего по потоку днища на оси цилиндрической камеры и направленным в затрубное пространство нагнетающей скважины, при этом, подают жидкость через входное сопло в цилиндрическую камеру, направляют струю жидкости в выходное отверстие, формируют струю жидкости с возмущённой периферией в пространстве между днищами и генерируют первичные колебания давления при протекании струи сквозь выходное отверстие, усиливают первичные колебания давления в цилиндрической камере за счёт возбуждения резонанса на частоте её собственных колебаний, которая настроена конструктивно при производстве цилиндрической камеры, формируют волны давления за выходным отверстием в затрубном пространстве скважины.A known method of generating pressure waves in the annulus of the well, implemented in the device [Experimental study of the Helmholtz oscillator controlled by the jet. Translation of VCP No. B-56251 from J. Fluid Engineering, 1979, 101, IX, No. 3, 383-390], in which a Helmholtz jet oscillator is installed at the lower end of the tubing (tubing) consisting of a cylindrical chamber bounded by two parallel bottoms, with an inlet nozzle located in the center of the downstream bottom on the axis of the cylindrical chamber and connected to the tubing channel, with an outlet located in the center of the downstream bottom on the axis of the cylindrical chamber and directed into the annulus of the injection wells, at the same time, supply fluid through the inlet nozzle to the cylindrical chamber, direct the fluid jet to the outlet, form a fluid jet with a perturbed periphery in the space between the bottoms and generate primary pressure fluctuations when the jet flows through the outlet, amplify the primary pressure fluctuations in the cylindrical chamber due to the excitation of resonance at the frequency of its own oscillations, which is tuned constructively during the production of a cylindrical chamber, pressure waves are formed behind the outlet in the annulus of the well.

Струйный осциллятор предназначен для преобразования кинетической энергии потока в колебательную энергию. Акустический резонатор предназначен для избирательного усиления колебаний давления определённой частоты. Процесс генерации колебаний давления в потоке начинается, как правило, с разгона потока, поскольку амплитуда колебаний давления увеличивается с увеличением величины скоростного напора струи. Разгон потока осуществляется во входном сопле, которое кроме увеличения скорости служит ещё для формирования струи той или иной формы: круглой, плоской, кольцевой. За срезом сопла нестеснённая свободная струя движется в объёме камеры резонатора между крышками. При вытекании через выходное отверстие струя задевает своей возмущённой периферией его острую внутреннюю кромку. Это производит небольшие локальные возмущения давления небольшой амплитуды в области кромки. Камера-резонатор служит для усиления этих первичных колебаний давления. Для усиления первичных локальных колебаний давления внутри камеры-резонатора необходимо согласование частоты первичных колебаний давления (ПКД) с частотой собственных колебаний (ЧСК) столба жидкости, заключённого в камере-резонаторе. Иными словами, можно сказать так, что две части одного устройства должны быть настроены в унисон.The jet oscillator is designed to convert the kinetic energy of the flow into vibrational energy. The acoustic resonator is designed to selectively amplify pressure fluctuations of a certain frequency. The process of generation of pressure fluctuations in the flow begins, as a rule, with the acceleration of the flow, since the amplitude of pressure fluctuations increases with the increase in the velocity head of the jet. The flow is accelerated in the inlet nozzle, which, in addition to increasing the speed, also serves to form a jet of one form or another: round, flat, annular. Behind the nozzle exit, an unconstrained free jet moves in the volume of the resonator chamber between the caps. When flowing through the outlet, the jet touches its sharp inner edge with its perturbed periphery. This produces small local pressure perturbations of small amplitude in the region of the edge. The resonator chamber serves to amplify these primary pressure fluctuations. To amplify the primary local pressure oscillations inside the resonator chamber, it is necessary to match the frequency of primary pressure oscillations (POP) with the natural oscillation frequency (FFR) of the liquid column enclosed in the resonator chamber. In other words, we can say that two parts of one device must be tuned in unison.

Недостатком этого способа генерирования волн давления в затрубном пространстве является высокая частота колебаний давления при генерировании в условиях ограниченного объёма резонатора.The disadvantage of this method of generating pressure waves in the annulus is the high frequency of pressure fluctuations when generated under conditions of a limited resonator volume.

Известны способ и устройство генерирования волн давления в стволе нагнетательной скважины [RU2670623, опубл. 24.10.2018], предназначенные для очистки от твёрдых отложений стенок обсадных труб и отверстий перфорации, декольматации призабойной зоны пласта и увеличения подвижности пластовых флюидов. Скважинный акустический излучатель для генерирования волн давления в потоке жидкости представляет собой полое тело вращения и состоит из: цилиндрической камеры с двумя плоскими днищами; осесимметричного сопла, выполненного в центре переднего днища и выходного отверстия с острой кромкой, выполненного соосно соплу в центре заднего днища. Сопло включает сужающийся разгонный участок и цилиндрический выравнивающий участок, заканчивающийся плоским сопловым срезом, ортогональным оси сопла. При этом геометрия сужающегося разгонного участка плавно сопряжена с геометрией цилиндрического выравнивающего участка без излома контура сопла. При этом плоский сопловой срез расположен на внутренней стенке передней крышки.Known method and device for generating pressure waves in the wellbore of an injection well [RU2670623, publ. October 24, 2018], designed to clean the walls of casing pipes and perforations from solid deposits, decolmatize the bottomhole formation zone and increase the mobility of formation fluids. A borehole acoustic emitter for generating pressure waves in a fluid flow is a hollow body of revolution and consists of: a cylindrical chamber with two flat bottoms; an axisymmetric nozzle made in the center of the front bottom and an outlet with a sharp edge made coaxially to the nozzle in the center of the rear bottom. The nozzle includes a tapering accelerating section and a cylindrical leveling section ending with a flat nozzle cut orthogonal to the nozzle axis. In this case, the geometry of the tapering accelerating section is smoothly associated with the geometry of the cylindrical leveling section without a break in the nozzle contour. In this case, a flat nozzle cut is located on the inner wall of the front cover.

