УСТРОЙСТВО ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЗАЛЕЖЬ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
WAVE IMPACT DEVICE FOR MINERAL DEPOSITS

Изобретение относится к области разработки залежей полезных ископаемых, извлекаемых в жидкой фазе, а именно к устройствам волнового воздействия на продуктивные пласты для интенсификации добычи и увеличения конечной отдачи участков залежей с трудно извлекаемыми или блокированными запасами полезных ископаемых. К полезным ископаемым, извлекаемым в жидкой фазе, относятся, в частности, углеводороды, а также растворы солей металлов, добываемых методом выщелачивания.
Известны системы волнового воздействия на пласт, включающие источники воздействия, размещенные в специально созданных для этого скважинах. Например, в скважине на уровне продуктивного пласта размещается виброакустический скважинный излучатель (патент РФ 2267601, приоритет 28.12.2006), который последовательно осуществляет высокочастотное и низкочастотное виброакустическое воздействие на призабойную зону пласта в процессе добычи нефти.
Другое известное устройство для стимуляции работы нефтегазовых скважин включает геофизический кабель для спуска устройства и состоит из приборной головки, пускового механизма, депрессионного снаряда в виде двух и более приемных клапанных фильтров, соединенных между собой депрессионными камерами с атмосферным давлением, и манометрического блока (патент РФ 235277, приоритет 08.05.2007).
В еще одном известном устройстве источник воздействия состоит из корпуса с открытым торцом, последовательно расположенных внутри него слоев смеси, включающей твердое горючее и твердый окислитель с насыпной плотностью заряжания, образующих заряд, и капсюля-воспламенителя, расположенного у открытого торца корпуса. При этом слои смеси имеют различную пористость и возможность реализации ими конвективного горения с различной скоростью. Применение устройства (после поджига зарядов) обеспечивает возможность последовательного конвективного горения слоев зарядов с созданием последовательно чередующихся импульсов сжатия (патент РФ 2344282, приоритет 31.05.2006).
Также используют источник воздействия переменным давлением, размещаемый в скважине на уровне продуктивного пласта, состоящий из плунжера, соединенного с камерой, полость которой сообщается с продуктивным пластом. При перемещении плунжера из одного положении в другое в камере создаются периодические депрессии и репрессии (Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М.: Недра, 1990, с. 106-109).
Основным недостатком таких устройств является раздельная реализация источника воздействия и добывающего оборудования, что проявляется в необходимости бурения специальных скважин для размещения источника воздействия, или прекращения эксплуатации добывающей скважины и временного размещения в ней источника воздействия.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату к заявляемому устройству является устройство, используемое для реализации способа волнового воздействия по патенту «Способ волнового воздействия на залежь углеводородов» (патент РФ №2361070, приоритет 27.11.2007). Устройство включает скважины для размещения источников волнового воздействия, сами источники и систему управления ими. Основным недостатком данного устройства является относительно невысокая интенсивность добычи полезных ископаемых вследствие его следующих конструктивных и функциональных особенностей:
- неспособность системы управления волновым воздействием поддерживать параметры воздействия на оптимальном уровне, обеспечивающем максимально возможную интенсивность добычи, и при необходимости корректировать их;
- необходимость бурения специальных скважин для размещения источников волнового воздействия, что увеличивает совокупные затраты времени на добычу заданного количества полезных ископаемых и, соответственно, снижает общую интенсивность добычи.
В прототипе система управления источниками воздействия на залежь объединяет только сами источники воздействия. Она позволяет варьировать воздействие на залежь в любых требуемых пределах, но не способна определить результативность этого воздействия, поскольку никак не связана с добывающими скважинами. Такой тип управления называется «программным» или «простым разомкнутым». Соответственно, система управления прототипа не в состоянии выявить диапазон параметров воздействия, дающий максимальную отдачу полезных ископаемых из залежи, и, тем более, поддерживать его в автоматическом режиме. Поэтому в прототипе управление воздействием является недостаточно совершенным - подгонку параметров воздействия необходимо осуществлять вручную по данным о добыче полезных ископаемых, накапливаемых в течение значительного времени, иногда до суток и даже недель, что снижает общую производительность добычи полезных ископаемых ввиду продолжительной его работы в неоптимальных режимах.
