УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ УПРУГИХ ИМПУЛЬСОВ В ГИДРОСФЕРЕ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к области добычи редких металлов и других полезных ископаемых,, разрабатываемых методом подземного выщелачивания, в частности, к средствам воздействия на призабойную зону скважин, заполненных жидкостью, а именно к источникам генерирования упругих импульсов на основе плазменно-импульсного воздействия, и может использоваться в нефтяных, газовых, гидрогеологических и инженерно-геологических скважинах.
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 и подъема, в качестве которого использован устьевой шлюз (Пат РФ №105476, приор. 05.03.2011, публ. 10.06.2011, G01V 1/00).
Так как известный источник состоит из двух секций, то для его безопасной сборки требуются дополнительное лубрикаторное оборудование и специальное приспособление на скважине, что снижает удобство в эксплуатации и увеличивает трудозатраты на обслуживание.
Известен источник сейсмической энергии, содержащий плазменно-импульсный разрядник, блок накопительной энергии, зарядное устройство, систему управления, механизм подачи проводника для замыкания электродов (Пат. РФ №2373386, G01V 1/157, приор. 01.07.2008, публ. 20.11.2009).
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.
Настоящая полезная модель решает задачу уменьшения габаритов и упрощения конструкции, повышения надежности и удобства в эксплуатации, снижения трудозатрат.
Поставленная задача решается тем, что устройство для генерирования упругих импульсов в гидросфере скважины, содержащее корпус скважинного прибора, в котором размещены: конденсаторный накопитель электрической энергии, электрический разрядник, высоковольтный и низковольтный электроды излучателя и механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство электрогидравлического излучателя, снабжено наземным источником тока с частотой 300÷1000 Гц, соединенным со скважинным прибором одножильным геофизическим кабелем, а скважинный прибор - умножителем высокого напряжения, конденсаторы накопителя электрической энергии размещены на шасси в корпусе скважинного прибора и снабжены уравнивающими токи разряда конденсаторов проволочными резисторами разной длины, а механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство излучателя выполнен в виде системы подпружиненных кулачков и подпружиненной тяги электромагнита, снабжен бобиной с запасом калиброванного проводника, установленных в корпусе механизма подачи, при этом корпус скважинного прибора выполнен диаметром 42 мм и длиной 2700 мм.
На фиг.1 даны проекции траекторий скважины №13-4-3 месторождения редких металлов, разрабатываемого методом подземного выщелачивания, на вертикальные и горизонтальные плоскости:
- а) вертикальный разрез Север-Юг;
- б) вертикальный разрез Запад-Восток;
- в) горизонтальный разрез Запад-Восток.
На фиг.2 представлена блок-схема устройства для генерирования упругих импульсов в гидросфере скважины.
На фиг.3 дан разрез скважинного прибора.
На фиг.4 представлен механизм подачи калиброванного проводника.
На фиг.5 изображены осциллограммы импульсов скважинного источника упругих импульсов электрогидравлического (плазменно-импульсного) воздействия:
а) - без инициирования электрогидравлического разряда проводником;
б) - при инициировании электрогидравлического разряда проводником.
Заявляемое устройство содержит наземный блок 1 питания, управления и контроля, соединенный одножильным геофизическим кабелем 2 (типа КГ-1) со скважинным прибором 3 (фиг.2), в котором размещены: умножитель высокого напряжения 4, конденсаторный накопитель электрической энергии 5, электрический разрядник 6, высоковольтный электрод излучателя 7, калиброванный проводник 8, низковольтный электрод 9 излучателя. Поз.10 - механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство излучателя. Поз.11 - схема управления разрядом конденсаторного накопителя электрической энергии и механизмом подачи калиброванного проводника.
Механизм подачи 10 калиброванного проводника 8 в межэлектродное пространство выполнен в виде кулачков 12 и снабжен подпружиненной 13 тягой 14 электромагнита 15. Запас калиброванного проводника 8 размещен в бобине 16 (фиг.4).
В корпусе скважинного прибора 3 на шасси размещены конденсаторы 17 накопителя электроэнергии 5 с уравнивающими дополнительными проволочными резисторами 18 разной длины (фиг 3).
Устройство работает следующим образом.
При спуско-подъемных операциях на скважине наземный блок питания, управления и контроля 1 соединяется одножильным геофизическим кабелем 2 (КГ-1) со скважинным прибором 3 и производится проверка аппаратуры в ручном режиме. Нажатием кнопки «протяжка» калиброванный проводник 8 подается в межэлектродное пространство электрического излучателя посредством подачи импульсов постоянного тока на электромагнит механизма подачи проводника. После этого нажатием кнопки «заряд» подается напряжение с частотой 300÷1000 Гц для заряда конденсаторов 17. Процесс роста напряжения и достигнутое напряжение заряда фиксируется контрольно-измерительной аппаратурой в наземном блоке питания управления и контроля 1. Затем нажатием кнопки «разряд» производится разряд» конденсаторов накопителя электрической энергии 5, при этом ток разряда также регистрируется в наземном блоке. Следующей операцией проверяется работа устройства в автоматическом режиме «протяжка - заряд - разряд» переключением тумблера «вид работы» в «автоматический режим». Таким образом проверяется готовность устройства к работе в скважине.
