Устройство для интенсификации добычи высоковязкой нефти

009190 Область техники Данное изобретение используется в нефтедобывающей промышленности и предназначено для интенсификации процессов, увеличивающих выход из нефтяных скважин, используемых для добычи высоковязкой нефти. Предпосылки создания изобретения В настоящее время известно значительное количество способов и устройств, которые позволяют интенсифицировать процесс добычи высоковязкой нефти. В большинстве случаев эти методики используют физико-химические способы воздействия на пласт (интервал забоя скважины) и на системы транспортировки, которые транспортируют нефть из пласта на поверхность. В частном случае предлагается добавлять в скважину различные реагенты и воздействовать на пласт упругими колебаниями различной частоты, ударными волнами, магнитными и электрическими полями или их сочетанием. В некоторых случаях используются устройства, включающие источники упругих колебаний и системы индукционного нагрева. Известен способ интенсификации добычи нефти путем возбуждения упругих колебаний в пласте и зоне забоя скважины (US 5950726 А, опубликованный 31 января 1991 г.). Упругие колебания возбуждаются благодаря использованию гидравлического вибратора путем циклического изменения давления в нагнетаемой жидкости. Возбуждение упругих колебаний приводит к уменьшению вязкости нефти, повышению проницаемости продуктивного пласта и увеличению дебита скважины. Недостаток данного способа состоит в том, что он не обеспечивает воздействия на нефть во время ее транспортировки по лифтовой колонне, что снижает эффективность данного способа. Прототипом первого предмета предлагаемого изобретения является способ разработки нефтяной залежи (RU 2184842 С 2, опубликованный 10 июля 2002 г.), в котором предлагается возбуждение продуктивного пласта при помощи источника тепла и источника упругих колебаний. Источник тепла помещается внутрь нагнетательной скважины. Воздействие источником тепла осуществляется при периодическом изменении его мощности, источник упругих колебаний располагается на поверхности в устье продуктивной нефтяной скважины. Источник тепла и источник упругих колебаний работает с одинаковой частотой и периодически постоянной разностью фаз. Достигаемый эффект заключается в наиболее полном отборе нефти благодаря изменению вязкости нефти и фазовой проницаемости продуктивного слоя для нефти и воды. Недостаток данного способа состоит в его недостаточной эффективности, поскольку он не обеспечивает воздействия на нефть во время ее транспортировки по лифтовой колонне. Известно устройство для добычи высоковязкой нефти (RU 2198284 С 2, опубликовано 10 февраля 2003 г.), основанное на использование индукционного электрического нагревателя скважины. В этом устройстве лифтовая колонна (ЛК), снабженная металлическими кольцами с прорезями, является одновременно и обсадной колонной и магнитным сердечником. Провода к катушке индуктивности, намотанные на наружной поверхности обсадной трубы, проходят через прорези. Использование данного устройства позволяет осуществлять нагревание извлекаемой нефти за счет преобразования электрической энергии в тепловую. Недостаток данного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает дополнительного воздействия на пласт и нефть в интервале забоя скважины, уменьшая тем самым эффективность устройства. Прототипом второго предмета данного изобретения является термоакустическое скважинное устройство (SU 1086131 А, опубликовано 15 апреля 1984 г.), которое позволяет проводить одновременное нагревание и облучение нефтяного пласта в диапазоне забоя скважины при помощи ультразвука с использованием магнитострикционного излучателя, что увеличивает приток нефти в скважину. Недостаток данного устройства состоит в том, что обработка осуществляется только в нефтяном пласте без нагревания ЛК, что уменьшает эффективность устройства во время добычи нефти. В заявке на патент США US 10615230 "Акустический способ разработки скважин и устройство" предлагаются способ акустического возбуждения и устройство для его осуществления, отличающееся тем, что он включает электрический генератор и вибратор, расположенный внутри скважины. Способ,предложенный в заявке на патент US 10615230, вызывает образование колебаний сдвига в зоне отдачи. Недостатком данной заявки в отношении добычи высоковязких флюидов является то, что в ней не рассматривается ни тепло, создаваемое в зоне отдачи, ни возбуждение добываемых флюидов во время их транспортировки на поверхность через лифтовую колонну.