Скважинный сейсмоисточник
BOREHOLE SEISMIC SOURCE

Предлагаемое изобретение относится к вибросейсмической технике и может использоваться для повышения нефтеотдачи пластов нефтегазоносных месторождений путем генерирования и передачи сейсмических колебаний в нефтенасыщенные коллектора через скважину, а также для межскважинного прозвучивания при сейсморазведке земных недр.
В отечественной и зарубежной практике нефтедобычи накоплен большой положительный опыт применения сейсмоакустического воздействия на истощенные, высоко-обводненные нефтяные пласты для повышения нефеотдачи и 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.
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 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 два силовых 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, датчиков положения, 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, (патент РФ №2642199, по кл. Е21В 43/25, 2018 г).
Известное устройство имеет ряд существенных недостатков, а именно:
- наличие в каждом из силовых устройств скважинного гидронасоса с гидравлическим или электромеханическим приводом, которое подразумевает монтаж в каждом устройстве помимо гидроцилиндра с изменяемым диаметром питающий его гидронасос с приводом, что существенно усложняет конструкцию и снижает эксплуатационную надежность сейсмоисточника;
- наличие вакуумированных полостей в диамагнитной направляющей, по которой движется боек со стороны верхнего и нижнего торцов бойка, взаимодействующего своими торцами с плунжерами гидроцилиндров силовых устройств является весьма затруднительным технологически;
- полное вакуумирование этих полостей в направляющей приводит к отсутствию охлаждения бойка, что может привести к перегреву виброисточника, уменьшению времени его непрерывной работы и в конечном счете выходу его из строя.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемым изобретением является создание скважинного сейсмоисточника, позволяющего получать вибросейсмическое воздействие непосредственно на нефтяной пласт независимо от глубины его залегания с более высокой надежностью,
Технический результат в предлагаемом изобретение достигают созданием скважинного сейсмоисточника, содержащего два силовых устройства, выполненных 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, датчиков положения, 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, предназначенные для размещения в них проводов коммуникаций силового питания катушек и датчиков положения бойка электромагнитного молота, и системы его питания и управления, в котором, согласно изобретению, каждое силовое устройство снабжено масляной полостью, которая связана со своим дополнительным масляными объемом, размещенным в корпусе, в которых установлены нагревательные элементы, соединенными параллельно и подключенными к системе питания и управления, а боек размещен в направляющей с зазором.
Предлагаемый скважинный сейсмоисточник обеспечивает равенство импульсов удара бойка по плунжерам верхнего и нижнего силовых устройств.
Подключение нагревательных элементов дополнительных объемах к системе питания и управления, обеспечивает необходимый нагрев и расширение масла в силовых устройствах, и как следствие, обеспечивать увеличение их диаметра и прижатие к стенкам обсадной колонны скважины.
Установка бойка в направляющей с зазором, позволяет выполнять вакуумирование полостей со стороны верхнего и нижнего торцов бойка молота через направляющую и корпус в промежутке между катушками молота.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием конструкции и чертежами, где:
- на фиг. 1 показан скважинный сейсмоисточник, содержащий два силовых устройства цилиндров с изменяемым диаметром и масляными полостями в разрезе;
- на фиг. 2 - разрез А-А, по фиг. 1;
- на фиг. 3 - система питания и управления скважинный сейсмоисточник.
Скважинный сейсмоисточник включает электромагнитный молот и присоединенные соосно к его нижнему и верхнему торцу силовые устройства с изменяемым диаметром.
Электромагнитный молот включает неразъемный цилиндрический корпус 1, боек 2, размещенные в корпусе катушки прямого 3 и обратного 4 хода, полюса 5, 6, 7, 8 и индуктивные датчики 9 и 10, жестко смонтированные на диамагнитной направляющей 11.
При этом направляющая 11 с жестко закрепленными на ней катушками 3 прямого и 4 обратного хода бойка 2, полюсами 5,6,7,8 и катушками индуктивных датчиков 9 и 10 образует единый энергетический блок молота, зафиксированный в корпусе 1 распорными втулками 12.
К нижнему и верхнему торцам корпуса 1 присоединены, например, силовые устройства в виде гидроцилиндров 13 с изменяемым диаметром для импульсного воздействия через стенки обсадной трубы (на чертеже не показана) на нефтесодержащую породу.
Каждый гидроцилиндр 13 содержат установленный с возможностью поступательного перемещения плунжер 14, реализующий привод гидроцилиндра при взаимодействии с бойком 2.
На наружных поверхностях корпуса 1 электромагнитного молота и установленного сверху гидроцилиндра 13 с устройством для присоединения к насосно-компрессорной трубе (НКТ) 15 выполнены продольные пазы 16, 17, предназначенные для размещения в них проводов коммуникаций силового питания катушек электромагнитного молота и датчиков.
