RU2824938C1 - Electromechanical converter, downhole equipment and method of extraction of gaseous liquid - Google Patents
Electromechanical converter, downhole equipment and method of extraction of gaseous liquid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2824938C1 RU2824938C1 RU2024117299A RU2024117299A RU2824938C1 RU 2824938 C1 RU2824938 C1 RU 2824938C1 RU 2024117299 A RU2024117299 A RU 2024117299A RU 2024117299 A RU2024117299 A RU 2024117299A RU 2824938 C1 RU2824938 C1 RU 2824938C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- containing liquid
- oscillation
- waveguide
- core
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 186
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title description 12
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 124
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 61
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 39
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 29
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims description 9
- 230000002147 killing effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 177
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- -1 for example Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000003197 gene knockdown Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение.The field of technology to which the invention relates.
Группа изобретений относится к области насосного оборудования, которое обеспечивает перекачку газосодержащей жидкости путем воздействия на нее средой, выделяемой из самой газосодержащей жидкости. В частности, изобретение может быть использовано в средстве, обеспечивающем подъем газосодержащих жидкостей из подземных вместилищ, в том числе, из скважин, в скважинном оборудовании, включающем такие средства подъема, а также при реализации способа подъема газосодержащий жидкости из скважины к ее устью.The group of inventions relates to the field of pumping equipment that ensures the pumping of a gas-containing liquid by acting on it with a medium released from the gas-containing liquid itself. In particular, the invention can be used in a means that ensures the lifting of gas-containing liquids from underground containers, including wells, in well equipment that includes such lifting means, as well as in implementing a method for lifting a gas-containing liquid from a well to its wellhead.
В представленном решении подъем жидкости из скважины предлагается осуществлять с использованием газа, который в условиях ее хранения находится в самой газосодержащей жидкости в растворенном состоянии. К таким жидкостям, в первую очередь, может быть отнесена нефть с повышенным или высоким газосодержанием. Вместе с тем, представленное изобретение также может найти применение и для иных жидкостей, содержащих в своем составе газы в растворенном состоянии.In the presented solution, it is proposed to lift liquid from a well using gas, which, under the conditions of its storage, is in the gas-containing liquid itself in a dissolved state. Such liquids, first of all, may include oil with an increased or high gas content. At the same time, the presented invention can also find application for other liquids containing gases in a dissolved state.
Уровень техники.State of the art.
Из уровня техники широко известно техническое решение, касающееся способа подъема газосодержащей жидкости, например, нефти, заключающееся в нагнетании в пласт сжатого газа (например, воздуха, азота, метана и т.д.) и в подъеме, тем самым, газосодержащей жидкости к устью скважины (газлифтный способ). Данный способ реализуется путем размещения на колонне насосно-компрессорных труб газлифтных клапанов, например, в виде обратных клапанов, состоящих из клапанной пары в виде седла и запорного элемента (например, шара), или иных клапанных устройств, обеспечивающих, при необходимости, подачу сжатого газа в слой нефти для его подъема к устью скважины. Также для установки клапанов могут применяться скважинные камеры, имеющие в сечении форму эллипса и обеспечивающие установку и съем соответствующих клапанов. Установку клапанов осуществляют в боковой полости скважинной камеры с помощью канатной техники, оставляя при этом проход в колонне насосно-компрессорных труб открытым. Сжатый газ для осуществления такого способа может подаваться, как по кольцевой системе между двумя рядами труб или между обсадной колонной и фонтанными трубами, так и по центральным трубам. Введение сжатого газа также может осуществляться через газлифтный клапан, размещенный над пакером (см. И.Ю. Быков и др., Техника и технология добычи и подготовки нефти и газа, Москва, «Энерджи Пресс», 2013, Том I, с. 87-91, рис. 2.17 и 2.18).A technical solution is widely known from the state of the art concerning a method for lifting a gas-containing liquid, for example, oil, consisting of injecting compressed gas (for example, air, nitrogen, methane, etc.) into a formation and thereby lifting the gas-containing liquid to the wellhead (gas lift method). This method is implemented by placing gas lift valves on the tubing string, for example, in the form of check valves consisting of a valve pair in the form of a seat and a shut-off element (for example, a ball), or other valve devices that ensure, if necessary, the supply of compressed gas to the oil layer for its lifting to the wellhead. Also, well chambers with an elliptical cross-section and ensuring the installation and removal of the corresponding valves can be used to install the valves. The valves are installed in the side cavity of the well chamber using rope technology, while leaving the passage in the tubing string open. Compressed gas for this method can be supplied either through a ring system between two rows of pipes or between the casing and flow pipes, or through central pipes. Compressed gas can also be introduced through a gas lift valve located above the packer (see I.Yu. Bykov et al., Equipment and Technology for Oil and Gas Production and Preparation, Moscow, Energy Press, 2013, Vol. I, pp. 87-91, Fig. 2.17 and 2.18).
Данный способ подъема газосодержащей жидкости широко распространен в области нефтедобычи, однако имеет один существенный недостаток, который лежит в основе такого способа – для его реализации необходимо наличие компрессорных установок, обеспечивающих очистку и подачу сжатого газа, а также средств, подающих газ в скважину (колонны воздушных труб, специальные клапаны и т.п.). Таким образом, такой способ требует наличия большого количества специального оборудования для его осуществления и применения на скважине.This method of lifting gas-containing liquid is widely used in the field of oil production, but it has one significant drawback that underlies this method - its implementation requires the presence of compressor units that provide purification and supply of compressed gas, as well as means that supply gas to the well (columns of air pipes, special valves, etc.). Thus, this method requires a large amount of special equipment for its implementation and use in the well.
Также из уровня техники известно средство для создания газового лифта с использованием газов, имеющихся в самой газосодержащей жидкости. В частности, такое средство основано на высокочастотном воздействии на газосодержащую жидкость, в результате которого происходит ее дегазирование и выделение растворенных газов. Такое средство основано на использовании электромеханического преобразователя, содержащего обмотку и сердечник из магнитострикционного материала, размещенного в контейнере. К одному из торцов сердечника прикреплен волновод-концентратор колебаний, имеющий сквозное отверстие и закрепленный на перегородке внутри контейнера. При использовании такого преобразователя газосодержащая жидкость освобождается от растворенных в ней газов и в составе газо-жидкостной смеси поднимается к устью скважины (см. RU°2081995°C1, опубл. 20.06.1997, фиг.).Also known from the prior art is a means for creating a gas lift using gases present in the gas-containing liquid itself. In particular, such a means is based on high-frequency action on the gas-containing liquid, as a result of which it is degassed and dissolved gases are released. Such a means is based on the use of an electromechanical converter containing a winding and a core made of magnetostrictive material placed in a container. A waveguide-concentrator of oscillations is attached to one of the ends of the core, having a through hole and fixed to a partition inside the container. When using such a converter, the gas-containing liquid is freed from the gases dissolved in it and rises to the wellhead as part of a gas-liquid mixture (see RU°2081995°C1, published 20.06.1997, fig.).
Такое решение позволяет использовать для подъема газосодержащей жидкости газы, имеющиеся в самой жидкости, и, тем самым, позволяет отказаться от оборудования, которое необходимо для закачки газов в скважину при реализации газлифтной добычи. Вместе с тем, учитывая конструктивные особенности такого решения, где с газосодержащей жидкостью взаимодействует, по большей части, именно один волновод-концентратор колебаний, в этом решении также имеются определенные недостатки. Так, образующаяся в волноводе-концентраторе колебаний стоячая волна приводит к наличию в нем областей, не являющихся активными и, соответственно, менее пригодных для воздействия на газосодержащую жидкость. В результате, волновод-концентратор колебаний выполняют так, чтобы наибольшую амплитуду колебаний имела область, где размещается его торцевая поверхность, взаимодействующая с газосодержащей жидкостью. Такое выполнение наиболее оптимально с точки зрения материальных и энергетических затрат, необходимых для создания высокочастотного воздействия на указанную жидкость, осуществляемого в резонансном режиме для обеспечения кавитации газосодержащей жидкости на уровне давления насыщения последней. При этом наличие неактивных зон волновода-концентратора колебаний с низким воздействием на газосодержащую жидкость (работающих вне резонанса и, соответственно, без достижения кавитации газосодержащей жидкости) вызывает необходимость поиска решений для повышения эффективности выделения газа при помощи электромеханического преобразователя, а, следовательно, и для повышения производительности скважины при его использовании.This solution allows using gases present in the liquid itself to lift the gas-containing liquid, and thus eliminates the need for equipment required to pump gases into a well during gas lift production. However, given the design features of this solution, where the gas-containing liquid is interacted with, for the most part, by just one oscillation waveguide concentrator, this solution also has certain drawbacks. Thus, the standing wave formed in the oscillation waveguide concentrator results in the presence of areas in it that are not active and, accordingly, less suitable for influencing the gas-containing liquid. As a result, the oscillation waveguide concentrator is designed so that the area where its end surface interacts with the gas-containing liquid is located has the greatest oscillation amplitude. This design is the most optimal in terms of material and energy costs required to create a high-frequency effect on the said liquid, carried out in a resonant mode to ensure cavitation of the gas-containing liquid at the level of the saturation pressure of the latter. At the same time, the presence of inactive zones of the waveguide-concentrator of oscillations with a low impact on the gas-containing liquid (working outside of resonance and, accordingly, without achieving cavitation of the gas-containing liquid) causes the need to search for solutions to increase the efficiency of gas extraction using an electromechanical converter, and, consequently, to increase the productivity of the well when using it.
Технической проблемой является устранение вышеуказанных недостатков известных решений. В частности, задачей является повышение эффективности выделения газа из газосодержащей жидкости, повышение производительности скважины при извлечении такой жидкости, а также упрощение технологических операций, необходимых для вывода скважины в эксплуатацию.The technical problem is to eliminate the above-mentioned shortcomings of known solutions. In particular, the task is to increase the efficiency of gas extraction from gas-containing liquid, increase the productivity of the well when extracting such liquid, and simplify the technological operations necessary to put the well into operation.
Раскрытие сущности изобретения.Disclosure of the essence of the invention.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного электромеханического преобразователя и оснащенного им скважинного оборудования, заключается в увеличении количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости, без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования. При этом обеспечивается надежное крепление и удержание электромеханического преобразователя внутри скважины в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний.The technical result achieved by using the claimed electromechanical converter and the downhole equipment equipped with it consists in increasing the amount of gas released from a unit volume of gas-containing liquid, without a significant increase in the mass characteristics of the equipment used. At the same time, reliable fastening and retention of the electromechanical converter inside the well is ensured under conditions of high-frequency vibrations of the oscillation concentrator waveguide.
Технический результат достигается тем, что электромеханический преобразователь для воздействия на газосодержащую жидкость, включает сердечник с размещенной на нем обмоткой, образованный с использованием материала, изменяющего свою форму или размеры при подаче на обмотку высокочастотной электрической энергии от генератора высокочастотных электрических колебаний, при этом на каждом из двух противоположных концов сердечника закреплен, по меньшей мере, один волновод в виде концентратора колебаний (волновод-концентратор колебаний). Каждый волновод-концентратор колебаний содержит, по меньшей мере, одну активную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и размещенную так, что, по меньшей мере, с двух противоположных сторон сердечника имеется, по меньшей мере, по одной поверхности, выполненной с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и принадлежащей отдельному волноводу-концентратору колебаний, а на боковой поверхности, по меньшей мере, одного из закрепленных на сердечнике волноводов-концентраторов колебаний имеется, по меньшей мере, одно выступающее средство, расположенное в зоне соответствующего волновода-концентратора колебаний, имеющей нулевую амплитуду колебаний. При этом, по меньшей мере, одно выступающее средство выполнено с возможностью задавать положение волноводов-концентраторов колебаний, сердечника и размещенной на нем обмотки относительно внешнего подвеса.The technical result is achieved in that the electromechanical converter for acting on a gas-containing liquid includes a core with a winding placed on it, formed using a material that changes its shape or dimensions when high-frequency electrical energy is supplied to the winding from a high-frequency electrical oscillation generator, while at least one waveguide in the form of an oscillation concentrator (waveguide-oscillation concentrator) is fixed to each of the two opposite ends of the core. Each oscillation concentrator waveguide comprises at least one active surface, made with the possibility of interaction with a gas-containing liquid and placed so that at least on two opposite sides of the core there is at least one surface made with the possibility of interaction with a gas-containing liquid and belonging to a separate oscillation concentrator waveguide, and on the side surface of at least one of the oscillation concentrator waveguides fixed to the core there is at least one projecting means, located in the zone of the corresponding oscillation concentrator waveguide, having a zero oscillation amplitude. In this case, at least one projecting means is made with the possibility of setting the position of the oscillation concentrator waveguides, the core and the winding placed on it relative to the external suspension.
