КАБЕЛЬНЫЙ ИНФРАЗВУКОВОЙ ГИДРОВИБРАТОР
CABLE INFRASOUND HYDRAULIC VIBRATOR

Изобретение относится к области нефтедобычи, а именно к устройствам для возбуждения скважин.
Известны способ комплексного воздействия на продуктивный пласт и устройство для его осуществления (см. патент на изобретение RU 2321736, МПК E21B 43/25). Устройство включает цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный в нем с возможностью осевого перемещения ступенчатый плунжер с нагнетательным клапаном. Устройство дополнительно снабжено установленным на цилиндре с образованием замкнутой кольцевой камеры кожухом и установленным на кожухе пакером. В нижней части цилиндра установлен дополнительный клапан, периодически сообщающий подплунжерную камеру с продуктивным пластом под воздействием перемещения плунжера. В боковой стенке цилиндра выполнены окна, периодически сообщающие замкнутую кольцевую камеру с межтрубным пространством.
Недостатком устройства является наличие жесткого крепления в скважине с помощью пакера, что препятствует возможности оперативно производить обработку продуктивного пласта поинтервально. Кроме того, устройство не может быть применено при депрессии на пласт, а также устройство не может быть использовано для постоянной эксплуатации в скважине во время добычи нефти.
Известны способ обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления (см. патент на изобретение RU 2180938, МПК E21B 43/25, E21B 28/00). Устройство для обработки призабойной зоны скважины включает корпус с кабельной головкой, имплозионную камеру с датчиком гидравлического давления, управляемый впускной клапан с термопластичным спусковым стопором и спиральным электронагревателем. В него дополнительно введен генератор возбуждения, блок акустических излучателей, блок управления амплитудой возбуждения акустических излучателей синхронно с депрессионно-репрессионным колебательным процессом в скважине, при этом блок акустических излучателей выполнен с системой радиальных каналов между ними, сообщающихся со скважиной, внутренней полостью корпуса и входным отверстием имплозионной камеры, в котором установлен кольцевой спусковой стопор для впускного клапана, выполненный из термопластичного материала со встроенным в него спиральным электронагревателем.
Недостатком устройства является возможность лишь одноразового его использования за один спуск в скважину, после чего устройство необходимо поднимать из скважины. Использовать его за один спуск для поинтервальной обработки продуктивного пласта нельзя. Кроме того, из-за поглощаемой пластом ультразвуковой частоты акустических излучателей, имеющих радиус воздействия до 1 метра от ствола скважины, с помощью этого устройства нельзя производить глубокое воздействие на пласт. Устройство не может быть использовано для постоянной эксплуатации в скважине во время добычи нефти.
Известны способ и устройство для воздействия на пласты, содержащие текучие среды (см. патент на изобретение RU 2249685, МПК E21B 43/25). Устройство для создания ударной волны в жидкости в стволе скважины содержит наносно-компрессорную колонну, проходящую в стволе скважины, узел цилиндров, соединенный с насосно-компрессорной колонной и содержащий удлиненную внутреннюю камеру, имеющую верхний канал и нижний канал, причем верхний канал имеет площадь поперечного сечения, которая меньше площади поперечного сечения нижнего канала, средство для расположения узла цилиндров так, чтобы он был погружен в жидкость в стволе скважины, а внутренняя камера была заполнена жидкостью, поршневой узел, включающий уплотнение, находящееся в контакте с верхним каналом для обеспечения уплотнения между сжатой жидкостью в камере и жидкостью в насосно-компрессорной колонне в скважине над камерой от жидкости в камере, и нижний поршень, установленный в нижнем канале с возможностью перемещения во внутреннюю камеру для сжатия части жидкости, содержащейся во внутренней камере, и выпускания жидкости в ствол скважины при перемещении поршня по нижнему каналу во внутреннюю камеру, насосное средство, соединенное с поршневым узлом для перемещения поршневого узла внутри узла цилиндров.
Недостатком устройства является невозможность его использования при депрессии на пласт. Устройство не может быть использовано для постоянной эксплуатации в скважине во время добычи нефти.