Недостатком устройства и способа генерирования волн давления в затрубном пространства является увеличение скорости потока струи, что, в свою очередь, приводит к недостаточной очистке отверстий перфорации в обсадных трубах и призабойной зоной пласта.The disadvantage of the device and method for generating pressure waves in the annulus is an increase in the jet flow rate, which, in turn, leads to insufficient cleaning of the perforations in the casing and the bottomhole formation zone.

Известны способ и устройство для генерирования волн давления в стволе нагнетательной скважины [RU2572250, опубл. 10.01.2016], принятые заявителем за прототип. Данный способ генерирования волн давления на забое скважины характеризуется тем, что устанавливают на нижнем конце канала насосно-компрессорной трубы (НКТ) струйный осциллятор Гельмгольца (СОГ), представляющий собой полое тело вращения и состоящий из: цилиндрической камеры с двумя параллельными днищами; входного сопла, расположенного в центре первого по потоку днища, кольца с острой внутренней входной кромкой, расположенного в центре камеры на радиальных стойках с возможностью перемещения вдоль цилиндрической камеры, и выходного отверстия с острой кромкой, расположенного соосно входному соплу в центре другого днища. Входное сопло соединяют с каналом НКТ, а выходное отверстие направляют в затрубное пространство скважины. Подают жидкость через входное сопло в цилиндрическую камеру, направляя струю жидкости в выходное отверстие таким образом, чтобы струя в пространстве между входным соплом и выходным отверстием протекала сквозь кольцо и задевала своей возмущённой периферией острую внутреннюю входную кромку кольца, при этом формируют струю жидкости с возмущённой периферией в пространстве между днищами. Генерируют таким образом первичные колебания давления в области острой кромки кольца, которые усиливаются за счет того, что в цилиндрической камере частота собственных колебаний предварительно настроена в резонанс с частотой первичных колебаний давления, вследствие этого формируются волны давления за выходным отверстием в затрубном пространстве скважины.A known method and device for generating pressure waves in the wellbore of an injection well [RU2572250, publ. 01/10/2016], taken by the applicant for the prototype. This method of generating pressure waves at the bottom of the well is characterized by the fact that a Helmholtz jet oscillator (JOG) is installed at the lower end of the tubing (tubing) channel, which is a hollow body of revolution and consists of: a cylindrical chamber with two parallel bottoms; an inlet nozzle located in the center of the first downstream bottom, a ring with a sharp inner inlet edge located in the center of the chamber on radial posts with the ability to move along the cylindrical chamber, and an outlet with a sharp edge located coaxially with the inlet nozzle in the center of the other bottom. The inlet nozzle is connected to the tubing channel, and the outlet is directed into the annulus of the well. Liquid is supplied through the inlet nozzle into the cylindrical chamber, directing the liquid jet into the outlet in such a way that the jet in the space between the inlet nozzle and the outlet hole flows through the ring and touches the sharp inner inlet edge of the ring with its disturbed periphery, while forming a liquid jet with a disturbed periphery in the space between the bottoms. Primary pressure oscillations are thus generated in the area of the sharp edge of the ring, which are amplified due to the fact that in the cylindrical chamber the frequency of natural oscillations is pre-tuned to resonance with the frequency of primary pressure oscillations, as a result, pressure waves are formed behind the outlet in the annulus of the well.

Недостатками способа и устройства, выбранных в качестве прототипа, является отсутствие модуляции волн первичных колебаний давления. Устройство генерирует первичные колебания давления одной частоты, поскольку генерирующее отверстие с острой кромкой одно, камера также настроена на усиление только этих колебаний.The disadvantages of the method and device selected as a prototype is the lack of modulation of the waves of primary pressure fluctuations. The device generates primary pressure oscillations of the same frequency, since there is only one generating hole with a sharp edge, the chamber is also configured to amplify only these oscillations.

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является не только генерирование первичных колебаний, но и модулирование волн, возникающих внутри камеры, усиливающихся и распространяющихся в затрубное пространство. Технической проблемой также является расширения арсенала устройств и способов генерирования и модуляции волн давления в затрубном пространстве.The technical problem to be solved by the claimed group of inventions is not only the generation of primary vibrations, but also the modulation of waves that arise inside the chamber, amplify and propagate into the annulus. The technical problem is also the expansion of the arsenal of devices and methods for generating and modulating pressure waves in the annulus.

Технический результат состоит в генерировании первичных колебаний на двух высоких близких частотах, и такой режим производит низкочастотные биения, приводящие к модуляции волн, возникающих внутри камеры, усиливающихся и распространяющихся в затрубное пространство на частоте биений. Также техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является реализация изобретением указанного назначения.The technical result consists in generating primary oscillations at two high close frequencies, and this mode produces low-frequency beats, leading to modulation of the waves that arise inside the chamber, amplify and propagate into the annulus at the beat frequency. Also, the technical result provided by the invention is the implementation of the specified purpose by the invention.

