УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ДОБЫЧИ НЕФТИ В СКВАЖИНЕ, ОБОРУДОВАННОЙ ГЛУБИННЫМ ШТАНГОВЫМ НАСОСОМ
DEVICE FOR STIMULATION OF OIL EXTRACTION IN WELL, OUTFITTED BY DEEP-WELL SUCKER-ROD PUMP

Изобретение относится к области добычи нефти.
Известно устройство для интенсификации добычи нефти - это гидроакустический излучатель для обработки призабойной зоны пласта /Кузнецов О.Л., Ефремова С.А. Применение ультразвука в нефтяной промышленности. М., Недра, 1983. - С.85/.
Конструкция содержит двигатель, питаемый от трехфазной силовой сети через электроразъем по каротажному кабелю, получает электроэнергию с силового щита, установленного возле скважины. Входные отверстия выполнены в корпусе насоса, в котором размещен гидроакустический преобразователь (сирена) между ступенями на валу. Этот преобразователь служит для предотвращения солеотложения в насосе. Подвижные части ступеней насоса размещены на валу, неподвижные - в корпусе. В верхней части насоса расположен еще один гидроакустический преобразователь радиального типа, подвижная часть которого (ротор) насажена на вал. Верхняя часть вала вращается во втулке или шарикоподшипнике, вокруг которого на фланце выполнены выходные отверстия для жидкости, нагнетаемой насосом. Корпус насоса заканчивается резьбой, с помощью которой он связывается с корпусом резонатора, выполненного в виде отрезка цилиндрической трубы, заглушенной с одной стороны. Нижняя часть резонатора сужена. Акустический приемник для контроля рабочей частоты и давления размещен на днище резонатора, который может перемещаться с помощью гайки на заданном расстоянии от фланца отверстиями. Конец винта снабжен электроразъемом, через который сигнал от приемника выводится по кабелю через разъем к измерительному прибору. Усилитель может быть установлен в корпусе резонатора или на земной поверхности. В резонаторе выполнены отверстия, площадь которых должна быть не менее заборных отверстий.
Недостатком данного устройства является, во-первых, сложная конструкция, во-вторых, необходимо электричество, в третьих, невозможно использовать данную конструкцию в скважинах, оборудованных глубинным штанговым насосом.
Наиболее близким по технической сущности является магнитострикционный излучатель / Кузнецов О.Л., Ефремова С.А. Применение ультразвука в нефтяной промышленности. М., Недра, 1983. - С.98 [Прототип], принцип работы которого основан на преобразовании электрической энергии в акустическую за счет пьезоэффекта. Магнитострикционный излучатель выполнен в виде гирлянды из пермендюровых цилиндров. Число установленных цилиндров составляет 10. Обмотка цилиндров общая, круговая. Сердечники витые. Такие излучатели рассчитаны на частоту 20 кГц. Скважинный акустический излучатель крепится к насосно-компрессорным трубам и питается от генератора высокой частоты (тиристорный преобразователь частоты ТПЧ-10-20) через питающий кабель. Генератор выполнен в виде унифицированных блоков, установленных на машине.
Недостаток данного устройства заключается, во-первых, излучатель выполнен из магнитострикционного материала, во-вторых, содержит тиристорный генератор высокой частоты с устройством согласования, в третьих, необходим источник энергии, геофизический подъемник, установленный на базе автомобиля (Урал-375) и, в четвертых, невозможно использовать данную конструкцию в скважинах, оборудованных глубинным штанговым насосом.
Задача - создание ультразвукового генератора на турбулентном звуке для скважин, оборудованных глубинным штанговым насосом.
При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в увеличении нефтедобычи.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для интенсификации добычи нефти в скважине, оборудованной глубинным штанговым насосом, содержит полый цилиндр, на внутренней или внешней поверхности которого него расположен, по меньшей мере, один стержень, на котором выполнены канавки. Полый цилиндр установлен ниже глубинного штангового насоса, а стержень расположен перпендикулярно образующей поверхности полого цилиндра.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявленном устройстве для интенсификации добычи нефти в скважине, оборудованной глубинным штанговым насосом, ультразвук создается турбулентными вихрями в канавках, выполненных на стержне, в процессе работы глубинного штангового насоса в момент всасывания нефтеводогазовой смеси из перфорационных отверстий.
Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Новизна».
Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями показывает, что ультразвук можно создать в скважине, например, магнитострикционным излучателем /Кузнецов О.Л., Ефремова С.А. Применение ультразвука в нефтяной промышленности. М., Недра, 1983. - С.98 [Прототип]/.
Однако неизвестно, что ультразвук можно создать турбулентными вихрями в процессе обтекания нефтеводогазовой смеси стержней и выполненных на них канавок, размещенных на полом цилиндре, встроенном на глубинном штанговом насосе.
Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Изобретательский уровень».
На фиг.1 изображена схема размещения стержней с канавками на внешней поверхности полого цилиндра, перпендикулярно потоку нефтеводогазовой смеси.
На фиг.2 изображена схема размещения стержней с канавками на внутренней поверхности полого цилиндра, перпендикулярно потоку нефтеводогазовой смеси.
На фиг.3 изображена схема технологического применения ультразвукового воздействия.
На фиг.4 изображена схема создания турбулентных вихрей, сформированных на стержнях и канавках при перпендикулярном обтекании нефтеводогазовой смеси с последующим генерированием ультразвука.
На фиг.1 изображенное устройство состоит из полого цилиндра 1, внешней поверхности полого цилиндра 2, стержней 3, встроенных перпендикулярно образующей внешней поверхности полого цилиндра, канавок 4, выполненных в стержне 3.
На фиг.2 изображенное устройство состоит из полого цилиндра 1, стержней 3, встроенных перпендикулярно образующей внутренней поверхности полого цилиндра, канавок 4, внутренней поверхности полого цилиндра 5.
На фиг.3 технологическая схема состоит из полого цилиндра 1, стержней 3, глубинного штангового насоса 6, насосно-компрессорных труб 7, скважины 8, перфорационных отверстий 9, стрелкой показано направление движения потока 10 нефтеводогазовой смеси через перфорационные отверстия 9 из нефтяного пласта 11.
На фиг.4 изображенная схема содержит стержень 3, поток 10 нефтеводогазовой смеси, направленный перпендикулярно образующей стержня, пограничный слой 12 потока 10 нефтеводогазовой смеси, обтекаемый стержень 3, турбулентные вихри 13, ультразвук 14.
Сборка устройства осуществляется в следующей последовательности.
Соединяют, например, сваркой (не показано) стержни 3 (фиг.1) с выполненными канавками 4, перпендикулярно к образующей внешней поверхности 2 (фиг.1) полого цилиндра 1 или перпендикулярно к образующей внутренней поверхности 5 (фиг.2) полого цилиндра 1.
Встраивают полый цилиндр 1 (фиг.3) на торец глубинного штангового насоса 6 и соединяют глубинный штанговый насос 6 с насосно-компрессорными трубами 7.
Устройство работает следующим образом.
Производят спуск в скважину 8 (фиг.3) глубинного штангового насоса 6 на насосно-компрессорных трубах 7. Запускают в работу глубинный штанговый насос 6. На этапе всасывания глубинным штанговым насосом 6 из перфорационных отверстий 9 поток 10 нефтегазовой смеси направлен перпендикулярно оси стержня 3.
Согласно классической теории /Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп.- Л.: И Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1989. - С.363-364 / /Кузов К. Мир без форм. Пер. с болг. Ю.М.Медведева. Под ред. и с предисл. В.М.Шашина. М., Мир, 1976. - 62-63/ тело (в нашем случае это стержень 3 (фиг.4), находящееся на пути потока 10, изменяет направление движения обтекающих его струй и увеличивает их скорость за счет соответствующего уменьшения давления. За миделевым сечением тела (стержнем 3 и канавок (не показано на (фиг.4)) начинается обратный процесс уменьшения скорости и увеличения давления. Одновременно с этим на передней стороне тела - стержне 3 и канавках 4 создается повышенное, а на задней - пониженное давление. Пограничный слой 12 (фиг.4), обтекающий тело - стержень 3 и канавки 4, пройдя его миделево сечение, отрывается от тела и под влиянием пониженного давления за телом (стержнем 3 (фиг.4) и канавками (не показано)) изменяет направление движения, образуя турбулентный вихрь 13. Это происходит как в верхних, так и в нижних точках обтекаемого тела - стержня 3 и канавок 4. Но так как развитие вихря с одной стороны препятствует такому же развитию с другой стороны, то образование вихрей 13 (фиг.4) с той и другой стороны происходит поочередно. При этом за обтекаемым телом - стержнем 3 (фиг.4) и канавками 4 (не показаны на фиг.4)) образуется вихревая дорожка Кармана.
Частота срыва вихрей согласно критерию Струхаля определяется по формуле
f=Sh/d,
где Sh - число Струхаля, d - характерный размер d тела.
Для формирования ультразвуковой частоты (частоты срыва вихрей) расчетным путем подбирают характерный размер тела (диаметр стержня и канавок).
Созданный таким образом ультразвук 14 (фиг.4) проникает в нефтяной пласт 11 (фиг.3) через перфорационные отверстия 9 (фиг.3) скважины 8 (фиг.3) и изменяет параметры нефтеводогазовой смеси (например, вязкость), приводя к интенсификации добычи нефти в скважине, оборудованной глубинным штанговым насосом.