Пристрій для акустичного впливу на нафтогазоносні пласти

Корисна модель відноситься до нафтогазової промисловості, а точніше до пристроїв для акустичного впливу на нафтогазоносні пласти, і може бути використаний для інтенсифікації нафтових і газових свердловин. Відомий пристрій для акустичного впливу на привибійну зону продуктивних пластів, який містить наземний індикаторний блок і блок живлення, що з'єднані кабелем зі свердловинним приладом, що складається з датчика і генератора, з'єднаного з акустичним випромінювачем, розміщеним у нижній частині свердловинного приладу, у якому в свердловинний прилад введені і розміщені в його верхній частині послідовно з'єднані блоки опорного сигналу, порівняння і керування, а в нижній частині свердловинного приладу додатково розміщений датчик контролю рівня акустичного випромінювання, що має акустичний контакт з акустичним випромінювачем, і конструктивно зв'язаний з датчиком гідрофон, при цьому акустичний випромінювач, датчик і гідрофон виконані з п'єзокераміки, а акустичний випромінювач і гідрофон у місці свого розміщення мають акустичний контакт із корпусом свердловинного приладу [1]. Загальними ознаками відомого і пристрою, що заявляється, є наземна частина і свердловинний прилад, які з'єднані кабелем, а також наявність генератора й електронного блоку керування, контролю й індикації робочих параметрів. Недоліком відомого пристрою є складність його конструкції, а також низька надійність через наявність великої кількості блоків у свердловинному приладі, що приводить до виникнення похибки у величині сигналу, який подається та знімається з акустичного випромінювача, за рахунок температурних градієнтів між блоками. Крім того, відомий пристрій має обмежені функціональні можливості в зв'язку з тим, що він може працювати на глибинах не більш 3-х км. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого є відомий пристрій для акустичного впливу на привибійну зону продуктивних пластів, що містить наземний блок індикації і свердловинний прилад, де розміщений акустичний випромінювач, у якому наземна частина пристрою містить також послідовно з'єднані генератор, блок контролю робочих параметрів і блок програмного аналізатора, виходи якого приєднані до входів генератора і блоку індикації, вихід блоку контролю робочих параметрів підключений до акустичного випромінювача [2]. Загальними ознаками відомого і пристрою, що заявляється, є наявність наземної частини, що з'єднана кабелем зі свердловинним акустичним випромінювачем, наземна частина включає генератор і електронний блок керування і контролю робочих параметрів, який містить з'єднані послідовно блок контролю робочих параметрів, блок програмного аналізатора та блок індикації, причому виходи блоку програмного аналізатора приєднані до входів генератора, а вихід блоку контролю робочих параметрів підключений до свердловинного акустичного випромінювача. До недоліків відомого пристрою варто віднести низький коефіцієнт корисної дії (ККД) і недостатню надійність конструкції, що відображається на ефективності пристрою. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пристрою для акустичного впливу на нафтогазоносні пласти, у якому за рахунок введення нових елементів, їх виконання і нових зв'язків, забезпечується збільшення коефіцієнта корисної дії і підвищення надійності конструкції, що дозволяє підвищити ефективність роботи пристрою на глибинах до 5000м. Одночасно вирішена задача підвищення зручності обслуговування пристрою в процесі експлуатації. Поставлена задача досягається тим, що в пристрої для акустичного впливу на нафтогазоносні пласти, який містить наземну частину, що з'єднана кабелем зі свердловинним акустичним випромінювачем, а наземна частина включає генератор і електронний блок керування і контролю робочих параметрів, який містить з'єднані послідовно блок контролю робочих параметрів, блок програмного аналізатора та блок індикації, причому виходи блоку програмного аналізатора приєднані до входів генератора, а вихід блоку контролю робочих параметрів підключений до свердловинного акустичного випромінювача, відповідно до корисної моделі, свердловинний акустичний випромінювач, який виконаний з декількох послідовно механічно з'єднаних п'єзокерамічних перетворювачів з накладками, що є й кутиковими відбивачами, забезпечений елементами армування, при цьому з'єднання елементів армування і накладок є рухливим, на бокових поверхнях накладок виконані