Скважинный сейсмоисточник
BOREHOLE SEISMIC VIBRATOR

Изобретение относится к вибросейсмической технике и может быть использовано для повышения нефтеотдачи нефтеносных месторождений путём скважинного вибровоздействия на нефтяные пласты, а также для сейсморазведки земных недр.
Известно устройство для волнового воздействия на залежь состоящее из груза для нанесения ударов, связанного с ним подъёмного механизма, траверсы с захватными элементами и прерывателя, предназначенного для соединения со скважиной. См. авторское свидетельство СССР № 1710709, 1992 года.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции, большую металлоёмкость, большие динамические нагрузки на детали устройства что снижает их долговечность, не может быть использован для силового воздействия на стенки скважины ориентированной нормально залежи.
Известно устройство – скважинный источник сейсмических импульсов, состоящий из корпуса в виде камеры с окнами, которые перекрываются посредством кольцевого зазора, и снабженного поршнем имеющего возвратно-поступательное движение (См. патент РФ 2166779, 2001 года). Привод перемещения поршня выполнен в виде ходового винта, подсоединённого через редуктор и управляемую муфту к валу электродвигателя, и окна в корпусе размещены в нижней части камеры, а затвор, поджатый пружиной, зафиксирован защёлкой, сопряженной с якорем спускового электромагнита и над поршнем со стороны противоположной рабочей камере размещена газовая полость.
К недостаткам известного устройства можно отнести сложность электромеханической системы привода затвора камеры и привода прижима, низкую частоту сейсмических импульсов, выдаваемую источником, что снижает эффективность воздействия на нефтеносные пласты. Не может использоваться в скважине с обсадной трубой.
(прототип)
Известно устройство скважинный сейсмоисточник (См.патент РФ № 2753806, от 03. 11. 2020 года) используемый для повышения нефтеотдачи нефтеносных месторождений путём генерирования и передачи сейсмоколебаний в нефтесодержащие пласты, а также для сейсморазведки земных недр.
Скважинный сейсмоисточник содержит силовые устройства с плунжерами, между которыми в неразъёмном корпусе смонтирован электромагнитный молот двойного действия с катушками прямого и обратного хода бойка, полюсами, индуктивными датчиками положения бойка на его диамагнитной направляющей, который верхним и нижним торцом взаимодействует с плунжерами силовых устройств, причём полости электромагнитного молота вакуумированы. А по наружной поверхности силовых устройств и корпуса электромагнитного молота размещён кабель, предназначенный для связи молота с блоком питания и управления. При этом каждое из верхнего и нижнего силовых устройств выполнено в виде расположенной в корпусе силового устройства эластичной камеры с маслонаполненной полостью. Причём эластичная камера связана по наружной поверхности с ортогонально подвижными клиньями и пуансонами, взаимодействующими с возвратными пружинами. На пуансонах установлены накладки, смонтированные в отверстиях корпуса с возможностью радиального перемещения. Плунжер связан с эластичной камерой, а сейсмоисточник снабжен преобразователем с эластичной диафрагмой, предназначенной для отделения маслонаполненных полостей, связанных патрубками эластичных камер верхнего и нижнего силовых устройств, который присоединён к верхней части маслонаполненного ввода, закреплённого к корпусу верхнего силового устройства.
К недостаткам известного устройства можно отнести возможность деформации обсадной трубы по её диаметру в местах расположения силовых элементов, что приводит к заклиниванию сейсмоисточника в обсадной трубе. А также недостаточно эффективное повышение дебета скважины при воздействии на неё такого сейсмоисточника. Это связано с тем, что распространение вибросигналов также происходит диаметрально, то есть узкими противоположно направленными секторами - по направлению перемещения половин гидроцилиндров-пуансонов, а оставшееся пространство не получает виброимпульсы. Значительное пространство пласта не подвергается воздействию колебаний, что не приводит к эффективному повышению нефтеотдачи.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности исключение диаметральной деформации обсадной трубы, а также расширение сектора воздействия вибросигналов в нефтеносные пласты с целью повышения дебета скважины.
