Устройство для генерирования упругих и электромагнитных импульсов в гидросфере скважины

Полезная модель относится к горнодобывающей промышленности и предназначена для интенсификации добычи урана и сопутствующих благородных, редких, и других полезных ископаемых методом подземного выщелачивания.
Известен способ раскольматации призабойной зоны и межскважинного пространства технологических скважин для добычи редких металлов методом подземного выщелачивания, включающий удаление продуктов кольматации при периодическом воздействии на прискважинное и межскважинное пространство полем упругих колебаний с помощью одного или нескольких источников упругих колебаний. Перед воздействием анализируют гидродинамическую связь скважин с пластом и определяют гидропроводность пласта в межскважинном пространстве на основе гидродинамической, геологической, геофизической информации, а также анализа параметров скважин данного месторождения в процессе его эксплуатации. По результатам обработки данных отбирают те скважины, для которых снижение продуктивности обусловлено кольматацией призабойной зоны и межскважинного пространства. Для отобранных скважин задают режим воздействия полем упругих колебаний на прискважинную зону и межскважинное пространство, включающий амплитуду, частоту, длительность, очередность, синфазность. Воздействие на прискважинную зону и межскважинное пространство производят, возбуждая в них упругие колебания заданных режимов воздействия, контролируют скорость удаления кольматантов из прискважинной зоны, межскважинного пространства и скорость перевода металла в выщелачивающий раствор. По результатам контроля корректируют режимы воздействия и выдают рекомендации по оптимальным режимам эксплуатации скважин при новых значениях проницаемости призабойных зон и межскважинного пространства, полученных в результате воздействия полем упругих колебаний, затем все операции повторяют (пат. РФ №2162147, приор. 25.12.1998, опубл. 20.01.2001).
Данный способ требует тщательной настройки при выборе частот акустического воздействия, так как на предлагаемых частотах поглощение акустических сигналов - значительно, поэтому требуется большая мощность источников-преобразователей электрических сигналов в акустические.
Известен скважинный источник сейсмической энергии, содержащий плазменно-импульсный разрядник, блок накопительной энергии, зарядное устройство, систему управления, механизм подачи проводника для замыкания электродов, при этом указанный источник выполнен сборным из двух секций, в первой секции размещен плазменно-импульсный разрядник, механизм подачи проводника и блок накопителей энергии, а во второй секции размещены система управления и зарядное устройство. По второму варианту исполнения указанный источник может иметь диаметр 42 мм и длину 3750 мм. По третьему варианту исполнения указанный источник снабжен средством для его спуска в скважину и подъема, в качестве которого использован устьевой шлюз (пат. РФ №105476, приор. 05.03.2011, опубл. 10.06.2011, G01V 1/00).
Так как известный источник состоит из двух секций, то для его сборки требуются дополнительное оборудование и специальное приспособление на скважине, что снижает удобство в эксплуатации и увеличивает трудозатраты на обслуживание.
Известны «Способ воздействия на призабойную зону скважины и нефтенасыщенные пласты (варианты) и устройство для его осуществления» (пат. РФ №2373386, G01V 1/157, приор. 01.07.2008, опубл. 20.11.2009).
2
2
Известный способ состоит в том, что в гидросреде в полости скважины создают импульсы давления. В качестве средства создания упомянутых импульсов используют источник электрогидроимпульсного разряда, содержащий накопительный конденсатор, электроды, замкнутые металлической проволокой с площадью поперечного сечения от 0.1 мм до 0.9 мм. Подают на электроды импульсы напряжения величиной от 2.6 кВ до 4.3 кВ через промежутки времени от 20 до 70 сек, обеспечивают тем самым взрыв проволоки и формирование импульсов давления в гидросреде, при этом расстояние между электродами составляет от 11 мм до 60 мм. Обеспечивают перемещение источника на расстояние от 300 мм до 1000 мм с шагом перемещения от 270 до 600 мм/с.
При этом источник сейсмической энергии содержит плазменно-импульсный разрядник, блок накопительной энергии, зарядное устройство, систему управления, механизм подачи проводника для замыкания электродов.
Недостаток известной конструкции заключается в том, что она имеет большие габариты в диаметре и может применяться только после демонтажа насосно-компрессорных труб и обязательном глушении нефтяной скважины, и не приспособлена для добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания.
Известна группа изобретений по патенту РФ №2478780 (приор. 21.11.2011 г., опубл. 10.04.2013 г.) «Способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания и устройство для его реализации».