Задачей предлагаемой изобретения является интенсификация добычи полезных ископаемых с применением волнового воздействия за счет использования для размещения источников воздействия уже имеющихся скважин, предназначенных как для добычи полезных ископаемых, так и для нагнетания в залежь технологической жидкости, а также использования в качестве источников волнового воздействия добывающего и нагнетательного оборудования этих скважин, и совершенствования системы управления воздействием путем введения канала обратной связи, соединяющего выход добывающих скважин с системой управления волновым воздействием.
Поставленная задача решается тем, что устройство волнового воздействия на залежь полезных ископаемых, включающее скважины для размещения источников волнового воздействия на залежь и источники волнового воздействия с блоком управления ими, для размещения источников волнового воздействия содержит не менее одной нагнетательной и не менее одной добывающей скважины, заполненных технологической жидкостью, формирующей непрерывную жидкую среду между выходом каждой нагнетательной скважины и входом не менее чем одной добывающей скважины, при этом источник волнового воздействия в каждой добывающей скважине выполнен в виде погружного насоса с блоком управления его мощностью, вход которого связан с выходом блока управления источниками волнового воздействия, а источник волнового воздействия в нагнетательной скважине выполнен в виде регулятора расхода жидкости, размещенного на входе нагнетательной скважины совместно с расходомером, при этом выход расходомера связан со входом блока управления источниками воздействия, вход регулятора расхода жидкости соединен с выходом блока управления источниками волнового воздействия, а выход не менее одной добывающей скважины связан через вновь введенный измерительный блок со входом блока управления источниками волнового воздействия, образуя канал обратной связи управления волновым воздействием.
В состав измерительного блока в канале обратной связи управления волновым воздействием включены датчики количества и/или качества добываемых полезных ископаемых. Кроме того, в скважинах размещены датчики давления, выход которых связан со входом блока управления источниками волнового воздействия.
Схема предлагаемого устройства с видом на залежь (1) полезных ископаемых в жидкой фазе приведена на чертеже. Количество добывающих скважин (3) устройства может быть любым, минимально равным одной, что и показано на чертеже. Аналогично количество нагнетательных скважин (4) может быть любым, минимально равным одной, что и показано на чертеже. В целом, устройство включает добывающие (3) и нагнетательные (4) скважины, проходящие через балластную породу (2) и соединяющие залежь полезных ископаемых (1) с поверхностью. На входе (11) нагнетательной скважины (4) размещены регулятор расхода (6) технологической жидкости и расходомер (8). Вход регулятора расхода (6) технологической жидкости связан с выходом блока управления (9) источниками воздействия потоком управляющих сигналов. Выход расходомера (8) связан со входом блока управления (9) источниками волнового воздействия. В добывающей скважине (3) размещен погружной насос (5), связанный потоком технологической жидкости с выходом (12) добывающей скважины (3). Погружной насос (5) связан с блоком управления своей мощностью (7). Вход блока (7) управления мощностью погружного насоса (5) связан с выходом блока (9) управления источниками волнового воздействия. Выход нагнетательной скважины (4), находящийся в зоне залежи полезных ископаемых (1), связан со входом погружного насоса (5), находящегося в добывающей скважине (3) в зоне залежи полезных ископаемых (1), сплошной жидкой средой, образованной технологической жидкостью (14), протекающей через залежь полезных ископаемых (1). Выход (12) добывающей скважины (3) оснащен измерительным блоком (10), который связан каналом обратной связи (13) со входом блока управления источниками волнового воздействия (9). Канал обратной связи (13) замыкает контур управления волновым воздействием, включающим блок управления источниками воздействия (9), регулятор расхода (6), блок управления мощностью (7) насоса (5), а также измерительный блок (10) на выходе (12) добывающей скважины (3).
В измерительном блоке (10) на выходе (12) добывающей скважины (3) могут быть размещены датчики количества и/или качества добываемых полезных ископаемых, которые оказываются включенными в канал обратной связи (13). Основным показателем качества является содержание полезных ископаемых (например, выраженное в процентах) в жидкости на выходе добывающей скважины, дополнительными показателями качества могут быть температура жидкости, ее вязкость, содержание других веществ и т.д.
