УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ

Полезная модель относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использована для повышения нефтегазоотдачи продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин путем воздействия на них энергией ударной волны.
Известно, что после отработанного срока эксплуатации нефтяных и газовых скважин объем добычи в них падает. Для интенсификации добычи нефтегазопродуктов из скважин, находящихся в эксплуатации, используют различные способы. Эти способы и устройства предусматривают использование в качестве энергопривода порох, взрывчатые вещества, насосы, электродвигатели, вибраторы, парогенераторные установки ("Гидравлический разрыв пласта", Ю.П.Желтов, Гостопливотехиздат, 1957 г.). Использование пороховых зарядов и взрывчатых веществ связано с необходимостью соблюдения повышенных требований к технике безопасности не только при производстве работ, но и при их хранении и транспортировке. Кроме того, при использовании пороховых и взрывчатых веществ волновые процессы, воздействующие на продуктивные пласты месторождений, трудноуправляемы и практически исключают возможность дозированного циклического возбуждения волн с заданной частотой и мощностью.
Известно устройство для добычи нефти в соответствии с патентом US 4074758, МПК 7 Е 21 В 43/25, 21.02.1978. Сущность изобретения заключается в генерировании электрогидравлической ударной волны в жидкости скважины с помощью конденсаторного устройства с искровым разрядником, введенным в скважину через обсадную колонну. Генерированную ударную волну через перфорационные отверстия в обсадной трубе направляют из скважины в нефтеносный грунт для отделения нефти от грунта.
-
Для реализации данного изобретения требуется значительно меньше затрат, так как сокращается объем выполняемых работ, используется менее дорогостоящее и сложное оборудование, уменьшаются энергозатраты. Кроме того, способ универсален, безопасен и легко управляем, что позволяет достигать большей эффективности интенсификации нефтеотдачи пласта не только за счет регулирования мощности электрического разряда, но частоты следования импульсов. Одним недостатков способа является то, что возникает экранирование генерируемой ударной волны стенками обсадной трубы, основная доля энергии разряда гасится внутри трубы, а в продуктивный пласт доходит только часть энергии, которая не всегда обеспечивает достижение главной цели.
Известно ближайшее к предложенной полезной модели изобретение по патенту RU 2090747, МПК 7 Е 21 В 43/25, 20.09.1997, в котором раскрыто устройство для интенсификации добычи нефти. Сущность данного изобретения заключается в том, что для электрогидроимпульсного воздействия в нефтегазовых скважинах осуществляют периодическое возбуждение электрического разряда между электродами. В качестве одного электрода используют электрод, в котором имеется внутренняя поверхность, выполненная в виде конуса, или используют в качестве электрода стенку скважинной трубы. Второй электрод размещают в конусе первого электрода. При таком расположении электродов обеспечивается узконаправленное действие ударной волны, что повышает эффект воздействия на продуктивный пласт. Для повышения эффективности воздействия фокусное расстояние отраженной от поверхности конуса волны выбирают из условия расположения точек фокуса на поверхности воздействия. За счет позиционирования электроразрядного устройства удается направлять ударную волну через перфорированные отверстия, выполненные в стенках обсадной трубы, и таким образом снизить экранирующий эффект трубы. Однако, при такой конструкции электроразрядного устройства при многократном возбуждении электрического разряда возникают волновые процессы, которые в значительной степени ослабляют
действие ударной волны, а следовательно, и эффективность ее воздействия на продуктивный пласт.
Задачей полезной модели является повышение мощности и эффективности воздействия на нефтегазовый пласт.
Указанная задача решена с помощью устройства для интенсификации добычи нефти, при этом в отличие от известного устройства, содержащего электроды, обеспечивающие создание электрического разряда с получением направленной ударной волны, предложенное устройство содержит заполненную водой осесимметричную разрядную камеру, образованную обращенными друг к другу поверхностями двух электродов и цилиндрической мембраной, закрепленной по краям электродов и образующей боковую поверхность разрядной камеры, предназначенную для примыкания к поверхности колонны с перфорацией, при этом сечение каждого электрода по оси симметрии камеры образовано частями двух пересекающихся эллипсов, общий фокус которых лежит на оси симметрии камеры, а мнимые фокусы упомянутых эллипсов расположены с возможностью совпадения с поверхностью колонны. С электродами соединен индуктивный накопитель электрической энергии.
Физический принцип воздействия электрического разряда в жидкости на зону перфорации колонны заключается в создании в этой зоне импульсного режима распространения ударной волны и скоростного напора массы жидкости, ускоренной ударной волной. При этом следует разграничить 2 фактора воздействия ударной волны на окружающую среду.
Первый фактор - фронт ударной волны (ФУВ). На ФУВ, скорость которого около 3 км/с (вода), образуется скачок плотности и давления жидкости. При сравнительно слабых ударных волнах можно пренебречь скачком температуры, однако, скачки давления могут составлять сотни тысяч атмосфер при незначительном изменении плотности. Толщина ФУВ равна приблизительно нескольким расстояниям между молекулами среды. Сильные ударные волны в газе и слабые
ударные волны в жидкости оказывают в пределах ФУВ на среду распространения совершенно различное воздействие.
B
в
6
d
ж
ж
ж
ж
-4
6
-8
13
Например, сильная ударная волна в воздухе с давлением Р=100 ат толщиной δ≈10 см оказывает на среду в пределах ФУВ силовое воздействие, которое равняется F≈-▽P≈10 ат/см. Но, при тех же параметрах разрядного тока, давление в жидкости, которое составляет P≈100000 ат, будет оказывать на среду воздействие в пределах ФУВ δ=10 см силой F=-▽Р≈10 ат/см.