В настоящем изобретении ключевым элементом электромеханического преобразователя является «волновод-концентратор колебаний». Важно отметить, что в ультразвуковой технологии твердотельными акустическими волноводами называются также любые устройства типа звукопроводов (стержни, концентраторы), служащие для передачи колебательной энергии на некоторое расстояние от источника или для введения колебательной энергии в какую-либо среду (Источник: Большая Российская энциклопедия https://old.bigenc.ru/physics/text/1808440). Таким образом, «волновод» и «концентратор» в данном решении - это один и тот же элемент конструкции, который характеризуется двумя его функциями. Во-первых, этот элемент служит для передачи волны (то есть является волноводом), а во-вторых, обеспечивает из-за своей формы увеличение интенсивности колебаний на торце (то есть является концентратором). Обе эти функции, как в заявляемой конструкции, так и в подобных решениях из уровня техники, реализуются одновременно.In the present invention, the key element of the electromechanical transducer is the "waveguide-concentrator of oscillations". It is important to note that in ultrasonic technology, solid-state acoustic waveguides are also called any devices of the sound duct type (rods, concentrators) used to transmit oscillatory energy at a certain distance from the source or to introduce oscillatory energy into any medium (Source: The Great Russian Encyclopedia https://old.bigenc.ru/physics/text/1808440). Thus, the "waveguide" and "concentrator" in this solution are one and the same design element, which is characterized by its two functions. Firstly, this element serves to transmit the wave (i.e., it is a waveguide), and secondly, due to its shape, it provides an increase in the oscillation intensity at the end (i.e., it is a concentrator). Both of these functions, both in the claimed design and in similar solutions from the prior art, are implemented simultaneously.
Сердечник электромеханического преобразователя может быть образован с использованием магнитострикционного или пьезокерамического материала.The core of the electromechanical transducer can be formed using magnetostrictive or piezoceramic material.
Достижение указанного выше технического результата в предложенном электромеханическом преобразователе обусловлено наличием одновременно нескольких волноводов-концентраторов колебаний. Так, один волновод-концентратор колебаний располагается на конце сердечника, противоположном относительно места крепления другого волновода-концентратора колебаний. В результате, образуется вытянутая в продольном направлении структура, которая хорошо согласуется с внутритрубным пространством скважины (протяженность вдоль оси скважины много больше, чем поперек оси), что способствует ее более удобной установке и размещению относительно имеющегося подвеса на скважинном оборудовании. Таким подвесом, в частности, могут выступать колонна и муфты насосно-компрессорных труб или иное вспомогательное крепежное средство, обеспечивающее позиционирование волновода-концентратора колебаний относительно колонны насосно-компрессорных труб.The achievement of the above technical result in the proposed electromechanical converter is due to the simultaneous presence of several waveguides-oscillation concentrators. Thus, one waveguide-oscillation concentrator is located at the end of the core opposite to the attachment point of the other waveguide-oscillation concentrator. As a result, a longitudinally elongated structure is formed, which is in good agreement with the well's intra-pipe space (the length along the well axis is much greater than across the axis), which contributes to its more convenient installation and placement relative to the existing suspension on the well equipment. In particular, such a suspension can be a column and couplings of pump-compressor pipes or other auxiliary fastening means that ensures the positioning of the waveguide-oscillation concentrator relative to the column of pump-compressor pipes.
Кроме того, вышеуказанное выполнение приводит к тому, что две зоны с наибольшими амплитудами колебаний, которые контактируют с газосодержащей жидкостью, размещаются по обе стороны сердечника. В результате, после взаимодействия с одной из таких поверхностей происходит частичное выделение газа из такой жидкости. В случае движения газо-жидкостной смеси по направлению к устью скважины, например, за счет подъемной энергии выделенного газа в условиях имеющегося на забое скважины давления, газо-жидкостная смесь взаимодействует также и с поверхностью другого волновода-концентратора колебаний, выполненной с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью.In addition, the above-mentioned implementation results in the two zones with the largest oscillation amplitudes, which contact with the gas-containing liquid, being located on both sides of the core. As a result, after interaction with one of such surfaces, partial release of gas from such liquid occurs. In the case of movement of the gas-liquid mixture towards the wellhead, for example, due to the lifting energy of the released gas under the conditions of the pressure present at the well bottom, the gas-liquid mixture also interacts with the surface of the other waveguide-oscillation concentrator, made with the possibility of interaction with the gas-containing liquid.
В этой части следует отметить, что взаимодействие электромеханического преобразователя с порцией газосодержащей жидкости может происходить последовательно, как это описано выше для случая размещения волноводов-концентраторов колебаний с сердечником вдоль оси скважины, так и одновременно, если диаметр скважины или колонны соответствующих труб в месте установки электромеханического преобразователя позволяет разместить его поперек или под наклоном к оси скважины.In this part it should be noted that the interaction of the electromechanical converter with a portion of gas-containing liquid can occur sequentially, as described above for the case of placing waveguides-oscillation concentrators with a core along the well axis, and simultaneously, if the diameter of the well or the column of corresponding pipes at the place of installation of the electromechanical converter allows it to be placed across or at an angle to the well axis.
В результате, происходит дополнительное извлечение газа из газосодержащей жидкости, имеющейся в составе газо-жидкостной смеси. Тем самым обеспечивается увеличение поверхности электромеханического преобразователя, оказывающей воздействие на газосодержащую жидкость в стесненных условиях скважинного пространства, и увеличение количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости.As a result, additional gas extraction occurs from the gas-containing liquid present in the gas-liquid mixture. This ensures an increase in the surface of the electromechanical converter that affects the gas-containing liquid in the confined conditions of the well space, and an increase in the amount of gas released from a unit volume of the gas-containing liquid.
Для обоих волноводов-концентраторов используется один общий сердечник с обмоткой, что позволяет несколько снизить массовые характеристики электромеханического преобразователя по сравнению с использованием двух преобразователей со своим волноводом-концентратором колебаний. Такое выполнение также позволяет значительно увеличить межремонтный период работы сердечника с обмоткой в случае нахождения его в потоке без защитного контейнера. Это связано с тем, что волновод-концентратор колебаний выступает, в том числе, и в качестве защитного средства, воспринимающего воздействие потока газосодержащей жидкости. Так, при размещении волноводов-концентраторов колебаний на сердечнике они будут закрывать собой соответствующие поверхности сердечника от эрозионного или любого другого воздействия, которое может быть обусловлено непосредственным контактом с газосодержащей жидкостью и, имеющимися в ней твердыми частицами и примесями.For both waveguides-concentrators, one common core with a winding is used, which allows to somewhat reduce the mass characteristics of the electromechanical converter in comparison with the use of two converters with their own waveguide-concentrator of oscillations. Such an implementation also allows to significantly increase the inter-repair period of the core with the winding in case of its location in the flow without a protective container. This is due to the fact that the waveguide-concentrator of oscillations acts, among other things, as a protective means perceiving the impact of the flow of gas-containing liquid. Thus, when placing waveguides-concentrators of oscillations on the core, they will cover the corresponding surfaces of the core from erosion or any other impact, which may be caused by direct contact with the gas-containing liquid and the solid particles and impurities present in it.
При этом размещение выступающего средства, обеспечивающего позиционирование электромеханического преобразователя относительно подвеса, в зоне с нулевой амплитудой колебаний способствует снижению передачи колебаний последнему. Тем самым, достигается более надежное удержание электромеханического преобразователя за счет максимально возможного снижения передаваемых высокочастотных колебаний через такое средство позиционирования в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний и взаимодействия с образовывающимися газовыми пузырьками.In this case, the placement of the projecting means, providing the positioning of the electromechanical converter relative to the suspension, in the zone with zero amplitude of oscillations helps to reduce the transmission of oscillations to the latter. Thus, a more reliable retention of the electromechanical converter is achieved due to the maximum possible reduction of the transmitted high-frequency oscillations through such a positioning means under conditions of high-frequency vibrations of the waveguide-concentrator of oscillations and interaction with the resulting gas bubbles.
В результате обеспечивается увеличение количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования. При этом такое выполнение электромеханического преобразователя способствует его надежному креплению и удержанию внутри скважины в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний.As a result, an increase in the amount of gas released from a unit volume of gas-containing liquid is ensured without a significant increase in the mass characteristics of the equipment used. At the same time, such an implementation of the electromechanical converter facilitates its reliable fastening and retention inside the well under conditions of high-frequency vibrations of the waveguide-concentrator of oscillations.
Технический результат также достигается тем, что боковые поверхности каждого волновода-концентратора колебаний выполнены цилиндрическими, коническими или имеют криволинейный профиль. В частности, боковые поверхности каждого волновода-концентратора колебаний имеют ступенчатую форму, причем боковая поверхность каждой из ступеней выполнена цилиндрической, конической или имеет криволинейный профиль.The technical result is also achieved by the fact that the side surfaces of each waveguide-oscillation concentrator are made cylindrical, conical or have a curvilinear profile. In particular, the side surfaces of each waveguide-oscillation concentrator have a stepped shape, and the side surface of each of the steps is made cylindrical, conical or has a curvilinear profile.
Волновод-концентратор колебаний может иметь, по меньшей мере, одну замкнутую полость или незамкнутую полость, в частности, сквозное отверстие.The waveguide-oscillation concentrator can have at least one closed cavity or an open cavity, in particular, a through hole.
По меньшей мере, одно из выступающих средств волноводов-концентраторов колебаний, выполнено в виде кольцевого выступа, который может иметь демпфер, представляющий собой эластомерное кольцо или иной элемент с демпферными свойствами, закрепленный на волноводе-концентраторе колебаний.At least one of the protruding means of the oscillation concentrator waveguides is made in the form of an annular protrusion, which may have a damper, which is an elastomeric ring or other element with damper properties, fixed on the oscillation concentrator waveguide.
Кольцевой выступ содержит, по меньшей мере, одно отверстие для прохождения газосодержащей жидкости или для размещения, по меньшей мере, одного крепежного средства или для размещения, по меньшей мере, одного средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника.The annular protrusion contains at least one opening for the passage of a gas-containing liquid or for accommodating at least one fastening means or for accommodating at least one means that ensures the supply of electrical energy to the core winding.
Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения электромеханический преобразователь может содержать контейнер, закрепленный, по меньшей мере, на одном из выступающих средств волноводов-концентраторов колебаний. Такой контейнер выполнен с возможностью взаимодействия с внешним подвесом.According to a preferred embodiment of the invention, the electromechanical converter may contain a container secured to at least one of the projecting means of the oscillation concentrator waveguides. Such a container is designed with the possibility of interaction with an external suspension.
При этом в одном варианте контейнер имеет, по меньшей мере, одно сквозное отверстие или прорезь для прохода газосодержащей жидкости. В другом варианте контейнер выполнен герметичным, при этом поверхность каждого из волноводов-концентраторов колебаний, выполненная с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью, размещена за пределами контейнера.In one embodiment, the container has at least one through hole or slot for the passage of gas-containing liquid. In another embodiment, the container is made hermetic, and the surface of each of the waveguides-oscillation concentrators, made with the possibility of interaction with the gas-containing liquid, is located outside the container.
В случае выполнения контейнера герметичным, он может содержать охлаждающие средства. В качестве охлаждающего средства может быть использована охлаждающая жидкость, размещенная внутри контейнера для отвода тепла от обмотки и сердечника во внешнюю среду через стенку контейнера. Контейнер при этом может иметь дополнительную емкость для охлаждающей жидкости, а его стенка может иметь, по меньшей мере, одно отверстие для заливки и/или слива охлаждающей жидкости. В качестве охлаждающей жидкости, предпочтительно, используют трансформаторное масло.If the container is made hermetically sealed, it may contain cooling means. The cooling means may be a cooling liquid placed inside the container to remove heat from the winding and core to the external environment through the container wall. The container may have an additional capacity for the cooling liquid, and its wall may have at least one opening for filling and/or draining the cooling liquid. Transformer oil is preferably used as a cooling liquid.
На внешней и/или внутренней поверхности контейнера могут быть размещены ребра или пластины, расположенные на внешней и/или внутренней стенке контейнера, соответственно, и выполненные с возможностью взаимодействия с жидкостью, контактирующей с соответствующей поверхностью контейнера. Данные ребра или пластины служат для увеличения площади контакта с охлаждающей или газосодержащей жидкостью и, соответственно, для интенсификации теплообмена с ними.On the outer and/or inner surface of the container, ribs or plates may be placed, located on the outer and/or inner wall of the container, respectively, and made with the possibility of interaction with the liquid contacting the corresponding surface of the container. These ribs or plates serve to increase the area of contact with the cooling or gas-containing liquid and, accordingly, to intensify heat exchange with them.
Предпочтительно, стенка контейнера снабжена, по меньшей мере, одним отверстием для размещения средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника.Preferably, the container wall is provided with at least one opening for accommodating a means for supplying electrical energy to the core winding.
Также возможно выполнение контейнера разъемным. В этом случае контейнер включает, по меньшей мере, одну торцевую крышку, имеющую отверстие для волновода-концентратора колебаний.It is also possible to make the container detachable. In this case, the container includes at least one end cap having an opening for the oscillation concentrator waveguide.
Контейнер также может располагаться в корпусе, выполненном с возможностью взаимодействия с внешним подвесом, и может быть закреплен к нему при помощи крепежных средств. В этом случае также возможно, что, по меньшей мере, одно из выступающих средств одного из волноводов-концентраторов колебаний взаимодействует или закреплено на внутренней поверхности корпуса.The container may also be located in a housing made with the possibility of interaction with an external suspension, and may be fixed to it using fastening means. In this case, it is also possible that at least one of the protruding means of one of the waveguides-oscillation concentrators interacts with or is fixed on the inner surface of the housing.
Внешний подвес, как правило, представляет собой либо одну из труб или муфт колонны насосно-компрессорных труб, либо средство, обеспечивающее крепление электромеханического преобразователя к насосно-компрессорным трубам в затрубном пространстве, либо к грузонесущему кабелю.The external suspension is usually either one of the pipes or couplings of the tubing string, or a means for securing the electromechanical converter to the tubing in the annular space, or to the load-carrying cable.
