СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF ACOUSTICAL IMPACT ON OIL FORMATION, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к оборудованию для интенсификации добычи нефти в нефтяных скважинах с помощью звукового и ультразвукового воздействия на нефтяной пласт.
Известны способ и устройство комбинированного термоакустического воздействия на нефтяной пласт, использующие: генератор высокой частоты, подключенный через согласующее устройство и питающий кабель к скважинному прибору, содержащему умножитель частоты и параллельно включенные излучатель и электронагреватель [1].
Недостаток устройства - малая глубинность акустического и термического воздействий на нефтяной пласт и отсутствие низкочастотных колебательных воздействий, обеспечивающих дальнее воздействие на обрабатываемый пласт и стимулирующих движение нефти (газа) к перфорированному интервалу при ее добыче из отдаленных окрестностей скважины.
Известен способ обработки и очистки призабойной зоны пласта [2], использующий как весьма эффективное - колебательное воздействие в диапазоне частот от 10 до 500 Гц, и реализуемый прокачкой очищающих ближнее околоскважинное пространство реагентов. Но этот способ не может быть использован непосредственно в ходе добычи нефти.
Известны способ и устройство обработки продуктивного пласта скважины и устройство его реализации [3], использующие при воздействии на пласт наряду с высокочастотными (10-60 кГц) комбинационные низкочастотные акустические колебания (из диапазона 20-4000 Гц). Использование низкочастотных акустических колебаний увеличивает дальность и эффективность воздействия. Устройство наряду с его достоинствами сложно в изготовлении и вследствие этого недостаточно надежно в эксплуатации. Рассматриваем его как прототип.
Цель изобретения - упрощение способа и создание на его основе устройств (схему, описание устройства и реализацию способа см. раздел "осуществление изобретения") комбинированного (низко- и высокочастотного) акустического воздействия, обладающих повышенной надежностью и пригодных для использования, в том числе непосредственно в ходе добычи нефти. Комбинированное же воздействие в ходе добычи обеспечивает активное продвижение добываемого флюида по каналам фильтрации как в прискважинной, так и в удаленной зоне пласта, что существенно повышает нефтеотдачу обрабатываемого пласта.
Задача решается тем, что также как и в известном способе [3] колебательное воздействие на пласт осуществляют комбинацией низкочастотных (20 или 50 Гц) и или звуковых или ультразвуковых (из диапазона: 8-25 кГц) упругих колебаний.
В прототипе для воздействия используются низкие комбинационные частоты (20-4000 Гц), возникающие от смешения в среде двух высокочастотных упругих колебаний. Например, при смешении колебаний 20 кГц и 22 кГц (или 20 кГц и 20,05 кГц) в среде возникают кроме исходных, в том числе, и низкочастотные упругие колебания 2кГц (или 50 Гц).
В отличие от прототипа воздействие по способу выполняют пакетами звуковых или ультразвуковых упругих колебаний. Схема устройства реализации способа приведена на рис.1 (см. приложение). Период излучения пакетов - 20 мс или 50 мс (см. рис.2, приложение). Длина пакетов - половина периода излучения пакетов. Пакетное излучение создает эффект радиальных пульсаций давления акустического поля (ветра) на низких частотах (50 Гц или 20 Гц). При обработке пласта в скважине с работающим добывающим оборудованием (т.е. в режиме депрессии) этот эффект способствует:
а) активному колебательному движению флюида к интервалу перфорации;
б) дренированию и очистке каналов фильтрации насыщающего пласт флюида. Благодаря использованию низкочастотных радиальных звуковых колебаний (20 Гц или 50 Гц) увеличивается дальность воздействия (до нескольких сотен метров) и создаются условия для движения нефти к интервалу перфорации из удаленных участков добывающих пластов, чем может быть существенно повышен коэффициент нефтеотдачи пластов.
Суммарный эффект предлагаемого технического решения достигается сочетанием низко- и высокочастотных колебательных воздействий. Причем наибольший эффект возможен при воздействии в режиме депрессии. Депрессия обеспечивается постоянной (или периодической) работой добывающего оборудования. Совмещение высоко- и низкочастотных пульсирующих акустических воздействий и депрессии способствует увеличению добычи нефти и, в том числе, за счет попутной очистки каналов фильтрации как в ближней, так и в удаленной зоне добывающего пласта.
