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.
Известно устройство для воздействия на призабойную зону скважины, содержащее верхнюю и нижнюю части корпуса, в каждой из которых имеется по вихревой камере с тангенциальными выходными отверстиями. В зоне отверстий на наружной поверхности частей корпуса выполнены расширяющиеся кольцевые проточки со ступенчатым профилем. Вихревые камеры сообщены с кольцевыми каналами, которые снаружи образованы последовательно размещенными втулками и конфузорами, а изнутри обтекателями. На рабочих поверхностях втулок и обтекателей имеется многозаходная винтовая нарезка. Кольцевые каналы сообщены с осевыми каналами, причем нижний осевой канал сообщен с верхним через соединительный канал. Имеются рассекатели потоков (Патент РФ №2073089, 6 МПК Е21В 28/00, Е21В 43/25, з. №95114846, приоритет 08.09.1995, опубл. 10.02.1997 в БИ №4).
В известном устройстве при прокачивании рабочего агента через колонну труб происходит разделение потока на два, каждый из которых выбрасывается через тангенциальные выходные отверстия и генерирует колебательный процесс с резонансными явлениями.
Недостатком известного устройства является то, что оно не может обеспечить воздействие на удаленные зоны продуктивного пласта и не позволяет вовлечь в разработку блокированные и тупиковые зоны. Это объясняется тем, что с помощью данного устройства возбуждаются волны
высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, имеющие малую область распространения в пласте вследствие очень высокого их поглощения. Кроме того, источник этого типа не позволяет создавать достаточно интенсивные поперечные волны.
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).
Известное устройство основано на преобразовании направления распространения упругих колебаний в среде скважинной жидкости из вертикального (вдоль оси скважины) в горизонтальное направление за счет установки специальных акустических отражателей. В результате интерференции прямой и отраженной волн, возникают стоячие волны в кольцевом пространстве, образованном стенками излучателя и боковой
поверхностью обсадной (эксплуатационной) колонны. Создаваемые ими волновые эффекты (кавитационные удары, разогрев и др.) обеспечивают разрушение загрязняющих агентов призабойной зоны пласта.
Известное устройство обладает недостаточной эффективностью обработки удаленных зон нефтегазоносного пласта ввиду его конструктивных особенностей, обеспечивающих возбуждение волн только высокочастотного (ВЧ) и ультразвукового (УЗ) - диапазона, имеющих высокий коэффициент поглощения в горных породах пласта.
Другим недостатком устройства является его функциональная ограниченность, связанная с невозможностью интенсивного тангенциального воздействия («косого» удара) на нефтегазоносный пласт, необходимого для возбуждения поперечных упругих волн с горизонтальной и вертикальной поляризацией.
Заявляемая полезная модель решает задачу повышения эффективности волнового воздействия на удаленные зоны нефтегазоносного пласта путем расширения его функциональных возможностей.
Поставленная задача в предлагаемом устройстве для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, содержащем наземный блок управления, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, включающим генератор, акустический излучатель, отражатель акустических волн, имеющий коническую поверхность, акустический концентратор и датчик, решается тем, что скважинный прибор дополнительно снабжен эластичной мембраной, расположенной между акустическим излучателем, нижняя часть которого выполнена перфорированной, и акустическим концентратором, установленным перед отражателем акустических волн, нижняя часть которого выполнена в виде диска с чередующимися радиальными и тангенциальными выходными каналами.
Отличием предлагаемой полезной модели от указанной выше, наиболее близкой к ней, является то, что скважинный прибор дополнительно снабжен эластичной мембраной, расположенной между акустическим излучателем,
нижняя часть которого выполнена перфорированной, и акустическим концентратором, установленным перед отражателем акустических волн, нижняя часть которого выполнена в виде диска с чередующимися радиальными и тангенциальными выходными каналами.
Благодаря такому конструктивному выполнению предлагаемого устройства достигается новый технический результат, заключающийся в обеспечении возможности возбуждения низкочастотных и инфразвуковых упругих продольных волн, а также поперечных волн с горизонтальной и вертикальной поляризацией, вследствие одновременного воздействия которыми на пласт возникают сдвиговые и объемные деформации в поровом пространстве коллектора как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, расширяя тем самым область акустического воздействия.
На фиг.1 представлена схема устройства для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 представлена векторная схема поля упругих волн, где Р - вектор продольных волн; SV и SH - векторы поляризации поперечных волн.
Устройство состоит из наземного блока управления 1, соединенного посредством кабеля 2 со скважинным прибором 3, включающим датчик 4, генератор 5 и акустический излучатель 6, нижняя часть последнего выполнена перфорированной отверстиями 7 и взаимодействует с эластичной мембраной 8. Эластичная мембрана 8 установлена между акустическим излучателем 6 и акустическим концентратором 9, соединенных с помощью муфты 10. Акустический концентратор 9 установлен перед отражателем 11 акустических волн и соединен с ним с помощью муфты 12. Отражатель 11 акустических волн имеет коническую поверхность 13, расположенную в его нижней части. Нижняя часть отражателя 11 акустических волн выполнена в виде диска с чередующимися радиальными 14 и тангенциальными 15 выходными каналами.