Другое изобретение группы относится к скважинному оборудованию для воздействия на газосодержащую жидкость, в частности с целью ее добычи, включающему вышеуказанный электромеханический преобразователь. В частности, скважинное оборудование включает колонну насосно-компрессорных труб, по меньшей мере, один генератор высокочастотных колебаний и, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь для воздействия на газосодержащую жидкость. Преобразователь содержит сердечник с размещенной на нем обмоткой, образованный с использованием материала, изменяющего свою форму или размеры при подаче на обмотку электрической энергии, при этом на каждом из двух противоположных концов сердечника закреплен, по меньшей мере, один волновод-концентратор колебаний. Каждый волновод-концентратор колебаний содержит, по меньшей мере, одну активную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и размещенную так, что с двух противоположных сторон сердечника имеется, по меньшей мере, по одной поверхности, выполненной с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и принадлежащей отдельному волноводу-концентратору колебаний. На боковой поверхности, по меньшей мере, одного из закрепленных на сердечнике волноводов-концентраторов колебаний имеется, по меньшей мере, одно выступающее средство, расположенное в зоне соответствующего волновода-концентратора колебаний, имеющей нулевую амплитуду колебаний. При этом, по меньшей мере, одно выступающее средство выполнено с возможностью задавать положение волноводов-концентраторов колебаний, сердечника и размещенной на нем обмотки относительно колонны насосно-компрессорных труб.Another invention of the group relates to downhole equipment for influencing a gas-containing liquid, in particular for the purpose of its extraction, comprising the above-mentioned electromechanical converter. In particular, the downhole equipment comprises a column of pump-compressor pipes, at least one high-frequency oscillation generator and at least one electromechanical converter for influencing a gas-containing liquid. The converter comprises a core with a winding placed on it, formed using a material that changes its shape or dimensions when electrical energy is supplied to the winding, wherein at least one waveguide-oscillation concentrator is fixed to each of the two opposite ends of the core. Each waveguide-oscillation concentrator comprises at least one active surface, made with the possibility of interaction with the gas-containing liquid and placed so that on two opposite sides of the core there is at least one surface made with the possibility of interaction with the gas-containing liquid and belonging to a separate waveguide-oscillation concentrator. On the side surface of at least one of the oscillation concentrator waveguides fixed to the core, there is at least one projecting means located in the zone of the corresponding oscillation concentrator waveguide having a zero oscillation amplitude. At the same time, at least one projecting means is made with the possibility of setting the position of the oscillation concentrator waveguides, the core and the winding located thereon relative to the column of pump and compressor pipes.
Данное техническое решение благодаря использованию в нем электромеханического преобразователя также сохраняет и все преимущества от использования последнего. В частности, ввиду вышеуказанных обстоятельств, обеспечивается достижение результата, заключающегося в увеличении количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования. Кроме того, такое выполнение электромеханического преобразователя способствует его надежному креплению и удержанию внутри скважины относительно колонны насосно-компрессорных труб в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний. Тем самым, предлагаемое скважинное оборудование позволяет осуществлять воздействие на газосодержащую жидкость и минимизировать количество дополнительного оборудования, в частности, позволяет отказаться от оборудования, необходимого для подачи вспомогательных текучих сред в скважинное пространство.This technical solution, due to the use of an electromechanical converter, also retains all the advantages of using the latter. In particular, in view of the above circumstances, the result is achieved, consisting in increasing the amount of gas released from a unit volume of gas-containing liquid without a significant increase in the mass characteristics of the equipment used. In addition, such an implementation of the electromechanical converter contributes to its reliable fastening and retention inside the well relative to the column of pump-compressor pipes under conditions of high-frequency vibrations of the waveguide-concentrator of oscillations. Thus, the proposed downhole equipment allows for the impact on the gas-containing liquid and minimizes the amount of additional equipment, in particular, allows for abandoning the equipment necessary for feeding auxiliary fluids into the well space.
Вместе с тем, такое скважинное оборудование может быть использовано и в комбинации с другим известным оборудованием для добычи скважинной жидкости, которое не является необходимым для осуществления взаимодействия с газосодержащей жидкостью в рамках предлагаемого технического решения, однако может давать дополнительные положительные эффекты при последовательном и/или попеременном использовании такого оборудования.At the same time, such downhole equipment can also be used in combination with other known equipment for producing well fluid, which is not necessary for interaction with the gas-containing liquid within the framework of the proposed technical solution, but can provide additional positive effects with the sequential and/or alternate use of such equipment.
В частности, скважинное оборудование может дополнительно включать лопастной, винтовой или диафрагменный насос с электродвигателем, например, вентильным.In particular, well equipment may additionally include a vane, screw or diaphragm pump with an electric motor, for example, a valve motor.
В случае такого выполнения можно комбинировать широко известный насосный способ подачи скважинной жидкости к устью и предлагаемый способ, основанный на использовании электромеханических преобразователей. Тем самым, в зависимости от текущих условий в скважине, а именно, от текущего измеренного давления в месте размещения электромеханического преобразователя и давления насыщения газосодержащей жидкости, можно использовать наиболее предпочтительный в текущих условиях способ подъема скважиной жидкости, добиваясь наибольшей энергетической эффективности оборудования.In the case of such an implementation, it is possible to combine the widely known pump method of feeding wellbore fluid to the wellhead and the proposed method based on the use of electromechanical converters. Thus, depending on the current conditions in the well, namely, on the current measured pressure at the location of the electromechanical converter and the saturation pressure of the gas-containing liquid, it is possible to use the most preferable method for lifting the wellbore fluid in the current conditions, achieving the greatest energy efficiency of the equipment.
Следует также отметить, что возможны различные комбинации размещения электромеханического преобразователя при использовании скважинного оборудования. В частности, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь может быть размещен внутри и/или снаружи насосно-компрессорных труб.It should also be noted that various combinations of placement of the electromechanical converter are possible when using downhole equipment. In particular, at least one electromechanical converter can be placed inside and/or outside the pump and compressor pipes.
В случае необходимости использования пакеров для организации движения газосодержащей жидкости скважинное оборудование может включать, по меньшей мере, один пакер, установленный на колонне насосно-компрессорных труб. При этом, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь может быть размещен в пространстве над и/или под пакером.If it is necessary to use packers to organize the movement of gas-containing liquid, the well equipment may include at least one packer installed on the tubing string. At the same time, at least one electromechanical converter may be placed in the space above and/or below the packer.
Вышеупомянутые преимущества от совместного использования предлагаемого решения с другим способом подъема газосодержащей жидкости могут быть достигнуты в комбинации не только с вышеуказанным насосным способом, но и в комбинации с газлифтным способом добычи. Для этого в состав скважинного оборудования могут также включаться, по меньшей мере, одна скважинная камера и/или, по меньшей мере, один клапан, например, газлифтный, приемный или обратный, которые соединяются с насосно-компрессорными трубами. При этом, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь может быть размещен внутри и/или снаружи скважинной камеры.The above-mentioned advantages from the combined use of the proposed solution with another method for lifting gas-containing liquid can be achieved in combination not only with the above-mentioned pumping method, but also in combination with the gas-lift method of production. For this purpose, the downhole equipment may also include at least one downhole chamber and/or at least one valve, such as a gas-lift, intake or check valve, which are connected to the tubing. In this case, at least one electromechanical converter may be located inside and/or outside the downhole chamber.
Также вокруг колонны насосно-компрессорных труб может быть установлена, по меньшей мере, одна дополнительная колонна насосно-компрессорных труб, с образованием кольцевого пространства между колоннами насосно-компрессорных труб как минимум на части их длины. В этом случае, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь может быть размещен внутри и/или снаружи кольцевого пространства между колоннами насосно-компрессорных труб.Also, at least one additional tubing string may be installed around the tubing string, with the formation of an annular space between the tubing strings at least over a portion of their length. In this case, at least one electromechanical converter may be placed inside and/or outside the annular space between the tubing strings.
В дополнительных вариантах осуществления, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь может быть размещен перед и/или после приемного клапана.In additional embodiments, at least one electromechanical transducer may be located before and/or after the receiving valve.
Также при работе электромеханических преобразователей может осуществляться контроль параметров газосодержащей жидкости. Это может быть полезно как для регулирования режима работы самого электромеханического преобразователя, так и для подключения и/или отключения вспомогательного оборудования, такого как, например, вышеупомянутый лопаточный насос или дистанционно-управляемый клапан. В этом случае скважинное оборудование может включать, по меньшей мере, один датчик, обеспечивающий контроль параметров работы электромеханического преобразователя, газосодержащей жидкости и/или газо-жидкостной смеси.Also, during the operation of electromechanical converters, the parameters of the gas-containing liquid can be monitored. This can be useful both for regulating the operating mode of the electromechanical converter itself and for connecting and/or disconnecting auxiliary equipment, such as, for example, the above-mentioned vane pump or a remotely controlled valve. In this case, the downhole equipment can include at least one sensor that ensures monitoring of the operating parameters of the electromechanical converter, gas-containing liquid and/or gas-liquid mixture.
При этом скважинное оборудование может включать систему управления с погружным кабелем для связи, обеспечивающую регулирование подачи электрической энергии на, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь на основании сигнала от, по меньшей мере, одного датчика и содержащую, по меньшей мере, один контроллер и/или, по меньшей мере, одно реле времени.In this case, the downhole equipment may include a control system with a submersible communication cable, providing for regulation of the supply of electrical energy to at least one electromechanical converter based on a signal from at least one sensor and containing at least one controller and/or at least one time relay.
Еще одно изобретение группы относится к способу добычи газосодержащей жидкости, осуществляемому с применением электромеханического преобразователя. Для осуществления такого способа размещают в скважине колонну насосно-компрессорных труб, по меньшей мере, один генератор высокочастотных колебаний, и, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь, содержащий сердечник с размещенной на нем обмоткой, образованный с использованием материала, изменяющего свою форму или размеры при подаче на обмотку электрической энергии от генератора высокочастотных колебаний, и на каждом из двух противоположных концов которого закреплен, по меньшей мере, один волновод-концентратор колебаний. Каждый волновод-концентратор колебаний содержит, по меньшей мере, одну активную поверхность, выполненную с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и размещенную так, что, по меньшей мере, с двух противоположных сторон сердечника имеется, по меньшей мере, по одной поверхности, выполненной с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью и принадлежащей отдельному волноводу-концентратору колебаний. При размещении, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя в скважине задают положение волноводов-концентраторов колебаний, сердечника и размещенной на нем обмотки относительно колонны насосно-компрессорных труб с использованием, по меньшей мере, одного выступающего средства, которое размещено на боковой поверхности, по меньшей мере, одного из закрепленных на сердечнике волноводов-концентраторов колебаний и расположено в зоне соответствующего волновода-концентратора колебаний, имеющей нулевую амплитуду колебаний. По меньшей мере, один электромеханический преобразователь размещают в скважине выше уровня давления насыщения газосодержащей жидкости. Затем подают электрическую энергию на обмотку сердечника, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя, и осуществляют выделение растворенного в газосодержащей жидкости газа с образованием газо-жидкостной смеси путем воздействия, по меньшей мере, одной активной поверхности каждого волновода-концентратора колебаний на газосодержащую жидкость и подъем газо-жидкостной смеси на поверхность за счет подъемной энергии выделенного газа и давления на забое скважины.Another invention of the group relates to a method for producing gas-containing liquid, carried out using an electromechanical converter. To implement such a method, a column of pump-compressor pipes, at least one high-frequency oscillation generator, and at least one electromechanical converter are placed in a well, containing a core with a winding placed on it, formed using a material that changes its shape or dimensions when electric energy is supplied to the winding from the high-frequency oscillation generator, and at each of the two opposite ends of which at least one oscillation waveguide concentrator is fixed. Each oscillation waveguide concentrator contains at least one active surface, made with the possibility of interaction with the gas-containing liquid and placed so that at least on two opposite sides of the core there is at least one surface made with the possibility of interaction with the gas-containing liquid and belonging to a separate oscillation waveguide concentrator. When placing at least one electromechanical converter in the well, the position of the oscillation concentrator waveguides, the core and the winding placed on it relative to the tubing string is set using at least one protruding means, which is placed on the side surface of at least one of the oscillation concentrator waveguides fixed to the core and is located in the zone of the corresponding oscillation concentrator waveguide having a zero oscillation amplitude. At least one electromechanical converter is placed in the well above the saturation pressure level of the gas-containing liquid. Then, electrical energy is supplied to the winding of the core of at least one electromechanical converter, and the gas dissolved in the gas-containing liquid is released to form a gas-liquid mixture by acting on at least one active surface of each oscillation waveguide concentrator on the gas-containing liquid and raising the gas-liquid mixture to the surface due to the lifting energy of the released gas and the pressure at the well bottom.
