УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЕГАЗОНОСНЫЙ ПЛАСТ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к устройствам для акустического воздействия на нефтегазоносные зоны продуктивного пласта.
Из уровня техники известно устройство для акустического воздействия на зону перфорации и нефтеносный пласт в призабойной зоне, включающее акустический излучатель составного типа в виде пьезокерамического стержня, помещенного в герметичный корпус, активных излучающих накладок, размещенных за пределами герметичного корпуса, имеющих плоские излучающие поверхности, перпендикулярные продольной оси устройства, при этом акустический излучатель снабжен, по меньшей мере, одним металлическим отражателем с плоскими поверхностями, параллельными плоским поверхностям активных излучающих накладок и установленным на внешней поверхности корпуса излучателя, на равном расстоянии от каждой накладки с возможностью фиксации в заданном положении. При этом устройство может быть снабжено дополнительным металлическим отражателем, установленным параллельно первому на внешней поверхности корпуса излучателя с образованием симметричной системы накладок и отражателей, при этом каждый отражатель установлен с возможностью перемещения вдоль оси устройства и фиксации в заданном положении. (Патент РФ №2286587, 7 МПК G01V 1/00, з. №2005117537/28, приоритет 08.06.2005, опубл. 27.10.2005, БИ №30).
Данное устройство предназначено для увеличения мощности волнового воздействия лишь в призабойной зоне, внутри обсадной колонны и ближайшем околоскважинном пространстве, вследствие
конструктивного расположения поверхности излучателя, создающей вертикальную направленность стоячих волн, и не обеспечивает усиления воздействия на важные и удаленные от скважины участки и зоны нефтеносного пласта.
Из уровня техники известно также устройство для обработки призабойной зоны продуктивного пласта, содержащее колонну герметичных насосно-компрессорных труб, сверху над которой расположен генератор гидроудара, установленный с возможностью передачи воздействия вглубь колонны, а в нижней части установлено отклоняющее устройство, резервуар с рабочей жидкостью, насос, вход которого соединен с резервуаром, а выход с полостью колонны, средство герметизации скважины, средство герметизации верхней части колонны, отличающееся тем, что оно содержит средство для сообщения полости скважины с резервуаром, а отклоняющее устройство выполнено в виде полого тела вращения с продольными сквозными пазами на боковой поверхности, длина которых равняется величине проекции на вертикальную ось скважины минимального расстояния между двумя ближайшими щелями перфорации, а внутри нижней части тела вращения установлен конический отражатель. При этом тело вращения может представлять собой гиперболический параболоид, радиус кривизны которого обеспечивает фокусировку акустических волн в глубине щелей перфорации, а также тело вращения может представлять собой цилиндр.(Свидетельство РФ на полезную модель №15584, 7 МПК Е21В 43/25, з. №2000111175, приоритет 17.05.2000, опубл. 27.10.200 в БИ №30.)
Данное устройство используется для повышения проницаемости коллекторов при обработке призабойных зон продуктивных пластов, в том числе состоящих из плотных малопроницаемых терригенных горных пород, непроницаемость которых вызвана релаксацией напряжений вокруг скважины. Использование в его конструкции отклоняющего устройства в
виде гиперболического параболоида позволяет с помощью фокусировки эффективно воздействовать на щели перфорации, что приводит к трещинообразованию в зонах концентрации напряжений. Однако, монтаж и эксплуатация данного устройства, вызванные необходимостью проведения комплексной гидроударноволновой обработки и связанные с установкой генератора гидроудара (гидравлического молота), насоса и резервуара с рабочей жидкостью, а также средств герметизации скважины и верхней части колонны НКТ и др. работ, требуют достаточно больших материальных и трудозатрат, увеличивающих к тому же время на монтаж и демонтаж данного устройства. В то же время, зачастую, требуется оперативное эффективное воздействие на удаленные и важные участки с помощью более мобильных и менее материалоемких средств волнового воздействия.
Наиболее близким к заявляемому по назначению, и совокупности существенных признаков является устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, содержащее наземный блок управления, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, состоящим из генератора, акустического излучателя и датчика, скважинный прибор выполнен в виде двух частей, соединенных кабелем, в верхней части размещен генератор, а в нижней, сообщающейся с окружающей средой - датчик и, по крайней мере, один акустический излучатель, который снабжен хотя бы одним отражателем акустических волн, имеющим коническую поверхность, обращенную вершиной к излучателю, с углом при вершине, равным 90 град., а расстояние между торцевой поверхностью излучателя и вершиной конической поверхности отражателя акустических волн - «а» выбирают из условий образования стоячей волны в среде по формуле а=nλb. Нижняя часть скважинного прибора оканчивается акустическим концентратором или эхолотом. Наконечник акустического концентратора выполнен с дискообразным пояском. Нижняя часть прибора сообщается с окружающей средой
посредством выполненных в стенке корпуса прямоугольных окон в зонах размещения отражателей акустических волн. (Патент РФ №2140519, 6 МПК Е21В 28/00, Е21В 43/25, з. №98104747, приоритет 11.03.1998, опубл. 27.10.1999 в БИ №30).
При сравнительно небольшой материалоемкости известного устройства недостатком его является недостаточная мощность волнового воздействия на пласт. Это связано с тем, что акустический излучатель, работающий в зоне перфорации в режиме бегущей волны, возбуждает упругие волны, имеющие плоский фронт в соответствии с формой поверхности акустического излучателя. В соответствии с принципом работы устройства вертикальная акустическая волна отражается (поворачивается) под углом 90° стенками конического отражателя, превращаясь в горизонтальную волну. Вследствие этого, энергия упругой волны равномерно распределяется по ее плоскому фронту и быстро рассеивается в пласте и устройство не обеспечивает возможность направленного усиленного волнового воздействия на важные известные зоны нефтеносного пласта, установленные в процессе разработки и эксплуатации (трещиноватые зоны, зоны выпадения смол и асфальтенов, целики, останцы и др.), а также удаленные от скважины участки пласта.
