Устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт

1 Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при добыче нефти. Известно устройство для воздействия на призабойную зону продуктивного пласта, патент РФ 2026970, опубл.20.01.95, бюл. 2,МКИ Е 21 В 43/25, содержащее наземный блок,соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, в нижней части которого размещен акустический излучатель, работающий в замкнутом корпусе, заполненном трансформаторным маслом. При работе такого излучателя возникают большие потери акустической мощности и его нельзя использовать для воздействия на весь продуктивный пласт в процессе добычи нефти. Известно устройство, принятое за прототип, предназначенное для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, патент РФ 2140519, МКИ Е 12 В 28/00,43/25, акустический излучатель которого сообщается непосредственно с окружающей средой и снабжен коническим отражателем для разворота акустической волны из вертикального в горизонтальное направление распространения по продуктивному пласту. Эффективность такого устройства выше чем предыдущего, оно увеличивает текучесть нефти, но не создает направленных потоков, что очень важно при добыче. Раскрытие изобретения Задача заключается в разработке устройства для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, которое создает направленное движение слоев нефти в пласте к стоку добывающих скважин, тем самым увеличивая эффективность и производительность добычи. Поставленная задача с достижением указанного технического результата решается за счет того, что в устройстве для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, содержащем скважинный прибор, в нижней части которого размещены сообщающиеся с окружающей средой два и более акустических излучателя, каждый из которых снабжен двумя, установленными соосно по одному с обеих сторон от торцев излучателя отражателями, в виде конуса высотой, равной диаметру акустического излучателя, с углом при вершине 90, обращенной к излучателю, расстояние между торцами соседних конических отражателей d составляет от 2 мм до 10% высоты конического отражателя, а расстояние А от торца излучателя до вершины отражателя выбирают из условия максимальной передачи средней мощности в пласт и рассчитывают по формуле: А = n/8 - R,гдеR- внутренний радиус скважинной трубы, 005148 2 при этом каждый акустический излучатель образован двумя идентичными пьезопакетами длиной в четверть длины звуковой волны пьезоматериала, собранных из пьезоэлементов с общей неподвижной основой закрепления пьезопакетов, расположенной между ними, причем крайние пьезоэлементы пьезопакетов имеют одинаковую полярность. Вариант работы устройства Работа устройства и распространение акустических волн поясняется чертежами: фиг. 1 - общий вид акустического излучателя; фиг. 2 - вид А, увеличенное изображение торца акустического излучателя с коническим отражателем; фиг. 3 - общий вид устройства. Каждый акустический излучатель 1 собран из двух идентичных пьезопакетов 2 и 3, имеющих общую неподвижную основу закрепления 4, расположенную между ними, а крайние пьезоэлементы пьезопакетов 5, 6, 7, 8 имеют одинаковую полярность (идентичное состояние поляризации плюс или минус). В результате этого, а также соосного расположения пьезопакетов 2 и 3, при воздействии электрического поля, возникающие на концах 5 и 8, 6 и 7 акустического излучателя 1 деформации имеют противоположные направления вдоль оси, и не создают давления на основание и корпус устройства, а акустические волны 9 и 10 распространяются противофазно, длина пьезопакета 1 при скорости звука в материале пьезоэлемента С=3,5 см/с и частоте генератора f=7,5 кГц равна 1= /4=Cxf/4=11,6 см. Из чертежей фиг. 2 и фиг. 3 видно, что в корпусе скважинного устройства 11 размещены два или более пьезокерамических акустических излучателя 1 по обе стороны у каждого излучателя, соосно с ним на фиксированном расстоянии А от каждого его торца, расположена вершина конического отражателя 12, напротив конических отражателей 12 в корпусе устройства 11 выполнены окна 13 для сообщения с окружающей средой, расстояние между торцами конических отражателей равно d. Акустическая волна проходит путь от акустического излучателя 1 до внутренней стенки скважинной трубы 14, который равен А+В. Подбором расстояния А можно подобрать фазу, в которой падающая акустическая волна подходит к внутренней стенке скважинной трубы, а следовательно оптимальный вариант амплитуды давления и скорости. Акустические волны от торца излучателя 1 до конической поверхности отражателя 12 проходят вдоль оси путь А, или a1, или a2, или ,или an, далее они меняют свое направление на перпендикулярное к оси, отражаются от конической поверхности отражателя 12 и проходят путь до внутренней стенки скважинной трубы 14 соответственно В, или в 1, или в 2, или , или 3 вn. Синусоида 15 показывает отклонение давления среды Р, а синусоида 16 - колебание скорости частиц среды V в акустической волне, которая опережает колебания давления на /4, четверть периода. Суммарные расстояния А+В, a1+в 1, а 2+в 2 аn+вn равны между собой, т.