Осуществление изобретения
1. Описание устройства АВ
Схема устройства приведена на рис 1.
Устройство содержит:
- электронный генератор (поз.1), генерирующий электрические сигналы на рабочей частоте используемого для воздействия акустического излучателя, поз 4. Возможный диапазон рабочих частот - звуковые (от 8 кГц до 20 кГц) или ультразвуковые (свыше 20 кГц);
- формирователь пакетов сигналов на рабочей частоте используемого излучателя (поз.2). Частота следования пакетов из диапазона: 20 или 50 Гц. Длина пакетов -половина периода излучения пакетов;
- усилитель мощности (поз.3). Усиливает амплитуду электрического сигнала в пакете до уровня, обеспечивающего необходимую мощность акустического воздействия;
- цилиндрический акустический излучатель (поз.4) с заданными характеристиками (диаметром, резонансной частотой), обеспечивающими заданную мощность акустического воздействия.
Пакеты электрических сигналов с заданными амплитудой и частотой заполнения подаются на излучатель. Последний излучает в обрабатываемый пласт пакеты звуковых или ультразвуковых колебаний. Форма излучаемых пакетов приведена на рис.2. Мощность пакетов звукового или ультразвукового воздействия определяется параметрами усилителя мощности (поз.3), длиной излучаемых пакетов и конструкцией используемых излучателей. Часть мощности звукового (или ультразвукового) акустического воздействия размещена на выбранной для воздействия низкой частоте (20 Гц или 50 Гц), соответствующей частоте излучения пакетов звуковых (или ультразвуковых) колебаний, а также на ее последующих гармониках. Например, при частоте посылок пакетов 20 Гц частоты гармоник будут соответственно 40, 80 Гц и т.д. Отметим, что наличие низкочастотной звуковой составляющей в воздействующем поле однозначно фиксируется на слух при наземных испытаниях устройства в бочке с водой.
2. Реализация способа АВ
Основной режим воздействия - долговременное воздействие на нефтяной добывающий пласт непосредственно в ходе добычи нефти. Этот режим может быть реализован: а) в фонтанных скважинах; б) в скважинах, оборудованных насосами.
Для его реализации устройство АВ на геофизическом кабеле с помощью каротажного подъемника устанавливается в интервале перфорированного добывающего пласта, причем до спуска добывающего оборудования. Добывающее оборудование устанавливается выше интервала перфорации.
Устройство АВ включается в рабочий режим после запуска нефтяного насоса (скважины с пониженным пластовым давлением) или после начала фонтанирования скважины (фонтанный фонд скважин). При этом пакетное излучение создает эффект радиальных пульсаций давления акустического поля (ветра) на низких звуковых частотах (частотах посылок пакетов). Причем присутствие соответствующей частоте посылок низкочастотной звуковой составляющей в воздействующем поле фиксируется при наземных испытаниях устройства (например, в бочке с водой), в том числе и на слух.
При обработке пласта в скважине с работающим добывающим оборудованием (т.е. в режиме депрессии) этот эффект способствует:
а) активному колебательному движению флюида к интервалу перфорации, в том числе из существенно удаленного от скважины пространства;
б) дренированию и очистке каналов фильтрации насыщающего пласт флюида.
Из физических соображений очевидно, что:
- наибольшая дальность низкочастотного воздействия достигается при наименьшей частоте излучения пакетов (в рассмотренных вариантах - при частоте 20 Гц);
- наибольшая плотность мощности низкочастотного акустического воздействия в ближних окрестностях скважины достигается при наибольшей используемой частоте излучения пакетов воздействия, т.е. при частоте 50 Гц.
Литература
1. А.с. №989048 "Аппаратура для термоакустического воздействия на нефтяной пласт", приоритет 05.06.81 г., кл. Е21В 43/00.
2. Патент №2111348. Способ обработки и очистки скважины и призабойной зоны пласта, приоритет от 20.05.1998 г., кл. Е21В 43/25.
3. Патент №2162519. Способ акустической обработки продуктивной скважины, приоритет от 27.01.2001 г., кл. Е21В 43/25, 28/00.