RU62159U1

RU62159U1 - DEVICE FOR ACOUSTIC INFLUENCE ON PARAFFIN DEPOSITS ON THE WALLS OF PUMP-COMPRESSOR PIPES (Tubing) in commercial wells

Info

Publication number: RU62159U1
Application number: RU2006130697/22U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Павлович Фролов
Original assignee: Дмитрий Павлович Фролов
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2007-03-27

Abstract

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для интенсификации добычи нефти путем разрушения с помощью акустического воздействия парафиновых, асфальтосмолистых и гидратноледяных отложений, образующихся в скважинах. Устройство может использоваться как в скважинах, оборудованных глубинными штанговыми насосами, так и оборудованных электрическими насосами. Устройство разработано в виде модуля, который конструктивно совмещен с колонной насосно-компрессорных труб, и составляет с ней единое целое. Акустический излучатель устанавливают в колонне на определенной глубине скважины в зоне предполагаемого отложения парафина и других отложений. Если необходимо воздействие на протяженный участок НКТ или на несколько разнесенных участков, то, возможно, установить несколько разнесенных по глубине акустических излучателей, которые возбуждают электрическим напряжением звуковой частоты. Техническим результатом заявленной Полезной модели является создание конструкции, обеспечивающей существенное увеличение интенсивности акустического воздействия на стенки НКТ и нефтеносную жидкость внутри НКТ в любой области колонны насосно-компрессорных труб, конструкции удобной в эксплуатации. Технический результат достигается за счет того, что устройство включает акустический излучатель составного типа, состоящий из пьезокерамического цилиндра, механически связанного торцевыми поверхностями с активной и пассивной металлическими накладками, две соединительные трубы и защитный корпус, причем активная накладка изготовлена в виде цилиндрической полой муфты с внутренней резьбой, выполненной, со стороны каждого торца, соединительные трубы изготовлены с наружной резьбой на обоих концах, длина каждой соединительной трубы выбрана равной целому числу полуволн продольных колебаний в материале трубы на рабочей частоте излучателя, и соединительные трубы одним резьбовым соединением механически связаны с активной накладкой, а другим резьбовым соединением механически связаны с муфтами труб насосно-компрессорной колонны.The utility model relates to the oil industry and can be used to intensify oil production by destroying with the help of acoustic impact paraffin, asphalt-tar and hydrated-ice deposits formed in wells. The device can be used both in wells equipped with deep-well rod pumps, and equipped with electric pumps. The device is designed as a module, which is structurally combined with the tubing string, and forms a single whole with it. An acoustic emitter is installed in the column at a certain depth of the well in the zone of the alleged deposition of paraffin and other deposits. If it is necessary to influence an extended section of tubing or several spaced sections, then it is possible to install several spaced apart acoustic emitters that are excited by an electric voltage of sound frequency. The technical result of the claimed Utility model is to create a design that provides a significant increase in the intensity of acoustic impact on the walls of the tubing and oil-bearing fluid inside the tubing in any area of the tubing string, which is convenient to operate. The technical result is achieved due to the fact that the device includes an acoustic emitter of a composite type, consisting of a piezoceramic cylinder mechanically connected by end surfaces with active and passive metal plates, two connecting pipes and a protective housing, the active plate being made in the form of a cylindrical hollow coupling with an internal thread made from the side of each end, the connecting pipes are made with an external thread at both ends, the length of each connecting pipe is selected equal to an integer number of half-waves of longitudinal vibrations in the pipe material at the operating frequency of the emitter, and the connecting pipes are mechanically connected to the active plate by one threaded connection, and mechanically connected by the other threaded connection to the pipe couplings of the tubing string.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для интенсификации добычи нефти путем разрушения с помощью акустического воздействия парафиновых, асфальтосмолистых и гидратноледяных отложений, образующихся в скважинах. Устройство может использоваться как в скважинах, оборудованных штанговыми глубинными насосами (ШГН), так и оборудованных электрическими насосами.The utility model relates to the oil industry and can be used to intensify oil production by destroying with the help of acoustic impact paraffin, asphalt-tar and hydrated-ice deposits formed in wells. The device can be used both in wells equipped with sucker rod pumps (SHG), and equipped with electric pumps.

Устройство обеспечивает возможность его установки в колонне НКТ на любой выбранной глубине, в обсадных колоннах любого диаметра, использование в процессе функционирования и эксплуатации скважины, удобную сборку, причем не нарушает целостности и прочности колонны НКТ.The device makes it possible to install it in the tubing string at any selected depth, in casing strings of any diameter, to use it during the operation and operation of the well, to conveniently assemble it, while not violating the integrity and strength of the tubing string.