Известный способ включает закачку в продуктивный пласт через систему распределенных в пространстве нагнетательных скважин растворов рабочего агента и откачку с помощью погружного насоса продуктов взаимодействия редких металлов с раствором рабочего агента через систему добывающих скважин, воздействие полем упругих колебаний на прискважинное и межскважинное пространство с помощью источников упругих колебаний, и предусматривает остановку на время 3-4 ч работы добывающей скважины, извлечение погружного насоса и спуск в скважину на одножильном геофизическом кабеле скважинного источника упругих колебаний. При этом в качестве скважинного источника упругих колебаний используют излучатель электрогидравлического (плазменно-импульсного) воздействия, управляемый импульсами постоянного тока, и который снабжают умножителем напряжения и наземным блоком питания переменным током с частотой 300-1000 Гц. Указанный излучатель генерирует импульсы давления (сжатия и разряжения) упругого поля со спектром частот в диапазоне от нескольких герц до нескольких килогерц, серией импульсов в диапазоне 10÷30 с периодической последовательностью 2÷3 импульса в минуту и энергией упругих импульсов в диапазоне 1.0÷1.2 кДж с помощью инициирования электрогидравлического разряда калиброванным проводником в межэлектродном пространстве разрядника.
При минерализации скважинного флюида 5-30 г/л производят обработку указанным излучателем без инициирования электрогидравлического разряда калиброванным проводником.
В процессе обработки указанный излучатель перемещают с шагом 0.5÷1.0 м по всему интервалу фильтра скважины, а после обработки его извлекают из скважины, вновь спускают погружной насос и восстанавливают работу добывающей скважины
Кроме того, производят плазменно-импульсную обработку нагнетательных скважин
Устройство для реализации известного способа по патенту №2478780 содержит корпус скважинного прибора, в котором размещены: конденсаторный накопитель электрической энергии, электрический разрядник, высоковольтный электрод излучателя и низковольтный электрод излучателя и механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство, и снабжено наземным блоком питания переменным током частоты 300÷1000 Гц и управления импульсами постоянного тока, соединенным со скважинным прибором одножильным геофизическим кабелем, а скважинный прибор - умножителем высокого напряжения. В заявляемом устройстве механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство излучателя выполнен в виде системы подпружиненных кулачков, установленных в корпусе механизма протяжки, и снабжен подпружиненной тягой электромагнита, а конденсаторы накопителя электрической энергии размещены на шасси в корпусе скважинного прибора и снабжены дополнительными уравнивающими разрядные токи проволочными резисторами, при этом корпус скважинного прибора выполнен диаметром 42 мм и длиной 2700 мм (выбран в качестве прототипа к заявляемому устройству).
Недостаток известного устройства заключается в следующем.
В составе скважинного прибора отсутствуют средства контроля параметров происходящих процессов и рабочего состояния аппаратуры при осуществлении обработки продуктивного интервала скважинным источником упругих колебаний.
Так, проверка апппаратуры происходит с наземного блока в «ручном режиме». Нажатием кнопки «протяжка» подают калиброванный проводник в межэлектродное пространство электродов посредством подачи импульсов постоянного тока на электромагнит механизма подачи проводника. Нажатием кнопки «заряд» подается напряжение на умножитель высокого напряжения для зарядки конденсаторов. Нажатием кнопки» разряд» оператор производит разряд конденсаторов разрядником, команда которому подается по кабелю с поверхности. При переходе на «автоматический режим» параметры работы скважинного прибора не контролируются из-за отсутствия обратной связи от скважинного прибора на поверхность, что снижает эффективность обработки из-за возможных сбоев в технологии обработки или отказов рабочих блоков.