к. угол при вершине отражателя 3 равен 90%, т.е. А+В = a1+в 1= а 2+в 2= = аn+вn = A+R, B=R, a R- внутренний радиус скважинной трубы. В результате такой конструкции все падающие акустические волны от торца излучателя к скважинной трубе приходят в одной фазе, а поршневая волна осевого направления превращается после отражения в плоскокольцевую,движущуюся в горизонтальном направлении перпендикулярно оси от источника излучения. Меняя расстояние А = n/8 - R можно добиться оптимального варианта для различных значений радиуса скважинной трубы. Выбор фазы волны,соответствующей n/8 при n=1, 5, 9 на границе с внутренней стенкой скважинной трубы повышает эффективность работы всего устройства, обусловлен максимальной отдачей средней мощности в пласт, т.к. в эти моменты времени синусоиды отклонения давления среды 15 (Р) и скорости 16 (V) пересекаются и имеют одинаковые знаки. При работе устройства акустическое излучение, отраженное от конических отражателей,превращается в плоские волны, у которых фронты или поверхности равных фаз представляют собой плоскости, перемещающиеся в направлении распространения волн с определенной скоростью и разделяет рабочий пласт на плоскокольцевые зоны-пояса, или волноводы, в которых распространяются плоскокольцевые потоки в виде плоских акустических волн. Поскольку волновое распространение возможно в слоях, ограниченных не только жесткими стенками, но и подвижными средами, с различными скоростями звука, что и представляет собой флюид нефтяного пласта, где присутствуют различные породы, поэтому эффект разделения на зоны-пояса, создаваемый устройством, возможен в пласте с флюидом. Как показано на фиг. 3 в результате работы устройства в пласте образуются слои, представляющие собой плоскокольцевые потоки f и j, созданные волной акустической деформации, и слой d, образованный ими. Слой f - это плоскокольцевая волна, образованная после отражения поршневой волны от конического отражателя, слой j представляет собой зону деформации за счет радиальных колебаний акустических излучателей на частоте,отличной чем в осевом направлении, с другими значениями амплитуды изменения давления и скорости движения частиц, чем в слое f, слой d появляется в результате эффекта эжекции, от действия встречно-направленных амплитуд давлений, создающихся волнами пары слоев f, ана 005148 4 логично условия эжекции флюида создаются и на границах слоев f-j, j-f, f-d и d-f. Скорость эжекции можно регулировать меняя расстояниеd между торцами соседних конических отражателей в пределах указанных значений от 2 мм до 10%, высоты отражателя запредельные значения расстояния d ведут к отсутствию эффекта эжекции при работе устройства. Созданию эжекционного слоя d способствуют и вибрационные ускорения порядка 100-500g, возникающие при синусоидальном изменении питающего напряжения излучателей. Указанные ускорения и прохождение акустических волн давления по слоям пласта приводят к полному снятию вязких сил трения движения флюида, находящихся в порах матрицы пласта, за счет деформации пор. В слоях f, j и d создаются условия для направленной фильтрации флюида и послойному движению его к стокам добывающих скважин. Вместе с этим происходит и снижение вязкости движущегося флюида, что в совокупности с направленной фильтрацией приводит к увеличению нефтеотдачи пласта в целом. Промышленная применимость Таким образом, при работе устройства в пласт закачивается акустическая энергия, зависящая от конструктивной длины устройства(количества и габаритов установленных излучателей), создается мощное направленное движение нефти к стоку добывающих скважин и устройство может быть использовано в качестве основного нефтедобывающего оборудования,которое увеличивает отдачу нефти и повышает дебит в 2 и более раз. Макетные образцы устройства прошли испытания на месторождениях ОАО Тубукнефть и Сургутнефтегаз. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, содержащее скважинный прибор, в нижней части которого размещены сообщающиеся с окружающей средой посредством окон в стенках корпуса скважинного прибора два и более акустических излучателя, каждый из которых снабжен двумя, установленными соосно по одному с обеих сторон от торцев излучателя, отражателями в виде конуса, высотой, равной диаметру акустического излучателя, с углом при вершине 90, обращенной к излучателю, расстояние между торцами соседних конических отражателей d составляет от 2 мм до 10% высоты конического отражателя, а расстояние А от торца излучателя до вершины отражателя выбрано из условия максимальной передачи средней мощности в пласт и рассчитано по формуле: А=n/8-R,гдеR - внутренний радиус скважинной трубы; при этом каждый акустический излучатель образован двумя идентичными пьезопакетами,длиной в четверть длины звуковой волны в ма 6 териале пьезоэлемента, имеющими общую неподвижную основу закрепления, расположенную между ними, а крайние пьезоэлементы пьезопакетов имеют одинаковую полярность.