СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОТОК ЖИДКОСТИ В КОЛОННЕ НКТ С УПРАВЛЕНИЕМ ПОСРЕДСТВОМ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
METHOD OF ACOUSTIC ACTION ON FLOW OF LIQUID IN TUBING STRING WITH FEEDBACK CONTROL

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, может быть использовано при фонтанном, газлифтном, способе добычи нефти, а также совместно с установкой электроцентробежного насоса.
Обеспечивает повышение энергоэффективности добычи нефти за счет ее дегазации нефти акустическим воздействием ультразвукового диапазона частот.
Основные физико-химические и химические эффекты, которые возникают в жидкости под действием акустических полей, связывают с кавитацией.
Характерной особенностью ультразвуковой кавитации является локальное концентрирование относительно невысокой средней энергии акустического поля в очень малых объемах, что приводит к созданию исключительно высоких плотностей энергии.
Механизм акустической дегазации или кавитации основан на наличии в жидкости мельчайших пузырьков.
В акустическом поле они являются центрами "перекачки" газа из жидкости в пузырек.
Распространение акустического поля в жидкости с мелкими пузырьками может вызвать его выделение - дегазацию. Стенки пузырька начинают колебаться, жидкость вокруг приходит в движение, а сам пузырек перемещается в область пониженного давления.
В зависимости от газа насыщенности и свойств жидкости, а также интенсивности и частоты акустического поля пузырьки могут пульсировать около своего равновесного размера (они могут расти или растворятся, либо, увеличившись до максимального размера, схлопываться). Мелкие пузырьки способны коалесцировать под действием сил притяжения Бьеркнеса и радиационного давления, образовавшиеся большие пузырьки могут всплывать.
Обычно вязкость жидкости после акустического воздействия изначально снижается на 20-30% (снижение вязкости жидкости в акустическом поле объясняют ее частичным нагревом за счет поглощения упругой энергии и разрывом связей у отдельных макромолекул при кавитации), а в последующем либо восстанавливается (в докавитационном и слабо кавитационном режиме), либо не восстанавливается (в развитом кавитационном режиме).
Прототипом выступает способ интенсификации добычи нефти (RU (11) 2133332 (13) С1, опубликован 20.07.1999), включающий спуск в скважину насосно-компрессорных труб, генератора звуковых колебаний. Насосом возбуждают колебания звука. Звуковые колебания трансформируют акустическим резонатором-генератором звука, который размещают на забое скважины. Трансформирование им звуковых колебаний осуществляют трансформированием волн низких частот в область высоких частот ультразвукового диапазона.
Недостаток данного способа является отсутствие контролирования процесса разгазирования в месте установки излучателя и подбора оптимального режима работы газожидкостного подъемника с целью обеспечения энергоэффективности механизированных способов добычи и увеличения добычи за счет изменения забойного давления в результате изменения плотности среды внутри НКТ. Отсутствие в ранних изобретениях приборов контроля не позволяет определить оптимальную глубину спуска излучателя, а также осуществить подбор мощности, частоты и амплитуды излучения индивидуально для каждой скважины, что ставит эффективность применения данной технологии под сомнения и приводит к не достижению газлифтного эффекта. Подбор данных параметров осуществляется в полевых условиях непосредственно на скважине путем проведения тестовых испытаний.
Задачей изобретения является управление процессом разгазирования внутри НКТ посредством обратной связи через встроенные в корпус излучателя приборы контроля давления, температуры и вибрации.
Решение задачи достигается тем, что акустический излучатель размещают в насосно-компрессорных трубах, а трансформирование им колебаний приводит к дегазации нефти с последующим уменьшением электропотребления скважинной насосной установки, изменением давления на выкиде насоса, уменьшением забойного давления в результате снижения плотности смеси.
Управление излучателем осуществляется генератором ультразвуковых сигналов с широким диапазоном регулирования частот, мощности и амплитуды излучения. На основании данных полученных в режиме реального времени с термоманометрической системы расположенной в одном корпусе с излучателем и датчика контроля вибрации осуществляется подбор оптимальных параметров и глубины спуска самого излучателя индивидуально для каждой скважины. Дальнейшее использование стационарных излучателей осуществляется на основании проведенных исследований, подбора глубины спуска самого излучателя и подбора частот, мощности и амплитуды ультразвуковых колебаний, обеспечивающих резонанс на данной глубине спуска с учетом давления в месте установки излучателя.
В процессе работы давление в месте установки излучателя может меняться, что может сказаться на эффективности ультразвукового изучения. Для этого в микроконтроллере генератора разработана система автоматического управления, позволяющая управлять всей системой в режиме реального времени.
Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями без установки приборов контроля давления, температуры и вибрации показывает, что способ применения акустического резонатора-генератора звука для осуществления ультразвуковой дегазации нефти известен. Однако неизвестен способ управления процессом разгазирования и определения оптимальных параметров работы, с учетом спущенного в скважину оборудовании.
Предложенное решение может быть неоднократно использовано на любых скважинах при различных механизированных и фонтанных способах добычи нефти.