После извлечения погружного насоса из откачной скважины и установки на устье скважины блок-баланса каротажного подъемника начинается спуск скважинного прибора на кабеле КГ-1 в зону фильтра скважины, п контроль глубины спуска производится по глубиномеру.
Обработка фильтра производится на остановках через 0,5-1,0 м глубины скважины снизу вверх по 10-30 импульсов в каждой точке с периодом следования 2-3 импульса в минуту по всему интервалу зоны фильтра (фиг.4). Количество импульсов разряда фиксируется в наземном блоке.
После подъема и извлечения скважинного прибора из скважины, вновь спускается погружной насос и восстанавливается работа скважины.
По показаниям контрольно-измерительного прибора 1 регистрируется дебит откачной скважины после обработки.
Эффективность обработки оценивается по данным измерений дебитов скважины до и после обработки скважины.
Применение в скважинах, заполненных жидкостью, устройства для генерирования упругих импульсов с энергией порядка 1.0-1.2 килоджоуля и частотном спектре от единиц герц до нескольких килогерц позволяет обеспечить декольматацию фильтров и прискважинной зоны и, воздействуя на продуктивный пласт, возбудить в системе «скважина-пласт» резонансные колебания, способствующие восстановлению и увеличению проницаемости (пьезопроводности) пласта.
Следует заметить, что дальность плазменно-импульсного воздействия упругими импульсами данного устройства составляет 300-400 м, поэтому все скважины, расположенные в этом радиусе, будут реагировать положительно.
Скважинный прибор источника упругих импульсов обеспечивается питанием переменным током частотой 300÷1000 Гц от наземного блока питания, что позволило существенно упростить схему преобразования для получения высокого напряжения для заряда конденсаторов в скважинном приборе, использовав лишь схему умножения напряжения до 2.5-3.0 киловольт, что позволило уменьшить габариты блока питания в скважинном приборе, а управление импульсами постоянного тока электрическим разрядником и электромагнитом механизма подачи проводника в межэлектродное пространство упростить конструкцию и реализовать спускоподъемные операции на одножильном геофизическом кабеле с энергией упругих импульсов 1.0-1.2 килоджоуля в едином корпусе прибора 42 мм при общей длине скважинного прибора 2700 мм. Использование в блоке накопителя электрической энергии уравнивающих токи разряда конденсаторов дополнительных проволочных резисторов позволило увеличить ресурс работы конденсаторов. Измененная конструкция излучателя дала возможность создания упругих импульсов в среде с минерализацией флюида 5-30 г/л без инициирования электрогидравлического разряда калиброванным проводником (фиг.4-а).
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу создания эффективного средства для инициирования упругих импульсов значительной мощности с широким частотным диапазоном в скважинах и создающих импульсы давления сжатия и разряжения, очищающих фильтр и прискважинную зону откачных и(или) закачных скважин и создающих собственный параметрический резонанс системы «скважина - продуктивный пласт», восстанавливая и увеличивая первоначальную проницаемость пласта и повышая подвижность рабочего агента.
Предлагаемая полезная модель позволяет решить задачи интенсификации добычи редких металлов и других полезных ископаемых методом подземного выщелачивания.
Отличительной особенностью оборудования для месторождений редких металлов методом подземного выщелачивания является применение пластмассовых труб, фильтров, соединительных элементов, конструкций насосов и другого оборудования, устойчивого к воздействию кислотной среды. Это создает определенные трудности поддержания скважин с определенной траекторией, а, учитывая, что скважины обсаживаются гибкими пластмассовыми трубами и практически не закрепляются, то в процессе эксплуатации (из-за пучения глин и других технологических причин), искривляются и становятся недоступными скважинным приборам, соизмеримыми по наружному диаметру по внутреннему диаметру обсадных колонн. Так, в скважины с внутренним диаметром 74 мм прибор 60 мм и длиной 3,0 м в зону фильтров крайне затруднительно (Фиг.1).
По этой причине геофизические исследования в откачных и закачных скважинах при подземном выщелачивании руд (в частности, на месторождениях России и Казахстана) выполняются приборами диаметром 42 мм и длиной не более 3 м.
Для исключения изливов кислотных или щелочных растворов при работах на скважине устья скважин необходимо герметизировать, поэтому применение одножильного геофизического кабеля с пластмассовым покрытием является обязательным, что также продлевает срок его эксплуатации.