Техническая проблема решается, и указанный технический результат достигается устройством для генерирования волн давления в стволе нагнетающей скважины – струйным осциллятором Гельмгольца (СОГ), состоящим из:The technical problem is solved, and the specified technical result is achieved by a device for generating pressure waves in the injection wellbore - a Helmholtz jet oscillator (JOG), consisting of:

цилиндрической камеры, ограниченной двумя параллельными днищами, с входным соплом, расположенным в центре переднего по потоку днища на оси цилиндрической камеры и соединенным с каналом НКТ, с выходным отверстием, расположенным в центре заднего по потоку днища на оси цилиндрической камеры, направленным в затрубное пространство скважины, с кольцом с острой входной кромкой, установленным соосно входному соплу и выходному отверстию, в котором внутри цилиндрической камеры между днищами, на оси цилиндрической камеры за первым установлено второе кольцо с острой входной кромкой, соосно первому кольцу, причем первое кольцо с большим диаметром отверстия установлено ближе к входному соплу, а второе кольцо с меньшим диаметром отверстия установлено за первым кольцом.a cylindrical chamber bounded by two parallel bottoms, with an inlet nozzle located in the center of the downstream bottom on the axis of the cylindrical chamber and connected to the tubing channel, with an outlet located in the center of the downstream bottom on the axis of the cylindrical chamber, directed into the annulus of the well , with a ring with a sharp inlet edge mounted coaxially to the inlet nozzle and outlet, in which inside the cylindrical chamber between the bottoms, on the axis of the cylindrical chamber behind the first, a second ring with a sharp inlet edge is installed, coaxial to the first ring, and the first ring with a large hole diameter is installed closer to the inlet nozzle, and the second ring with a smaller hole diameter is installed behind the first ring.

Также техническая проблема решается, и указанный технический результат достигается заявляемым способом генерирования волн давления в стволе нагнетательной скважины, при котором:Also, the technical problem is solved, and the specified technical result is achieved by the claimed method of generating pressure waves in the injection wellbore, in which:

устанавливают на нижнем конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) устройство для генерирования волн давления в потоке жидкости – струйный осциллятор Гельмгольца (СОГ), состоящий из:install at the lower end of the tubing (tubing) a device for generating pressure waves in the fluid flow - a Helmholtz jet oscillator (JOG), consisting of:

цилиндрической камеры, ограниченной двумя параллельными днищами, с входным соплом, расположенным в центре переднего по потоку днища на оси цилиндрической камеры и соединенным с каналом НКТ, с выходным отверстием, расположенным в центре заднего по потоку днища на оси цилиндрической камеры и направленным в затрубное пространство нагнетательной скважины, кольцом с острой входной кромкой, установленным соосно входному соплу и выходному отверстию на оси цилиндрической камеры между днищами;a cylindrical chamber bounded by two parallel bottoms, with an inlet nozzle located in the center of the downstream bottom on the axis of the cylindrical chamber and connected to the tubing channel, with an outlet located in the center of the downstream bottom on the axis of the cylindrical chamber and directed into the annulus of the discharge wells, a ring with a sharp inlet edge mounted coaxially with the inlet nozzle and the outlet on the axis of the cylindrical chamber between the bottoms;

подают жидкость через входное сопло в цилиндрическую камеру, направляют струю жидкости через кольцо в выходное отверстие, формируют струю жидкости с возмущённой периферией в пространстве между днищами и генерируют первичные колебания давления при протекании струи сквозь кольцо,liquid is fed through the inlet nozzle into the cylindrical chamber, the liquid jet is directed through the ring to the outlet, the liquid jet is formed with the perturbed periphery in the space between the bottoms, and primary pressure fluctuations are generated when the jet flows through the ring,

усиливают первичные колебания давления в цилиндрической камере за счёт возбуждения резонанса на частоте её собственных колебаний, которая настроена конструктивно при производстве цилиндрической камеры, формируют волны давления за выходным отверстием в затрубном пространстве скважины,amplify the primary pressure fluctuations in the cylindrical chamber due to the excitation of resonance at the frequency of its own oscillations, which is tuned constructively during the production of the cylindrical chamber, form pressure waves behind the outlet in the annulus of the well,

генерируют первичные колебания давления в цилиндрической камере на двух высоких близких частотах, создают низкочастотные биения и возбуждают резонанс в цилиндрической камере на частоте биений, которая соответствует частоте собственных колебаний цилиндрической камеры, формируют низкочастотную волну давления за выходным отверстием в затрубном пространстве скважины на частоте биений.primary pressure oscillations are generated in the cylindrical chamber at two high close frequencies, low-frequency beats are created and resonance is excited in the cylindrical chamber at a beat frequency that corresponds to the natural oscillation frequency of the cylindrical chamber, a low-frequency pressure wave is formed behind the outlet in the well annulus at the beat frequency.

Особенностью заявляемого способа является то, что используют струйный осциллятор Гельмгольца, внутри цилиндрической камеры которого между днищами, на оси цилиндрической камеры, на небольшом расстоянии от первого, установлено второе кольцо с острой входной кромкой соосно первому кольцу, причем первое кольцо с большим диаметром отверстия установлено ближе к входному соплу, а второе кольцо с меньшим диаметром отверстия установлено за первым кольцом.A feature of the proposed method is that a Helmholtz jet oscillator is used, inside the cylindrical chamber of which between the bottoms, on the axis of the cylindrical chamber, at a small distance from the first, a second ring with a sharp leading edge is installed coaxially to the first ring, and the first ring with a large hole diameter is installed closer to the inlet nozzle, and the second ring with a smaller hole diameter is installed behind the first ring.