Поставленный технический результат достигается использованием сочетания общих с прототипом известных признаков включающих силовые элементы, смонтированные на торцах неразъёмного корпуса электромагнитного  молота  двустороннего действия с катушками прямого и обратного хода бойка в диамагнитной направляющей, индукционными датчиками положения бойка, бойка взаимодействующего своими торцами с плунжерами силовых элементов, при этом эластичные камеры силовых элементов, наружной поверхностью контактно связанны с ортогонально подвижными клиновыми распорами и пуансонами, взаимодействующими с возвратными пружинами, при этом с внешней стороны пуансонов по осевой линии смонтированы накладки проходящие через технологические отверстия в корпусе силовых элементов с возможностью радиального перемещения, преобразователь с маслонаполненной полостью, сообщающейся с эластичными камерами силовых элементов, на наружных поверхностях корпуса электромагнитного молота  и силовых элементов выполнены продольные пазы предназначенные для размещения  в них проводов коммуникаций силового питания катушек электромагнитного молота  и системы его управления и новых признаков заключающихся в том, что силовые элементы выполнены, по меньшей мере, с тремя смонтированными равноудалённо друг от друга пуансонами и тремя клиновыми распорами, с возможностью их равномерного радиального смещения,  при этом продольные грани внутренней поверхности пуансонов, контактно связанные с эластичной камерой, выполнены закруглёнными радиусом равным 0,1 – 0,3 наружного диаметра эластичной камеры, а торцовая поверхность клинового распора, контактирующая с эластичной камерой, выполнена выпуклой или прямой, или вогнутой.
Новизной предполагаемого изобретения является то, что силовые элементы выполнены, по меньшей мере, с тремя смонтированными равноудалённо друг от друга пуансонами и тремя клиновыми распорами, с возможностью их равномерного радиального смещения, при этом продольные грани внутренней поверхности пуансонов, контактно связанные с эластичной камерой, выполнены закруглёнными радиусом равным 0,1 – 0,3 наружного диаметра эластичной камеры.
Так признак выполнения силовых элементов, по меньшей мере, с тремя смонтированными равноудалённо друг от друга пуансонами и тремя клиновыми распорами, с возможностью их равномерного радиального смещения, обеспечивает более равномерное распределение силовой нагрузки от воздействия пуансонов с накладками на обсадную трубу при эксплуатации сейсмоисточника, что сохраняет, тем самым, её геометрию во время приложения силовой нагрузки и сводит к минимуму возможность её деформации. Соответственно исключается возможность заклинивания сейсмоисточника в обсадной трубе и связанные с этим сложности демонтажа установки, что вообще не всегда оказывается возможным. При этом, одновременно, происходит расширение сектора воздействия вибросигналов в нефтеносные пласты, что приводит к увеличению дебета скважины.
Возможность равномерного радиального смещения по меньшей мере трёх пуансонов при помощи, по меньшей мере, трёх клиновых распоров, контактно связанных с эластичной камерой обеспечивает одновременный контакт накладок, смонтированных на пуансонах,  с внутренней поверхностью обсадной трубы. Также позволяет, в зависимости от количества пуансонов, образующих корпус силового элемента, более полно воздействовать силовой нагрузкой на окружающий силовой элемент через обсадную трубу - грунт, увеличив эффективность использования силового элемента.
Выполнение продольных граней внутренней поверхности пуансонов,
контактно связанных с эластичной камерой, закруглёнными радиусом равным 0,1 – 0,3 наружного диаметра эластичной камеры, уменьшает износ эластичной камеры о грани пуансонов, исключает порезы о грани продольных элементов - повышая тем самым надежность работы элемента. При этом, если радиус закругления менее, чем 0,1 наружного диаметра эластичной камеры, то грань останется острой и это никак не уменьшит износ эластичной камеры. Если же радиус закругления выполнить более 0,3 наружного диаметра эластичной камеры, то это приведёт к увеличению деформации эластичной камеры, что тоже отрицательно отразится на её сроке службы.
Признак выполнения торцовых поверхностей клинового распора, контактирующих с эластичной камерой выпуклой или прямой, или вогнутой являются признаками, дополнительными способствующими достижению поставленного технического результата.
Проведённый патентно-информационный поиск в процессе подготовки материалов сочетания предложенных известных и новых признаков предполагаемого изобретения в патентной и научно-технической литературе не выявил, что, позволяет отнести признаки к обладающими новизной.
Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего  уровня техники и позволяет получить  более высокий и даже
неожиданный технический результат, то предлагаемые существенные признаки можно признать  соответствующими  критерию – изобретательский
уровень.
Описание осуществления, предлагаемого скважинного сейсмоисточника позволяет отнести его к промышленно выполнимым.
На фиг. 1 показан продольный разрез скважинного сейсмоисточника с обсадной трубой.