В скважинах также могут быть размещены датчики давления (15) и (16), выход которых связан со входом блока управления (9) источниками волнового воздействия.
Устройство работает следующим образом. На вход (11) нагнетательной скважины (4) под давлением подается технологическая жидкость (14) и поступает в залежь (1) полезных ископаемых. Расход этой жидкости определяется положением регулятора расхода (6) и контролируется расходомером (8). Данные о текущем расходе технологической жидкости в нагнетательной скважине (4) поступают на вход блока (9) управления источниками воздействия. Поток (14) технологической жидкости выдавливает из залежи и/или растворяет полезные ископаемые. Далее технологическая жидкость с полезными ископаемыми в жидкой фазе откачиваются погружным насосом (5) добывающей скважины (3) и поступают на ее выход (12), связанный через измерительный блок (10) каналом обратной связи (13) со входом блока (9) управления источниками волнового воздействия. Работа погружного насоса (5) регулируется блоком управления мощностью (7). Блок (7) и регулятор (6) управляются блоком (9) управления источниками волнового воздействия, который по каналу обратной связи (13) получает от измерительного блока (10) на выходе (12) добывающей скважины (3) данные о количестве и/или качестве добываемых полезных ископаемых. Канал обратной связи (13) замыкает контур управления волновым воздействием, обеспечивая данными о добыче полезных ископаемых блок (9), который на основании поступивших данных управляет источниками воздействия в нагнетательной и добывающей скважинах.
Данные о качестве и количестве добываемых полезных ископаемых на выходе (12) добывающей скважины (3) являются результатом измерений. Размещение измерительного блока (10) датчиков качества и количества добываемых полезных ископаемых на выходе (12) добывающей скважины (3) и включение их в канал обратной связи (13) позволяет осуществлять автоматическое управление волновым воздействием, обеспечивающим поддержание максимально эффективного режима извлечения полезных ископаемых.
Размещение датчиков давления (15) и (16) в добывающей и нагнетательной скважинах дает блоку управления (9) оперативную информацию о текущих значениях рабочего давления, достигнутых путем управления мощностью погружного насоса (5) и регулятора расхода жидкости (6).
Волновое воздействие на залежь полезных ископаемых осуществляется путем постепенного изменения давления в скважинах относительно давления в залежи: в нагнетательной - повышенного, в добывающей - пониженного. Изменение давления обеспечивается регулированием мощности погружного насоса (5) в добывающей скважине и положения регулятора расхода (6) в добывающей скважине, обеспечивающего изменение удельного расхода технологической жидкости от минимальной до максимальной. Блок (9) управления источниками воздействия синхронизирует изменения давления в скважинах (3) и (4) таким образом, чтобы обеспечить движение волны переменного давления технологической жидкости, находящейся в капиллярах породы, образующей залежь полезных ископаемых, между нагнетательной и добывающей скважинами. Контроль добычи полезных ископаемых по данным от измерительного блока (10) на выходе (12) добывающей скважины, поступающим в блок управления (9) по каналу обратной связи (13), позволяет подобрать оптимальные параметры волнового воздействия (зависящие от свойств горных пород между нагнетательными и добывающими скважинами, неоднородностью залежи и реологическими характеристиками технологической жидкости и жидкой фазы полезных ископаемых и др. факторов) и поддерживать их, обеспечивая наибольшую производительность добычи в целом.
Использование в устройстве нескольких нагнетательных и нескольких добывающих скважин в пределах одной залежи полезных ископаемых позволяет создавать поля переменного давления различной конфигурации и энергии воздействия, что повышает интенсивность и степень извлечения полезных ископаемых на участках с трудно извлекаемыми или блокированными запасами.
Таким образом, техническим результатом от использования предложенного устройства волнового воздействия на залежь полезных ископаемых является интенсификация добычи и повышение степени извлечения полезных ископаемых: управление с обратной связью обеспечивает работу устройства в режиме максимальной отдачи пласта, а отсутствие необходимости бурить дополнительные скважины сокращает совокупные затраты времени на добычу заданного количества полезных ископаемых.