Скважинный сейсмоисточник
BOREHOLE SEISMIC SOURCE

Предлагаемое изобретение относится к вибросейсмической технике и может использоваться для повышения нефтеотдачи нефтегазоносных месторождений путем генерирования и передачи сейсмоколебаний в нефтесодержащие пласты, а также для сейсморазведки земных недр.
В отечественной и зарубежной практике нефтедобычи и георазведки к настоящему времени сложилось теоретически и практически обоснованное представление об эффективности применения импульсно-волновых технологий воздействия на истощенные, высоко-обводненные нефтяные пласты для интенсификации добычи нефти.
Известно устройство для волнового воздействия на залежь, включающее груз для нанесения ударов, подъемный механизм, связанный с грузом траверсу с захватными элементами и прерыватель, скрепленный со скважиной (авт. св. СССР №1710709, кл. Е21В 43/25, 1992 г.).
Груз для нанесения ударов выполнен в виде заполненных утяжеленной жидкостью бурильных труб, связанных между собой муфтами с проходными каналами, имеющим в верхней части ловильную головку, а в нижней части - сливной клапан и болванку.
Прерыватель выполнен в виде стакана с фиксаторами на внутреннем периметре установленного на ловильной головке с возможностью взаимодействия при помощи фиксаторов с захватными элементами и скрепленного тросами со скважиной.
Захватные элементы выполнены с проточкой под фиксатор и с наклонными рабочими поверхностями для поворота захватных элементов под действием силы тяжести груза.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и большие динамические нагрузки, которые испытывают детали при нанесении ударов, снижают долговечность устройства. Особенно это относится к муфтам, связывающим бурильные трубы резьбовыми соединениями.
Устройство не может быть использовано для силового воздействия на стенки скважины, ориентированной преимущественно нормально залежи. Этим обусловливается его сравнительно низкая эффективность.
Известно устройство для волнового воздействия на залежь содержащее силовой элемент в виде гидроцилиндра с изменяемым диаметром, снабженного плунжером, взаимодействующим с механизмом его возвратно-поступательного перемещения вдоль оси гидроцилиндра и систему управления (патент РФ №2452853, кл. Е21В 43/25, 2010 г.).
Известное устройство, в составе подвижной части механизма возвратно-поступательного перемещения, каната, груза с плунжером гидроцилиндра с изменяемым диаметром является сложной много массовой системой с ударно-диссипативными связями в виде каната, упругой подвески и рабочей жидкости внутри гидроцилиндра.
Устройство обладает рядом существенных недостатков, а именно:
- низкой эксплуатационной надежностью;
- сложной настройкой на оптимально необходимый режим колебаний резонансный частоте собственных упругих колебаний породного массива, прилегающего к стенкам скважины;
- высокой металлоемкостью и стоимостью монтажа и эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является скважинный сейсмоисточник содержащий силовые устройства в виде снабженных плунжерами гидроцилиндров с изменяемым диаметром, между которыми соосно плунжерам смонтирован размещенный в корпусе электромагнитный молот двойного действия с полюсами и катушками прямого и обратного хода, размещенного в диамагнитной направляющей бойка, взаимодействующего своими торцами с плунжерами гидроцилиндров силовых устройств, причем полости электромагнитного молота со стороны верхнего и нижнего торцов бойка вакуумированы, а на наружных поверхностях корпуса электромагнитного молота и гидроцилиндров выполнены продольные пазы для размещения в них проводов коммуникаций силового питания катушек электромагнитного молота и системы его управления (патент РФ №2642199, по кл. Е21В 43/25, 2018 г.).
Известное устройство имеет ряд существенных недостатков, а именно:
- наличие скважинного гидропривода силовых устройств, которое подразумевает монтаж в каждом устройстве помимо гидроцилиндра с изменяемым диаметром питающей его гидронасос с маслобаком и элементы управления, что существенно усложняет конструкцию и снижает эксплуатационную надежность сейсмоисточника;
- исполнение силовых устройств в виде гидроцилиндров с изменяемым диаметром, прилегающих по всей поверхности к стенкам обсадной колонны, делает невозможным циркуляцию жидкости мимо сейсмоисточника и противоречит технологии эксплуатации скважин;
- наличие застойной среды вокруг электромагнитного молота ведет к интенсивному нагреву и сокращению времени фактического вибровоздействия за счет уменьшения ПВ.