Использование данного способа кроме вышеуказанных преимуществ, заключающихся в увеличении количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования, а также в надежном креплении и удержании электромеханического преобразователя внутри скважины, также способствует получению дополнительных преимуществ. К таковым могут быть отнесены, в частности, отсутствие необходимости подвода дополнительных сред для извлечения газосодержащей жидкости из скважины, поскольку для подъема жидкости используется растворенный в ней газ. Это, соответственно, приводит к уменьшению количества технологических операций, необходимых для размещения скважинного оборудования, и к снижению времени, необходимого для вывода скважины в эксплуатацию.The use of this method, in addition to the above advantages, consisting in increasing the amount of gas released from a unit volume of gas-containing liquid without a significant increase in the mass characteristics of the equipment used, as well as in reliable fastening and retention of the electromechanical converter inside the well, also contributes to obtaining additional advantages. These may include, in particular, the absence of the need to supply additional media to extract gas-containing liquid from the well, since the gas dissolved in it is used to lift the liquid. This, accordingly, leads to a decrease in the number of technological operations required to place the well equipment, and to a decrease in the time required to put the well into operation.
Дополнительно следует отметить, что, ввиду возможного изменения условий внутри скважины, для использования предложенного способа целесообразно также предусмотреть и возможность управления электромеханическим преобразователем, что позволит подбирать условия его включения для наиболее эффективной работы. В связи с этим при осуществлении способа электрическую энергию на обмотку сердечника, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя, подают, например, по погружному кабелю, на основании сигнала от, по меньшей мере, одного датчика, размещенного в скважине.It should be additionally noted that, in view of the possible change in conditions inside the well, it is also advisable to provide for the possibility of controlling the electromechanical converter in order to use the proposed method, which will allow selecting the conditions for its activation for the most efficient operation. In this regard, when implementing the method, electrical energy is supplied to the core winding of at least one electromechanical converter, for example, via a submersible cable, based on a signal from at least one sensor located in the well.
Данный способ также можно применять и после глушения скважины. В этом случае электрическую энергию на обмотку сердечника, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя подают после удаления из скважины раствора глушения.This method can also be used after the well has been killed. In this case, electrical energy is supplied to the core winding of at least one electromechanical converter after the killing solution has been removed from the well.
Также в рамках предложенного способа возможно использование нескольких электромеханических преобразователей, размещаемых последовательно вдоль оси скважины. Для этого ниже электромеханического преобразователя, расположенного выше уровня давления насыщения газосодержащей жидкости, в скважине размещают, по меньшей мере, один дополнительный электромеханический преобразователь.Also, within the framework of the proposed method, it is possible to use several electromechanical converters placed sequentially along the well axis. For this purpose, at least one additional electromechanical converter is placed in the well below the electromechanical converter located above the saturation pressure level of the gas-containing liquid.
При этом электрическую энергию на обмотку сердечника, по меньшей мере, одного дополнительного электромеханического преобразователя подают на основании сигнала от, по меньшей мере, одного датчика, размещенного в скважине в случае, если давление на уровне его размещения будет меньше или равным давлению насыщения газосодержащей жидкости.In this case, electrical energy is supplied to the winding of the core of at least one additional electromechanical converter based on a signal from at least one sensor placed in the well in the event that the pressure at the level of its placement is less than or equal to the saturation pressure of the gas-containing liquid.
Следует также отметить, что подача электрической энергии к обмотке сердечника может быть осуществлена через, по меньшей мере, одно выступающее средство, размещенное на боковой поверхности, по меньшей мере, одного волновода-концентратора колебаний. Для этого оно имеет, по меньшей мере, одно отверстие для прохождения, по меньшей мере, одного средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника.It should also be noted that the supply of electrical energy to the core winding can be carried out through at least one projecting means located on the side surface of at least one oscillation concentrator waveguide. For this purpose, it has at least one opening for the passage of at least one means providing the supply of electrical energy to the core winding.
В качестве такого средства, обеспечивающего подачу электрической энергии, может выступать кабель питания или иной проводник.A power cable or other conductor may act as such a means of supplying electrical energy.
Ввиду вышеизложенного использование представленного электромеханического преобразователя, в том числе и в составе скважинного оборудования, обеспечивает достижение результата, заключающегося в увеличении количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости, без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования. Кроме того, обеспечивается надежное крепление и удержание такого преобразователя внутри скважины.In view of the above, the use of the presented electromechanical converter, including as part of well equipment, ensures the achievement of a result consisting in an increase in the amount of gas released from a unit volume of gas-containing liquid, without a significant increase in the mass characteristics of the equipment used. In addition, reliable fastening and retention of such a converter inside the well is ensured.
При этом способ добычи газосодержащей жидкости, осуществляемый с использованием электромеханического преобразователя, дополнительно позволяет уменьшить количество технологических операций, необходимых для размещения скважинного оборудования, и снизить время, необходимое для вывода скважины в эксплуатацию.At the same time, the method of extracting gas-containing liquid, carried out using an electromechanical converter, additionally allows for a reduction in the number of technological operations required for the placement of well equipment and a reduction in the time required to put the well into operation.
Также ввиду того, что работа электромеханических преобразователей основана на извлечении растворенного газа из газосодержащей жидкости и не требуется применение дополнительных механических устройств, которые могут быть подвержены внешнему воздействию, предложенный способ может широко применяться в осложненных условиях, например, в условиях высокого газосодержания или температуры газосодержащей жидкости, наличия в ней механических примесей (песка), отложения парафина и/или солей.Also, due to the fact that the operation of electromechanical converters is based on the extraction of dissolved gas from a gas-containing liquid and does not require the use of additional mechanical devices that may be subject to external influences, the proposed method can be widely used in difficult conditions, for example, in conditions of high gas content or temperature of the gas-containing liquid, the presence of mechanical impurities (sand), paraffin deposits and/or salts.
Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.
Представленная группа изобретений поясняется следующими фигурами.The presented group of inventions is explained by the following figures.
Фиг. 1 – показывает общий вид электромеханического преобразователя;Fig. 1 – shows the general view of the electromechanical converter;
Фиг. 2 – показывает электромеханический преобразователь, установленный на внешнем подвесе;Fig. 2 – shows an electromechanical converter mounted on an external suspension;
Фиг. 3 – показывает электромеханический преобразователь, размещенный в герметичном контейнере;Fig. 3 – shows an electromechanical converter placed in a sealed container;
Фиг. 4 – показывает электромеханический преобразователь, размещенный в герметичном контейнере внутри корпуса;Fig. 4 – shows an electromechanical converter placed in a sealed container inside the housing;
Фиг. 5 – показывает электромеханический преобразователь, размещенный в контейнере с отверстиями;Fig. 5 – shows an electromechanical converter placed in a container with holes;
Фиг. 6 – показывает электромеханический преобразователь, размещенный в контейнере с отверстиями внутри корпуса;Fig. 6 – shows an electromechanical converter placed in a container with holes inside the housing;
Фиг. 7 – схематично показывает дополнительную ступень волновода-концентратора колебаний с отверстием;Fig. 7 – schematically shows an additional stage of the waveguide-oscillation concentrator with an opening;
Фиг. 8 и 9 – показывают продольное и поперечное сечения контейнера для электромеханического преобразователя с наружными пластинами или ребрами для охлаждения;Fig. 8 and 9 show longitudinal and cross-sectional views of a container for an electromechanical converter with external plates or fins for cooling;
Фиг. 10-13 – схематично показывают возможные варианты размещения электромеханического преобразователя с устьевым генератором высокочастотных колебаний в скважине;Fig. 10-13 – schematically show possible options for placing an electromechanical converter with a wellhead generator of high-frequency oscillations in a well;
Фиг. 14-17 – схематично показывают возможные варианты размещения в скважине электромеханического преобразователя с погружным генератором высокочастотных колебаний вместе с насосным оборудованием;Fig. 14-17 – schematically show possible options for placing an electromechanical converter with a submersible high-frequency oscillation generator in a well together with pumping equipment;
Фиг. 18-19 – схематично показывают вариант использования электромеханического преобразователя для освоения скважины после ее глушения;Fig. 18-19 – schematically show a variant of using an electromechanical converter for developing a well after it has been killed;
Фиг. 20-25 – схематично показывают варианты использования электромеханического преобразователя совместно с оборудованием для газлифтной добычи газосодержащей жидкости.Fig. 20-25 – schematically show options for using an electromechanical converter together with equipment for gas-lift production of gas-containing liquid.
Условные обозначения:Legend:
1 – электромеханический преобразователь;1 – electromechanical converter;
2 – сердечник;2 – core;
3 – обмотка;3 – winding;
4 – электрический кабель;4 – electric cable;
5 – волновод-концентратор колебаний;5 – waveguide-oscillation concentrator;
6 – активная поверхность волновода-концентратора колебаний;6 – active surface of the waveguide-oscillation concentrator;
7 – выступающее средство волновода-концентратора колебаний;7 – protruding means of the waveguide-concentrator of oscillations;
8 – подвес электромеханического преобразователя;8 – suspension of electromechanical converter;
9 – крепежное средство;9 – fastener;
10 – контейнер электромеханического преобразователя;10 – electromechanical converter container;
11 – демпфер;11 – damper;
12 – отверстия в выступающем средстве волновода-концентратора колебаний;12 – holes in the protruding means of the waveguide-oscillation concentrator;
13 – внутренняя герметичная полость контейнера;13 – internal sealed cavity of the container;
14 – торцевая крышка контейнера;14 – container end cap;
15 – сквозные отверстия или прорези в контейнере;15 – through holes or slots in the container;
16 – сквозные отверстия в волноводе-концентраторе колебаний;16 – through holes in the waveguide-oscillation concentrator;
17 – глухое отверстие в волноводе-концентраторе колебаний;17 – blind hole in the waveguide-oscillation concentrator;
18 – корпус;18 – body;
19 – средства крепления контейнера к корпусу;19 – means for fastening the container to the body;
20 – генератор высокочастотных колебаний;20 – high-frequency oscillation generator;
21 – пластины или ребра контейнера;21 – plates or ribs of the container;
22 – пакер;22 – packer;
23 – клапан;23 – valve;
24 – насос;24 – pump;
25 – система управления;25 – control system;
26 – пласт;26 – layer;
27 – скважинная камера;27 – well chamber;
28 – дополнительная ступень волновода-концентратора колебаний;28 – additional stage of the waveguide-oscillation concentrator;
29 – отверстия в контейнере для размещения средства подачи электрической энергии;29 – openings in the container for placing the means of supplying electrical energy;
30 – отверстие в элементе крепления к подвесу, служащее для размещения средства подачи электрической энергии;30 – a hole in the element of fastening to the suspension, used to place the means of supplying electrical energy;
31 – колонна насосно-компрессорных труб;31 – column of pump and compressor pipes;
32 – дополнительная колонна насосно-компрессорных труб;32 – additional column of pump and compressor pipes;
33 – резьба для крепления корпуса к подвесу;33 – thread for attaching the body to the suspension;
34 – датчик.34 – sensor.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Как показано на фиг. 1 чертежей изобретения электромеханический преобразователь 1 для воздействия на газосодержащую жидкость включает сердечник 2 с размещенной на нем обмоткой 3 из токопроводящих жил или проводов, образованный с использованием магнитострикционного или пьезокерамического материала. Использование указанных материалов позволяет сердечнику 2 при подаче на обмотку 3 электрической энергии, в том числе высокой частоты, изменять свою форму или размеры. В результате происходит периодическое удлинение и сжатие сердечника 2 и, тем самым, генерирование механических колебаний с ультразвуковой частотой.As shown in Fig. 1 of the drawings of the invention, the electromechanical transducer 1 for acting on a gas-containing liquid includes a core 2 with a winding 3 of conductive cores or wires placed on it, formed using a magnetostrictive or piezoceramic material. The use of the said materials allows the core 2 to change its shape or dimensions when electrical energy, including high frequency, is supplied to the winding 3. As a result, periodic elongation and compression of the core 2 occurs and, thereby, mechanical vibrations with an ultrasonic frequency are generated.
На внутренней стороне обмотки 3, в зоне перегибов проводов, на сердечнике 2 может размещаться эластомерная или полимерная подушка или иное упругое средство, способствующее сохранению токопроводящих жил от истирания (на фиг. не показаны). Такое средство может размещаться и между плоской внешней поверхностью сердечника 2 и обмоткой 3.On the inner side of winding 3, in the area of wire bends, on core 2, an elastomer or polymer cushion or other elastic means can be placed, helping to preserve the conductive cores from abrasion (not shown in the Fig.). Such a means can also be placed between the flat outer surface of core 2 and winding 3.
Подачу электрической энергии к обмотке 3 осуществляют посредством электрического кабеля 4 (фиг. 2), который подключен к генератору 20 высокочастотных колебаний, установленному на поверхности у устья скважины (фиг. 10-13), и проходит вдоль колонны 31 насосно-компрессорных труб. Вместе с тем такой генератор 20 высокочастотных колебаний может также размещаться в скважине, например, в одном или в разных корпусах в месте размещения электромеханического преобразователя 1 (фиг. 14-17).The supply of electrical energy to the winding 3 is carried out by means of an electrical cable 4 (Fig. 2), which is connected to a high-frequency oscillation generator 20 installed on the surface at the wellhead (Fig. 10-13), and runs along the column 31 of pump-compressor pipes. At the same time, such a high-frequency oscillation generator 20 can also be placed in the well, for example, in one or in different housings at the location of the electromechanical converter 1 (Fig. 14-17).