Краткое изложение сущности изобретения В первом и втором предметах изобретения достигается технический результат, заключающийся в увеличении добычи высоковязкой нефти во время разработки скважин традиционным способом, используемым в нефтяной промышленности, благодаря повышению проницаемости продуктивного пласта и уменьшению вязкости нефти, а также увеличением экологической безопасности вследствие отсутствия химически активных реагентов (кислот) и парогенераторов. В первом предмете изобретения - способе интенсификации добычи высоковязкой нефти - указанный технический результат достигается следующим образом. В способе интенсификации добычи высоковязкой нефти вязкость нефти в интервале забоя скважи-1 009190 ны уменьшается благодаря воздействию на нее мощным ультразвуковым полем. Возбужденное ультразвуковое поле обеспечивает, кроме того, нагревание интервала забоя скважины. Достигнутая вязкость нефти поддерживается во время ее транспортировки на дневную поверхность благодаря нагреву лифтовой колонны (ЛК) токами высокой частоты. Во втором предмете изобретения - устройстве для интенсификации добычи высоковязкой нефти указанный технический результат достигается следующим образом. Устройство для интенсификации добычи высоковязкой нефти содержит прибор для возбуждения ультразвуковых колебаний в интервале забоя скважины, который включает расположенный на поверхности ультразвуковой генератор и по крайней мере один ультразвуковой магнитострикционный излучатель, расположенный на конце лифтовой колонны (ЛК), изолированной электрически от обсадной трубы скважины, которые соединены электрически друг с другом двумя проводами трехжильного электрического кабеля. Прибор для нагревания ЛК состоит из расположенного на дневной поверхности высокочастотного генератора и цепи нагрева ЛК, которая распределена вдоль всей длины ЛК, осуществляет нагревание высокочастотными токами и использует третий провод трехжильного электрического кабеля. В одном варианте осуществления изобретения расположенный на дневной поверхности высокочастотный генератор прибора нагревания ЛК соединен электрически с ЛК посредством заземленного провода. ЛК электрически изолирована от обсадной трубы скважины. В месте расположения ультразвукового излучателя расположенный на поверхности высокочастотный генератор соединен с ЛК посредством третьего провода трехжильного электрического кабеля. В другом варианте осуществления изобретения выход расположенного на дневной поверхности высокочастотного генератора прибора нагревания ЛК соединен с одним из выходов расположенного на поверхности ультразвукового генератора, а провод трехжильного электрического кабеля, который соединен с этим выходом, является общим проводом для обоих генераторов. При этом второй выход расположенного на дневной поверхности высокочастотного генератора соединен посредством третьего провода трехжильного электрического кабеля в месте расположения ультразвукового магнитострикционного излучателя с общим проводом трехжильного электрического кабеля. Кроме того, цепь нагрева ЛК посредством токов высокой частоты содержит помимо этого по крайней мере два индуктора, расположенных на ЛК и соединенных с третьим проводом трехжильного электрического кабеля. При этом ультразвуковой магнитострикционный излучатель выполнен в виде полого цилиндра,внутренний диаметр которого соответствует внутреннему диаметру ЛК. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показано общее устройство нефтяной скважины. На фиг. 2 показано устройство для осуществления способа интенсификации добычи высоковязкой нефти. На фиг. 3 показано устройство для осуществления способа интенсификации добычи высоковязкой нефти с использованием общего провода. На фиг. 4 показано устройство для осуществления способа интенсификации добычи высоковязкой нефти с использованием общего провода и индукторов. Подробное описание изобретения Данное изобретение иллюстрируется на фиг. 1-4 схематическими чертежами, на которых изображено устройство для осуществления способа интенсификации добычи высоковязкой нефти при различных вариантах соединения цепи нагрева ЛК нагревательного прибора, использующего токи высокой частоты. На фиг. 1 изображено общее устройство нефтяной скважины и расположенное на поверхности на дневном уровне 1 устройство 20 (которое включает расположенный на поверхности ультразвуковой генератор 3 и расположенный на дневной поверхности высокочастотный генератор 10) и ультразвуковой магнитострикционный излучатель 4, размещенный на конце лифтовой колонны 5 и соединенный трехжильным электрическим