Техническим результатом, решаемым изобретение, является создание устройства, позволяющего осуществить совместимость работы скважинного сейсмоисточника с технологией обводнения нефтяного пласта.
Технический результат в предлагаемом изобретение достигают созданием скважинного сейсмоисточника, содержащего силовые устройства с плунжерами, между которыми в неразъемном корпусе смонтирован электромагнитный молот двойного действия с катушками прямого и обратного хода бойка, полюсами, индуктивными датчиками положения бойка на диамагнитной направляющей бойка, который верхним и нижним торцом взаимодействует с плунжерами силовых устройств, причем полости электромагнитного молота вакуумированы, а по наружной поверхности силовых устройств и корпуса электромагнитного молота размещен кабель, предназначенный для связи молота с блоком питания и управления, расположенным на поверхности, в котором, согласно изобретению, каждое из верхнего и нижнего силовых устройств выполнено в виде расположенной в корпусе силового устройства эластичной камеры с маслонаполненной полостью, причем эластичная камера связана по наружной поверхности с ортогонально подвижными клиньями, и пуансонами, взаимодействующими с возвратными пружинами, причем на пуансонах установлены накладки, смонтированные в отверстиях корпуса с возможностью радиального перемещения, при этом плунжер связан с эластичной камерой, а сейсмоисточник снабжен преобразователем с эластичной диафрагмой, предназначенным для отделения маслонаполненных полостей, связанных патрубками эластичных камер верхнего и нижнего силовых устройств, который присоединен к верхней части маслонаполненного кабельного ввода, закрепленного к корпусу верхнего силового устройства.
Предлагаемый скважинный сейсмоисточник позволяет увеличить продолжительность включения электромагнитного молота вплоть до непрерывной работы, за счет непрерывного охлаждения корпуса.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием конструкции и чертежами, где:
- на фиг. 1 показан скважинный сейсмоисточник в обсадной колонне скважины для обводнения нефтяного пласта;
- на фиг. 2 - разрез А-А, по фиг. 1;
- на фиг. 3 - вид В, по фиг.2.
Скважинный сейсмоисточник содержит электромагнитный молот и присоединенные соосно к его нижнему и верхнему торцу силовые устройства.
Электромагнитный молот включает цилиндрический корпус 1, боек 2 в диамагнитной направляющей 3, катушку 4 прямого и катушку 5 обратного хода бойка 2, полюса 6, 7, 8, 9 и индуктивные датчики 10, 11 положения бойка.
К нижнему и верхнему торцам корпуса 1 жестко присоединены своими корпусами 12 соответственно нижнее 13 и верхнее 14 силовые устройства, идентичные по конструкции.
Каждое из силовых устройств содержит эластичную камеру 15 с маслонаполненной полостью, герметично зафиксированную внутри силовых устройств ниппелями 16, 17 и связана по наружной поверхности с ортогонально подвижными клиньям 18 и пуансонам 19 (см. фиг. 2), взаимодействующим с возвратными пружинами 20.
К каждому пуансону 19 (по фиг. 2, 3) жестко присоединена накладка 21, например, болтовым соединением 22.
Накладки 21 снабжены насечкой 23 на поверхности, обращенной к внутренней поверхности обсадной колонны 24 с перфорационными отверстиями 25.
Накладки 21 установлены с возможностью радиального перемещения в отверстиях 26 корпусов 12.
К корпусу 12 верхнего силового устройства 14 закреплен маслонаполненный кабельный ввод 27.
Через кабельный ввод 27 от размещенного на поверхности блока питания и управления 28 (далее БПУ 28) кабелем 29 внутрь скважинного сейсмоисточника герметично заведены силовые провода для питания катушки 4 прямого хода и катушки 5 обратного хода бойка 2 электромагнитного молота, а также провода управления к датчикам положения 10, 11.
К верхней части кабельного ввода присоединен преобразователь 30, соединенный со ставом насосно-компрессорных труб 31 (далее НКТ 31).
Преобразователь 30 имеет маслонаполненную полость «П», отделенную от НКТ 31 эластичной диафрагмой 32.
Полость «П» преобразователя 30 сообщена через патрубок 33 и ниппель 16 с эластичной камерой 15 верхнего силового устройства 14 и через патрубок 34, смонтированный вдоль внешней поверхности скважинного сейсмоисточника (по фиг. 2, 3) и ниппель 16 с эластичной камерой 15 нижнего силового устройства 13.
В ниппелях 17 каждого из силовых устройств 13 и 14 герметично смонтированы соответственно плунжеры 35 и 36, снабженные буртиками 37 и возвратными пружинами 38 каждый.