На каждом из двух противоположных концов сердечника 2 электромеханического преобразователя 1 закреплен, по меньшей мере, один волновод в виде концентратора колебаний (волновод-концентратор 5 колебаний) (фиг. 1). Каждый волновод-концентратор 5 колебаний содержит, по меньшей мере, одну активную поверхность 6, выполненную с возможностью взаимодействия с газосодержащей жидкостью. Указанные активные поверхности 6 размещены так, что, по меньшей мере, с двух противоположных сторон сердечника 2 имеется, по меньшей мере, по одной активной поверхности 6, выполненной с возможностью взаимодействия в режиме кавитации с газосодержащей жидкостью, и размещенной на отдельном волноводе-концентраторе 5 колебаний. Тем самым электромеханический преобразователь 1 при наличии всего одного сердечника, позволяет разместить в два раза больше активных поверхностей волноводов-концентраторов 5 колебаний, служащих для взаимодействия с газосодержащей жидкостью. В результате эффективность выделения газа растет в большей степени, чем требуемая для ее осуществления масса электромеханического преобразователя ввиду возможности использования только одного сердечника 2.At each of the two opposite ends of the core 2 of the electromechanical converter 1, at least one waveguide in the form of an oscillation concentrator (oscillation waveguide concentrator 5) is fixed (Fig. 1). Each oscillation waveguide concentrator 5 contains at least one active surface 6, made with the possibility of interaction with a gas-containing liquid. The said active surfaces 6 are arranged so that at least on two opposite sides of the core 2 there is at least one active surface 6, made with the possibility of interaction in the cavitation mode with a gas-containing liquid, and arranged on a separate oscillation waveguide concentrator 5. Thus, the electromechanical converter 1, with the presence of only one core, makes it possible to place twice as many active surfaces of the oscillation waveguides-concentrators 5, serving for interaction with a gas-containing liquid. As a result, the efficiency of gas extraction increases to a greater extent than the mass of the electromechanical converter required to achieve it due to the possibility of using only one core 2.
Боковые поверхности каждого волновода-концентратора 5 колебаний могут быть выполнены цилиндрическими, коническими или могут иметь криволинейный профиль.The side surfaces of each waveguide-concentrator 5 of oscillations can be made cylindrical, conical or can have a curvilinear profile.
На боковой поверхности, по меньшей мере, одного из закрепленных на сердечнике 2 волноводов-концентраторов 5 колебаний, имеется, по меньшей мере, одно выступающее средство 7, выполненное, например, в виде кольцевого выступа, и расположенное в зоне соответствующего волновода-концентратора 5 колебаний, имеющей нулевую амплитуду колебаний.On the side surface of at least one of the oscillation waveguide concentrators 5 fixed to the core 2, there is at least one protruding means 7, made, for example, in the form of an annular protrusion, and located in the zone of the corresponding oscillation waveguide concentrator 5, having a zero oscillation amplitude.
В этой части следует отметить, что данное средство 7 (кольцевой выступ) располагается в зоне волновода-концентратора 5 колебаний, где вибрация и колебания, по существу, отсутствуют. Это связано с тем, что волновод-концентратор 5 колебаний выполняют, так, что расстояние от выступающего средства 7 до каждой торцевой поверхности волновода-концентратора 5 колебаний составляет половину длины получаемой волны. В результате амплитуда образуемой стоячей волны в зоне размещения выступающего средства 7 будет иметь нулевое значение.In this part it should be noted that this means 7 (annular projection) is located in the zone of the waveguide-concentrator of oscillations 5, where vibration and oscillations are essentially absent. This is due to the fact that the waveguide-concentrator of oscillations 5 is made so that the distance from the protruding means 7 to each end surface of the waveguide-concentrator of oscillations 5 is half the length of the wave obtained. As a result, the amplitude of the standing wave formed in the zone of placement of the protruding means 7 will have a zero value.
Так, например, волновод-концентратор 5 колебаний может быть выполнен ступенчатым с длиной каждой ступени, равной половине длины получаемой волны, а выступающее средство 7 размещено между этими ступенями. При этом боковая поверхность каждой из ступеней выполняется цилиндрической, конической или может иметь криволинейный профиль. На фиг. 1 показан волновод-концентратор 5 колебаний, имеющий ступенчатую форму с двумя ступенями, имеющими цилиндрическую боковую поверхность. В то же время количество указанных ступеней может быть и большим.Thus, for example, the waveguide-concentrator 5 of oscillations can be made stepped with the length of each step equal to half the length of the received wave, and the projecting means 7 is placed between these steps. In this case, the lateral surface of each of the steps is made cylindrical, conical or can have a curvilinear profile. Fig. 1 shows the waveguide-concentrator 5 of oscillations, having a stepped shape with two steps having a cylindrical lateral surface. At the same time, the number of said steps can be greater.
В результате указанного выполнения волновода-концентратора 5 колебаний передача колебаний через выступающее средство 7 на внешний подвес 8, например, одну из труб колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 2) сводится к минимуму. Тем самым повышается надежность удержания электромеханического преобразователя относительно такого подвеса 8, а, следовательно, повышается и надежность крепления электромеханического преобразователя внутри скважины в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний и взаимодействия с образовывающимися газовыми пузырьками.As a result of the specified implementation of the waveguide-concentrator 5 of oscillations, the transmission of oscillations through the protruding means 7 to the external suspension 8, for example, one of the pipes of the column 31 of the pump-compressor pipes (Fig. 2) is reduced to a minimum. This increases the reliability of holding the electromechanical converter relative to such a suspension 8, and, consequently, the reliability of fastening the electromechanical converter inside the well is also increased under conditions of high-frequency vibrations of the waveguide-concentrator of oscillations and interaction with the resulting gas bubbles.
Дополнительно, для снижения передачи колебаний на внешний подвес 8, кольцевой выступ может быть также снабжен демпфером 11 (фиг. 3), который представляет собой эластомерное кольцо, закрепленное на волноводе-концентраторе 5 колебаний. В еще одном варианте выполнения такой демпфер 11 может быть размещен и на удерживающем элементе подвеса 8.Additionally, to reduce the transmission of vibrations to the external suspension 8, the annular projection can also be provided with a damper 11 (Fig. 3), which is an elastomeric ring secured to the waveguide-concentrator of vibrations 5. In another embodiment, such a damper 11 can also be placed on the retaining element of the suspension 8.
Как показано на фиг. 2, выступающее средство 7 выполнено с возможностью задавать положение волноводов-концентраторов 5 колебаний, сердечника 2 и размещенной на нем обмотки 3 относительно внешнего подвеса 8. Внешний подвес 8 в различных вариантах осуществления изобретения может представлять собой либо одну из труб колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 2), либо средство, обеспечивающее крепление электромеханического преобразователя к насосно-компрессорным трубам с их внешней стороны в затрубном пространстве, либо грузонесущий кабель, либо иное крепежное средство, такое как муфта, переводник, и т.п.As shown in Fig. 2, the protruding means 7 is designed with the possibility of setting the position of the oscillation concentrator waveguides 5, the core 2 and the winding 3 placed on it relative to the external suspension 8. The external suspension 8 in various embodiments of the invention can be either one of the pipes of the column 31 of the pump-compressor pipes (Fig. 2), or a means ensuring the fastening of the electromechanical converter to the pump-compressor pipes from their outer side in the annular space, or a load-bearing cable, or another fastening means, such as a coupling, a sub, etc.
Необходимо также отметить, что ввиду выполнения выступающего средства 7 в виде кольцевого выступа необходима организация движения газосодержащей жидкости через указанный выступ, либо подведение электрического кабеля 4 или крепежного средства 9. Для этого в указанном выступе может быть выполнено одно или несколько отверстий 12 для прохождения газосодержащей жидкости (фиг. 5), для размещения крепежного средства 9 (фиг. 2 и 5) или средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника 2, такого как электрический кабель 4 (фиг. 5).It should also be noted that due to the implementation of the protruding means 7 in the form of an annular protrusion, it is necessary to organize the movement of a gas-containing liquid through said protrusion, or to supply an electric cable 4 or a fastening means 9. For this purpose, one or more openings 12 can be made in said protrusion for the passage of a gas-containing liquid (Fig. 5), for placing a fastening means 9 (Figs. 2 and 5) or a means that ensures the supply of electric energy to the winding of the core 2, such as an electric cable 4 (Fig. 5).
Также замкнутая или незамкнутая полость, в частности, сквозное отверстие 16 может выполняться и в самом волноводе-концентраторе 5 колебаний, в частности в его дополнительной ступени 28 (фиг. 7). Сквозное отверстие 16 может использоваться для прохода газосодержащей жидкости и, тем самым, дополнительно увеличивать площадь активной поверхности волновода-концентратора 5 колебаний, взаимодействующую с такой жидкостью, и еще больше повышать степень извлечения газа из единицы объема газосодержащей жидкости. Также возможно выполнение незамкнутой полости каждого волновода-концентратора 5 колебаний в виде глухого отверстия 17, имеющего резьбу для присоединения дополнительной ступени 28 волновода-концентратора (фиг. 4). Такая дополнительная ступень 28 позволяет, в зависимости от производственной необходимости, изменять площадь активной торцевой поверхности 6 волновода-концентратора 5 колебаний, а также амплитуду колебаний.Also, a closed or unclosed cavity, in particular, a through hole 16 can be made in the oscillation concentrator waveguide 5 itself, in particular in its additional stage 28 (Fig. 7). The through hole 16 can be used for the passage of a gas-containing liquid and, thereby, additionally increase the area of the active surface of the oscillation concentrator waveguide 5 interacting with such liquid, and further increase the degree of gas extraction from a unit volume of the gas-containing liquid. It is also possible to make an unclosed cavity of each oscillation concentrator waveguide 5 in the form of a blind hole 17 having a thread for connecting an additional stage 28 of the oscillation concentrator waveguide (Fig. 4). Such an additional stage 28 allows, depending on production needs, to change the area of the active end surface 6 of the oscillation concentrator waveguide 5, as well as the oscillation amplitude.
Для защиты сердечника 2 и обмотки 3 от внешнего воздействия указанные элементы электромеханического преобразователя могут быть помещены во внутреннюю полость контейнера 10. При этом активные поверхности 6 волноводов-концентраторов 5 колебаний, служащие для взаимодействия с газосодержащей жидкостью, размещают снаружи такого контейнера 10. Для этого контейнер 10 выполняют разъемным, с одной или несколькими торцевыми крышками 14, имеющими отверстие для прохождения части волновода-концентратора 5 колебаний (фиг. 3, 5 и 6).To protect the core 2 and winding 3 from external influences, the said elements of the electromechanical converter can be placed in the internal cavity of the container 10. In this case, the active surfaces 6 of the oscillation waveguide concentrators 5, which serve to interact with the gas-containing liquid, are placed outside such a container 10. For this purpose, the container 10 is made detachable, with one or more end caps 14, having an opening for the passage of a part of the oscillation waveguide concentrator 5 (Figs. 3, 5 and 6).
В указанном выше случае выступающие средства 7 волноводов-концентраторов 5 колебаний непосредственно взаимодействуют с внутренней поверхностью контейнера 10, а их размещение на подвесе 8 осуществляется опосредованно, при помощи указанного контейнера 10.In the above-mentioned case, the protruding means 7 of the oscillation waveguides-concentrators 5 directly interact with the inner surface of the container 10, and their placement on the suspension 8 is carried out indirectly, with the help of the said container 10.
При этом контейнер 10 может быть выполнен глухим, с замкнутой герметичной полостью 13 внутри (фиг. 3 и 6) или иметь на своей боковой поверхности сквозные отверстия или прорези 15 (фиг. 5) Данное выполнение контейнера позволяет реализовать охлаждение размещаемых внутри него элементов. В частности, выполнения контейнера 10 с отверстием или прорезью 15 позволяет организовать прохождение потока газосодержащей жидкости через его внутреннюю полость и, тем самым, обеспечить отвод тепла от обмотки 3 и сердечника 2. При этом выполнение внутренней полости контейнера 10 в виде замкнутой герметичной полости 13 позволяет разместить внутри такой полости 13 охлаждающие средства, способствующие отводу тепла от обмотки 3 и сердечника 2 во внешнюю газосодержащую жидкость.In this case, the container 10 can be made blind, with a closed hermetic cavity 13 inside (Fig. 3 and 6) or have through holes or slots 15 on its side surface (Fig. 5). This design of the container allows for the cooling of the elements placed inside it. In particular, the design of the container 10 with an opening or slot 15 allows for the flow of gas-containing liquid to be organized through its internal cavity and, thereby, for heat to be removed from the winding 3 and the core 2. In this case, the design of the internal cavity of the container 10 in the form of a closed hermetic cavity 13 allows for the placement of cooling means inside such cavity 13, which facilitate the removal of heat from the winding 3 and the core 2 into the external gas-containing liquid.
В качестве такого охлаждающего средства может использоваться охлаждающая жидкость, например, трансформаторное масло, размещенное внутри контейнера 10 для передачи тепла от обмотки 3 и сердечника 2 во внешнюю среду через стенку контейнера 10. Заполнение контейнера 10 трансформаторным маслом, а также его слив осуществляют через выполненное в его стенке отверстие. При этом для размещения масла в контейнере 10 его можно снабдить дополнительной емкостью, из которой масло может подаваться в полость 13 как принудительно, при помощи насоса, так и самотеком.A cooling liquid, for example, transformer oil, placed inside container 10 for heat transfer from winding 3 and core 2 to the external environment through the wall of container 10, can be used as such a cooling agent. Filling container 10 with transformer oil, as well as draining it, is carried out through an opening made in its wall. In this case, to place oil in container 10, it can be equipped with an additional tank, from which oil can be fed into cavity 13 either forcibly, using a pump, or by gravity.