Устройство разработано в виде модуля, который конструктивно совмещен с колонной насосно-компрессорных труб, и составляет с ней единое целое. Акустический излучатель устанавливают в колонне на определенной глубине скважины в зоне предполагаемого отложения парафина и других отложений. Если необходимо воздействие на протяженный участок НКТ или на несколько разнесенных участков, то возможно установить несколько разнесенных по глубине акустических излучателей, которые возбуждают электрическим напряжением звуковой частоты.The device is designed as a module, which is structurally combined with the tubing string, and forms a single whole with it. An acoustic emitter is installed in the column at a certain depth of the well in the zone of the alleged deposition of paraffin and other deposits. If it is necessary to influence an extended section of the tubing or several spaced sections, it is possible to install several spaced apart acoustic emitters that are excited by an electric voltage of sound frequency.

Известны различные устройства, создающие механические воздействия на нефтеносную жидкость, протекающую внутри НКТ, при добыче нефти - патенты:There are various devices that create mechanical effects on the oil-bearing fluid flowing inside the tubing during oil production - patents:

RU 217137, RU2100571, RU 93019124, RU 2148151, RU 2137908.RU 217137, RU2100571, RU 93019124, RU 2148151, RU 2137908.

Описанные в них устройства и способы различны по конструкции и принципам использования.The devices and methods described therein are different in design and principles of use.

В патентах RU 2100571 и RU 2106480 предлагаемый способ сводится к помещению излучателя механических колебаний на НКТ в зону кристаллизации парафина без конкретизации принципов конструкции устройства, реализующего данный метод. В патенте RU 2106480 предлагается возбуждать в НКТ радиальные и радиально-изгибные резонансные колебания. В принципиальном плане эти предложения не вызывают возражений, но практическая реализация их не очевидна и не обсуждается.In patents RU 2100571 and RU 2106480, the proposed method is reduced to placing the emitter of mechanical vibrations on the tubing in the crystallization zone of paraffin without specifying the principles of the design of the device that implements this method. Patent RU 2106480 proposes to excite radial and radial-bending resonant vibrations in a tubing. In principle, these proposals are not objectionable, but their practical implementation is not obvious and is not discussed.

Иное техническое решение предлагается в патентах RU 2148151, RU 2137908.Another technical solution is proposed in patents RU 2148151, RU 2137908.

Оба известных устройства предназначены для работы в скважинах, оборудованных ШГН, и не могут использоваться в скважинах, оборудованных электрическими насосами. Ультразвуковой излучатель акустических колебаний устанавливают на штанге глубинного насоса выше устья скважины. В патенте RU 2148151 акустические колебания вводят под углом 0°-60° к оси штанги, очевидно, для получения нескольких различных мод колебаний. В патенте указаны продольные и поперечные колебания, хотя могут быть и крутильные. В патенте RU 2137908 также предлагается акустический излучатель, закрепляемый Both known devices are designed to work in wells equipped with SHGN, and can not be used in wells equipped with electric pumps. An ultrasonic emitter of acoustic vibrations is mounted on the rod of a deep pump above the wellhead. In patent RU 2148151 acoustic vibrations are introduced at an angle of 0 ° -60 ° to the axis of the rod, obviously, to obtain several different modes of vibration. The patent indicates longitudinal and transverse vibrations, although there may be torsional vibrations. Patent RU 2137908 also proposes an acoustic emitter mounted

на конце штока или на его боковой поверхности. В этом патенте детально описана конструкция механических узлов, несущих излучатель.at the end of the stem or on its lateral surface. This patent describes in detail the design of mechanical assemblies carrying the emitter.

Обе приведенные конструкции обладают двумя принципиальными существенными недостатками:Both of these designs have two fundamental significant disadvantages:

- Использование их возможно только в скважинах с ШГН.- Their use is possible only in wells with SHGN.

- Акустические колебания распространяются по штоку сверху, затухая при увеличении глубины штока. При глубоких скважинах воздействие на парафиновые и прочие отложения представляется весьма слабым и не эффективным.- Acoustic vibrations propagate along the stem from above, damping with increasing stem depth. In deep wells, the effect on paraffin and other deposits seems very weak and not effective.

Для устранения этих недостатков необходимо устанавливать акустический излучатель на колонну НКТ и максимально приближать его к району разрушаемых отложений. При этом для усиления мощности колебаний необходимы низкие частоты и резонансные явления, как самого излучателя, так и конструктивных элементов, связанных с ним.To eliminate these shortcomings, it is necessary to install an acoustic emitter on the tubing string and bring it as close as possible to the area of destructible deposits. At the same time, to enhance the oscillation power, low frequencies and resonance phenomena are necessary, both of the emitter itself and of the structural elements associated with it.