Акустический излучатель 6 заполнен электролитом и снабжен электродами 16, подсоединенными к генератору 5. Нижняя часть колонны 17 выполнена перфорированной.
Характер работы устройства определяется особенностью волнового воздействия на нефтегазоносный пласт. Волновое поле упругих волн имеет две составляющие - продольную волну (волну сжатия) и поперечную волну (волну сдвига). Поперечная волна является поляризованной и содержит два главных компонента с направлением смещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Устройство для акустического воздействия на продуктивный пласт работает следующим образом.
Скважинный прибор 3 на кабеле 2 опускается в скважину и устанавливается в зоне вскрытого продуктивного пласта на уровне перфорации колонны 17. По сигналу с наземного блока управления 1 производится зарядка генератора 5 до заданного уровня электрической емкости. В момент достижения этой величины, соответствующей напряжению разряда, по сигналу датчика 4 подается напряжение на электроды 16 акустического излучателя 6, заполненного электролитом. В искровом промежутке электродов 16 возникает мощный дуговой электрический разряд с выделением, практически мгновенно, большого количества тепловой энергии, при этом образуется газовый пузырь, и осуществляется гидродинамический удар. Энергия удара через перфорационные отверстия 7 и эластичную мембрану 8 передается в виде упругих колебаний в акустический концентратор 9, заполненный скважинной жидкостью. В ограниченном объеме акустического концентратора 9 за счет концентрации акустической энергии происходит усиление импульсов упругих волн по мощности. Усиленные в вертикальном направлении акустические волны затем поступают в отражатель 11, отражаются от образующей конической поверхности 13, «разворачиваются», превращаясь в горизонтально распространяющиеся волны, которые затем
перераспределяются и поступают в чередующиеся радиальные 14 и тангенциальные 15 каналы.
Импульсное воздействие, осуществляемое на пласт через радиальные 14 каналы, возбуждает в нем поперечные волны (SV), поляризованные в вертикальной плоскости. Импульсное воздействие на пласт через тангенциальные 15 каналы обеспечивает образование поперечных волн (SH) с горизонтальной поляризацией.
Вследствие неоднородности (анизотропии) физико-механических свойств горных пород пласта, тонкослоистости разреза и пр., распространение этих двух типов волн сопровождается возникновением так же продольной волны (Р) с деформациями сжатия - растяжения.
Приложение горизонтально направленного гидравлического удара вызывает возникновение низкочастотных и инфразвуковых упругих поперечных волн, имеющих при распространении в пласте низкую поглотительную способность, и как следствие, большую дальность переноса упругой энергии, что создает возможность воздействия на удаленные зоны горных пород пласта как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.
При распространении упругих волн в горных породах возникают микродеформации. При этом поперечные волны сопровождаются взаимным смещением стенок трещин и каналов, что приводит к разрушению адгезии частиц флюида со стенками трещин и капилляров. Это способствует снижению фильтрационных сопротивлений и улучшению проницаемости коллектора. Продольные волны сопровождаются циклическим изменением объема, что приводит к «проталкиванию» по трещинам микрообъемов пластового флюида.
Сдвиговые деформации, возникающие в поровом коллекторе пласта при распространении возбуждаемых заявляемым устройством поперечных волн двух типов (SH и SV), и одновременно продольных волн (Р), вызывающих объемные деформации, способствуют увеличению
проницаемости коллектора и улучшению его фильтрационно-емкостных свойств, что обеспечивает повышение нефтегазоотдачи пласта.
Обратная связь через датчик 4 и наземный блок управления 1 обеспечивает корректировку оптимального режима воздействия на пласт по интенсивности, продолжительности и периодичности акустического излучения. Количество импульсов излучения может колебаться в пределе от 2000 до 10000 и более в зависимости от особенностей строения коллектора, интенсивности трещиноватости и преобладающего направления трещин.
В сравнении с прототипом заявляемое устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт имеет следующие преимущества:
- увеличение дальности волнового воздействия на коллектор пласта в вертикальной плоскости;
- повышение эффективности работ по увеличению нефтегазоотдачи за счет улучшения фильтрационно-емкостных свойств коллектора при наложении полей деформации разного типа;
- увеличение коэффициента извлечения углеводородов за счет инициирования останцов и тупиковых зон низкочастотными сдвиговыми деформациями, приводящими к возникновению сил сдвига останцов.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели за счет создания дополнительных сдвиговых деформаций и увеличения области акустического воздействия на продуктивный пласт, обеспечивает расширение функциональных возможностей, вследствие чего повышается эффективность волнового воздействия по дальности как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости на продуктивный пласт, что в конечном итоге позволяет повысить нефтегазоотдачу продуктивного пласта.
Предлагаемое устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт находится в стадии изготовления опытного образца.