В отличие от прототипа, где модуляция волн внутри камеры отсутствует, генерирование первичных колебаний на двух высоких близких частотах производит низкочастотные биения, приводящие к модуляции волн, возникающих внутри камеры, усиливающихся и распространяющихся в затрубное пространство на частоте биений.Unlike the prototype, where there is no modulation of waves inside the chamber, the generation of primary oscillations at two high close frequencies produces low-frequency beats, leading to modulation of the waves that arise inside the chamber, amplify and propagate into the annulus at the beat frequency.

На фигуре 1 изображена схема заявляемого устройства (слева продольный, справа поперечный разрезы).The figure 1 shows a diagram of the proposed device (left longitudinal, right transverse sections).

На фигуре 2 изображена осциллограмма с биениями при генерации заявляемым устройством колебаний давления на двух близких частотах.The figure 2 shows an oscillogram with beats when the claimed device generates pressure fluctuations at two close frequencies.

На фигуре 3 представлена амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) колебательного процесса в заявляемом устройстве при режиме биений.The figure 3 shows the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the oscillatory process in the proposed device in the beat mode.

Заявляемое устройство для генерирования и модуляции волн давления в затрубном пространстве скважины состоит из цилиндрической камеры 1, представляющей собой полую стальную трубу, заглушенную с обоих сторон плоскими стальными днищами. Днища камеры 1 плотно приварены к стальной трубе и установлены параллельно друг другу.The inventive device for generating and modulating pressure waves in the annulus of the well consists of a cylindrical chamber 1, which is a hollow steel pipe, muffled on both sides with flat steel bottoms. The bottoms of the chamber 1 are tightly welded to the steel pipe and installed parallel to each other.

В переднем по потоку (входном) днище цилиндрической камеры 1 на оси камеры 1 установлено входное сопло 2, представляющее собой небольшой кусок стальной трубы.In the upstream (inlet) bottom of the cylindrical chamber 1, on the axis of the chamber 1, an inlet nozzle 2 is installed, which is a small piece of steel pipe.

В заднем по потоку (выходном) днище цилиндрической камеры 1 выполнено выходное отверстие 3 с острой внутренней кромкой, обращённой внутрь цилиндрической камеры 1.In the downstream (outlet) bottom of the cylindrical chamber 1, an outlet 3 is made with a sharp inner edge facing the inside of the cylindrical chamber 1.

Также в цилиндрической камере 1, соосно входному соплу 2 и выходному отверстию 3, на небольшом расстоянии друг от друга установлено два стальных кольца 4 и 5. Кольца 4 и 5 могут быть установлены в цилиндрической камере 1 любым возможным способом, например, как в прототипе, на радиальных стойках, приваренных к камере и к кольцам.Also in the cylindrical chamber 1, coaxially with the inlet nozzle 2 and outlet 3, two steel rings 4 and 5 are installed at a small distance from each other. Rings 4 and 5 can be installed in the cylindrical chamber 1 in any possible way, for example, as in the prototype, on radial posts welded to the chamber and to the rings.

Кольца 4 и 5 имеют острые внутренние входные кромки на стороне, обращённой к входному соплу. При этом кольцо 4, с большим диаметром отверстия, устанавливают ближе к входному соплу 2, а кольцо 5, с меньшим диаметром отверстия конструктивно располагают за кольцом 4. Отверстия колец выполнены различных диаметров для того, чтобы в кольцо 5 с меньшим диаметром внутреннего отверстия попадала внутренняя невозмущённая часть струи, а не след от переднего кольца. Это сделано для возможности осуществить генерацию первичных колебаний давления на двух близких частотах, определяемых удалённостью кольца от входного сопла 2.Rings 4 and 5 have sharp inner inlet edges on the side facing the inlet nozzle. In this case, the ring 4, with a large hole diameter, is installed closer to the inlet nozzle 2, and the ring 5, with a smaller hole diameter, is structurally placed behind the ring 4. The holes of the rings are made of different diameters so that the inner hole gets into the ring 5 with a smaller diameter of the inner hole. the undisturbed part of the jet, and not a trace from the front ring. This was done to enable the generation of primary pressure oscillations at two close frequencies, determined by the distance of the ring from the inlet nozzle 2.

Размеры отверстий колец никак не отражаются на частоте генерации первичных колебаний, значение имеет лишь расстояния между кольцом 4 и входным соплом 2 и кольцом 5 и входным соплом 2.The dimensions of the holes of the rings do not affect the frequency of generation of primary oscillations, only the distances between the ring 4 and the inlet nozzle 2 and the ring 5 and the inlet nozzle 2 matter.

Работает устройство для генерирования волн давления в затрубном пространстве скважины следующим образом.Operates a device for generating pressure waves in the annulus of the well as follows.

Заявляемый способ основывается на использовании способности высокоскоростной струи жидкости генерировать слабые локальные колебания давления при натекании на препятствие с острой (генерирующей) кромкой. В качестве генерирующей кромки могут использовать острый клин, отверстие с острой кромкой в пластине или же кольцо, установленное соосно струе. При натекании струи на острую кромку кольца в непосредственной близости от места соударения возникают слабые первичные колебания давления (ПКД). Их амплитуда очень мала, и их можно уловить только специальными инструментами, а частоту возникновения определяют выражением формулы (1).The proposed method is based on the use of the ability of a high-speed liquid jet to generate weak local pressure fluctuations when it impinges on an obstacle with a sharp (generating) edge. A sharp wedge, a hole with a sharp edge in a plate, or a ring installed coaxially with the jet can be used as a generating edge. When the jet impinges on the sharp edge of the ring, in the immediate vicinity of the impact point, weak primary pressure fluctuations (PSOs) arise. Their amplitude is very small, and they can be caught only with special tools, and the frequency of occurrence is determined by the expression of formula (1).