Задачей полезной модели является достижение более точного контроля параметров проведения технологического процесса, влияющих на эффективность воздействия на пласт, путем автоматизации контроля параметров и управления режимом осуществления технологии воздействия на пласт скважинным источником упругих колебаний.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемом устройстве, содержащем наземный блок управления, соединенный геофизическим кабелем со скважинным прибором, содержащим корпус, в котором расположены: конденсаторы накопителя электрической энергии, размещенные на шасси в корпусе скважинного прибора и снабженные уравнивающими разрядные токи проволочными резисторами, а также, высокочастотный генератор, умножитель высокого напряжения, электрический разрядник, излучатель на основе электрогидравлического разряда, состоящий из высоковольтного и низковольтного электродов и механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство излучателя, в отличие от известного, скважинный прибор снабжен контроллером, имеющим возможность осуществления двусторонней кабельной связи с компьютизированным наземным блоком управления в составе компьютизированной панели и персонального компьютера, при этом указанный контроллер снабжен отдельным блоком питания и предназначен для управления подачей калиброванного проводника в межэлектродное пространство названного излучателя, управления напряжением заряда, управления электрическим разрядником и управления работой высокочастотного генератора, кроме того, первый вход указанного контроллера соединен с индикатором замыкания высоковольтного и низковольтного электродов названного излучателя, второй вход указанного контроллера соединен с датчиком напряжения, который установлен на выходе блока конденсаторов накопителя электрической энергии, третий вход указанного контроллера соединен с датчиком температуры, размещенным в блоке конденсаторов накопителя электрической энергии, четвертый вход указанного контроллера соединен с датчиком для регистрации амплитудных и частотных характеристик излучения упругих импульсов в гидросфере скважины, которым снабжен механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство названного излучателя.
При этом конденсаторы накопителя электрической энергии размещены в быстросъемной кассете на шасси в корпусе скважинного прибора, а проволочные резисторы, уравнивающие разрядные токи этих конденсаторов, выполнены разной длины.
Датчик для регистрации амплитудных и частотных характеристик излучения упругих импульсов в гидросфере скважины выполнен на основе пьезокерамики.
Наземный блок управления и контроля соединен со скважинным прибором одножильным или трехжильным геофизическим кабелем с внешним покрытием, предназначенным для работы в скважинах с агрессивной средой.
Кроме того, наземный блок управления и контроля подключен к источнику переменного тока от промышленной сети и содержит портативный персональный компьютер с компьютизированной панелью, которая помещена в герметичный корпус.
Корпус скважинного прибора может быть выполнен диаметром 38 мм, 42 мм, 48 мм, 52 мм, 60 мм, 68 мм, 102 мм и длиной 2700 мм.
На фиг. 1 представлена блок-схема заявляемого устройства.
Устройство для генерирования упругих и электромагнитных импульсов в гидросфере скважины содержит наземный блок управления и контроля 1 с датчиками магнитных меток 2 и оптических меток 3, и который подключен к источнику переменного тока от промышленной сети и содержит портативный персональный компьютер с компьютизированной панелью, которая помещена в герметичный корпус (на фиг. не показано). Наземный блок управления и контроля 1 соединен со скважинным прибором 4 одножильным или трехжильным геофизическим кабелем 5 с внешним покрытием, предназначенным для работы в скважинах с агрессивной средой, характерной для добычи урана методом подземного выщелачивания.
В корпусе скважинного прибора 4 расположены конденсаторы накопителя электрической энергии 6, размещенные в быстросъемной кассете на шасси в корпусе скважинного прибора, при этом проволочные резисторы, уравнивающие разрядные токи этих конденсаторов, выполнены разной длины, а также: высокочастотный генератор 7, умножитель высокого напряжения 8, электрический разрядник 9, излучатель 10 на основе электрогидравлического разряда, состоящий из высоковольтного 11 и низковольтного 12 электродов и механизм подачи 13 калиброванного проводника в межэлектродное пространство излучателя 10, контроллер 14, имеющий возможность осуществления двусторонней связи по каротажному кабелю 5 с указанным наземным блоком 1. Контроллер 14 предназначен для управления подачей калиброванного проводника в межэлектродное пространство названного излучателя 10, управления электрическим разрядником 9 и управления работой высокочастотного генератора 7. Первый вход контроллера 14 соединен с индикатором замыкания высоковольтного и низковольтного электродов 15 названного излучателя 10, второй вход контроллера соединен с датчиком напряжения 16, который установлен на выходе блока 6 конденсаторов накопителя электрической энергии, третий вход контроллера соединен с датчиком температуры 17, размещенным в блоке 6 конденсаторов накопителя электрической энергии, четвертый вход контроллера соединен с датчиком 18 для регистрации амплитудных и частотных характеристик излучения упругих импульсов в гидросфере скважины, которым снабжен механизм подачи 13 калиброванного проводника в межэлектродное пространство названного излучателя 10.
Датчик 18 для регистрации амплитудных и частотных характеристик излучения упругих импульсов в гидросфере скважины выполнен на основе пьезокерамики.
Контроллер 14 снабжен отдельным блоком питания 19.
Корпус скважинного прибора может быть выполнен диаметром 38, 42, 48, 52, 60, 62, 102 мм и длиной 2700 мм в зависимости от диаметра скважины.