Кроме того, для дополнительного усиления теплообмена между стенкой контейнера 10 и газосодержащей жидкостью или трансформаторным маслом на соответствующей его стенке размещены ребра или пластины 21 с увеличенной площадью, простирающиеся наружу (фиг. 8 и 9) и/или внутрь контейнера (на фиг. не показаны). При помощи указанных ребер или пластин 21 поверхность теплообмена с соответствующей жидкостью увеличивается и имеется возможность передать большее количество теплоты в единицу времени, что способствует более интенсивному охлаждению сердечника 2 и обмотки 3.In addition, for additional enhancement of heat exchange between the wall of the container 10 and the gas-containing liquid or transformer oil, ribs or plates 21 with an increased area are placed on the corresponding wall, extending outward (Figs. 8 and 9) and/or inward of the container (not shown in the Fig.). With the help of the said ribs or plates 21, the heat exchange surface with the corresponding liquid increases and it is possible to transfer a greater amount of heat per unit of time, which contributes to more intensive cooling of the core 2 and winding 3.
В частном случае выполнения, в стенке контейнера 10 также может быть выполнено одно или несколько отверстий 29 для размещения средства, обеспечивающего подачу электрической энергии к обмотке сердечника, такого как электрический кабель, герметичная свеча, токоввод или любое другое подходящее средство. Возможен также вариант выполнения, в котором средство, обеспечивающее подачу электрической энергии к обмотке сердечника, проходит через отверстие (на фиг. не показано) в стенке корпуса 18 или через отверстие 30, имеющееся на одном из элементов для соединения с подвесом 8, например, выполненном в виде одной из труб колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 2).In a particular embodiment, one or more openings 29 may also be made in the wall of the container 10 for accommodating a means for supplying electric energy to the core winding, such as an electric cable, a sealed spark plug, a current lead or any other suitable means. It is also possible to have a variant of embodiment in which the means for supplying electric energy to the core winding passes through an opening (not shown in the Fig.) in the wall of the housing 18 or through an opening 30 present on one of the elements for connection with the suspension 8, for example, made in the form of one of the pipes of the column 31 of the pump-compressor pipes (Fig. 2).
Наряду с вышеупомянутым контейнером 10 для размещения электромеханического преобразователя 1 внутри скважины может быть использован и корпус 18 (фиг. 4 и 6). Такой корпус 18 служит для крепления электромеханического преобразователя 1 к внешнему подвесу 8. В частном случае выполнения подвеса 8 в виде одной из труб колонны 31 насосно-компрессорных труб такой корпус 18 может быть размещен между двумя соседними трубами указанной колонны. Для этого на торцевых частях корпуса 18 может быть выполнена резьба 33 (фиг. 6) или иные крепежные средства, обеспечивающие его крепление либо непосредственно к соответствующей трубе колонны 31 либо через переводник.Along with the above-mentioned container 10, a housing 18 (Fig. 4 and 6) can also be used to accommodate the electromechanical converter 1 inside the well. Such housing 18 serves to secure the electromechanical converter 1 to the external suspension 8. In the particular case of implementing the suspension 8 in the form of one of the pipes of the column 31 of pump-compressor pipes, such housing 18 can be placed between two adjacent pipes of the said column. For this purpose, a thread 33 (Fig. 6) or other fastening means can be made on the end parts of the housing 18, ensuring its fastening either directly to the corresponding pipe of the column 31 or through a sub.
Крепление электромеханического преобразователя 1 внутри такого корпуса 18 осуществляется либо при помощи средств 19 крепления, связывающих между собой контейнер 10 и стенку корпуса 18 (фиг. 4), либо при помощи выступающего средства 7, которое в таком случае взаимодействует с его внутренней поверхностью или может быть закреплено на ней. Также возможна и комбинация указанных способов крепления.The fastening of the electromechanical converter 1 inside such a housing 18 is carried out either by means of fastening means 19, connecting the container 10 and the wall of the housing 18 (Fig. 4), or by means of a protruding means 7, which in this case interacts with its inner surface or can be fastened to it. A combination of the specified fastening methods is also possible.
Работает электромеханический преобразователь следующим образом. При подаче высокочастотных электрических колебаний от генератора 20 на обмотку 3 сердечника 2, происходит периодическое изменение формы или размеров последнего. Причем такое изменение затрагивает оба торца сердечника, на которых закреплены волноводы-концентраторы 5 колебаний. В результате, на поверхности 6 каждого волновода-концентратора 5 колебаний, взаимодействующей с газосодержащей жидкостью, возникают зоны разряжения в виде вакуумных полостей. Образование данных полостей обусловлено вязкостью газосодержащей жидкости, такой как нефть. Эти свойства жидкости, приводящие к определенной ее инерции, не дают ее поверхности точно следовать за высокочастотными колебаниями поверхности 6. При этом образовавшиеся полости мгновенно заполняются газом, выделившимся из газосодержащей жидкости в связи с тем, что давление в них ниже давления насыщения газосодержащей жидкости. Тем самым происходит образование газовых пузырьков, которые под действием гравитационных сил поднимаются вверх к устью скважины. В результате, при помощи электромеханического преобразователя 1 может быть получена газо-жидкостная смесь, которая может иметь различное применение, в том числе, и для подъема газосодержащей жидкости к устью скважины.The electromechanical converter operates as follows. When high-frequency electrical oscillations are supplied from the generator 20 to the winding 3 of the core 2, the shape or size of the latter changes periodically. Moreover, such a change affects both ends of the core, on which the waveguide-concentrators 5 of oscillations are fixed. As a result, on the surface 6 of each waveguide-concentrator 5 of oscillations, interacting with the gas-containing liquid, rarefaction zones in the form of vacuum cavities arise. The formation of these cavities is due to the viscosity of the gas-containing liquid, such as oil. These properties of the liquid, leading to a certain inertia, do not allow its surface to accurately follow the high-frequency oscillations of the surface 6. In this case, the resulting cavities are instantly filled with gas released from the gas-containing liquid due to the fact that the pressure in them is lower than the saturation pressure of the gas-containing liquid. Thus, gas bubbles are formed, which, under the action of gravitational forces, rise upward to the wellhead. As a result, using the electromechanical converter 1, a gas-liquid mixture can be obtained, which can have various applications, including for lifting gas-containing liquid to the wellhead.
При этом наличие волноводов-концентраторов 5 колебаний с двух сторон от сердечника 2 способствует увеличению площади активной поверхности 6 электромеханического преобразователя, оказывающей воздействие на газосодержащую жидкость в стесненных условиях скважинного пространства, и увеличению количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости. При этом массовые характеристики электромеханического преобразователя за счет такого выполнения увеличиваются в незначительной степени.In this case, the presence of waveguides-concentrators 5 of oscillations on both sides of the core 2 contributes to an increase in the area of the active surface 6 of the electromechanical converter, which has an effect on the gas-containing liquid in the cramped conditions of the well space, and an increase in the amount of gas released from a unit volume of the gas-containing liquid. In this case, the mass characteristics of the electromechanical converter due to such implementation increase to an insignificant degree.
Одновременно обеспечивается также надежное крепление и удержание электромеханического преобразователя внутри скважины в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора 5 колебаний.At the same time, reliable fastening and retention of the electromechanical converter inside the well is also ensured under conditions of high-frequency vibrations of the waveguide-concentrator 5 oscillations.
Вышеупомянутый электромеханический преобразователь 1 в любом из возможных вариантов его осуществления может быть использован в составе скважинного оборудования для воздействия на газосодержащую жидкость, например, для воздействия на нефть с целью ее добычи. В этом случае скважинное оборудование включает, по меньшей мере, один генератор 20 высокочастотных колебаний, колонну 31 насосно-компрессорных труб и, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь 1 для воздействия на газосодержащую жидкость (фиг. 10). При этом, по меньшей мере, одно выступающее средство 7 волноводов-концентраторов 5 колебаний будет задавать положение волноводов-концентраторов 5 колебаний, сердечника 2 и размещенной на нем обмотки 3 относительно подвеса 8, выполненного, например, в виде одной из труб колонны 31 насосно-компрессорных труб.The above-mentioned electromechanical transducer 1 in any of the possible embodiments thereof may be used as part of downhole equipment for influencing a gas-containing liquid, for example, for influencing oil for the purpose of its extraction. In this case, the downhole equipment includes at least one high-frequency oscillation generator 20, a column 31 of pump-compressor pipes and at least one electromechanical transducer 1 for influencing a gas-containing liquid (Fig. 10). In this case, at least one protruding means 7 of the waveguides-concentrators 5 of oscillations will set the position of the waveguides-concentrators 5 of oscillations, the core 2 and the winding 3 placed on it relative to the suspension 8, made, for example, in the form of one of the pipes of the column 31 of pump-compressor pipes.
В различных вариантах выполнения электромеханический преобразователь может быть размещен внутри колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 10 и 12) или снаружи колонны 31 насосно-компрессорных труб в затрубном пространстве (фиг. 11 и 13). В последнем случае обеспечивается возможность снижения гидравлических сопротивлений для потока газо-жидкостной смеси внутри колонны 31 насосно-компрессорных труб, а также обеспечивается возможность спуска с устья геофизических приборов на забой. При этом колонну 31 насосно-компрессорных труб снабжают клапанами 23, служащими для перепуска газо-жидкостной смеси, поступающей от электромеханических преобразователей 1 внутрь колонны.In various embodiments, the electromechanical converter can be placed inside the tubing string 31 (Figs. 10 and 12) or outside the tubing string 31 in the annular space (Figs. 11 and 13). In the latter case, it is possible to reduce the hydraulic resistance for the flow of the gas-liquid mixture inside the tubing string 31, and it is also possible to lower geophysical instruments from the wellhead to the bottomhole. In this case, the tubing string 31 is equipped with valves 23, which serve to bypass the gas-liquid mixture coming from the electromechanical converters 1 into the string.
Вышеуказанные варианты размещения электромеханических преобразователей 1 могут быть совмещены с дополнительным насосным оборудованием. Для этого на колонне 31 насосно-компрессорных труб может быть размещен лопастной, винтовой или диафрагменный насос 24 с электродвигателем, например, вентильным электродвигателем (фиг. 14-17). В таком случае электромеханический преобразователь также может быть размещен внутри (фиг. 14 и 16) или снаружи (фиг. 15 и 17) колонны 31 насосно-компрессорных труб в затрубном пространстве. В последнем случае такое размещение электромеханических преобразователей 1 обеспечивает возможность доступа к сливному клапану, размещенному над насосом 24, и допускает применение канатного инструмента или лома для сбития сливного клапана с целью облегчения глушения скважины.The above-mentioned variants of placement of electromechanical converters 1 can be combined with additional pumping equipment. For this purpose, a vane, screw or diaphragm pump 24 with an electric motor, for example, a valve electric motor (Figs. 14-17), can be placed on the column 31 of pump-compressor pipes. In such a case, the electromechanical converter can also be placed inside (Figs. 14 and 16) or outside (Figs. 15 and 17) the column 31 of pump-compressor pipes in the annular space. In the latter case, such placement of electromechanical converters 1 provides the possibility of access to the drain valve located above the pump 24, and allows the use of a rope tool or crowbar to knock down the drain valve in order to facilitate killing the well.
Также возможно и совместное использование электромеханических преобразователей 1 вместе с одним или несколькими пакерами 22 для отсечения различных зон внутрискважинного пространства. В этом случае, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь 1 может быть размещен в пространстве над пакером 22 (фиг. 12), под пакером 22 (фиг. 16) или же одновременно над и под пакером 22 (фиг. 13 и 17). Данное выполнение может быть полезно для отсечения расположенных выше интервалов скважинного пространства, например, если колонна обсадных труб имеет негерметичности (фиг. 12 и 16), или для разделения пластов 26 (фиг. 13 и 17) с целью одновременно-раздельной или периодической эксплуатации двух пластов 26.It is also possible to use electromechanical transducers 1 together with one or more packers 22 for cutting off different zones of the downhole space. In this case, at least one electromechanical transducer 1 can be placed in the space above the packer 22 (Fig. 12), below the packer 22 (Fig. 16), or simultaneously above and below the packer 22 (Figs. 13 and 17). This embodiment can be useful for cutting off intervals of the downhole space located above, for example, if the casing string has leaks (Figs. 12 and 16), or for separating layers 26 (Figs. 13 and 17) for the purpose of simultaneous-separate or periodic operation of two layers 26.
В предпочтительном примере осуществления один или несколько электромеханических преобразователей 1 могут использоваться для освоения скважины. В этом случае после глушения скважины в затрубное пространство принудительно подается газ с устья скважины (фиг. 18 и 19). После извлечения раствора глушения производят запуск электромеханических преобразователей 1. В это же время происходит снижение противодавления на пласт и из него начинает поступать свежий приток газосодержащей жидкости. Под действием пластового давления скважина выходит на фонтанный режим работы. При этом использование электромеханических преобразователей 1 (фиг. 18 и 19) обеспечивает образование газо-жидкостной смеси, при помощи которой скважина может быть быстрее освоена и способна выйти на больший дебит.In a preferred embodiment, one or more electromechanical converters 1 can be used to develop the well. In this case, after the well is killed, gas is forced into the annular space from the wellhead (Figs. 18 and 19). After the killing solution is extracted, the electromechanical converters 1 are started. At the same time, the back pressure on the formation decreases and a fresh influx of gas-containing liquid begins to flow from it. Under the action of the formation pressure, the well enters the flow mode of operation. In this case, the use of electromechanical converters 1 (Figs. 18 and 19) ensures the formation of a gas-liquid mixture, with the help of which the well can be developed faster and is capable of reaching a higher flow rate.