Предлагаемое устройство решает задачу повышения эффективности воздействия на нефтегазоносный пласт за счет обеспечения направленного более мощного волнового воздействия на заданные, удаленные от скважины участки пласта.
Поставленная задача решается устройством для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, включающем скважинный прибор, связанный посредством кабеля с наземным генератором, содержащий блок управления с датчиком, акустический излучатель, который снабжен отражателем акустических волн, при этом скважинный прибор содержит не менее двух акустических отражателей, имеющих поверхность в виде параболы, в главном фокусе которой
размещены акустические излучатели, а между блоком управления и акустическим излучателем установлен высокочастотный преобразователь.
Техническим результатом, получаемым при этом, является увеличение концентрированной мощности энергии волнового воздействия в заданные малые области нефтегазоносного пласта, при этом результирующая интенсивность волнового поля увеличивается не менее чем в четыре раза по сравнению с работой одиночного источника.
Данный результат достигается за счет конструкции отражателей, имеющих параболическую форму и взаиморасположения отражателей и акустических излучателей, размещенных в главном фокусе параболической поверхности отражателей. Из геометрических свойств параболы следует, что лучи от источника, помещенного в фокусе параболы, отражаются параллельно акустической оси параболического отражателя. Данное свойство распространяется на все точки на поверхности параболического отражателя.
Кроме того, техническим результатом является упрощение конструкции скважинного прибора за счет размещения генератора электрических сигналов на поверхности и установки в приборе высокочастотного преобразователя.
Основным отличием и преимуществом заявляемого устройства является возможность концентрации энергии акустических волн в очень малых областях пласта, в окрестностях фокального пятна, за счет применения отражателя с поверхностью в виде параболы, а также совокупности нескольких параболических отражателей с размещенными в их главных фокусах акустических излучателей.
На фиг.1 представлена схема устройства для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, в конструкции которого используются шесть отражателей с поверхностью в виде параболы, на фиг.2 - схема направленности акустических волн при использовании
отражателя волн с параболической поверхностью и размещенного в фокусе параболы акустического излучателя.
Устройство состоит из скважинного прибора 1, связанного посредством кабеля 2 с наземным генератором 3. В корпусе скважинного прибора 1 размещены блок управления 4 с датчиком 5, сигнализирующем о проникновении акустических волн в пласт, высокочастотный преобразователь 6, шесть пьезоизлучателей 7, размещенных в главных фокусах шести отражателей 8 с параболической поверхностью заданной кривизны (заданного фокусного расстояния) и имеющую необходимый раскрыв. Акустические оси параболических поверхностей отражателей 8 при этом должны быть направлены в одну точку (малую область пласта). Параболические поверхности отражателей могут быть выполнены непосредственно в стенках скважинного прибора, а акустические излучатели закреплены заранее в точках главных фокусов с помощью стоек или кронштейнов 9.
Устройство работает следующим образом:
Скважинный прибор 1 опускается в скважину на кабеле 2, связывающим скважинный прибор с наземным генератором 3.
Скважинный прибор 1 устанавливается таким образом, чтобы акустические пьезоизлучатели 7 располагались на уровне перфорационных отверстий скважины, сообщающих пласт со стволом скважины, при этом акустические оси параболических поверхностей отражателей 8 должны быть направлены в заданные участки нефтегазоносного пласта. По сигналу с поверхности, передаваемому по одной из жил кабеля 2 включается блок управления 4, по другим жилам кабеля 2 в блок управления 4 подается питание для высокочастотного преобразователя 6 и пьезоизлучателей 7 и датчика амплитуды сигнала 5, сигнализирующего о проникновении акустических волн в пласт. Мощность подаваемого питания регулируется автоматически в блоке управления 4 в зависимости от показателей датчика амплитуды сигнала 5. Упругие волны со сферическим фронтом 10 (фиг.2),
исходящие от пьезоизлучателей 7 падают на отражатели 8 с параболическими поверхностями. Волны от параболических отражателей 8 отражаются в виде волн с плоским фронтом 11, что вытекает из свойств параболической поверхности, выходят в нефтегазоносный пласт и падают на заданную малую область пласта 12.
В связи с тем, что акустические оси группы параболических поверхностей отражателей направлены на заданную малую область пласта, то в ее пределах осуществляется суммирование энергии волн, пришедших от разных акустических излучателей. Например, в случае использования двух излучателей суммарная амплитуда волнового воздействия определяется из выражения:
где АΣ - суммарная амплитуда в заданной области пласта;
1
2
A, A - амплитуды волн из первого и второго источников;
1
2
1
2
1
2
Σ
φ, φ - фазы первой и второй волны. При полностью идентичных излучателях, когда A=А и φ=φ это соотношение имеет вид АΣ=2А, так как интенсивность поля пропорциональна квадрату амплитуды, тогда результирующая интенсивность поля E:
Таким образом, амплитуда волновых колебаний в заданную область нефтегазоносного пласта увеличивается в два раза, а результирующая интенсивность волнового поля - в четыре раза по сравнению с работой одиночного источника.
При наличии трех и более излучателей с отражателями, имеющими параболическую поверхность, результирующая суммарная интенсивность поля определяется из выражения:
Таким образом, применение заявляемого устройства обеспечивает многократное увеличение мощности акустического воздействия на заданные малые проблемные области нефтегазоносного пласта, что способствует развитию существующих и образованию новых микротрещин в продуктивном пласте, обеспечивающих увеличение интенсивности притока углеводородов в скважине.