Наиболее близким аналогом к заявляемому решению является устройство для магнитно-гидроимпульсной обработки скважин (см. патент на изобретение RU 2303690, МПК E21B 43/25). Устройство содержит корпус, выполненный с возможностью подключения к геофизическому кабелю, содержащий катушку в нижней части, направляющую трубу в центральной части и запирающий элемент в верхней части, рабочий элемент, представляющий собой пару подвижных относительно направляющей трубы кольцевых пластин, одна из которых выполнена из высокоэлектропроводного материала, а другая из материала с высокой механической прочностью. Рабочая полость образована корпусом и обрабатываемой трубой. При протекании импульсного разрядного тока амплитудой до 50 кА по виткам катушки обе пластины синхронно перемещаются в рабочей полости корпуса и генерируют гидроудар. В результате образуются фронты ударных волн и избыточное давление в зоне обработки, что обеспечивает разрушение накопленных в перфорациях и призабойной зоне асфальтосмолопарафиновых отложений, нефтяных эмульсий и других включений и очистку зоны, увеличивая тем самым производительность скважины.
Недостатками прототипа является то, что при подаче электроимпульса обе пластины совершают синхронное колебание в ограниченном зазоре, ударяясь о корпус, что приводит к их быстрому механическому износу и заклиниванию. Это устройство из-за небольшого перемещения активных пластин относится к типу колебательных, акустических устройств и не может создавать гидроудар.
Задачей изобретения является разработка кабельного инфразвукового гидровибратора, обладающего высокой мощностью, способного создавать многократно повторяющиеся гидроудары, имеющего дозвуковую частоту импульса, благодаря чему ударная волна распространяется глубоко в пласт, способного работать при депрессии на пласт, применимого для постоянной эксплуатации в скважине во время добычи нефти.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности и производительности устройства, а также расширении функциональных возможностей за счет новых технологических и эксплуатационных свойств.
Указанный технический результат достигается тем, что кабельный гидровибратор, содержащий корпус с катушкой, выполненный с возможностью подключения к геофизическому кабелю, рабочий элемент, согласно решению снабжен вторым рабочим элементом, при этом каждый рабочий элемент выполнен в виде поршня из магнитного материала, между поршнями расположена пружина сжатия, корпус снабжен дополнительной катушкой, полостью для размещения рабочих элементов и отверстиями, расположенными на концах корпуса и в области пружины, при этом каждый рабочий элемент расположен внутри катушки. Катушка может быть выполнена, по крайней мере, из двух секций, последовательно расположенных вдоль оси корпуса.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид кабельного инфразвукового гидровибратора; на фиг. 2 - кабельный инфразвуковой гидровибратор в разрезе. Позициями на чертежах обозначены:
1 -  корпус;
2 -  катушка;
3 -  геофизический кабель;
4 -  поршень;
5 -  пружина;
6 -  полость;
7 -  отверстие.
Кабельный инфразвуковой гидровибратор содержит полый корпус 1 с расположенной в полости 6 парой поршней 4 из магнитного материала с высокой коэрцитивной силой. Между поршнями расположена пружина 5 сжатия. Корпус снабжен отверстиями 7 (промывочными окнами), расположенными на концах корпуса и в области пружины и соединяющими полость корпуса с внешней средой. Корпус снабжен парой катушек 2, закрепленных на корпусе таким образом, чтобы каждый поршень был расположен внутри катушки. Корпус выполнен с возможностью подключения к геофизическому кабелю 3. Катушки гидровибратора при помощи геофизического кабеля соединены с источником импульсного тока, питаемым от бортовой сети геофизического подьемника 220В. Катушка может быть выполнена, по крайней мере, из двух секций, последовательно расположенных вдоль оси корпуса, предпочтительным является выполнение каждой катушки из трех последовательных секций. Секции двух катушек расположены таким образом, чтобы при пропускании по ним импульса тока генерировались магнитные поля, направленные навстречу друг к другу.
Заявляемый гидровибратор спускают в скважину на геофизическом кабеле и устанавливают напротив расчетных точек обработки внутри интервала перфорации. В опущенном в скважину положении отверстия на концах корпуса образуют верхние и нижние промывочные окна, а отверстия в области пружины образуют средние промывочные окна, а поршни расположены один над другим. Внутренняя полость корпуса вибратора сообщается со скважиной через верхние, нижние и средние промывочные окна. Действие вибратора основано на заборе скважинной жидкости через одни промывочные окна и ее высокоскоростном импульсном выбросе через другие окна. От источника импульсного тока подают на гидровибратор управляющий сигнал в виде короткого импульса мощность 3,5кВ. Проходящий по обмотке катушки ток генерирует магнитное поле, выталкивающее поршень из внутреннего пространства катушки, причем катушки выталкивают поршни навстречу друг другу. Нижний поршень движется вверх, а верхний вниз, поршни сближаются с высокой скоростью (например, 1,5 км/сек), сжимая при этом расположенную между ними пружину. Жидкость из полости между поршнями выходит на большой скорости из средних промывочных окон, что и создает гидроудар (стадия репрессии в средней точке), одновременно происходит забор жидкости через верхние и нижние промывочные окна в полости с внешних сторон поршней (стадия депрессии в верхней и нижней точках). После максимально возможного сближения поршней и окончания импульса тока под действием сжатой пружины начинается движение поршней в противоположном друг относительно друга направлении, то есть верхний поршень движется вверх, а нижний - вниз. Жидкость, сжимаемая поршнями, выходит их полости корпуса через верхние и нижние промывочные окна и поступает в полость корпуса через средние промывочные окна (стадия депрессии в средней точке и репрессии в нижней и верхней точках). Когда поршни достигают крайних положений, то есть верхний поршень достигает верхней точки, а нижний - нижней точки, вновь подают управляющий сигнал, цикл повторяется, поршни движутся навстречу друг другу.
