Спосіб хвильового свабирування свердловин та пристрій для його здійснення

1. Спосіб хвильового свабирування свердловин містить розкриття пласта корисної копалини свердловинами, заповнення свердловини рідиною, прикладення до рідинного стовпа в свердловині статичного тиску і коливальних рухів, відрізняється тим, що стовп рідини в свердловині стискують статичним тиском, який дорівнює чи є вищий границі міцності відкачуваємої рідини на розрив і прикладають до нього на гирлі свердловини хвилі розтягу з вектором швидкості хвильового руху, направленим уздовж осі свердловини знизу догори, при величині амплітуди швидкості хвильового руху по всій висоті стовпа рідини в свердловині, перевищуючи критичну швидкість, при якій амплітуда тисків в об'ємі рідини, охопленій хвилею, перевищує тиск в'язкостного опору рідини її руху з заданою швидкістю: 29865 отвором, площина поперечного перерізу якого складає не менше 10% площини поперечного перерізу внутрішнього діаметра обсадної колони. 7. Пристрій за п. 6, відрізняється тим, що генератор хвиль з заданим вектором швидкості хвильового руху виконують ударним з металевим випромінювачем, з'єднаним з рідинним хвилеводом і далі через свердловину колектором. 8. Пристрій за п. 6, відрізняється тим, що паккервідбивач хвиль установлено на колоні труб і виконано у вигляді порожнистого зрізаного конуса зі зовнішніми та внутрішніми поверхнями відбиття, виконаними за експонентою і з отвором у вузькій частині конуса, проходний переріз якого площина зазору по більшому зовнішньому діаметру між паккером-відбивачем і обсадною трубою такі, що до рівнюють між собою і не перевищують кожний в окремості 10% перерізу внутрішнього діаметра обсадної труби. 9. Пристрій за п. 6, відрізняється тим, що хвильовий паккер-відбивач виконано акустично м'яким. 10. Пристрій за п. 6, відрізняється тим, що паккер-відбивач при будь-якій потужності колектора установлено нерухомо на позначці, нижче верхньої позначки колектора на відстані довжини хвилі, звуженою частиною до гори. 11. Пристрій за п. 6, 7, відрізняється тим, що стандартний фазовий перетворювач установлено за генератором хвиль, а хвилі генерують кількома генераторами, розташованими під кутом не вище 30 град. до осі загального рідинного хвилеводу в одній чи в кількох площинах. Винахід належить до гірничої справи і може бути використаний для видобування корисних копалин через свердловини. Відомий спосіб направленого хвильового впливу на гірничі породи на місці залягання (А. с. СРСР № 1030540, кл. Е21В43/28, 1980). Недоліком способу є те, що в ньому не поставлене і не вирішене завдання формування розтяжних хвиль заданої структури і передачі їх в свердловину та далі - в колектор. Найбільш близьким технічним вирішенням, обраним як прототип, є спосіб підвищення проникності гірничих порід на місці залягання (А. с. СРСР № 1240112, кл. Е21В43/28, 1983). Спосіб містить розкриття пласта корисної копалини свердловиною, подавання в свердловину рідини. На рідину впливають ударними хвилями з передаванням їх через рідинний хвилевод в свердловину з наступним поворотом на відбивачі в пласт. Недоліком способу є генерування і випромінювання в пласт хвиль стиснення, що не вирішує проблему свабирування свердловин, яке полягає в створенні глибокого розрідження в свердловині. Пристрій, який реалізує вищевикладений спосіб, містить хвильовий відбивач. Хвильовий відбивач з'єднаний з генератором силових хвиль, випромінювачем і концентратором хвиль за допомогою рідинного хвилеводу, яким є свердловина, заповнена рідиною. Недоліком відомого пристрою є те, що він не генерує розтяжних хвиль і не передає їх в колектор. Завданням винаходу є генерування розтяжних хвиль, випромінювання їх в свердловину і далі - в колектор, що створює глибоке розрідження в свердловині та в колекторі. Це досягається за рахунок генерування хвиль з вектором швидкості хвильового руху, спрямованим уздовж осі свердловини знизу догори. Технічна ефективність від реалізації винаходу полягає в створенні глибокого розрідження в свердловині, яке забезпечує ліквідацію скін-ефекту в ближній до свердловини зоні колектора, зниженню глибини депресової вирви та збільшенню припливу рідини з колектора до свердловини. Споживча ефективність від реалізації винаходу полягає в зниженні витрат на видобування, збі льшення дебіту свердловин і підвищення коефіцієнта добування корисної копалини. Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що спосіб хвильового свабирування свердловин містить розкриття пласта корисної копалини свердловиною і заповнення її рідиною, генерування хвиль заданої структури на гирлі свердловини з наступним передаванням їх через стовп рідини в свердловину і поворотом хвиль уздовж пласта відбиття їх в заданому інтервалі колектора. Відповідно до винаходу, стовп рідини в свердловині стискують статичним тиском, таким, що дорівнює чи вище межі міцності відкачуваної рідини на розрив і прикладають до нього на гирлі свердловини хвилі розтягу з вектором швидкості хвильового руху, спрямованим уздовж осі свердловини знизу догори, при величині амплітуди швидкості хвильового руху по всій висоті стовпа рідини в свердловині, що перевищує критичну швидкість, при якій амплітуда тисків в об'ємі рідини, який охоплено хвилею, перевищує тиск в'язкісного опору рідини її руху з заданою швидкістю: де - тиск в'язкісного опору рідини швидкісному деформуванню з заданою швидкістю; - швидкість поздовжньої хвилі в реальній рідині; - модуль пружності рідини. Початкове значення швидкості хвильового руху на гирлі свердловини обирають з умови: де - швидкість хвильового руху рідини на контакті колектора із свердловиною; - швидкість хвильового руху рідини на гирлі свердловини; - глибина залягання колектора; - декремент загасання хвилі в стовпі рідини уздовж свердловини; 2 29865 позначки колектора на відстані довжини хвилі, звуженою частиною догори. Для перетворення хвиль стиснення в розтягувальні хвилі на поверхні, як варіант конструктивного виконання, за генератором хвиль установлюють стандартний фазовий перетворювач, а хвилі генерують кількома генераторами на один хвилевод, розташований під кутом, не вище 30° до осі загального рідинного хвилеводу в одній чи кількох площинах. Запропонований винахід ілюструється кресленнями, де на фіг. 1 наведено конструкцію ударного генератора розтяжних хвиль з випромінювачем; на фіг. 2 - конструкція ударного генератора розтяжних хвиль з фазовим перетворювачем; на фіг. З - конструкція пристрою хвильового свабирування свердловин. Спосіб хвильового свабирування свердловин здійснюється таким чином. Перед навантаженням свердловини розтяжними хвилями, вона заповнюється рідиною. Рідиною заповнюють і став труб усередині обсадної колони. За великого поглинання свердловиною рідини, усередині обсадної колони, в ній залишають статичний рівень. Став труб усередині обсадної колони, в будь-якому випадку заповнюють рідиною до виливання. При цьому в донній частині ставу труб роблять дросельний отвір перерізом не менше 10% площини поперечного перерізу внутрішнього діаметра обсадної колони, що дозволяє підтримувати усередині ставу труб надмірний тиск. Перед навантаженням стовпа рідини усередині ставу труб розтяжними хвилями його стискують статичним тиском, який є більшим чи таким, що дорівнює межі міцності рідини на розрив. Після цього до стовпа рідини на гирлі свердловини, прикладають хвилі розтягу з вектором швидкості хвильового руху, направленим уздовж осі свердловини знизу догори при величині амплітуди швидкості хвильового руху рідини в свердловині такій, що перевищує критичну швидкість, при якій амплітуда тисків в об'ємі рідини, охопленої