На фиг. 2 показан поперечный разрез силового элемента: а) с тремя пуансонами, б) с четырьмя пуансонами.
На фиг.3 показана диаграмма направленности распространения вибросигнала в грунт: а) воздействие двух пуансонов с накладками, б) воздействие трёх пуансонов с накладками, в) четырёх пуансонов с накладками.
Предлагаемый сейсмоисточник состоит из корпуса 1 верхнего силового элемента 2, корпуса 3 нижнего силового элемента 4, пуансонов 5 с присоединёнными накладками 6, при этом в корпусе выполнены технологические отверстия для накладок 6. Пуансоны 5 контактно взаимодействуют с клиновыми распорами 7 с возвратными пружинами 8. При этом, эластичные камеры 9 силовых элементов 2 и 4, наружной поверхностью контактно связаны с ортогонально подвижными клиновыми распорами 7 и пуансонами 5. Эластичные камеры 9 снабжены герметизирующими ниппелями 10 и 11, плунжерами 12 и 13 с возвратными пружинами 14. Между корпусами 1 и 3 силовых элементов смонтирован корпус 15 электромагнитного молота, содержащий катушку 16 прямого и катушку 17 обратного  хода бойка 18, индукционные датчики 19 и 20 положения бойка 18, диамагнитной направляющей 21 бойка 18. К корпусу 1 верхнего силового элемента 2 прикреплён преобразователь 22 соединённый трубой 23 с насосом 24, находящимся на поверхности. Преобразователь 22 имеет заполненную маслом полость 25 отделённую поршнем от трубы 23 с насосом 24. Полость 25 преобразователя 22 соединена патрубком 26 с эластичной камерой 9 силового элемента 2, а патрубком 27 соединена с эластичной камерой 9 силового элемента 4. Через закрытую устьевой арматурой 28 обсадная труба 29 связана трубопроводом с вентилем с водяным насосом 30.
Сейсмоисточник работает следующим образом: готовый к работе сейсмоисточник опускают в обсадную трубу на заранее определённую глубину на тросе и закрепляют трос. Работу сейсмоисточника начинают с включения его системы управления. Пуск электромагнитного молота производят подачей напряжения на катушку 17 обратного  хода бойка 18. Под действием электромагнитной силы катушки  16 прямого хода и катушки 17 обратного хода  боёк 18 быстро перемещается в верх вдоль диамагнитной направляющей 21 и своим верхним торцом ударяет по плунжеру 12 верхнего силового элемента 2, который проникая во внутреннюю полость эластичной камеры 9 заполненную рабочей жидкостью  создаёт импульс гидравлического давления. Возникший импульс давления воздействует на эластичную камеру 9, которая расширяясь, воздействует на клиновые распоры 7 и пуансоны 5. Преодолевая сопротивление возвратных пружин 14 пуансоны 5 с накладками 6, перемещаясь радиально, передают возникший импульс обсадной трубе 29. Возникшие виброимпульсы от верхнего силового элемента распространяются от всего периметра обсадной трубы в нефтеносный пласт. При этом, вибоимпульсы, по меньшей мере, от воздействия трёх пуансонов 5 с накладками 6 обеспечивают равномерность распределения силовой нагрузки на обсадную трубу и, таким образом, исключают её диаметральную деформацию. При достижении бойком 18 уровня верхнего индуктивного датчика 19, последний, отключает катушку 17 обратного хода и включает катушку 16 прямого хода. Под действием собственного веса и электромагнитной силы   катушки 16 прямого хода боёк 18 ударяет по плунжеру 12 нижнего силового элемента 4, который работает аналогично верхнему силовому элементу 2. После чего рабочий цикл многократно повторяется. Возникшие виброимпульсы распространяются по всему периметру от обсадной трубы 29, при этом, происходит расширение сектора воздействия вибросигналом в нефтеносных пластах. Такое воздействие на грунт получается более мощным, за счёт увеличения количества пуансонов 5, и охватывает большую площадь нефтеносных пластов, это приводит к увеличению дебета скважины. Таким образом предлагаемая конструкция повышает эффективность работы сейсмоисточника и при этом обеспечивает бесперебойную его работу, исключая заклинивание в скважине и связанных с этим сложностей по его извлечению.
В настоящее время разработана техническая документация на предлагаемый сейсмоисточник, проведены предварительные испытания силовых элементов с тремя пуансонами, которые показали эффективность работы предлагаемого сейсмоисточника. В ближайшее время будет принято решение о производстве сейсмоисточника предлагаемой конструкции.