В данном варианте выполнения возможна комбинация электромеханических преобразователей 1 с клапаном 23, например, обратным, который способствует организации движения жидкости в скважинном пространстве (фиг. 19).In this embodiment, it is possible to combine electromechanical converters 1 with valve 23, for example, a check valve, which helps organize the movement of liquid in the well space (Fig. 19).
В еще одном варианте выполнения скважинного оборудования предлагается использовать один или несколько электромеханических преобразователей 1 совместно со средствами, обеспечивающими газлифтный способ добычи газосодержащей жидкости.In another embodiment of the downhole equipment, it is proposed to use one or more electromechanical converters 1 together with means that provide a gas-lift method for extracting gas-containing liquid.
В этом случае электромеханические преобразователи 1 могут быть использованы совместно, по меньшей мере, с одной скважинной камерой 27 и/или, по меньшей мере, одним клапаном 23, таким как приемный клапан или газлифтный клапан. В этом случае, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь 1 может быть размещен внутри скважинной камеры 27 (фиг. 20) и/или снаружи нее. Также один или несколько электромеханических преобразователей 1 может быть размещен перед клапаном 23, например, приемным клапаном (фиг. 20) и/или после такого клапана 23.In this case, the electromechanical converters 1 can be used together with at least one borehole chamber 27 and/or at least one valve 23, such as a receiving valve or a gas lift valve. In this case, at least one electromechanical converter 1 can be placed inside the borehole chamber 27 (Fig. 20) and/or outside it. Also, one or more electromechanical converters 1 can be placed before the valve 23, for example, a receiving valve (Fig. 20) and/or after such a valve 23.
В случае если газлифтный способ добычи нефти организуют с использованием затрубного пространства для подачи сжатого газа в скважину, то один или несколько электромеханических преобразователей 1 размещают внутри колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 21). Если же используют иную схему – с подачей сжатого газа через колонну 31 насосно-компрессорных труб, то один или несколько электромеханических преобразователей 1 размещают в затрубном пространстве (фиг. 22). В обоих указанных случаях использование электромеханических преобразователей 1 способствует снижению расхода закачиваемого сжатого газа в скважину, который необходим для поддержания режима фонтанирования газо-жидкостной смеси.In the event that the gas lift method of oil production is organized using the annular space for feeding compressed gas into the well, then one or more electromechanical converters 1 are placed inside the column 31 of pump-compressor pipes (Fig. 21). If a different scheme is used - with the supply of compressed gas through the column 31 of pump-compressor pipes, then one or more electromechanical converters 1 are placed in the annular space (Fig. 22). In both of these cases, the use of electromechanical converters 1 helps to reduce the flow rate of compressed gas injected into the well, which is necessary to maintain the flowing mode of the gas-liquid mixture.
Также возможно использование одного или нескольких электромеханических преобразователей 1 совместно с оборудованием для газлифтного способа добычи газосодержащей жидкости в случае, когда такое оборудование предусматривает использование двух или более колон насосно-компрессорных труб. В этом случае вокруг колонны 31 насосно-компрессорных труб устанавливают, по меньшей мере, одну дополнительную колонну 32 насосно-компрессорных труб, с образованием кольцевого пространства между колоннами (фиг. 23-25). Указанное кольцевое пространство может проходить только на части длины колонн 31, 32 насосно-компрессорных труб, образуя тем самым полуторорядный подъемник (фиг. 25). При этом, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь 1 может быть размещен внутри колонны 31 насосно-компрессорных труб (фиг. 23 и 25), внутри кольцевого пространства между колоннами 31, 32 насосно-компрессорных труб (фиг. 24) и/или снаружи указанного кольцевого пространства. Как и в предыдущем случае это позволяет снизить расход, закачиваемого сжатого газа в скважину и, соответственно, снизить требования, предъявляемые к оборудованию.It is also possible to use one or more electromechanical converters 1 together with equipment for the gas lift method of extracting gas-containing liquid in the case when such equipment provides for the use of two or more columns of tubing pipes. In this case, at least one additional column 32 of tubing pipes is installed around the column 31 of tubing pipes, forming an annular space between the columns (Figs. 23-25). The said annular space can extend only over a part of the length of the columns 31, 32 of tubing pipes, thereby forming a one-and-a-half-row lift (Fig. 25). In this case, at least one electromechanical converter 1 can be placed inside the column 31 of tubing pipes (Figs. 23 and 25), inside the annular space between the columns 31, 32 of tubing pipes (Fig. 24) and/or outside the said annular space. As in the previous case, this allows to reduce the consumption of compressed gas pumped into the well and, accordingly, reduce the requirements for the equipment.
Для управления работой электромеханических преобразователей 1 может быть предусмотрена система 25 управления, которая служит для подачи сигнала и/или электрической энергии на каждый электромеханический преобразователь 1 (фиг. 10-17). На фигурах система управления показана размещенной рядом с устьем скважины, однако возможно и иное ее размещение, в зависимости от конкретного используемого оборудования. В частности, такая система управления может располагаться и внутри самой скважины в непосредственной близости от электромеханических преобразователей 1, например, в смежном или одном корпусе с погружным генератором 20 высокочастотных колебаний.To control the operation of the electromechanical converters 1, a control system 25 may be provided, which serves to supply a signal and/or electrical energy to each electromechanical converter 1 (Figs. 10-17). In the figures, the control system is shown as located near the wellhead, but another placement is also possible, depending on the specific equipment used. In particular, such a control system may also be located inside the well itself in the immediate vicinity of the electromechanical converters 1, for example, in an adjacent or the same housing with the submersible generator 20 of high-frequency oscillations.
В зависимости от необходимых функциональных возможностей система 25 управления может включать, по меньшей мере, один контроллер и/или, по меньшей мере, одно реле времени. При этом контроллер допускает более сложный механизм регулирования с учетом различных параметров внутри скважины, например, таких как давление газосодержащей жидкости, либо иных необходимых параметров. Для этого используют, по меньшей мере, один датчик 34, подключаемый к системе 25 управления с целью передачи ей сигналов, обеспечивающих возможность контроля параметров работы электромеханического преобразователя 1, газосодержащей жидкости и/или газо-жидкостной смеси. Датчик 34 может быть размещен, например, внутри контейнера 10 электромеханического преобразователя 1 (фиг. 6) или вне контейнера 10, в частности, рядом с электромеханическим преобразователем 1 (фиг. 14). Датчик 34 служит для определения одного или нескольких физических параметров электромеханического преобразователя 1 или газо-жидкостной смеси, таких как давление, плотность, влажность на основе индукционной емкости, характер шумов и частотного спектра волн в звуковом диапазоне и т.д., изменяющихся в процессе образования газо-жидкостной смеси.Depending on the required functional capabilities, the control system 25 may include at least one controller and/or at least one time relay. In this case, the controller allows for a more complex control mechanism taking into account various parameters inside the well, such as, for example, the pressure of the gas-containing liquid, or other required parameters. For this purpose, at least one sensor 34 is used, connected to the control system 25 for the purpose of transmitting signals to it, ensuring the possibility of monitoring the operating parameters of the electromechanical converter 1, the gas-containing liquid and/or the gas-liquid mixture. The sensor 34 may be placed, for example, inside the container 10 of the electromechanical converter 1 (Fig. 6) or outside the container 10, in particular, next to the electromechanical converter 1 (Fig. 14). Sensor 34 serves to determine one or several physical parameters of the electromechanical transducer 1 or gas-liquid mixture, such as pressure, density, humidity based on induction capacity, the nature of noise and the frequency spectrum of waves in the audio range, etc., changing during the formation of the gas-liquid mixture.
По результатам обработки поступившего от датчика сигнала контроллер системы 25 управления на основании заданной программы принимает решение о включении или выключении электромеханического преобразователя 1, а также о требуемом режиме его работы.Based on the results of processing the signal received from the sensor, the controller of the control system 25, based on a specified program, makes a decision on turning on or off the electromechanical converter 1, as well as on the required mode of its operation.
В то же время при помощи реле времени можно устанавливать необходимый режим работы электромеханических преобразователей 1 внутри заданных временных границ.At the same time, using a time relay, it is possible to set the required operating mode of electromechanical converters 1 within specified time limits.
Как уже отмечалось выше, электромеханический преобразователь 1 в любом из возможных вариантов его осуществления может быть в составе скважинного оборудования использован для воздействия на газосодержащую жидкость, например, для воздействия на нефть с целью ее добычи. При этом сам способ подъема газосодержащей жидкости с его использованием предлагается осуществлять следующим образом.As already noted above, the electromechanical converter 1 in any of the possible variants of its implementation can be used as part of downhole equipment to act on a gas-containing liquid, for example, to act on oil for the purpose of its extraction. In this case, the method of lifting a gas-containing liquid using it is proposed to be implemented as follows.
Сначала размещают в скважине колонну 31 насосно-компрессорных труб и, по меньшей мере, один вышеуказанный электромеханический преобразователь 1. При его размещении задают положение волноводов-концентраторов 5 колебаний, сердечника 2 и размещенной на нем обмотки 3 относительно колонны 31 насосно-компрессорных труб с использованием, по меньшей мере, одного выступающего средства 7, расположенного в зоне, имеющей нулевую амплитуду колебаний.First, a column 31 of pump-compressor pipes and at least one of the above-mentioned electromechanical converters 1 are placed in the well. When placing it, the position of the waveguides-concentrators 5 of oscillations, the core 2 and the winding 3 placed on it are set relative to the column 31 of pump-compressor pipes using at least one protruding means 7 located in the zone having a zero oscillation amplitude.
При этом, по меньшей мере, один электромеханический преобразователь 1 размещают в скважине выше уровня давления насыщения газосодержащей жидкости. Для этого любым известным способом определяют уровень в скважине, где давление ниже, чем давление насыщения содержащейся в ней жидкости. Например, можно использовать полученные при исследовании скважины данные изменения плотности с глубиной. Так, искомый уровень в скважине будет соответствовать зоне, где начинает наблюдаться быстрое уменьшение плотности газосодержащей жидкости, обусловленной повышением доли пузырькового газа в объеме газосодержащей жидкости.In this case, at least one electromechanical transducer 1 is placed in the well above the saturation pressure level of the gas-containing liquid. For this purpose, the level in the well where the pressure is lower than the saturation pressure of the liquid contained therein is determined by any known method. For example, the data on the change in density with depth obtained during the well study can be used. Thus, the sought-after level in the well will correspond to the zone where a rapid decrease in the density of the gas-containing liquid begins to be observed, caused by an increase in the proportion of bubble gas in the volume of the gas-containing liquid.
После чего размещают электромеханический преобразователь 1 выше найденного уровня и подают электрическую энергию на обмотку его сердечника 2. В результате воздействия, по меньшей мере, одной поверхности 6 каждого волновода-концентратора 5 колебаний на газосодержащую жидкость происходит выделение растворенного в газосодержащей жидкости газа с образованием газо-жидкостной смеси, как это было описано выше.After which the electromechanical converter 1 is placed above the level found and electrical energy is supplied to the winding of its core 2. As a result of the action of at least one surface 6 of each waveguide-concentrator 5 of oscillations on the gas-containing liquid, the gas dissolved in the gas-containing liquid is released with the formation of a gas-liquid mixture, as described above.
Полученная газо-жидкостная смесь за счет подъемной энергии выделенного газа и давления на забое скважины поднимается к ее устью, чем и обеспечивается ее добыча.The resulting gas-liquid mixture, due to the lifting energy of the released gas and the pressure at the bottom of the well, rises to its mouth, which ensures its extraction.
Следует отметить, что представленный способ основан на использовании электромеханического преобразователя 1 при его размещении в скважине выше уровня давления насыщения газосодержащей жидкости. Для этого такой преобразователь необходимо поместить на глубину, на которой давление будет ниже, чем давление насыщения газосодержащей жидкости, например, нефти. В этом случае обеспечивается наиболее оптимальные условия, как для выделения газа из газосодержащей жидкости, так и для сохранения его в нерастворенном состоянии в составе газо-жидкостной смеси.It should be noted that the presented method is based on the use of an electromechanical converter 1 when it is placed in a well above the saturation pressure of the gas-containing liquid. For this, such a converter must be placed at a depth at which the pressure will be lower than the saturation pressure of the gas-containing liquid, for example, oil. In this case, the most optimal conditions are provided both for the separation of gas from the gas-containing liquid and for maintaining it in an undissolved state in the gas-liquid mixture.
При этом использование данного способа позволяет отказаться от подвода дополнительных сред, например, сжатого газа в скважину для извлечения из нее газосодержащей жидкости. Это связано с тем, что для подъема газосодержащей жидкости может использоваться только растворенный в ней газ. В результате уменьшается количество технологических операций, необходимых для размещения скважинного оборудования и снижается время, необходимое для вывода скважины в эксплуатацию.At the same time, the use of this method allows to refuse from supplying additional media, for example, compressed gas into the well to extract gas-containing liquid from it. This is due to the fact that only the gas dissolved in it can be used to lift the gas-containing liquid. As a result, the number of technological operations required for the placement of well equipment is reduced and the time required to put the well into operation is reduced.
