УСТРОЙСТВО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРОДУКТИВНЫЕ ПЛАСТЫ
DEVICE INFLUENCING PAYOUT BEDS

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для применения волновой технологии совмещенного воздействия на продуктивные пласты для повышения извлечения углеводородов.
Известно техническое решение по авторскому свидетельству №173171 (E21B 43/27), в котором в скважину закачивают рабочий агент-растворитель. Затем его продавливают в пласт с одновременным вибрационным воздействием, за счет прокачки его через вибратор. Недостатком этого устройства является недостаточный эффект повышения нефтеотдачи из-за короткого времени использования поданного растворителя (20-30 мин), после чего необходимо заново выполнить весь цикл подготовительных операций по закачке рабочего агента в скважину. Другим недостатком является малая надежность из-за наличия вращающегося золотника вибратора.
Известно устройство для обработки продуктивных пластов по а.с. №927983 (E21B 43/24), включающее тепловое и вибрационное (волновое) воздействие на пласт, которое осуществляется импульсной паровой струей. Устройство состоит из электрического парогенератора с наклонным спиральным каналом, Г-образного эластичного патрубка с ударником, металлической пластины, фиксатора и электрического кабеля.
Воздействие осуществляют следующим образом. Парогенератор опускают на глубину продуктивного горизонта, включают парогенератор и устройство заклинивается фиксатором. Одновременно жидкость в скважине под действием тепла начинает двигаться вверх и, проходя по спиральному каналу, превращается в струю пара, которая выпускается через отверстие в ударнике. При этом ударник отклоняется от обсадной колонны, и Г-образный эластичный патрубок изгибается, что приводит к смещению фиксатора. Металлическая пластина перекрывает доступ пара, и ударник возвращается в исходное состояние под действием упругой силы, возникающей при изгибе патрубка. При возвращении ударника происходит его соударение со стенкой обсадной колонны, что вызывает ее вибрацию в месте паровой обдувки.
Недостатком этого устройства является его низкая эффективность вследствие локально направленной импульсной обработки, что позволяет использовать его только для пластов с ярко выраженной неоднородностью распределения извлекаемого продукта.
В патенте США №4000757 (НКИ 137-834) заявлено струйное бистабильное устройство с большим коэффициентом усиления. Особенность его заключается в использовании вихревых эффектов. Рабочая среда подается в профилированный сужающийся входной канал устройства, к боковым стенкам которого примыкают «лепесткообразные» полости с каналами управления. Вниз от этих полостей установлены направляющие стенки, по потоку от которых размещены «лепесткообразные» полости вихревой обратной связи. К этим полостям примыкают выходные каналы.
При подаче рабочего тела во входной канал и при отсутствии управляющих сигналов возникает колебательный режим работы, причем переключение подачи расхода в выходные каналы идет в противофазе.
Подача управляющего сигнала вызывает смещение основного потока жидкости в сторону одной из «лепесткообразных» полостей вихревой обратной связи, приводя к росту амплитуды колебаний в одном из выходных каналов в сравнении с другим выходным каналом.
Недостатком этого устройства является необходимость применения дополнительной системы формирования и подачи управляющего расхода жидкости, что существенно снижает надежность применения его в условиях забоя скважины в продуктивном пласте. Другим недостатком этого устройства генерации импульсов расхода (давления) является практически невозможность использования подобных устройств для обработки пластов низкочастотными колебаниями (в диапазоне инфразвука и десятков Гц). Для генерации импульсов давления низкой частоты потребуется значительное увеличение объема «лепесткообразных» полостей для вихревой обратной связи, что обусловлено необходимым временем распространения возмущения, определяемым как частотой переключения направления движения жидкости к выходным каналам, так и скоростью распространения возмущения в объеме «лепесткообразных» полостей. В условиях ограниченного внутреннего диаметра обсадной колонны нагнетательной скважины устройство, основанное на этом способе, не размещается.
Известно, что затухание в пласте колебаний давления низкой частоты значительно меньше в сравнении с затуханием колебаний высоких частот (Кузнецов О.Л., Симкин Э.М., Чилингар Дж. Физические основы вибрационного и акустического воздействия на нефтегазовые пласты. - М.: Мир, 2001, с.24-25; Боголюбов Б.Н., Лобанов В.Н., Бриллиант Л.С. и др. Интенсификация добычи нефти низкочастотным акустическим воздействием // ж. Нефтяное хозяйство. - 2000, №9, с.80-81).