Это движение двух типов - а) на стадии депрессии жидкость импульсно, рывком движется из пласта в ствол скважины и очищает поровое пространство призабойной зоны пласта (ПЗП), б) на стадии репрессии жидкость рывком загоняется в пласт и производит микроразрыв каналов фильтрации. Многократно повторяя эти процессы, при помощи заявляемого гидровибратора возможно значительно увеличить гидропроводность ПЗП, способствуя увеличению дебитов скважин.
Кабельный инфразвуковой гидровибратор позволяет одновременно обрабатывать 1,0 м вскрытого интервала пласта. Он имеет рабочую частоту 1 импульс в 5-20 сек и создает мощные гидравлические импульсы давления. Обработка начинается с низа интервала перфорации. В зависимости от коллекторских свойств пласта обработку продолжают от 30 минут до 5 часов, затем производят подъем вибратора на 1,0 м и обрабатывают следующий интервал пласта. Гидровибратор создает мощные гидроудары инфразвуковой частоты, при которой импульсы воздействия в виде динамической волны распространяются в пласт на глубину более 600 метров от скважины воздействия (подтверждено в ходе скважинных испытаний). Воздействие на дозвуковой частоте снижает вязкость нефти в пластовых условиях, снижает действие сил поверхностного натяжения на границе сред нефть-порода, увеличивает ее текучесть и скорость тока к скважине.
Возможны различные модификации заявляемого устройства: для спуска на геофизическом кабеле и интенсификации добычи только во время капитального ремонта скважин или для закрепления в скважине в интервале нефтяного пласта и постоянной работы; по диаметру вибратора - 52, 73, 89, 102 или 114 мм; по длине вибратора - 1, 3, 5 м. Гидровибратор в варианте для интенсификации добычи позволяет: производить очистку призабойной зоны пласта (ПЗП) от фильтрата бурового раствора, осадков асфальтенов, смол, парафинов (АСПО), стойкой водонефтяной эмульсии, солей; расширить радиус дренирования пласта скважиной; подключить неработающие пропластки; создать трещиноватую структуру в ПЗП скважин с низкопроницаемыми породами; повысить приемистость нагнетательных и водосбросовых скважин; вывести скважину из бездействия, создать гидродинамическую связь скважины с пластом. Гидровибратор в варианте для постоянной работы позволяет: увеличить добычу вязкой нефти, так как за счет вибровоздействия снижается вязкость и повышается текучесть нефти; увеличить добычу нефти из пластов с низкими коллекторскими свойствами; увеличить добычу нефти из скважин, характеризующихся склонностью к образованию стойких водонефтяных эмульсий; увеличить добычу нефти на старых месторождениях со сниженным пластовым давлением.
-3
-3
2
3
3
3
Гидровибратор был испытан в 3 скважинах с низкими фильтрационно-емкостными свойствами, с отсутствием дебита и находящихся несколько лет в простое из-за падения Рпл в 2-3 раза от начального. Причем проницаемость составляла от 0,75·10до 9,9·10мкм, пористость - 11,1%, содержание парафинов от 6,1 до 7,6%. Горизонт - D2vb, мощность пласта - до 10 м, глубины залегания - 3300-3600 м. Продолжительность обработки - до 24 часов. Были получены следующие результаты: увеличение приемистости до 5,4-6,6 раз, например с 0,5 м/час при Рнаг=15МПа до 2,7 м/час при Рнаг=15Мпа и до 3,3 м/час при Рнаг=22Мпа (Рпл начальное=330-360 атм). При свабировании получены притоки нефти. При демонтаже оборудования после работ были получены выбросы нефти.