Достижение технического результата в изобретении обеспечивается тем, что звуковые колебания, излученные в жидкую среду, создают акустическое поле, которое изменяет характеристику среды, вызывает такие процессы, как кавитация, дегазация, возникновение акустических потоков и т.п.
Выделившийся из добываемой газожидкостной смеси газ обеспечивает подъем жидкости за счет газлифтного эффекта. Газлифтный эффект - это эффект подъема жидкости, получаемый в результате ее газирования. Следовательно, для подъема жидкости в скважине затрачивается не только энергия, получаемая от электроприводного насоса, но и энергия расширяющегося газа, то есть потребляемая насосом электроэнергия уменьшится. Но без применения системы управления процессом разгазирования эффективность может быть не достигнута из за отсутствия данных, а подбор режимов работы в постоянно изменяющейся среде приведет к постоянному регулированию параметров излучателя в ручном режиме с постоянным присутствием персонала, что не приемлемо для безопасности работы персонала, низко технологично и экономически не целесообразно, так как несет дополнительные затраты на персонал на каждую скважину на которой будет установлено данное оборудование.
Повышение эффективности заявленного технического результата достигается в следующих нижеперечисленных модификациях способа, характеризующих частные случаи его осуществления.
Способ акустического воздействия на поток жидкости в колонне НКТ для повышения энергоэффективности и увеличения добычи нефти механизированным, фонтанным способом с управлением посредством обратной связи через встроенные в корпус излучатели приборы контроля давления, температуры и вибрации, включающий в себя спуск в насосно-компрессорные трубы добывающей фонтанной, газлифтной скважины, оборудованной погружной насосной установкой, акустического излучателя на стандартном грузонесущем геофизическом кабеле, посредством которого осуществляют возбуждение акустического излучателя, акустический излучатель размещают выше погружной насосной установки, при этом подбор мощности, частоты и высоты амплитуды ультразвукового излучения осуществляют индивидуально для каждой скважины и регулируют генератором на основании данных обратной связи приборов контроля давления, температуры и вибрации, расположенных в одном корпусе с акустическим излучателем, акустический излучатель или акустический резонатор-генератор звука помещают в мандрель или иное устройство крепления к внутренней стенке устройства крепления, при этом возбуждение акустического излучателя осуществляют с помощью генераторного устройства на поверхности посредством кабеля, проходящего с внешней стороны насосно-компрессорных труб, в скважину спускают акустический излучатель проточного типа и крепят резьбовым соединением к НКТ, возбуждение акустического излучателя осуществляют с помощью генераторного устройства на поверхности посредством кабеля, проходящего с внешней стороны насосно-компрессорных труб, в скважину спускают несколько акустических излучателей, количество которых определяют в зависимости от необходимого эффекта, в скважину спускают несколько акустических излучателей, закрепленных к внешней стенке НКТ, и воздействие на среду осуществляют опосредовано, устанавливают приборы контроля с обратной связью с поверхностью для контроля процесса дегазации и для создания максимального газлифтного эффекта с фиксацией данных в режиме реального времени по дополнительному каналу связи, вмонтированному в геофизический грузонесущий кабель.
На фиг. 1 изображена схема технологического применения акустического воздействия для повышения энергоэффективности добычи нефти механизированным способом, на фиг. 2 изображена схема, включающая лубрикатор, акустический излучатель, представляющий собой акустический резонатор-генератор звука в корпус излучателя встроена термоманометрическая система с датчиками вибрации, грузонесущий геофизический кабель, сальниковый узел, сливной кран, буферную задвижку, манометр, ролик, кронштейн, сальниковую крышку, задвижки выкидных манометров, центральную задвижку, на фиг.3 изображена схема технологического применения акустического воздействия для повышения эффективности работы механизированным способом.
Примеры осуществления способа.
На фиг. 1 изображены лубрикатор 1, акустический излучатель 2, представляющий собой акустический резонатор-генератор звука в корпус излучателя встроена термоманометрическая система с датчиками вибрации, скважина 3, грузонесущий геофизический кабель 4, сальниковый узел 5, сливной кран 6, буферная задвижка 7, манометр 8, насосно-компрессорные трубы 9, погружная насосная установка 10, которая состоит, например, из установки центробежного погружного электронасоса УЭЦН и погружного электродвигателя ПЭД.
Внутрь лубрикатора 1 вводится акустический излучатель 2, спускаемый в скважину 3 на стандартном грузонесущем геофизическом кабеле 4. Грузонесущий геофизический кабель 4 уплотняется в сальниковом узле 5. Закрывается сливной кран 6 и открывается буферная задвижка 7. Манометр 8 регистрирует давление на устье скважины 3. Спускается акустический излучатель 2 в колонну насосно-компрессорных труб 9 до выкида погружной насосной установки 10. Осуществляется возбуждение акустического излучателя 2 через грузонесущий геофизический кабель 4. Ультразвуковые волны, трансформируемы акустическим излучателем 2, осуществляют ультразвуковую дегазацию.
Выделившийся газ приводит к увеличению объема образующейся смеси с одновременным снижением плотности газожидкостной смеси по сравнению с плотностью жидкости, что ведет к уменьшению потребляемой погружной насосной установкой 10 электроэнергии.