Известно устройство генерации импульсов расхода (давления) с увеличенной амплитудой (Xu Yong, Yang Shuxing and Zhou Zignang / The research and application survey of fluidic amplifier. Beijing Institute of Technology, 100081, Beijing, P.R.China). В устройстве струя жидкости подается через входное сопло, и под действием управляющего усилия от струи жидкости, подаваемой через канал управления за соплом, она отклоняется в один из двух каналов, заглушенных с торца и имеющих отводы в виде выходных патрубков, отстоящих на некотором расстоянии от заглушенных торцов каналов. При этом в силу прилипания струи к стенке канала жидкость заполняет его, после чего происходит отвод жидкости из канала в выходной патрубок. Это приводит к последующему эжектированию дополнительной жидкости из заглушенного объема канала в тот же выходной патрубок, в результате чего увеличивается амплитуда импульса расхода (давления) на выходе из патрубка в сравнении с ее значением в отсутствие заглушенной части канала. При подаче управляющего усилия посредством струи жидкости через противоположный канал управления основная струя рабочего тела переключается в другой канал, и процесс повторяется аналогичным образом.
Недостатком этого устройства является низкая надежность при эксплуатации подобных систем в условиях забоя скважин из-за наличия системы подачи рабочей жидкости в управляющие каналы, а также наличия системы управления подачей этой жидкости.
Известно другое устройство генерации импульсов расхода (давления) повышенной амплитуды в потоке жидкости, основанное на использовании бистабильной струи в усилителе (патент US №4181153). В устройстве струя жидкости подается через входное сопло в камеру, в которой под действием управляющей струи жидкости, подаваемой через один из двух каналов управления, расположенных за входным соплом, поток рабочего тела отклоняется в один из выходных каналов, прилипая к стенке. Выходные каналы соединены посредством разделителя потока.
Двигаясь к выходу канала, поток жидкости втекает в узкую протяженную трубу, заканчивающуюся «упругой» емкостью, в результате чего за счет своего скоростного напора в ней имеет место восстановление давления. При подаче управляющей струи в другой канал управления происходит переключение струи жидкости (рабочего агента) во второй выходной канал, с выхода которого струя поступает в окружающую среду. С момента переключения потока жидкости во второй канал часть жидкости, находящаяся под более высоким давлением в «упругой» емкости, эжектируется во второй канал, что приводит к увеличению амплитуды давления на выходе до 30% в сравнении с вариантом отсутствия «упругой» емкости.
Однако это устройство из-за низкой надежности при эксплуатации в условиях скважинной среды на забое, требующей наличия расхода управления и автоматики, обеспечивающей подачу его, также не может быть использовано.
Известно техническое решение [Kazuhiro Murai, Yosure Kawashima, Shigegasu Nakanishi and Masaa Taga. Self oscillation phenomena of turbulent jets in channel. // The Canadian journal of chemical engineering. 1989, vol.57. December, p.906-911], позволяющее генерировать импульсы расхода (давления) в потоке рабочего тела, нагнетаемого в окружающую среду. Импульсы давления формируются в потоке жидкости поочередно в двух направлениях посредством переключения струи при проявлении эффекта Коанда.
Устройство состоит из рабочей камеры в виде параллелепипеда, образованного боковыми стенками, высота которых определяет высоту камеры; верхней и нижней стенками, ширина которых определяет ширину камеры, и передней стенкой с установленным в ней осесимметричным соплом, ось которого совпадает с продольной осью камеры, обеспечивающим подачу жидкости в камеру.
Недостатком устройства является то, что величина реализуемой амплитуды колебаний давления на выходе излучателя недостаточна для использования подобных устройств на месторождениях при больших расстояниях (несколько сот метров) добывающих скважин от нагнетательной.
Известно устройство для создания звуковых полей высокой интенсивности (патент RU №2041343, кл. Е21В 43) в продуктивном пласте, состоящее из двух бистабильных осцилляторов. Бистабильный осциллятор состоит из рабочей камеры, в одной из стенок которой установлено сопло, а на выходе присоединены два выходных патрубка. Через эти патрубки рабочий агент, поступая через сопло в камеру, выходит поочередно в пласт, формируя в нем волновое поле.
Это техническое решение осциллятора является наиболее близким по сущности заявляемого решения и поэтому выбрано в качестве ПРОТОТИПА.
Недостатком этого устройства являются сравнительно невысокие амплитуды колебания давления на выходе, что снижает протяженность эффективного воздействия на пласт.
Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение отдачи продуктивных пластов при повышенных расстояниях добывающих скважин от нагнетательной скважины и увеличение общей производительности путем увеличения амплитуды колебаний давления на выходе излучателя за счет суммирования действий двух импульсных струй, истекающих из одного бистабильного осциллятора.