кабелем 9. На фиг. 2 изображено следующее: дневной уровень 1, продуктивный пласт 2, прибор для возбуждения ультразвуковых колебаний в интервале забоя скважины, который включает расположенный на поверхности ультразвуковой генератор 3 и по крайней мере один ультразвуковой магнитострикционный излучатель 4, размещенный на конце ЛК 5. Ультразвуковой магнитострикционный излучатель 4 выполнен в виде полого цилиндра, внутренний диаметр которого соответствует внутреннему диаметру ЛК 5. Расположенный на поверхности ультразвуковой генератор 3 и ультразвуковой магнитострикционный излучатель 4 электрически соединены друг с другом посредством двух проводов 7 и 8 трехжильного электрического кабеля 9. Устройство для нагревания ЛК состоит из расположенного на поверхности высокочастотного генератора 10 и цепи нагрева устройства для нагревания ЛК, распределено вдоль всей длины ЛК 5, нагреваемой токами высокой частоты, и включает третий провод 11 трехжильного электрического кабеля 9. В одном из вариантов выполнения изобретения (фиг. 2) в цепи нагрева ЛК 5 токами высокой частоты один выход расположенного на дневной поверхности 1 высокочастотного генератора 10 электрически-2 009190 соединен с ЛК 5 посредством заземленного провода 12. Другой выход расположенного на поверхности высокочастотного генератора 10 соединен непосредственно с ЛК 5 при помощи третьего провода 11 кабеля 9 в интервале забоя скважины в месте расположения ультразвукового магнитострикционного излучателя 4. ЛК 5 электрически изолирован от обсадной трубы 6 скважины при помощи изоляторов 13. В другом частном случае, показанном на фиг. 3, в цепи нагрева ЛК 5 токами высокой частоты один выход расположенного на поверхности высокочастотного генератора 10 соединен на дневной поверхности 1 с одним из выходов расположенного на поверхности ультразвукового генератора 3, а провод 8 трехжильного кабеля 9, соединенный с этим выходом, является общим проводом для обоих генераторов 3 и 10. При этом второй выход расположенного на поверхности высокочастотного генератора 10 соединен посредством третьего провода 11 кабеля 9 с общим проводом 8 кабеля 9 в интервале забоя скважины в месте расположения ультразвукового магнитострикционного излучателя 4. Цепь нагрева для нагревания ЛК посредством токов высокой частоты может, кроме того, содержать по крайней мере два индуктора 14 и 15 (фиг. 4), расположенных на ЛК 5 и соединенных с третьим проводом 11 кабеля 9, что обеспечивает более интенсивный нагрев ЛК 5 и, следовательно, облегчает транспортировку нефти. Ниже приводится пример осуществления данного способа. Мощные ультразвуковые колебания от расположенного на поверхности ультразвукового генератора 3 передаются по проводам 7 и 8 трехжильного кабеля 9 к ультразвуковому магнитострикционному излучателю 4. Мощность ультразвуковых колебаний, возбуждаемых расположенным на поверхности ультразвуковым генератором 3, зависит от вязкости и количества добываемой нефти. Путем регулировки мощности ультразвуковых колебаний можно добиться оптимизации процесса добычи нефти. В зависимости от увеличения толщины пласта, а также вязкости и количества добываемой нефти количество ультразвуковых излучателей колеблется от одного до нескольких, изменяясь в сторону возрастания. При толщине пласта больше 20 м, проницаемости ниже 20 мД, пористости меньше 20%, выходе 15-20 т/день и вязкости около 50 сП необходимо установить по крайней мере два мощных излучателя. При возбуждении ультразвукового поля магнитострикционными излучателями происходит следующее: интенсификация процессов теплообмена и массообмена в интервале забоя скважины в ультразвуковом поле,уменьшение вязкости нефти в ультразвуковом поле (приблизительно на 30% в свободном пространстве и в значительно большей степени в пористой среде вследствие сонокапиллярного эффекта; степень уменьшения вязкости определяется характеристиками пористости среды и параметрами ультразвукового поля),нагревание интервала забоя скважины вследствие потерь энергии в магнитострикционном излучателе, поскольку его КПД не превосходит 50%, и перенос теплоты в интервал забоя скважины,использование магнитострикционного излучателя в качестве электроакустического преобразователя позволяет существенно увеличить рабочие температуры для осуществления данного способа, поскольку он имеет более высокую точку Кюри по сравнению с пьезокерамикой. Из интервала забоя скважины нефть поступает в ЛК 5. ЛК 5 нагревается токами высокой частоты следующим образом. Как в первом, так и во втором вариантах соединения третьего провода 11 кабеля 