Для формирования волнового поля на забое скважин на нижнем конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) устанавливают гидродинамический генератор колебаний давления в протекающем потоке жидкости. Наиболее эффективным устройством является струйный осциллятор Гельмгольца (СОГ), в котором до помещения устройства в НКТ, заранее настраивают частоту собственных колебаний давления цилиндрической камеры.To form a wave field at the bottom of wells, a hydrodynamic generator of pressure fluctuations in the flowing fluid flow is installed at the lower end of the tubing. The most effective device is the Helmholtz jet oscillator (JOG), in which, before the device is placed in the tubing, the frequency of natural oscillations of the pressure of the cylindrical chamber is pre-tuned.

Частоту генерации первичных колебаний давления (ПКД) при натекании струи на острые кромки колец определяют из формулы:The frequency of generation of primary pressure fluctuations (POS) when the jet impinges on the sharp edges of the rings is determined from the formula:

Figure 00000001
(1),
Figure 00000001
(1),

где W – скорость струи, L СТР – длина струи, Sh – число Струхаля, которое определяют экспериментально (Sh≈0,3). Частоту генерации изменяют за счёт регулирования длины свободного участка струи, либо скорости истечения из входного сопла 2 при изменении давления подачи. Расстояние между днищами L Д тождественно длине струи L CТР в резонаторе без колец, а в этом изобретении L 1 и L 2 – это расстояния между выходной кромкой входного сопла 2 и кольцами 4 и 5 соответственно. Расход подаваемой жидкости и скорость прокачки определяют приемистостью пласта и поддерживают неизменными в ходе ремонтных работ на скважине.where W is the jet velocity, L STR is the jet length, Sh is the Strouhal number, which is determined experimentally (Sh≈0.3). The generation frequency is changed by adjusting the length of the free section of the jet, or the speed of the outflow from the inlet nozzle 2 when the supply pressure changes. The distance between the bottoms L D is identical to the length of the jet L CSR in the resonator without rings, and in this invention L 1 and L 2 are the distances between the exit edge of the inlet nozzle 2 and the rings 4 and 5, respectively. The flow rate of the supplied liquid and the pumping rate are determined by the injectivity of the formation and maintained unchanged during the workover on the well.

В заявляемом способе заложена возможность настраивать частоту генерации первичных колебаний давления ω на острой внутренней входной кромке кольца при неизменной скорости струи W, за счет перемещения колец вдоль оси струи с изменением длины струи L CТР. Это позволяет изменять объем (V) цилиндрической камеры 1 для согласования частоты собственных колебаний цилиндрической камеры 1 f C с частотой первичных колебаний давления на острой кромке ω.In the claimed method, it is possible to adjust the frequency of generation of primary pressure oscillations ω on the sharp inner inlet edge of the ring at a constant jet velocity W by moving the rings along the jet axis with a change in the jet length L CTR . This allows you to change the volume ( V ) of the cylindrical chamber 1 to match the natural frequency of the cylindrical chamber 1 f C with the frequency of the primary pressure oscillations at the sharp edge ω.

Частоту собственных колебаний (ЧСК) цилиндрической камеры струйного осциллятора Гельмгольца определяют по формуле Релея,The frequency of natural oscillations (FFR) of the cylindrical chamber of the Helmholtz jet oscillator is determined by the Rayleigh formula,

Figure 00000002
(2)
Figure 00000002
(2)

где с – скорость звука, S1– площадь проходного сечения входного сопла, 1 – длина входного сопла, S2– площадь проходного сечения выходного отверстия, 2 – длина выходного отверстия, V – объем цилиндрической камеры диаметром D и длиной L (расстояние между днищами).where c is the speed of sound, S 1 is the area of the passage section of the inlet nozzle, 1 is the length of the inlet nozzle, S 2 is the area of the passage section of the outlet, 2 is the length of the outlet, V is the volume of a cylindrical chamber with a diameter D and a length L (distance between bottoms).

В прототипе размер цилиндрической камеры 1 рассчитывают таким образом, чтобы частота собственных колебаний заключенного в ней столба жидкости была равна частоте генерации первичных колебаний давления на острой кромке выходного отверстия. Обычно, необходимая частота генерации первичных колебаний давления известна, это та самая величина, которая требуется нефтяникам для выполнения очистки ремонтируемой скважины. Если частота образования этих возмущений давления совпадает с частотой собственных колебаний неподвижного столба жидкости, заключенного внутри цилиндрической камеры 1, то амплитуда колебаний давления многократно увеличивается.In the prototype, the size of the cylindrical chamber 1 is calculated in such a way that the frequency of natural oscillations of the liquid column contained in it is equal to the frequency of generation of primary pressure oscillations at the sharp edge of the outlet. Usually, the required frequency of generation of primary pressure fluctuations is known, this is the same value that is required by oilmen to clean up a well being repaired. If the frequency of formation of these pressure perturbations coincides with the frequency of natural oscillations of a stationary liquid column enclosed inside the cylindrical chamber 1, then the amplitude of pressure oscillations increases many times.