Установка акустического излучателя вблизи от зоны образования парафиновых и газогидратных отложений предлагается в патентах RU 2100571, RU 93019124, RU 2106480 и RU 2105133, в них описывают способ предотвращения газогидратных отложений в нефтяных скважинах, но не предлагают и не описывают устройств. Они не пригодны для предлагаемой заявки в качестве прототипа. В патентах RU 2117137 и RU 93019124 предлагаются и описываются устройства, предназначенные для удаления отложений. Оба предлагаемых устройства, однако, по своим конструктивным принципам далеки от заявленного и могут использоваться только внутри колонны НКТ, оборудованной глубинным электрическим насосом. Наиболее близким прототипом можно считать устройство, предлагаемое в патенте RU 2117137.The installation of an acoustic emitter in the vicinity of the zone of formation of paraffin and gas hydrate deposits is proposed in patents RU 2100571, RU 93019124, RU 2106480 and RU 2105133, they describe a method for preventing gas hydrate deposits in oil wells, but do not offer and do not describe devices. They are not suitable for the proposed application as a prototype. Patents RU 2117137 and RU 93019124 offer and describe devices for removing deposits. Both proposed devices, however, by their design principles are far from declared and can only be used inside the tubing string equipped with a deep electric pump. The closest prototype can be considered the device proposed in patent RU 2117137.

Устройство содержит разъемный корпус, в средней части которого установлены параллельно вибрационные пластины, между которыми расположен ультразвуковой вибратор. Вибрационные пластины представляют собой среднюю часть разъемного корпуса. Стоячие волны, возникающие при работе устройства в нефтегазовой смеси, разрушают отложения на стенках НКТ за счет кавитационного эффекта.The device comprises a detachable body, in the middle part of which vibration plates are installed in parallel, between which an ultrasonic vibrator is located. Vibration plates are the middle part of the split housing. Standing waves that occur during operation of the device in an oil and gas mixture destroy deposits on the walls of the tubing due to the cavitation effect.

Предложенное устройство в патенте RU 2117137 обладает рядом существенных недостатков:The proposed device in the patent RU 2117137 has a number of significant disadvantages:

- Оно может использоваться только в скважинах, оборудованных электрическими насосами.- It can only be used in wells equipped with electric pumps.

- При опускании устройства в зону запарафинивания НКТ питающий электрокабель должен пропускаться через большое количество труб колонны НКТ, у которой верхний конец открыт (тогда устройство может функционировать только в скважине, добыча в которой остановлена) или оборудован дополнительным сальниковым вводом, т.е. необходимо дооборудование скважины. Автор патента RU 2117137 предлагает использовать кавитацию, которую реализовать не - When lowering the device into the tubing paraffin zone, the power supply cable must pass through a large number of pipes of the tubing string, at which the upper end is open (then the device can only function in the well where production is stopped) or equipped with an additional stuffing box, i.e. necessary re-equipment of the well. The author of patent RU 2117137 proposes the use of cavitation, which is not implemented

представляется возможным. Прямое воздействие на парафин отсутствует, оно создается колебаниями, прошедшими через корпус устройства. Кавитация возникала бы на внутренней поверхности корпуса, по сведениям, изложенным в патенте RU 21006480,парафин откладывается на глубине, превышающей 200 м, гидростатическое давление на глубине близко к 21 кг/см², а эффективная акустическая мощность, необходимая для создания кавитации, составляет примерно 130 Вт/см² поверхности. При больших глубинах залегания парафина она еще увеличивается пропорционально квадрату отношения глубин. Техническое использование предлагаемого эффекта представляется нереальным.seems possible. There is no direct effect on paraffin; it is created by vibrations that have passed through the body of the device. Cavitation would occur on the inner surface of the casing, according to the information set forth in patent RU 21006480, paraffin is deposited at a depth exceeding 200 m, hydrostatic pressure at a depth of close to 21 kg / cm ² , and the effective acoustic power required to create cavitation is approximately 130 W / cm ² surface. At large depths of paraffin, it still increases in proportion to the square of the ratio of depths. The technical use of the proposed effect seems unrealistic.

Техническим результатом заявленной полезной модели является создание конструкции, обеспечивающей существенное увеличение интенсивности акустического воздействия на стенки НКТ и нефтеносную жидкость внутри НКТ в любой области колонны насосно-компрессорных труб, удобной в эксплуатации.The technical result of the claimed utility model is to create a design that provides a significant increase in the intensity of acoustic impact on the walls of the tubing and oil-bearing fluid inside the tubing in any area of the tubing string that is convenient to operate.

