ФОРМИРОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРНОГО И АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЕЙ В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к области промысловой геофизики и может быть использована в качестве устройства для формирования в коллекторе с тяжелой высоковязкой нефтью температурных и акустических полей, необходимых для повышения его проницаемости.
В настоящее время углеводороды являются основными топливно-энергетическими источниками как в России, так и за рубежом. Их запасы ограничены и не являются восполнимыми. При этом более 50% отечественных запасов нефти на данный момент формируется за счет месторождений с коллекторами, структура которых затрудняет извлечение флюида. К ним, в частности, относятся месторождения с тяжелой нефтью. Она характеризуется, в отличие от обычной нефти, большой вязкостью и плотностью, содержит в своем составе кластеры, состоящие из атомов серы и различных металлов. Поэтому коллектор с тяжелой нефтью обладает низкой проницаемостью и для ее извлечения следует применять химические реагенты, нагретый пар, агрегаты для гидроразрыва пласта при сильном увеличении статического давления в скважине и т.д. [1]. Указанные технические средства обладают рядом недостатков. Они, в частности, характеризуются большой длительностью временного цикла технологических мероприятий, большим энергопотреблением, экологическими рисками и т.д.
Этих недостатков лишен скважинный индукционный нагреватель обсадной трубы скважины (ОТС) в области перфорации [2]. Тепловая энергия нагретой им области трубы может передаваться в пласт, содержащий высоковязкую нефть. При этом понижается ее коэффициент вязкости.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для электродинамического индукционного нагрева ОТС, описанное в работе [3]. Здесь для нагрева ОТС подобным способом используется соленоид в виде однозаходной спиральной линии, по которой пропускается переменный электрический ток с частотой  возбуждаемый с помощью генератора переменного напряжения. При этом спиральная линия расположена соосно с ОТС. Это техническое решение может быть взято за прототип.
Реализуемая с помощью устройства-прототипа технология не позволяет в необходимой степени увеличивать проницаемость коллектора с уже нагретой нефтью, так как проницаемость зависит не только от коэффициента вязкости, но и от других факторов, например квазицементации пор. Поэтому имеется резерв для увеличения проницаемости путем преодоления этих отрицательных факторов.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является увеличение проницаемости коллектора скважин с тяжелой нефтью.
Этот результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем генератор переменного электрического напряжения с частотой  и соединенный с ним соленоид в виде однозаходной спиральной линии, расположенной соосно с ОТС, согласно предлагаемому техническому решению оно дополнительно содержит второй соленоид с сердечником из магнитострикторного материала, расположенный соосно с первым соленоидом и соединенный с генератором переменного напряжения, сердечник второго соленоида снабжен конусообразным наконечником с углом раствора конуса β, острие которого направлено в сторону первого соленоида, между соленоидами расположен отражатель акустической волны в виде конуса высотой H≈λ/4, где λ - длина акустической волны в жидкости, заполняющей скважину, с углом раствора α, расположенный перед сердечником с острием, направленным в сторону второго соленоида, при этом значения углов выбираются в пределах π/12<α,β<π/6.
Ф
Кроме того, в частности, внутри первого соленоида для повышения концентрации магнитного поля в нагреваемой области трубы может быть симметрично расположена ферритовая вставка с площадью поперечного сечения S, лежащей в пределах
с
где r - радиус спиральной линии, лежащий в пределах
h - расстояние между витками спирали.
Помимо этого, генератор переменного напряжения может быть выполнен в виде преобразователя постоянного напряжения в переменное и размещен в скважинном снаряде.
Пример реализации предлагаемого устройства представлен на фиг. 1. Оно содержит следующие позиции: источник постоянного напряжения - 1 с блоком управления, соединительный кабель - 2, генератор переменного напряжения с частотой ~10 кГц - 3, спираль - 4, ферритовый сердечник для локализации магнитного поля в нагреваемой области трубы - 5, отражатель акустической волны для преобразование продольной акустической волны в радиальную - 6, соленоид - 7, сердечник из магнитострикционного материала с конусным наконечником - 8.
Устройство работает следующим образом. Генератор 3 осуществляет преобразование постоянного напряжения в переменное с частотой ~10 кГц и амплитудой в неск. сотен В. Затем переменное напряжение подается на спиральную линию, создающую переменное продольное магнитное поле в области ОТС, где в скин-слое возникает вихревой азимутальный переменный ток I.
Фактически такая электродинамическая система является коаксиальным трансформатором с одним вторичным витком, роль которого играет ОТС. Общая мощность, выделяемая при протекании тока в ОТС, определяется следующим выражением:
I
T
T
0
T
-7
где  - объем, в котором сосредоточен индукционный ток, ρ - удельное сопротивление материала ОТС, r - радиус ОТС,  - длина спирали, μ - относительная магнитная проницаемость стали, из которой она изготовлена, μ=4π10 Гн/м - магнитная постоянная, R - эффективное электрическое сопротивление ОТС.
Выделение мощности сопровождается одновременным переносом тепла через цементное кольцо в пласт с высоковязкой нефтью и, как следствие, его нагревом. При нагреве пласта, как показывают расчеты, коэффициент вязкости нефти уменьшается по экспоненциальному закону вплоть до значений, характерных для обычных нефтей (см., например, [4]).
Для более эффективного нагрева ОТС предлагается использовать ферритовую вставку, минимизирующую потоки рассеяния магнитного поля. Проведенные эксперименты и соответствующие расчеты показали, что эффект минимизации потоков рассеяния может осуществляться в указанных выше пределах, накладываемых выше на площадь поперечного сечения ферритовой вставки и задаваемых неравенствами (1), (2).
Переменное напряжение, создаваемое генератором подается также на соленоид 7, охватывающий сердечник 8 из магнитострикторного материала, в котором возбуждаются продольные упругие колебания, передаваемые флюиду, заполняющему скважину через конусообразный наконечник. В пространстве между наконечником и конусообразным отражателем происходит трансформация продольной ультразвуковой волны в радиальную, направленную в пласт. Пределы изменения геометрических параметров такого акустического трансформатора указаны выше. Они были получены в результате испытаний, проведенных сотрудниками ИГРТ МАН ВШ, и определялись из условий максимума плотности потока акустического излучения, направляемого в скважину.
В результате воздействия акустической волны на нефтяной коллектор с нагретой разжиженной нефтью увеличивается его проницаемость, а следовательно, и дебит скважины.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличивать нефтеотдачу скважин с высоковязкими нефтями, не прибегая к применению химических реагентов, нагретого пара или агрегатов для гидроразрыва пласта, сопряженному с большими экономическими затратами и несущими экологические риски.
Источники информации
1. Ибрагимов Л.Х., Мищенко И.Т., Челоянц Д.К. Интенсификация добычи нефти. М.: Наука, 2000, 414 с.
2. Диденко А.Н., Коляскин А.Д., Пономаренко А.Г. Тр. Российского национального симпозиума по энергетике, т. 1, Казань, 2001, с. 205-208.
3. Диденко А.Н., Зверев Б.В., Коляскин А.Д., Пономаренко А.Г. Патент РФ на изобретение №2157883, 2000.
4. Хисамов Р.С., Хузин P.P., Андреев В.Е., Дубинский Г.С., Мияссаров А.Ш. Перспективы увеличения эффективности разработки залежи высоковязкой нефти с применением энергосберегающих технологий. Нефтяное хозяйство, №4, 2015, с. 54-55.