Обсадная колонна 24 герметично закрыта устьевой арматурой 39, через которую трубопроводом 40 с вентилем 41 сообщена с водяным насосом 41 системы обводнения.
Став НКТ 31, герметично закрытый сверху, соединен с водяным насосом высокого давления 43 (далее - насос 43) напорной магистралью 44, содержащей запорный вентиль 45.
Напорная магистраль 44 посредством управляемого предохранительного клапана 46 соединена с магистралью низкого давления 47.
Работа устройства осуществляется следующим образом:
Запуск скважинного сейсмоисточника осуществляют включением насоса 43. При этом он заполняет водой НКТ 31.
Гидростатическое давление столба жидкости деформирует диафрагму 32 преобразователя 30, сообщая равное давление маслу в полости «П».
Из полости «П» по патрубкам 33, 34 масло поступает в эластичные камеры 15, которые, расширяясь, воздействуют на клинья 18 и пуансоны 19.
Пуансоны 19, преодолевая силу упругости возвратных пружин 20, раздвигают до упора накладками 21 в обсадную колонну 24 выше перфорационных отверстий 25.
Накладки 21 образуют действующую на обсадную колонну 24 статическую распорную силу прямо пропорциональную давлению столба воды в НКТ 31.
После заполнения НКТ 31 водой насос 43 создает в напорной магистрали 44 избыточное давление, величина которого ограничена настройкой предохранительного клапана 46, переводящего излишний поток в магистраль низкого давления 47.
Затем включают электромагнитный молот. Напряжение от БПУ 28 подается на катушку 5 обратного хода.
Под действием электромагнитной силы боек 2 ускоренно движется вверх вдоль диамагнитной направляющей 3. По достижению верхним торцом бойка 2 уровня индуктивного датчика 11, последний генерирует сигнал в БПУ 28, по которому отключается катушка 5 обратного хода и включается катушка 4 прямого хода.
Боек 2, двигаясь по инерции, наносит удар по плунжеру 36 верхнего силового устройства 14. Внедряясь в эластичную камеру 15, плунжер 36 создает в ней импульс гидравлического давления.
Указанный импульс передается через клинья 18, пуансоны 19, накладки 21 в виде импульса распорной силы на обсадную колонну 24, от которой сейсмическая волна распространяется в нефтяной пласт.
После чего плунжер 36 под действием силы упругости возвратной пружины 38 возвращается до упора буртиком 37 в ниппель 17, а боек 2 под действием силы тяжести и электромагнитной силы катушки 4 ускоренно движется вниз.
Через какое-то время нижний торец бойка 2 достигает уровня индуктивного датчика 10, по сигналу которого БПУ 28 отключает катушку 4 и включает катушку 5.
Тем временем движущийся по инерции боек 2 наносит удар по плунжеру 34 нижнего силового устройства 13, которое, работая аналогично верхнему силовому устройству 14, излучает в нефтяной пласт сейсмическую волну.
После чего рабочий цикл повторяется.
Одновременно с работой скважинного сейсмоисточника через устьевую арматуру 39 и вентиль 41 насосом 42 производят процедуру обводнения нефтяного пласта по затрубному пространству скважины. При этом поток воды, двигаясь к перфорационным отверстиям 25, непрерывно омывает корпус 1.
Из вышеприведенного описания следует, что наличие преобразователя 30 с эластичной диафрагмой 32, НКТ 31, напорной магистрали 44, насоса 43 и управляемого предохранительного клапана 46 позволяет создать статическую распорную силу верхнего 14 и нижнего 13 силовых устройств.
При этом настройкой предохранительного клапана реализуют изменение давления столба воды в НКТ 31.
Таким образом, обеспечивают конструктивно простую и надежную технологию создания и регулирования в широком диапазоне распорных сил силовых устройств 13, 14.
Наличие выдвижных накладок 21 гарантирует зазор между корпусами 12 и обсадной колонной 24, через который может осуществляться закачка воды в нефтяной пласт насосом 42 по затрубному пространству скважины.
При этом поток воды, омывая корпус 1, способствует его охлаждению и увеличению продолжительности включения электромагнитного молота вплоть до непрерывной работы.
Таким образом, обеспечивают совместимость работы скважинного сейсмоисточника с технологией обводнения нефтяного пласта и повышение эффективности виброобработки за счет увеличения времени фактического вибровоздействия.