Технический результат достигается за счет того, что устройство содержит акустический излучатель составного типа, состоящий из пьезокерамического или магнитострикционного цилиндра, который одним из торцов прикрепляют к активной металлической накладке, снабженной с обеих сторон внутренней резьбой, двух соединительных труб со стандартной резьбой на обоих концах, обеспечивающих соединение активной накладки с муфтами труб колонны НКТ используемого диаметра, через которые акустическая энергия от активной накладки поступает в колону НКТ, металлическую цилиндрическую пассивную накладку, которую механически соединяют со вторым торцом акустического преобразователя и акустически развязывают от соединительной трубы, защитного корпуса.The technical result is achieved due to the fact that the device contains an acoustic emitter of a composite type, consisting of a piezoceramic or magnetostrictive cylinder, which is attached with one of the ends to an active metal plate equipped with internal thread on both sides, two connecting pipes with standard thread at both ends, providing connection of the active liner with the pipe coupling of the tubing string of the used diameter, through which the acoustic energy from the active liner enters the tubing string, a metal cylindrical passive pad, which is mechanically connected to the second end of the acoustic transducer and acoustically untied from the connecting pipe, the protective housing.

Соединительные трубы с помощью муфт соединяют насосно-компрессорные трубы, расположенные с обеих сторон излучателя, образуя целостную колонну. Поэтому в качестве соединительных труб целесообразно использовать отрезки труб НКТ с диаметром применяемой колонны. При такой конструкции излучателя не нарушается прочность колонны НКТ. В качестве активной накладки используется стандартная муфта, со стандартной резьбой.Connecting pipes with the help of couplings connect the tubing located on both sides of the emitter, forming an integral column. Therefore, it is advisable to use tubing sections with the diameter of the used string as connecting pipes. With this design of the emitter, the strength of the tubing string is not violated. As an active liner, a standard coupling with a standard thread is used.

Торцевые поверхности активной накладки должны быть гладкими и перпендикулярными ее оси.The end surfaces of the active lining should be smooth and perpendicular to its axis.

Технический результат, аналогичный описанному, может быть достигнут, если активная накладка и соединительные трубы изготовлены из цельной толстостенной трубы или активная накладка и трубы соединены иначе, например, путем сварки. Однако трубы на обоих концах должны иметь стандартную резьбу, такую же, как у конструкции, описанной выше. В предлагаемом устройстве резонирующими элементами являются:A technical result similar to that described can be achieved if the active plate and connecting pipes are made of a solid thick-walled pipe or the active plate and pipes are connected differently, for example, by welding. However, the pipes at both ends must have a standard thread, the same as the design described above. In the proposed device, the resonating elements are:

- Составной акустический излучатель.- Compound acoustic emitter.

- Соединительные трубы, механически связанные с активной накладкой излучателя - стандартной муфтой. Длина каждой из этих труб выбирается исходя из условия, что она равна целому числу полуволн - Connecting pipes mechanically connected to the active emitter pad - a standard coupling. The length of each of these pipes is selected based on the condition that it is equal to an integer number of half waves

продольных колебаний на рабочей частоте излучателя. Это связано с тем, что из-за разницы в площади сечения муфт и труб НКТ (различаются их импедансы) от мест соединения муфт с трубами происходит отражение волн и необходимо обеспечивать синфазность вынужденных колебаний в НКТ за счет работы излучателя и приходящей к нему волны, отраженной от муфты, т.е. согласовывать излучатель со средой распространения акустических колебаний.longitudinal vibrations at the operating frequency of the emitter. This is due to the fact that due to the difference in the cross-sectional area of the couplings and tubing pipes (their impedances differ), waves are reflected from the joints of the couplings with pipes and it is necessary to ensure the phase-induced oscillations in the tubing due to the operation of the emitter and the wave reflected to it from the coupling, i.e. coordinate the emitter with the medium of propagation of acoustic vibrations.

Сущность полезной модели поясняется рисунком.The essence of the utility model is illustrated in the figure.

На фиг.1 представлено схематическое изображение предложенного устройства. Устройство включает акустический излучатель составного типа, состоящий из активного пьезокерамического или магнитострикционного цилиндра 1, активной накладки - соединительной муфты 2, пассивной цилиндрической накладки 3, защитного корпуса 4 и двух соединительных труб 5 и 6, присоединенных к муфте с каждой стороны. Figure 1 presents a schematic illustration of the proposed device. The device includes an acoustic emitter of a composite type, consisting of an active piezoceramic or magnetostrictive cylinder 1, an active plate - a coupling 2, a passive cylindrical plate 3, a protective casing 4 and two connecting pipes 5 and 6 connected to the coupling on each side.