13
Сила, развиваемая в пределах ФУВ в жидкости, превосходит силу в газе в 10 раз.
Второй фактор - это импульс скоростного напора массы (ИСН). Вслед за ФУВ движется жидкость с меньшей массовой скоростью (около 1,5 км/с) в потоке, формируемом на границе плазмы канала разряда. В плазме канала массовая скорость равна нулю. Но в процессе протекания тока по каналу разряда плазменная граница канала ведет себя как цилиндрический поршень, раздвигающий жидкость и приводящий ее в движение в зоне от ФУВ до границы канала. Для среды электрический разряд выступает как привод компрессора, сжимающего и разгоняющего жидкость из области плазмы разряда столь длительно, сколько существует плазма с разрядным током и с большей длительностью.
Рабочий эффект воздействия ИСН на среду, по которой он распространяется, выражается в возможности увлечения вещества среды и движение и, тем самым, переноса вещества в направлении ИСН на определенное расстояние. Очевидно, что ИСН, при воздействии ударных волн в жидкости, может быть определяющим фактором производительности скважины, поскольку перенос вещества из отверстий перфораций является процессом их очищения путем продувки.
Определенный технологический эффект мог бы быть получен при использовании режима переменного гидравлического давления в зоне перфораций. Однако, имеющийся некоторый положительный опыт использования емкостных накопителей энергии в забое скважины указывает на необходимость создания очень больших импульсных давлений для получения видимого практического эффекта.
Вариант исполнения устройства импульсного электрического разряда в жидкости, при питании током от индуктивного накопителя, является более оптимальным для забоя скважины по сравнению с емкостным накопителем энергии.
Для повышения коэффициента использования энергии накопителя, при ее преобразовании в электрическом разряде в энергию ИСН, необходимо особое внимание уделить конструкции разрядной камеры. Заданная цилиндрическая симметрия забойной скважины и зоны перфораций, в которой действует возбуждаемая разрядом в жидкости ударная волна, предопределяет наиболее приемлемую по конструктивным и технологическим соображениям конфигурацию разряда по оси симметрии забоя. В этом случае плазма канала является источником расходящихся в радиальном направлении цилиндрических ФУВ и ИСН (см. фиг.1). Разрядная камера как ударный инструмент, размещаемый в зоне перфораций, может быть сконструирована с таким расчетом, чтобы расходящиеся ударные волны фокусировались на поверхности колонны с перфорациями. Согласно данному изобретению, разрядная камера образована электродами, вертикальное сечение которых образуют пересекающиеся эллипсы. Причем ось камеры проходит через общий фокус эллипсов, а их вторые мнимые фокусы совпадают с поверхностью колонн.
На фиг.1 приведена схематично конструкция предлагаемого устройства.
Герметичная разрядная камера 1, заполненная водой с заданными характеристиками электрической прочности, образована электродами 2 и 3, что позволяет возбуждать между электродами в воде многократные разряды независимо от свойств жидкости в забое.
Герметичность камеры 1 относительно окружающей жидкой среды в забое обеспечивается тонкой металлической мембраной 4 с цилиндрической поверхностью, примыкающей к поверхности обсадной трубы 5. Мембрана 4 устанавливается с помощью сильфонных кольцевых вставок (не показаны).
Обращенные друг к другу поверхности электродов 2 и 3 в каждом своем осевом сечении образуют вместе форму частей двух эллипсов, пересекающихся друг с другом, так что они имеют общий фокус 7, лежащий на оси камеры 1. Вторые
мнимые фокусы 8 и 9 эллипсов лежат за мембраной 4 на поверхности колонны 9 с перфорацией.
Питание камеры 1 разрядным током осуществляется от индуктивного накопителя, устанавливаемого на поверхности земли, специальным коаксиальным кабелем 6, конструкция которого должна удовлетворять требованиям, согласованным с требованиями, предъявляемыми к применяемому каротажному кабелю. Электроды 2 и 3 закреплены на изоляторах 10, 11, прикрепленных к изоляции кабеля 6.
Способ осуществляется следующим образом. Разрядную камеру 1, заполненную водой, опускают в металлическую трубу 5, обсаживающую скважину, размещают в зоне перфораций и включают подачу тока. Электрическим разрядом между электродами 2 и 3, возбуждают в воде ударную волну, направленную на поверхность воздействия так, чтобы расходящиеся ударные волны фокусировались на поверхности колонны 9 с перфорациями. Посредством импульса скоростного напора ударной волны мембрана 4 боковой поверхности разрядной камеры 1 сдвигается в окружающую ее жидкость забойной части скважины, таким образом передавая ИСН камеры импульсу скоростного напора жидкости скважины с его непосредственным воздействием на заглушенные наносами перфорации скважины. Возбуждение ударной волны с ИСН жидкости предлагаемым способом при использовании индуктивного накопителя энергии с ее величиной около и более 1 МДж (что равносильно энергии взрыва 100-200 г тротила) позволяет обеспечить в дальнейшем совершенствование систему очистки перфораций скважин путем управляемого периодического воздействия на них последовательности импульсов с необходимой оптимально заданной скважностью.
Предложенное устройство для электрогидроимпульсного воздействия в нефтегазовых скважинах обеспечивают высокую эффективность (мощность и длительность) гидродинамического воздействия на нефтегазовый пласт.