В заявляемом изобретении на острых кромках колец 4 и 5 генерируются первичные колебания давления. На кольце 4 генерируются ПКД большей частоты (ω1), поскольку оно установлено ближе к входному соплу 2 и 2 в знаменателе формулы (1) меньше, а на кольце 5 – ПКД меньшей частоты (ω2), так как оно установлено на большем расстоянии от входного сопла. Поскольку расстояния и 1 и и 2 между выходной кромкой входного сопла 2 и кольцами 4 и 5 имеют близкие значения (кольца 4 и 5 расположены близко друг от друга), то ПКД, сгенерированные на острых кромках колец 4 и 5 имеют близкие частоты (ω1 и ω2), колебания этих двух близких частот ω1 и ω2 усиливаются, и их взаимодействие в замкнутом объёме приводит к периодическим всплескам давления с частотой, равной (ω12). При наложении двух периодических колебаний давления близких частот ω1 и ω2 в цилиндрической камере 1 возникает режим биений (Крауфорд Ф.М., Волны. Предмет: Физика. ВУЗ: КузГТУ. стр. 42), в результате которого в цилиндрической камере 1 возникают колебания давления с основной частотой ω=(ω12)/2, а также с частотой биений (ω12).In the claimed invention, primary pressure fluctuations are generated on the sharp edges of the rings 4 and 5. On ring 4, PQDs of higher frequency (ω 1 ) are generated, since it is installed closer to the inlet nozzle 2 and 2 in the denominator of formula (1) is less, and on ring 5, PKDs of lower frequency (ω 2 ), since it is installed at a larger distance from the inlet nozzle. Since the distances and 1 and and 2 between the outlet edge of the inlet nozzle 2 and rings 4 and 5 have similar values (rings 4 and 5 are located close to each other), the VCDs generated on the sharp edges of rings 4 and 5 have close frequencies ( ω 1 and ω 2 ), the oscillations of these two close frequencies ω 1 and ω 2 are amplified, and their interaction in a closed volume leads to periodic bursts of pressure with a frequency equal to (ω 12 ). When two periodic pressure oscillations of close frequencies ω 1 and ω 2 are superimposed in the cylindrical chamber 1, a beating mode occurs (Crawford F.M., Waves. Subject: Physics. University: KuzGTU. p. 42), as a result of which in the cylindrical chamber 1 there are pressure fluctuations with the main frequency ω=(ω 12 )/2, as well as with the beat frequency (ω 12 ).

В заявляемом способе размер цилиндрической камеры 1 формируют таким образом, чтобы частота собственных колебаний заключенного в ней столба жидкости была равна частоте биений (ω12).In the claimed method, the size of the cylindrical chamber 1 is formed in such a way that the frequency of natural oscillations of the liquid column contained in it is equal to the beat frequency (ω 12 ).

Цилиндрическую камеру 1 устанавливают на нижнем конце НКТ и ее входное сопло 2 соединяют с каналом НКТ, а выходное отверстие 3 направляют в затрубное пространство скважины. При подаче в НКТ ремонтируемой скважины технической жидкости вся подаваемая жидкость протекает через входное сопло 2, и при этом на выходе из сопла формируется осесимметричная струя. Струя устремляется на кольца 4 и 5 с острыми внутренними кромками, обращёнными навстречу потоку, при этом генерируются первичные локальные колебания давления двух близких частот в области острых кромок кольца 4 и кольца 5, что создает колебательную систему с частотой собственных колебаний (ЧСК), возбуждаемых при натекании круглой струи жидкости на острые кромки колец 4 и 5. Поскольку кольца 4 и 5 удалены от выходной кромки входного сопла 2 на различное, но близкое по значению расстояние, то частота генерации ПКД на каждом из них будет немного отличаться, причем колебания этих двух близких частот будут усиливаться, и их взаимодействие в замкнутом объёме приведет к периодическим всплескам давления с частотой, равной разнице частот, сгенерированных на кольцах 4 и 5 (частота биений), возникают колебания на основной частоте, и на частоте биений. ЧСК цилиндрической камеры 1 резонирует с частотой биений, многократно усиливая амплитуду колебаний. Далее мощная струя вытекает через выходное отверстие 3 вниз по стволу скважины в затрубное пространство в продуктивный пласт и ещё дальше в призабойную зону пласта, оказывая усиленное механическое воздействие на твердые отложения на стенках скважины, что способствует более эффективной их очистке.The cylindrical chamber 1 is installed at the lower end of the tubing and its inlet nozzle 2 is connected to the tubing channel, and the outlet 3 is directed into the annulus of the well. When a technical fluid is supplied to the tubing of a well being repaired, all the supplied fluid flows through the inlet nozzle 2, and at the same time, an axisymmetric jet is formed at the outlet of the nozzle. The jet rushes to rings 4 and 5 with sharp inner edges facing the flow, while primary local pressure oscillations of two close frequencies are generated in the region of the sharp edges of ring 4 and ring 5, which creates an oscillatory system with a frequency of natural oscillations (FFR) excited at flow of a round jet of liquid onto the sharp edges of rings 4 and 5. Since rings 4 and 5 are removed from the exit edge of the inlet nozzle 2 by a different but close distance, the frequency of generation of the PSD on each of them will be slightly different, and the oscillations of these two close frequencies will be amplified, and their interaction in a closed volume will lead to periodic bursts of pressure with a frequency equal to the difference in frequencies generated on rings 4 and 5 (beat frequency), oscillations occur at the fundamental frequency, and at the beat frequency. The FSK of the cylindrical chamber 1 resonates with the beat frequency, multiplying the oscillation amplitude. Further, a powerful jet flows through the outlet 3 down the wellbore into the annulus into the productive formation and even further into the bottomhole formation zone, exerting an increased mechanical effect on solid deposits on the well walls, which contributes to their more efficient cleaning.