Электропитающий кабель 7 через пассивную накладку присоединен к активному пьезокерамическому или магнитострикционному цилиндру с помощью герметичного разъема 8. Кольца 9 и 10 обеспечивают акустическую развязку пассивной накладки от соединительной трубы. В случае необходимости снижения рабочей частоты излучателя пассивная цилиндрическая накладка может быть заменена четвертьволновым стаканом или соединена с ним противоположной от активного цилиндра стороной.The power cable 7 through a passive plate is connected to the active piezoceramic or magnetostrictive cylinder using a sealed connector 8. Rings 9 and 10 provide acoustic isolation of the passive plate from the connecting pipe. If it is necessary to reduce the working frequency of the emitter, the passive cylindrical plate can be replaced by a quarter-wave glass or connected to it by the side opposite to the active cylinder.

В связи со значительной массой накладок, реализуют низкую резонансную частоту излучателя. Затухание акустических волн в трубах тем меньше, чем ниже частота, и тем больше амплитуда колебательных смещений. В связи с этим формируют протяженную зону воздействия на парафины и прочие отложения.In connection with a significant mass of pads, realize a low resonant frequency of the emitter. The attenuation of acoustic waves in pipes is less, the lower the frequency, and the greater the amplitude of the vibrational displacements. In this regard, form an extended zone of impact on paraffins and other deposits.

Цифрами от 11 до 14 обозначены на рис.1 детали колонны насосно-компрессорных труб, снизу и сверху связанные с предлагаемым устройством.Numbers 11 to 14 denote in Fig. 1 the details of the tubing string, bottom and top, associated with the proposed device.

Т.к. заявляемое устройство составляет единое целое с колонной НКТ, то при протяженной зоне парафиноотложений или наличии нескольких зон в колонну насосно-компрессорных труб устанавливают несколько устройств на выбранном расстоянии друг с другом, и электрические выводы включают параллельно.Because the inventive device is integral with the tubing string, then with an extended paraffin deposit zone or several zones in the tubing string, several devices are installed at a selected distance from each other, and the electrical leads are connected in parallel.

Работа устройства осуществляется следующим образом. На поверхности при сборке колонны нижний конец устройства 5 с помощью ключа для свинчивания НКТ соединяют муфтой 11 с колонной НКТ, опускаемой в скважину 15. К излучателю присоединяют кабель, подводящий электрическое напряжение, и устройство опускают в скважину. На свободный конец второй соединительной трубы 6 устройства навинчивают муфту 12 и соединяют со следующей трубой НКТ-13.The operation of the device is as follows. On the surface when assembling the column, the lower end of the device 5 is connected using a key for screwing up the tubing with a sleeve 11 to the tubing string lowered into the well 15. A cable supplying electrical voltage is connected to the emitter and the device is lowered into the well. A sleeve 12 is screwed onto the free end of the second connecting pipe 6 of the device and connected to the next pipe NKT-13.

Затем постепенно всю колонну труб НКТ наращивают и опускают в скважину. Размещение излучающего устройства в колонне насосно-компрессорных труб определяют исходя из местоположения наиболее интенсивного образования парафиновых и иных отложений. На излучатель подают по кабелю возбуждающее напряжение резонансной частоты. В трубах Then gradually the entire string of tubing is increased and lowered into the well. The placement of the emitting device in the tubing string is determined based on the location of the most intense formation of paraffin and other deposits. A resonant frequency exciting voltage is applied to the emitter through a cable. In the pipes

НКТ и в нефтесодержащей жидкости возникают акустические вибрации, воздействующие на парафин и другие отложения.The tubing and in the oily fluid there are acoustic vibrations affecting paraffin and other deposits.

Claims

1. A device for acoustic impact on paraffin deposits on the walls of tubing in production wells, comprising a composite type acoustic emitter consisting of a piezoceramic cylinder mechanically connected by end surfaces with active and passive metal plates, two connecting pipes and a protective casing, the active one the overlay is made in the form of a cylindrical hollow coupling with an internal thread, on the side of each end, the connecting pipes are made with an external thread at both ends, the length of each connecting pipe is chosen to be an integer number of half-waves of longitudinal vibrations in the pipe material at the operating frequency of the emitter, the connecting pipes are mechanically connected to the active plate by one threaded connection, and mechanically connected by the other threaded connection to the pipe coupling of the tubing string, and the passive pad is acoustically isolated from the connecting pipe.

2. The device according to claim 1, characterized in that in order to increase the intensity of acoustic vibrations, the passive plate is mechanically connected to the hollow quarter-wave metal cylinder.