На фиг. 2 изображена схема лубрикатора 1, где акустический излучатель 2 представляет собой акустический резонатор-генератор звука в корпус излучателя встроена термоманометрическая система с датчиками вибрации, грузонесущий геофизический кабель 4, сальниковый узел 5, сливной кран 6, буферная задвижка 7, манометр 8, ролик 11, кронштейн 12, сальниковая крышка 13, задвижки выкидных манометров 14, центральная задвижка 15.
Лубрикатор 1 (фиг. 2) представляет собой отрезок насосно-компрессорной трубы соответствующей длины, устанавливаемый на фланце буферной задвижки 7, и включающий в себя ролик 11, закрепленный на кронштейне 12. Кронштейн 12 крепится на трубе. В верхней части имеется сальниковый узел 5 и сальниковая крышка 13, наворачиваемая на трубу (собственно лубрикатор 1). Внутрь лубрикатора 1 вводится акустический излучатель, который представляет собой акустический резонатор-генератор звука в корпус излучателя встроена термоманометрическая система с датчиками вибрации 2, спускаемый в скважину на грузонесущем геофизическом кабеле 4. В нижней части лубрикатора 1 имеется отвод со сливным краном 6. Давление внутри лубрикатора 1 (устьевое давление Р) фиксируется манометром 8. Перед установкой лубрикатора 1 закрывается буферная задвижка 7, а продукция скважины эвакуируется в выкидные манифольды с задвижками 14. Центральная задвижка 15 открыта. После установки лубрикатора 4 на фланце буферной задвижки 7 и введения в него акустического излучателя 2 заворачивается сальниковая крышка 13 с сальниковым узлом 5. Грузонесущий геофизический кабель 4 уплотняется в узле 5. Закрывается сливной кран 6 и открывается буферная задвижка 7. Манометр 8 регистрирует давление на устье скважины. После этого акустический излучатель 2 спускают в колонну насосно-компрессорных труб 9.
На фиг. 3 изображена схема технологического применения акустического воздействия для повышения эффективности работы механизированным способом с использованием акустического излучателя 2, представляющего собой акустический резонатор-генератор звука в корпус излучателя встроена термоманометрическая система с датчиками вибрации, мандрели 16, насосно-компрессорных труб 9; скважины 3, генераторного устройства 17, кабеля 4, погружной насосной установки 10, которая состоит, например, из установки центробежного погружного электронасоса УЭЦН и погружного электродвигателя ПЭД.
Краткая методика проведения опытно-промысловых испытаний (спуск в НКТ ультразвуковой установки).
1. Фиксируем давления (устьевое и затрубное), дебит скважины 3, температуру продукции, количество потребляемой ЭЦН 10 электроэнергии до спуска установки УЗ в скважину 3.
2. На устье скважины 3 монтируем лубрикатор 1.
3. Внутрь лубрикатора 1 вводим акустический излучатель 2, который представляет собой акустический резонатор-генератор звука, в корпус излучателя встроена термоманометрическая система с датчиками вибрации, спускаемый в скважину 3 на стандартном грузонесущем геофизическом кабеле 4.
4. Грузонесущий геофизический кабель 4 уплотняем в сальниковом узле 5.
5. Закрываем сливной кран 6 и открываем буферную задвижку 7.
6. Спускаем акустический излучатель 2 в колонну насосно-компрессорных труб 9 до определенной глубины (глубину фиксируем замером длины кабеля).
Глубина спуска меньше глубины спуска погружной насосной установки 10 (для фонтанной и газлифтной скважины при отсечении пакером интервала перфорации исследования проводятся от интервала перфорации 7. Включением генератора УЗ 17 на поверхности осуществляем возбуждение акустического излучателя 2 посредством грузонесущего кабеля 4 (фиксируем частоту излучений).
8. В процессе УЗ воздействия фиксируем изменение параметров в скважине 3 (давление и температура) и давления (устьевое и затрубное), дебит скважины 3, температуру продукции, количество потребляемой ЭЦН электроэнергии на поверхности. В режиме реального времени фиксируем изменения температуры, давления и вибрации в месте установки излучателя 2.
9. Выключаем генератор УЗ 17 на поверхности.
10. Корректировкой параметров излучения на поверхности, добиваемся новой частоты излучения. Фиксируем изменение параметров в скважине 3 (давление и температура) и давления (устьевое и затрубное), дебит скважины 3, температуру продукции, количество потребляемой ЭЦН электроэнергии на поверхности. В режиме реального времени фиксируем изменения температуры, давления и вибрации в месте установки излучателя 2.
11. Выключаем генератор УЗ 17 на поверхности.
12. Повторяем пункты 10-11 для исследования характеристик при различных частотах излучения.
13. Поднимаем акустический излучатель 2 на 100 м.
14. Повторяем пункты 7-13 до достижения устья скважины.
15. В результате проведенных работ определяем оптимальную глубину спуска излучателя 2, обеспечивающую максимальный газлифтный эффект, а также оптимальную частоту, мощность и амплитуду ультразвуковых волн, обеспечивающих максимальный показатель по дегазации.