На фигурах 2 и 3 представлены осциллограмма и амплитудно-частотный спектр (АЧС) колебательного процесса в заявляемом устройстве при режиме биений. В АЧС наблюдаются две доминирующие близкие частоты: 173 и 195 Гц.Figures 2 and 3 show the oscillogram and the amplitude-frequency spectrum (AFS) of the oscillatory process in the claimed device in the beat mode. In ASF, two dominant close frequencies are observed: 173 and 195 Hz.

Поэтому в осциллограмме видны периодические всплески и провалы амплитуды регистрируемого сигнала вследствие биений.Therefore, periodic bursts and dips in the amplitude of the recorded signal due to beats are visible in the oscillogram.

Предложенная группа изобретений – способ генерирования и модулирования волн давления в стволе нагнетательной скважины и устройство для его осуществления – позволяют осуществить генерацию первичных колебаний давления на двух близких частотах, приводящую к модуляции волн в затрубном пространстве, и тем самым увеличить эффективность колебания давления, повысить подвижность флюидов в призабойном пространстве пласта и усилить механическое воздействие на твердые отложения на стенках скважины при закачке в нее технической жидкости через струйный параметрический излучатель за счет формирования в канале скважины волны давления низкой частоты с высокой амплитудой, а также расширить арсенал устройств и способов для генерирования и модуляции волн давления в затрубном пространстве.The proposed group of inventions - a method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation - allow the generation of primary pressure oscillations at two close frequencies, leading to wave modulation in the annulus, and thereby increase the efficiency of pressure oscillations, increase fluid mobility in the bottomhole formation space and increase the mechanical impact on solid deposits on the walls of the well when pumping technical fluid into it through a jet parametric emitter due to the formation of a high-amplitude low-frequency pressure wave in the well channel, as well as expand the arsenal of devices and methods for generating and modulating waves pressure in the annulus.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-01174, https://rscf.ru/project/22-29-01174/.The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 22-29-01174, https://rscf.ru/project/22-29-01174/.

Claims (8)

1. Способ генерирования волн давления в стволе нагнетательной скважины, при котором устанавливают на нижнем конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) устройство для генерирования волн давления в потоке жидкости – струйный осциллятор Гельмгольца,1. A method for generating pressure waves in an injection wellbore, in which a device is installed at the lower end of the tubing (tubing) for generating pressure waves in a fluid flow - a Helmholtz jet oscillator, состоящий из: цилиндрической камеры, ограниченной двумя параллельными днищами, с входным соплом, расположенным в центре переднего по потоку днища на оси цилиндрической камеры и соединенным с каналом НКТ, с выходным отверстием, расположенным в центре заднего по потоку днища на оси цилиндрической камеры и направленным в затрубное пространство нагнетающей скважины, кольцом с острой входной кромкой, установленным соосно входному соплу и выходному отверстию на оси цилиндрической камеры между днищами;consisting of: a cylindrical chamber bounded by two parallel bottoms, with an inlet nozzle located in the center of the downstream bottom on the axis of the cylindrical chamber and connected to the tubing channel, with an outlet located in the center of the downstream bottom on the axis of the cylindrical chamber and directed into the annulus of the injection well, a ring with a sharp inlet edge mounted coaxially with the inlet nozzle and the outlet on the axis of the cylindrical chamber between the bottoms; подают жидкость через входное сопло в цилиндрическую камеру, направляют струю жидкости через кольцо в выходное отверстие, формируют струю жидкости с возмущённой периферией в пространстве между днищами и генерируют первичные колебания давления при протекании струи сквозь кольцо,liquid is fed through the inlet nozzle into the cylindrical chamber, the liquid jet is directed through the ring to the outlet, the liquid jet is formed with the perturbed periphery in the space between the bottoms, and primary pressure fluctuations are generated when the jet flows through the ring, усиливают первичные колебания давления в цилиндрической камере за счёт возбуждения резонанса на частоте её собственных колебаний, которая настроена конструктивно при производстве цилиндрической камеры, формируют волны давления за выходным отверстием в затрубном пространстве скважины,amplify the primary pressure fluctuations in the cylindrical chamber due to the excitation of resonance at the frequency of its own oscillations, which is tuned constructively during the production of the cylindrical chamber, form pressure waves behind the outlet in the annulus of the well, отличающийся тем, что используют струйный осциллятор Гельмгольца, внутри цилиндрической камеры которого между днищами на оси цилиндрической камеры за первым установлено второе кольцо с острой входной кромкой соосно первому кольцу, причем первое кольцо с большим диаметром отверстия установлено ближе к входному соплу, а второе кольцо с меньшим диаметром отверстия установлено за первым кольцом, генерируют первичные колебания давления в цилиндрической камере на двух высоких близких частотах, создают низкочастотные биения и возбуждают резонанс в цилиндрической камере на частоте биений, которая соответствует частоте собственных колебаний цилиндрической камеры, формируют низкочастотную волну давления за выходным отверстием в затрубном пространстве скважины на частоте биений.characterized in that a Helmholtz jet oscillator is used, inside the cylindrical chamber of which, between the bottoms, on the axis of the cylindrical chamber behind the first, a second ring with a sharp input edge is installed coaxially to the first ring, the first ring with a large hole diameter is installed closer to the inlet nozzle, and the second ring with a smaller hole diameter is installed behind the first ring, primary pressure oscillations are generated in the cylindrical chamber at two high close frequencies, low-frequency beats are created and resonance is excited in the cylindrical chamber at a beat frequency that corresponds to the natural oscillation frequency of the cylindrical chamber, a low-frequency pressure wave is formed behind the outlet in the annulus well space at the beat frequency. 2. Устройство для генерирования волн давления в потоке жидкости – струйный осциллятор Гельмгольца, 2. A device for generating pressure waves in a liquid flow - a Helmholtz jet oscillator, состоящий из: цилиндрической камеры, ограниченной двумя параллельными днищами, с входным соплом, расположенным в центре переднего по потоку днища на оси цилиндрической камеры и соединенным с каналом НКТ, с выходным отверстием, расположенным в центре заднего по потоку днища на оси цилиндрической камеры, направленным в затрубное пространство скважины, с кольцом с острой входной кромкой, установленным соосно входному соплу и выходному отверстию на оси цилиндрической камеры между днищами,consisting of: a cylindrical chamber bounded by two parallel bottoms, with an inlet nozzle located in the center of the downstream bottom on the axis of the cylindrical chamber and connected to the tubing channel, with an outlet located in the center of the downstream bottom on the axis of the cylindrical chamber, directed to well annulus, with a ring with a sharp inlet edge, installed coaxially with the inlet nozzle and the outlet on the axis of the cylindrical chamber between the bottoms, отличающийся тем, что внутри цилиндрической камеры между днищами, на оси цилиндрической камеры за первым установлено второе кольцо с острой входной кромкой соосно первому кольцу, причем первое кольцо с большим диаметром отверстия установлено ближе к входному соплу, а второе кольцо с меньшим диаметром отверстия установлено за первым кольцом.characterized in that inside the cylindrical chamber between the bottoms, on the axis of the cylindrical chamber behind the first, a second ring with a sharp inlet edge is installed coaxially to the first ring, and the first ring with a large hole diameter is installed closer to the inlet nozzle, and the second ring with a smaller hole diameter is installed behind the first ring.
RU2022125397A 2022-09-28 Method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation RU2789492C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789492C1 true RU2789492C1 (en) 2023-02-03