Провода питания 18 катушки прямого хода 3 бойка 2 выведены через полюс 6, а провода питания 19 катушки обратного хода 4 бойка - через полюс 8 в продольные пазы соответственно 16,17 и сведены далее в коллектор 20, смонтированный в верхнем гидроцилиндре 13.
Аналогичным образом через полюса 5, 8 и далее через пазы 16, 17 в коллектор 20 выведены провода 22 от катушки датчика 10 (см. фиг. 2).
Из коллектора 20 провода коммуникаций питания катушек и датчиков соединены посредством кабеля 23 с системой питания и управления 24
Масляные полости, которыми снабжен каждый гидроцилиндр 13 связан с дополнительными масляными объемами 25в корпусе 1, в которых установлены нагревательные элементы 26 . (Н1, Н2)
Данные объемы 25 соединены с масляными полостями гидроцилиндров 13, позволяющими охлаждать масло, поступающее в полости гидроцилиндров расширяющееся в объеме 25 нагревательных элементов 26.
Нагревательные элементы 26, являющиеся активными резисторами, соединены параллельно и подключены в системе управления 24 к управляемому выпрямителю 27 параллельно с тиристоры коммутатором 28 (фиг3).
пх
ох
Система питания и управления сейсмоисточника по фиг.3 включает тиристорный коммутатор 28 с тиристорами 29, 30 (Т, Т.)
В цепи коммутатора 28 включены электромагнитные катушками 3 прямого и обратного 4 хода бойка 2.
r
r
nx
ox
к)
Коммутатор 28 включает узел гашения, состоящий из резистора 31 (R,) емкости 32 (С), диодов 33, 34 (V, V) и коммутирующую емкость 35 (С.
Коммутатор питается от управляемого выпрямителя 27, подключенного к сети переменного тока.
Тиристоры 29, 30 при поочередном включении соединяют электромагнитные катушки 3 и 4 молота с управляемым выпрямителем 27, который соединен с импульсно-фазовой системой управления 36.
пх
ох
nx
ox
Импульсно-фазовая система управления 36 служит для выработки импульсов управления, поступающих на управляющие электроды тиристоров управляемого выпрямителя 27, обеспечивая различные углы α и αрегулирования тиристорного выпрямителя, при которых на выходе УВ 27 реализуются различные выпрямленные постоянные напряжения U или U, подаваемые соответственно на катушки 3 и 4 молота. За счет этого можно обеспечить силу тяги катушки холостого хода больше силы тяги катушки рабочего хода и обеспечить одинаковую энергию бойка при его ударах по плунжерам верхнего и нижнего силового устройства.
1
2
1
2
Датчики 9 и 10 соединены со входом импульсно-фазовой системы управления 36 через резисторы 37, 38 и диоды 39, 40 (R, R и V, V).
3
4
Те же датчики соединены через резисторы 37, 38 и диоды 41, 42 (V, V) с управляющими электродами тиристоров 29, 30 тиристорного коммутатора 28.
Нагреватели 26, соединенные параллельно, подключены к управляемому выпрямителю 27 через балластный резистор 43 параллельно с тиристорным коммутатором 28.
ох
Включение электромагнитных катушек в работу осуществляют путем подачи импульса напряжения кнопкой 44 на управляющий электрод тиристора Т по цепи 45 (R4-R3), 46, 47 (С1) - 48 (V5)
Работа устройства осуществляют следующим образом:
Первоначально подают напряжение на управляемый выпрямитель 27 в системе 24.
пх
ох
При этом катушки электромагнитов молота не включают, поскольку тиристоры Т, Т 29, 30 в тиристорном коммутаторе 28 выключены.
Однако на нагревательные элементы 26 напряжение подают через балластный резистор 43. В результате этого происходит нагрев и расширение масла в объемах 25.
Расширяясь, масло поступает в масляные полости гидроцилиндров 13, обеспечивая увеличение их диаметра и прижатие к внутренней поверхности обсадной колонны скважины. После этого кнопкой П1 осуществляют включение тиристора 30 катушки холостого хода 4.
Боек под действием электромагнитных сил катушек, переключаемых по сигналам с датчиков положения 9, 10, совершает возвратно-поступательное движение, нанося в конечных точках удары по штокам 14 гидроцилиндров 13.
При этом происходит излучение сейсмического сигнала через обсадную колонну в пласт.
Диаметр бойка 2 электромагнитного молота выполняют с зазором к направляющей 11. Благодаря этому можно одновременно производить вакуумирование полостей 49 и 50 соответственно над верхним и нижним торцами бойка через отверстия 51, 52 в направляющей 11 и корпусе 1 молота.
После откачки отверстия заглушают и в полостях 49, 50 обеспечивается вакуум.
В бойке 2 молота может быть выполнено осевое отверстие по площади не более 10% от площади поперечного сечения бойка, позволяющее облегчить вакуумирование обоих полостей со стороны верхнего и нижнего торцов бойка.
Наличие отверстия может позволить вовсе отказаться от вакуумирования.