При спускоподъемных операциях на скважине наземный блок 1 управления соединяется геофизическим кабелем 5 со скважинным прибором 4.
После извлечения погружного насоса из откачной скважины и установки на устье скважины блок-баланса каротажного подъемника начинается спуск скважинного прибора 4 на кабеле 5 в скважину при контроле глубины положения скважинного прибора в зоне фильтра по датчикам 2 магнитных и оптических 3 меток.
Работа скважинного прибора обеспечивается контроллером 14 с программным обеспечением (подключен через кабель 5 к портативному персональному компьютеру с компьютизированной панелью, которая помещена в герметичный корпус для исключения воздействия влияния окружающей среды на скважине) (на фиг. не показано).
Контроллер 14 управляет подачей калиброванного проводника в межэлектродное пространство названного излучателя 10, управляет электрическим разрядником 9 и управляет работой высокочастотного генератора 7. При подаче напряжения высокочастотный генератор 7 с умножителем высокого напряжения 8 обеспечивает в конденсаторах 6 накопление электрической энергии, при этом напряжение заряда измеряется датчиком напряжения 16 и контролируется контроллером 14. При достижении нужной величины заряда, контроллер 14 выдает команду на разряд конденсаторов 6 при помощи электрического разрядника 9, при этом в контроллере 14 фиксируется величина электрогидравлического разряда, создаваемым калиброванным проводником в межэлектродном пространстве излучателя 10, состоящим из высоковольтного 11 и низковольтного 12 электродов, в межэлектродное пространство, которых подается калиброванный проводник с помощью механизма подачи 13, управляемый с помощью контроллера 14. При этом происходит взрыв калиброванного проводника и формирование импульсов давления в гидросфере скважины.
Таким образом, излучатель 10 на основе электрогидравлического разряда генерирует импульсы давления (сжатия и разряжения) упругого поля со спектром частот в диапазоне от нескольких герц до нескольких килогерц, серией импульсов в диапазоне 10÷30 с периодической последовательностью 2÷3 импульса в минуту и энергией упругих импульсов в диапазоне 1.0÷1.5 кДж с помощью инициирования электрогидравлического разряда калиброванным проводником в межэлектродном пространстве разрядника 9.
3
3
При этом создаваемые в гидросфере скважины упругие импульсы сжатия и разряжения достигают давления до 1.0÷1.5⋅10 МПа, а температура превышает 20÷40⋅10 С. Регулярно посылаемые в пласт импульсы с периодом 2-3 импульса в минуту создают параметрический резонанс в системе «скважина-пласт», благодаря этому происходит декольматация фильтра и прискважинной зоны. Импульсы, распространяясь в пласт, создают дополнительные трещины и каналы в пласте, повышая проницаемость продуктивного пласта, ускоряя движение флюида и отмываемость частиц кольматанта или металла. Обработка фильтра производится на остановках через 0,5-1,0 м глубины скважины с вверху вниз по 10-20 импульсов с периодом следования 2 импульса в минуту по всему интервалу фильтра и далее снизу вверх при подъеме.
После подъема и извлечения скважинного прибора из скважины вновь спускается погружной насос и восстанавливается работа скважины.
Особенностью заявляемой конструкции является то, что в блок-схему скважинного прибора введен контроллер, который предназначен как для управления функциональными блоками устройства, так и для контроля параметров осуществления технологического процесса, влияющих на эффективность воздействия на пласт. Контроллер 14 обеспечивает режим подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство излучателя 10 и контроль соединения высоковольтного 11 и низковольтного 12 электродов при помощи индикатора замыкания 15, установление необходимого напряжения заряда, измерение его величины при помощи датчика напряжения 16, управление электрическим разрядником 9, а также, измерение температуры при помощи датчика 17, размещенного в блоке 6 конденсаторов накопителя электрической энергии, что для контроля нагревания конденсаторного блока. Контроллер 14 соединен с датчиком 18 из пьезокерамики для регистрации амплитудных и частотных характеристик излучения упругих импульсов в гидросфере скважины, что позволяет контролировать эффективность воздействия на пласт.
Размещение конденсаторов накопителя электрической энергии в быстросъемной кассете на шасси в корпусе скважинного прибора позволяет уменьшить временные затраты при ремонте или замены.
Поскольку конденсаторы 6 расположены от излучателя 10 на разном расстоянии (по длине прибора), то для компенсации изменения сопротивления применяют проволочные резисторы разной длины, которые устанавливают напряжение заряда на одном уровне для всех конденсаторов.