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4041984A (en) * 1976-07-01 1977-08-16 General Motors Corporation Jet-driven helmholtz fluid oscillator
RU2122109C1 (en) * 1996-09-10 1998-11-20 Акционерное общество закрытого типа НПП "Сибнефтегаз" Method of increasing oil recovery
US6029746A (en) * 1997-07-22 2000-02-29 Vortech, Inc. Self-excited jet stimulation tool for cleaning and stimulating wells
RU2637009C2 (en) * 2016-02-02 2017-11-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский научный центр Российской академии наук Method and device of jet parametrical gun with two toroidal chambers for pressure waves generating and modulating in the injection well hole
RU2637008C2 (en) * 2016-02-16 2017-11-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский научный центр Российской академии наук Method and device for jet honeycomb parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole
RU2653205C2 (en) * 2016-03-09 2018-05-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" Method and device of jet combined parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4041984A (en) * 1976-07-01 1977-08-16 General Motors Corporation Jet-driven helmholtz fluid oscillator
RU2122109C1 (en) * 1996-09-10 1998-11-20 Акционерное общество закрытого типа НПП "Сибнефтегаз" Method of increasing oil recovery
US6029746A (en) * 1997-07-22 2000-02-29 Vortech, Inc. Self-excited jet stimulation tool for cleaning and stimulating wells
RU2637009C2 (en) * 2016-02-02 2017-11-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский научный центр Российской академии наук Method and device of jet parametrical gun with two toroidal chambers for pressure waves generating and modulating in the injection well hole
RU2637008C2 (en) * 2016-02-16 2017-11-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский научный центр Российской академии наук Method and device for jet honeycomb parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole
RU2653205C2 (en) * 2016-03-09 2018-05-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" Method and device of jet combined parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4474251A (en) Enhancing liquid jet erosion
US6029746A (en) Self-excited jet stimulation tool for cleaning and stimulating wells
US5495903A (en) Pulsation nozzle, for self-excited oscillation of a drilling fluid jet stream
JP3181221U (en) Apparatus for implementing a method for generating pressure pulsations
Vijay et al. Ultrasonic modulation of high-speed water jets
RU2369734C1 (en) Facility for wave treatment of payout bed
RU2789492C1 (en) Method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation
RU2544201C2 (en) Method and device for generating wave field at injector bottomhole with automatic tuning of generation constant frequency
RU2572250C2 (en) Method and device with ring for generation of pressure waves at bottom of well
RU2653205C2 (en) Method and device of jet combined parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole
RU2670623C9 (en) Method and device of borehole acoustic radiator with a smooth nozzle input for generating waves of pressure in annulus of injection well
RU2637008C2 (en) Method and device for jet honeycomb parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole
RU2616024C1 (en) Method and device with solid bottom to generate pressure waves in the injection well bore
RU2399746C1 (en) Device for wave processing of productive formations
RU2610598C2 (en) Method and device for two-chamber helmholz spray oscillator for generating pressure waves at the bottom hole
RU2267364C1 (en) Method of generation of oscillations of a fluid flow and a hydrodynamic generator of the oscillations
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
US10753154B1 (en) Extended reach fluidic oscillator
RU2637009C2 (en) Method and device of jet parametrical gun with two toroidal chambers for pressure waves generating and modulating in the injection well hole
RU2610045C2 (en) Method and device for alignment of steam assisted gravity drainage with vibration-wave effect on productive formation in horizontal wells
CN113464054A (en) Drilling device and drilling method
RU8407U1 (en) PRODUCTIVE LAYER DEVICE
RU2544200C2 (en) Method and device for generating wave field at injector bottomhole with automatic tuning of generation resonant mode
RU2135736C1 (en) Gear to treat productive stratum
RU2575285C2 (en) Device with combined effect on productive formation and bottom-hole zone