9 с ЛК 5 непосредственно или через общий провод 8 ее индукционный нагрев происходит токами высокой частоты. В первом варианте (фиг. 2) токи высокой частоты от расположенного на дневной поверхности высокочастотного генератора 10 непосредственно через третий провод 11 проходят в ЛК 5 и нагревают ее. Но при этом необходимо изолировать ЛК 5 от обсадной колонны 6 при помощи изоляторов 13. Такой способ можно использовать в более неблагоприятных условиях добычи нефти. Во втором варианте (фиг. 3) токи высокой частоты от расположенного на дневной поверхности высокочастотного генератора 10 через соединение третьего провода 11 и общего провода 8 проходят в ЛК 5 и направляют ее. Этот частный случай легче осуществим, но при этом возникают ограничения по температурным условиям добычи нефти, определяемые температурной стабильностью кабеля, и такое соединение желательно использовать в менее неблагоприятных условиях добычи нефти. В самых неблагоприятных условиях добычи нефти следует использовать дополнительный нагрев ЛК 5, который осуществляется при помощи индукторов 14 и 15. Транспортировка нефти по лифтовой колонне, подогреваемой таким образом, позволяет сохранять ее пониженную вязкость и, следовательно, увеличить эффективность добычи нефти. В предлагаемом изобретении повышение проницаемости пласта, уменьшение вязкости нефти и, как следствие, повышение эффективности добычи нефти, а также повышение экологической безопасности достигаются благодаря следующему: уменьшению вязкости нефти в интервале забоя скважины вследствие комбинированного воздействия ультразвуком и теплом,уменьшению вязкости нефти в ЛК вследствие ее нагревания токами высокой частоты.-3 009190 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для интенсификации добычи высоковязкой нефти, которое содержит прибор для возбуждения ультразвуковых колебаний в интервале забоя скважины, состоящий из расположенного на поверхности ультразвукового генератора и по крайней мере одного ультразвукового магнитострикционного излучателя, расположенного на конце лифтовой колонны (ЛК) скважины, которые электрически соединены друг с другом двумя проводами трехжильного электрического кабеля, и прибора для нагрева лифтовой колонны, состоящего из расположенного на поверхности высокочастотного генератора и цепи для нагрева лифтовой колонны, которая распределена по всей длине лифтовой колонны и нагревает лифтовую колонну токами высокой частоты, и эта цепь включает третий провод трехжильного электрического кабеля. 2. Устройство по п.1, в котором прибор для нагрева лифтовой колонны скважины содержит расположенный на дневной поверхности поверхностный высокочастотный генератор, причем этот высокочастотный генератор электрически соединен посредством провода заземления с лифтовой колонной, которая электрически изолирована от обсадной колонны скважины, а в месте расположения ультразвукового магнитострикционного излучателя расположенный на поверхности высокочастотный генератор соединен с лифтовой колонной посредством третьего провода трехжильного кабеля. 3. Устройство по п.2, в котором ультразвуковой магнитострикционный излучатель имеет внутренний диаметр, соответствующий внутреннему диаметру лифтовой колонны. 4. Устройство по п.3, в котором ультразвуковой магнитострикционный излучатель выполнен в форме полого цилиндра или аналогичной формы. 5. Устройство по п.1, в котором прибор для нагрева лифтовой колонны включает один выход расположенного на поверхности высокочастотного генератора, соединенный на дневной поверхности с первым выходом расположенного на поверхности ультразвукового генератора, при этом один провод трехжильного электрического кабеля, соединенный с этим первым выходом, является общим проводом для обоих генераторов, а второй выход расположенного на поверхности высокочастотного генератора соединен посредством третьего провода трехжильного электрического кабеля в месте расположения ультразвукового магнитострикционного излучателя с общим проводом трехжильного электрического кабеля. 6. Устройство по п.5, в котором цепь для нагрева лифтовой колонны токами высокой частоты содержит, кроме того, по крайней мере два индуктора, расположенных на лифтовой колонне и соединенных с третьим проводом трехжильного электрического кабеля. 7. Устройство по п.6, в котором ультразвуковой магнитострикционный излучатель имеет внутренний диаметр, соответствующий внутреннему диаметру лифтовой колонны. 8. Устройство по п.7, в котором ультразвуковой магнитострикционный излучатель выполнен в форме полого цилиндра или аналогичной формы.