Кроме того, поскольку не требуется применение дополнительных механических устройств, которые подвержены внешнему воздействию, в частности запарафиниванию, предложенный способ может широко применяться в осложненных условиях. В частности, способ может применяться в условиях высокого газосодержания или температуры газосодержащей жидкости, наличия в ней механических примесей (песка), отложения парафина и/или солей.In addition, since no additional mechanical devices are required that are subject to external influences, in particular paraffinization, the proposed method can be widely used in complicated conditions. In particular, the method can be used in conditions of high gas content or temperature of the gas-containing liquid, the presence of mechanical impurities (sand), paraffin deposits and/or salts.
Основной газосодержащей жидкостью, применимой для использования с электромеханическими преобразователями 1, является нефть ввиду способности содержать в своем составе растворенный газ под давлением, повышенным относительно атмосферного, что характерно для подземных нефтяных залежей. Вместе с тем такой способ может быть применим и к любым другим жидкостям, содержащим в своем составе газ в растворенном состоянии.The main gas-containing liquid applicable for use with electromechanical converters 1 is oil due to its ability to contain dissolved gas under pressure increased relative to atmospheric pressure, which is typical for underground oil deposits. At the same time, such a method can be applied to any other liquids containing gas in a dissolved state.
Для осуществления данного способа электрическую энергию на обмотку сердечника 2, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя 1 подают, на основании сигнала от, по меньшей мере, одного датчика 34, размещенного в скважине. Для этого система 25 управления, которая получает сигналы от датчика 34, размещенного в скважине, сравнивает полученную информацию с заданной программой и передает необходимый сигнал или электрическую энергию к электромеханическим преобразователям 1 по результатам сравнения. При этом такой сигнал может модифицироваться при изменении условий в скважине, например, при изменении уровня давления насыщения.To implement this method, electrical energy is supplied to the winding of the core 2 of at least one electromechanical converter 1 based on a signal from at least one sensor 34 located in the well. For this purpose, the control system 25, which receives signals from the sensor 34 located in the well, compares the received information with a specified program and transmits the necessary signal or electrical energy to the electromechanical converters 1 based on the comparison results. In this case, such a signal can be modified when the conditions in the well change, for example, when the saturation pressure level changes.
Как уже отмечалось выше, предложенный способ добычи газосодержащей жидкости можно также применять и после глушения скважины. Для этого электрическую энергию на обмотку сердечника 2, по меньшей мере, одного электромеханического преобразователя 1 подают после удаления из скважины раствора глушения.As noted above, the proposed method for extracting gas-containing liquid can also be used after killing the well. For this purpose, electrical energy is supplied to the winding of the core 2 of at least one electromechanical converter 1 after the killing solution has been removed from the well.
Дополнительно следует отметить, что в скважине может быть размещено также и несколько дополнительных электромеханических преобразователей 1, которые размещаются ниже уровня размещения основных электромеханических преобразователей 1.It should also be noted that several additional electromechanical converters 1 may also be placed in the well, which are placed below the level of placement of the main electromechanical converters 1.
При этом уровень, на котором в скважине размещаются дополнительные электромеханические преобразователи 1, может быть ниже уровня, где давление в скважине равно давлению насыщения в газосодержащей жидкости. Такие дополнительные преобразователи нужны для компенсации изменения уровня давления насыщения в скважине. В частности, если указанный уровень будет смещаться в скважине ближе к забою, то система 25 управления по сигналу от соответствующих датчиков 34, например, датчиков давления будет последовательно включать необходимые из сложившихся условий дополнительные электромеханические преобразователи 1 в работу. В частности, подключать такие дополнительные преобразователи 1 система 25 управления будет в случае, если давление на уровне его размещения будет меньше или равно давлению насыщения газосодержащей жидкости. В результате обеспечивается более полное использование возможностей скважины для надежного и устойчивого образования газо-жидкостной смеси.In this case, the level at which additional electromechanical converters 1 are placed in the well may be lower than the level where the pressure in the well is equal to the saturation pressure in the gas-containing liquid. Such additional converters are needed to compensate for changes in the saturation pressure level in the well. In particular, if the said level shifts in the well closer to the bottomhole, then the control system 25, based on a signal from the corresponding sensors 34, for example, pressure sensors, will sequentially include the additional electromechanical converters 1 required by the prevailing conditions. In particular, the control system 25 will connect such additional converters 1 if the pressure at the level of its placement is less than or equal to the saturation pressure of the gas-containing liquid. As a result, a more complete use of the well's capabilities is ensured for the reliable and stable formation of a gas-liquid mixture.
Резюмируя вышеизложенное, необходимо отметить, что достижение указанного выше технического результата в предложенном электромеханическом преобразователе 1 обусловлено наличием одновременно нескольких волноводов-концентраторов 5 колебаний на одном сердечнике 2. Например, в результате использования предложенного электромеханического преобразователя 1, по сравнению с электромеханическим преобразователем, имеющим только один волновод-концентратор 5 колебаний (см., например, раскрытый в патенте RU°2081995°C1), при сходных геометрических и амплитудных характеристиках последнего, получается примерно вдвое большая площадь торцевой активной поверхности 6, взаимодействующей с газосодержащей жидкостью (суммарная площадь двух волноводов-концентраторов 5 колебаний). Соответственно растет и количество газа, выделяемое из единицы объема газосодержащей жидкости, с которой взаимодействуют активные поверхности 6.Summarizing the above, it should be noted that the achievement of the above technical result in the proposed electromechanical converter 1 is due to the simultaneous presence of several waveguides-oscillation concentrators 5 on one core 2. For example, as a result of using the proposed electromechanical converter 1, in comparison with an electromechanical converter having only one waveguide-oscillation concentrator 5 (see, for example, disclosed in patent RU°2081995°C1), with similar geometric and amplitude characteristics of the latter, approximately twice as large an area of the end active surface 6 interacting with the gas-containing liquid (the total area of two waveguides-oscillation concentrators 5) is obtained. Accordingly, the amount of gas released from a unit volume of the gas-containing liquid with which the active surfaces 6 interact also increases.
При этом использование общего сердечника 2 позволяет использовать изменение формы и размеров сразу нескольких его поверхностей, каждая из которых способствует созданию колебаний, передающихся к отдельной активной поверхности 6. Это, соответственно, приводит к тому, что масса электромеханического преобразователя 1 по предлагаемому решению будет ниже на величину массы сердечника, чем при использовании одновременно двух электромеханических преобразователей, имеющих по одному волноводу-концентратору колебаний со своим сердечником.In this case, the use of a common core 2 allows the use of a change in the shape and size of several of its surfaces at once, each of which contributes to the creation of oscillations transmitted to a separate active surface 6. This, accordingly, leads to the fact that the mass of the electromechanical converter 1 according to the proposed solution will be lower by the value of the mass of the core than when using two electromechanical converters simultaneously, each having one waveguide-concentrator of oscillations with its own core.
В соответствии с вышеизложенным, изобретения, входящие в состав представленной группы изобретений, обеспечивают увеличение количества газа, выделяемого из единицы объема газосодержащей жидкости без существенного увеличения массовых характеристик используемого оборудования. При этом обеспечивается надежное крепление и удержание электромеханического преобразователя внутри скважины в условиях высокочастотных вибраций волновода-концентратора колебаний.In accordance with the above, the inventions included in the presented group of inventions provide an increase in the amount of gas released from a unit volume of gas-containing liquid without a significant increase in the mass characteristics of the equipment used. At the same time, reliable fastening and retention of the electromechanical converter inside the well under conditions of high-frequency vibrations of the waveguide-concentrator of oscillations is ensured.
Предлагаемое скважинное оборудование также позволяет осуществлять воздействие на газосодержащую жидкость и, тем самым, минимизировать количество дополнительного оборудования, в частности, позволяет отказаться от оборудования, необходимого для подачи вспомогательных текучих сред в скважинное пространство для извлечения газосодержащей жидкости.The proposed downhole equipment also allows for the impact on gas-containing liquid and, thus, minimizes the amount of additional equipment, in particular, allows for the elimination of equipment required for the supply of auxiliary fluids into the downhole space for the extraction of gas-containing liquid.
Также предложенное решение позволит осуществить эксплуатацию скважины в осложненных условиях, например, в условиях высокого газосодержания или температуры жидкости, а также наличия механических примесей (песка), отложения парафина и/или солей.The proposed solution will also allow the well to be operated in difficult conditions, for example, in conditions of high gas content or liquid temperature, as well as the presence of mechanical impurities (sand), paraffin deposits and/or salts.
Кроме того, предложенный способ и скважинное оборудование подходит для применения в скважинах с высокой кривизной (кустовые и наклонно направленные скважины).In addition, the proposed method and well equipment are suitable for use in wells with high curvature (cluster and deviated wells).
Так, в экспериментах и в скважинах электромеханический преобразователь с двумя волноводами-концентраторами колебаний более эффективен и при всех прочих равных условиях выделяет в единицу времени газа на 30-50% больше, чем электромеханический преобразователь с одним волноводом-концентратором. В частности, натурные лабораторные эксперименты с видеофиксацией процесса выделения газа из нефти с заданной вязкостью показали, что примерно с периодичностью в 1 сек от одной активной поверхности одного волновода-концентратора колебаний отрывалась одна гроздь пузырьков в виде пены, а при наличии двух волноводов-концентраторов колебаний образовывались одновременно две грозди гомогенной пены с периодичностью 0.5 сек, т.е. интенсивность выделения газовых пузырьков ускорилось приблизительно в 2 раза.Thus, in experiments and in wells, an electromechanical converter with two waveguides-oscillation concentrators is more efficient and, all other things being equal, releases 30-50% more gas per unit of time than an electromechanical converter with one waveguide-concentrator. In particular, full-scale laboratory experiments with video recording of the process of gas release from oil with a given viscosity showed that approximately with a periodicity of 1 sec, one cluster of bubbles in the form of foam broke away from one active surface of one waveguide-oscillation concentrator, and in the presence of two waveguides-oscillation concentrators, two clusters of homogeneous foam were formed simultaneously with a periodicity of 0.5 sec, i.e. the intensity of gas bubble release accelerated approximately 2 times.
Claims (60)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2824938C1 true RU2824938C1 (en) | 2024-08-16 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6545390B1 (en) * | 1999-04-11 | 2003-04-08 | Durr Dental Gmbh & Co. Kg | Device for generating high-frequency mechanical vibrations for a dental handpiece |
US20080212408A1 (en) * | 2005-02-15 | 2008-09-04 | Dieter Weber | Ultrasonic Rod Transducer |
RU2490422C1 (en) * | 2012-03-05 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук | Plant for impulse action on productive formation |
RU2568141C2 (en) * | 2010-10-04 | 2015-11-10 | Др. Хилшер Гмбх | Device and method for fixing electromechanical composite high-frequency vibration systems |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6545390B1 (en) * | 1999-04-11 | 2003-04-08 | Durr Dental Gmbh & Co. Kg | Device for generating high-frequency mechanical vibrations for a dental handpiece |
US20080212408A1 (en) * | 2005-02-15 | 2008-09-04 | Dieter Weber | Ultrasonic Rod Transducer |
RU2568141C2 (en) * | 2010-10-04 | 2015-11-10 | Др. Хилшер Гмбх | Device and method for fixing electromechanical composite high-frequency vibration systems |
RU2490422C1 (en) * | 2012-03-05 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук | Plant for impulse action on productive formation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2650983C2 (en) | Horizontal vertical pump system for extracting well fluid medium | |
US6138758A (en) | Method and apparatus for downhole hydro-carbon separation | |
US4817712A (en) | Rod string sonic stimulator and method for facilitating the flow from petroleum wells | |
US8528395B2 (en) | Monitoring fluid pressure in a well and retrievable pressure sensor assembly for use in the method | |
US5152342A (en) | Apparatus and method for vibrating a casing string during cementing | |
US6179056B1 (en) | Artificial lift, concentric tubing production system for wells and method of using same | |
US8657014B2 (en) | Artificial lift system and method for well | |
US4702315A (en) | Method and apparatus for sonically stimulating oil wells to increase the production thereof | |
US6467542B1 (en) | Method for resonant vibration stimulation of fluid-bearing formations | |
US2717763A (en) | Earth boring apparatus with acoustic decoupler for drilling mud | |
US20030155153A1 (en) | Pressure reading tool | |
US6457531B1 (en) | Water separation system with encapsulated electric submersible pumping device | |
US5361837A (en) | Method for preventing annular fluid flow using tube waves | |
RU2824938C1 (en) | Electromechanical converter, downhole equipment and method of extraction of gaseous liquid | |
US6702028B1 (en) | Apparatus and method for producing oil and gas | |
RU2304214C1 (en) | Downhole sound emitting device | |
CN215444027U (en) | Ultrasonic vibration combined mining structure for natural gas hydrate depressurization mining | |
US4716555A (en) | Sonic method for facilitating the fracturing of earthen formations in well bore holes | |
RU2007133904A (en) | METHOD FOR OIL PUMPING OUT OF WELLS WITH LARGER GAS CONTENT AND ELECTRIC SHOWER INSTALLATION FOR ITS IMPLEMENTATION | |
RU2691423C1 (en) | Method of development and operation of wells | |
US2824718A (en) | Mud decoupler | |
RU2721614C2 (en) | Method of acoustic action on flow of liquid in tubing string with feedback control | |
US2771270A (en) | Earth boring apparatus | |
WO2021238055A1 (en) | Modification device for natural gas hydrate resonance reservoir | |
CN113958311A (en) | Device and method for monitoring underground liquid level |