Сущность решения поставленной технической задачи заключается в том, что в известном устройстве, предназначенном для воздействия на продуктивные нефтяные пласты, состоящем из рабочей камеры, в одной из стенок которой установлено сопло, а на выходе присоединены два выходных патрубка, для решения поставленной задачи рабочая камера выполнена в виде параллелепипеда, образованного боковыми, верхней и нижней стенками, сопло выполнено съемным, расположено соосно с продольной осью рабочей камеры в передней стенке камеры, причем оси выходных патрубков на начальном участке составляют между собой острый угол, а на выходных концах параллельны между собой, причем длина выходного конца второго патрубка превышает длину первого на величину, обеспечивающую запаздывание по времени прохождения импульса по второму патрубку на величину, равную периоду длительности импульса, формируемого на выходе из первого патрубка в рабочем теле, поступающем на забой скважины, для удвоения амплитуды воздействий импульсных струй рабочего тела.
Таким образом, только полное сочетание предлагаемых конструктивных элементов устройства обеспечивает решение поставленной задачи.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию «новизна». При изучении других известных технических решений в данной области признаки, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявленному техническому решению соответствие критерию «существенные отличия».
Устройство изображено на фиг.1 и 2.
Устройство состоит из рабочей камеры 1 в виде параллелепипеда, образованного боковыми 2, 3, верхней 4 и нижней 5 стенками, передней стенкой 6, в которой по оси установлено съемное сопло 7, соосное с продольной осью рабочей камеры 1. На выходе к камере присоединены два, отводящих рабочий агент, выходных патрубка 8 и 9, оси которых на начальном участке составляют между собой острый угол, а оси выходных концов 10,11 их параллельны между собой, причем длина выходного конца 11 второго патрубка превышает длину первого 10 на величину, обеспечивающую запаздывание по времени прохождения импульса расхода (давления) по второму патрубку 11 на величину, равную периоду длительности импульса, формируемого на выходе из первого патрубка 10 в рабочем теле, поступающем на забой скважины. Поскольку длительности импульсов, формируемых устройством, равны и совпадают по фазе, то имеет место увеличение амплитуды на выходе устройства вдвое при том же массовом расходе через устройство.
Устройство устанавливают на забое скважины 12, стыкуя рабочую камеру 1, например, с насосно-компрессорной трубой 13, по которой поступает жидкость (сжимаемая или несжимаемая), или стыкуют с выходным фланцем парогазогенератора (парогенератора). В этом случае на вход устройства поступает парогаз (пар).
Результат воздействия заключается в следующем. В момент времени t=0 начинает действовать от первой струи импульс расхода (давления) на среду скважинной жидкости за устройством, в результате которого имеет место распространение в ней продольной волны давления с амплитудой, изменяющейся от нуля до максимума и обратно - до нуля к моменту времени t=T (длительность импульса-периода колебания), после чего процесс повторяется. Со сдвигом по времени на t=T на среду скважинной жидкости начинает действовать импульс расхода от второй струи с тем же периодом длительности и той же амплитудой давления, что приводит также к распространению в скважинной жидкости продольной волны, совпадающей по фазе с волной от первой струи. В результате наложения импульсов расхода (давления) суммарная амплитуда колебаний возрастает вдвое при том же массовом расходе рабочего тела на входе в бистабильный осциллятор.
Далее цикл повторяется. Таким образом, в условиях совмещения периодов и фаз действия импульсов расхода (давления) можно записать:
0≤t≤Т - действует импульс давления от первой струи.
При t≥nT - действует совокупность импульсов давления от первой и второй струй, где n=2, 3, ….
В итоге, наведенное колебаниями потока скважинной жидкости волновое поле в пласте при увеличенной амплитуде будет способствовать большему повышению фазовой проницаемости углеводородного сырья в пласте и увеличению коэффициента нефтеотдачи.
Протяженность области пространства, в которой формируются упругие колебания (волны), составляет ориентировочно (5-10)λ, где λ - длина волны (отчет «Научно-исследовательская работа в области создания волнового метода воздействия на пласт через горизонтальные скважины». Том 1, 1987, ВНТИЦ 02880007562, с.78). В свою очередь λ=c/f, где с - скорость распространения звука в среде, f - частота колебаний.
В области низких частот воздействия на пласт 15-50 Гц, принимая для продуктивного пласта с=2000 м/с, длина волны составляет: λ=2000/(15-50)=133-40 м.
В этом случае протяженность распространения колебаний в пласте составляет сотни метров, что оказывает воздействие на процесс вытеснения нефти на значительном пространстве продуктивного пласта и, следовательно, способствует интенсификации процесса и повышению нефтеотдачи пласта.
Использование предложенного способа для воздействия на продуктивные пласты позволяет повысить добычу извлекаемых углеводородов за счет:
- возрастания протяженности воздействия на пласт из-за увеличения амплитуды колебаний давления низкой частоты на входе в пласт;
- совмещения с используемой технологией разработки месторождения;
- увеличения ресурса работы путем исключения воздействия кавитации на определяющие конструктивные элементы устройства.