кільцеві пази, у яких розміщені ущільнювальні елементи з можливістю їхнього самоущільнення, а на кінці випромінювача розташований демпферний пристрій. У результаті використання корисної моделі, що заявляється, забезпечується одержання технічного результату, який полягає в збільшенні коефіцієнта корисної дії і підвищенні надійності конструкції і ефективності роботи пристрою в цілому на глибинах до 5000м. Наявність на кінці випромінювача демпферного пристрою істотно знижує коефіцієнт відбиття акустичних коливань, сприяє більш рівномірному випромінюванню кожного п'єзокерамічного перетворювача, виключаючи спотворення акустичного поля і підвищуючи, таким чином, ефективність роботи випромінювача, а також усього пристрою в цілому. Виготовлення з'єднання елементів армування і накладок рухливим дозволяє робити ефективну настройку перетворювача на резонансну частоту, як при його складанні, так і надалі при його роботі. Розташування кільцевих ущільнювальних елементів з можливістю їхнього самоущільнення на бокових поверхнях накладок у кільцевих пазах дозволяє надійно проводити роботи на глибинах до 5000м, оскільки така конструкція є такою, що самоущільнюється (тобто надійність ущільнення зростає зі збільшенням тиску). Таким чином, досягається підвищення надійності конструкції і ефективності роботи в цілому за рахунок збільшення надійності ущільнення. У цілому, відмітні ознаки пристрою, що заявляється, є суттєвими і необхідними для досягнення нового технічного результату. Сутність корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображена блок-схема пропонованого пристрою для акустичного впливу на нафтогазоносні пласти, а на фіг. 2 - свердловинний акустичний випромінювач. Пристрій для акустичного впливу на нафтогазоносні пласти, що заявляється, містить (фіг. 1) наземну частину 1, що з'єднана кабелем 2, наприклад геофізичним, зі свердловинним акустичним випромінювачем 3. Наземна частина 1 включає генератор 4 і електронний блок 5 керування і контролю робочих параметрів, який містить з'єднані послідовно блок контролю робочих параметрів 6, блок програмного аналізатора 7 та блок індикації 8, причому виходи блоку програмного аналізатора 7 приєднані до входів генератора 4, а вихід блоку контролю робочих параметрів 6 підключений до свердловинного акустичного випромінювача 5. Електронний блок 5 керування і контролю робочих параметрів, блоки якого виконані на загальнопромислових елементах, призначений для контролю електричного сигналу, що подається на свердловинний акустичний випромінювач 3, і його корекцію безпосередньо під час роботи [3]. Свердловинний акустичний випромінювач 3 (фіг. 2) позбавлений електронних пристроїв та виконаний з одного або декількох послідовно механічно з'єднаних п'єзокерамічних перетворювачів, що виконані у вигляді п'єзокерамічних елементів 9, які розміщуються в циліндричному несучому герметичному металевому корпусі. Свердловинний акустичний випромінювач 3 містить також накладки-кутикові відбивачі 10. Кільцеві ущільнювальні елементи 11 розташовані на боковій поверхні накладок 10 у кільцевих пазах 12, у результаті чого конструкція є такою, що самоущільнюється. Один з кінців свердловинного акустичного випромінювача 3 - верхня голівка (на кресленні не показана) має контактний пристрій під кабельний наконечник, а на другому - розміщується демпферний пристрій 13 з конусоподібним наконечником 14 для кращого проходження випромінювача по насосно-компресорним трубам. Демпферний пристрій 12 призначений для поглинання подовжньої складової акустичної хвилі. Елементи армування 15, що виконані, наприклад, у вигляді сильфонів, розташовані ззовні пакета п'єзокерамічних елементів 9, а їхнє з'єднання з накладками 10 виконано рухливим, що дозволяє робити настроювання випромінювача в процесі його експлуатації. Корпусні деталі свердловинного акустичного випромінювача виконані зі сталі. П'єзоелементи 9 виконані з кераміки, а інші елементи є елементами загального призначення і загальнопромисловими. Пропонований пристрій для акустичного впливу на нафтогазоносні пласти працює таким чином. Перед спуском у свердловину акустичного випромінювача 3, попередньо шляхом дослідження одержують інформацію, що включає дані по геологічній структурі, глибині свердловини, її дебіту, рівні пластового тиску й іншу інформацію, що дозволяє визначити й оптимізувати режим акустичного впливу і прогнозувати його результати. За результатами попередніх досліджень підготовляють до роботи всю апаратуру: проводять її настроювання. Потім свердловинний акустичний випромінювач 3, що з'єднаний електрично з наземними приладами 1, спускають на кабелі 2 у свердловину і розміщують у зоні перфорації. Включають генератор 4, що знаходиться в наземній частині пристрою 1. Від генератора 4 напруга визначеної частоти, по кабелю 2 подається на п'єзоперетворювачі 9 свердловинного акустичного випромінювача 3. Завдяки п'єзоефекту, електрична енергія перетворюється в механічну. Амплітуда випромінюваної акустичної хвилі пропорційна амплітудам радіальних і аксіального механічних коливань елементів акустичного випромінювача 3. Подовжня акустична хвиля, що збуджується, відбиваючись з конусних поверхонь накладок-кутикових відбивачів 10, іде у радіальному напрямку стосовно випромінювача 3 і надходить потім безпосередньо в середовище, що оточує випромінювач. За рахунок наявності демпферного пристрою 13 здійснюється поглинання тієї частини подовжньої складової акустичної хвилі, що не відбилася з конусних поверхонь накладок-кутикових відбивачів 10, що підвищує ефективність роботи випромінювача 3. Коректування параметрів електричних сигналів, що подаються на п'єзоперетворювачі 9 убік максимилізації акустичного впливу на привибійну зону, пласт, здійснюється автоматично в наземних приладах 1 електронного блоку керування і контролю робочих параметрів 5. Відхилення від резонансної частоти випромінювання свердловинного акустичного випромінювача 3, викликаного факторами привибійної зони (температура, тиск, величина приєднаної маси й тому подібне) автоматично фіксується блоком контролю робочих параметрів 6. Ці відхилення сприймаються блоком програмного аналізатора 7 як керуючі сигнали, завдяки яким коригується частота сигналу генератора 4 і відновлюється стан резонансу. У блоці 6 виробляється різницевий сигнал, що надходить на вхід генератора 4. Цей різницевий сигнал служить для керування роботою генератора 4, змінюючи його вихідні параметри для забезпечення максимального для даного пласту акустичного випромінювання випромінювача 3. Цей же сигнал надходить і на блок індикації 8, який забезпечує візуалізацію й контроль динаміки розвитку кавитаційних процесів у привибійній зоні, а отже й фільтраційних властивостей пластів свердловини. Внаслідок того, що всі електронні блоки 5, у тому числі й генератор 4, розміщені на поверхні, у наземній частині 1 пристрою, яка кабелем 2 пов'язана зі свердловинним акустичним випромінювачем 3, виключається поява сигналів помилки, що також підвищує ефективність і надійність роботи пристрою. Пристрій працює в автоматичному режимі, підтримуючи необхідну резонансну частоту. Вихід генератора кабель - свердловинний акустичний випромінювач утворюють резонансну систему, що забезпечує можливість спрощеного та ефективного узгодження усіх блоків та мінімальні втрати потужності електричних сигналів. При цьому на випромінювач подається максимально можлива електрична енергія. Це також сприяє ефективному впливу на пласти свердловини на глибинах до та вище 5 км. Пристрій забезпечує можливість автоматичного підстроювання на резонансну частоту і безперервний контроль за режимом роботи випромінювача. Заявлений пристрій для акустичного впливу на нафтогазоносні пласти завдяки своїй конструкції є багаторазовим, має просту конструкцію, низькі енергозатрати і при використанні дозволяє підвищити продуктивність свердловин (інтенсифікувати видобуток нафти, газу води і збільшити ступінь їх добування з родовища) за рахунок підвищення проникності порід привибійної зони шляхом розформування засмічених і слабопроникних зон нафтогазоносних пластів. По запропонованому пристрою для акустичного впливу на нафтогазоносні пласти виготовлені експериментальні зразки, що пройшли промислові випробування на нафтових родовищах республіки Колумбія і Сірійської арабської республіки в 2004 році, які підтвердили його працездатність, промислову придатність і одержання очікуваних технічного результату і позитивного ефекту. Запропонований пристрій може знайти застосування при проведенні робіт з інтенсифікації нафтогазоконденсатних свердловин. Джерела інформації: 1. Патент UA №28132 С2, МПК Е 21 В 43/25, опубл. 16.10.2000р., Бюл. № 5. 2. Заявка UA № 2001096170 від 07.09.2001р., МПК Е 21 В 43/25, опубл. 17.03.2003р., Бюл.№3 (прототип). 3. Б.А. Агранат, Μ.Η. Дубровин. Основы физики и техники ультразвука. - М.: Высшая школа, 1987. - С. 156 164.