хвилею, перевищує тиск в'язкісного опору рідини її руху з заданою швидкістю. При цьому початкове значення швидкості хвильового руху на гирлі свердловини обирають з умови не перевищення цієї швидкості критичної швидкості хвильового деформування гірничої породи, при якому відбувається її руйнування у відповідності до залежністі - частота хвиль; - швидкість хвиль в рідині; - утрачена енергія хвилі на заданій довжині; - початкова енергія хвилі. Відповідно до винаходу для охорони стінок свердловини від завалювання величину швидкості хвильового руху рідини на контакті її з колектором обирають менше критичної швидкості хвильового руху гірничої породи колектора: де - межа міцності на розрив гірничої породи, з якої складається колектор; - швидкість поздовжньої хвилі в гірничій породі колектора; - модуль пружності гірничої породи колектора. Для забезпечення суцільності рідинного хвилеводу, в процесі роботи здійснюють безперервне стравлювання газу, компенсуючи додатковою рідиною зменшення об'єму рідини в свердловині. Свабирування свердловин здійснюють через став герметично з'єднаних труб, опущених усередину обсадної колони, а з внутрішнього простору обсадної колони стравлюють газ. Пристрій, що реалізує спосіб хвильового свабирування свердловин, містить в собі генератор хвиль з випромінювачем, які установлено на гирлі свердловини, і паккер-відбивач хвиль в зоні колектора, з'єднані свердловиною, заповненою рідиною. Відповідно до винаходу, для передачі хвиль без втрат через рідинний хвилевод, хвилі з заданим вектором швидкості хвильового руху після генератора хвиль випромінюють в об'єм рідини, обмежений двома порожнистими зрізаними конусами, з'єднаними по більшому діаметру, причому хвилі випромінюють в зоні меншого зрізаного конуса, а меншим діаметром нижнього зрізаного конуса пристрій приєднують до гирла свердловини, при цьому хвилі випромінюють в свердловину, заповнену відкачуваною рідиною, а закачування рідини здійснюють через колону герметичних труб, опущених усередині обсадної колони. Генерують хвилі з заданим вектором швидкості хвильового руху ударом в металевому випромінювачі, після чого їх випромінюють в рідинний хвилевод і далі - через свердловину їх передають до колектора. Паккер-відбивач хвиль для повороту хвиль уздовж пласта установлюють на колоні труб і виконують його у вигляді порожнистого зрізаного конуса з зовнішніми та внутрішніми поверхнями відбиття, виконаними за експонентою і з отворами у вузькій частині конуса, прохідний переріз якого і площа зазору по більшому зовнішньому діаметру між паккером-відбивачем і обсадною трубою такі, що дорівнюють одне одному і не перевищують, кожний окремо, 10% перерізу внутрішнього діаметра обсадної труби. Для перетворення хвиль стиснення в хвилі розтягу, паккер-відбивач виконують акустично м'яким. Установлюють його нерухомо при будь-якій потужності колектора на позначці, нижче верхньої яка враховує й затухання хвилі уздовж стовпа рідини в ставі труб. На заданій позначці в зоні колектора хвилі розтягу на паккері-відбивачі повертають відбивачем уздовж колектора хвилями розтягу з напрямом вектора швидкості хвильового руху по радіусу до свердловини. В процесі свабирування свердловини здійснюють безперервне стравлення газу, компенсуючи додатковою рідиною зменшення об'єму рідини в свердловині. При цьому свабирування здійснюють через став герметично з'єднаних труб, опущених усередині обсадної колони, а з внутрішнього прос 3 29865 тору обсадної колони стравлюють газ. Контроль ефективності процесу свабирування здійснюють за кількістю рідини, яка поглинається свердловиною, чи за змінюванням статичного та динамічного рівнів в незаповненій рідиною свердловині. Пристрій (фіг. 1), що реалізує спосіб, містить в собі ударник 1, який наносить удари по випромінювачу 2, розміщені в корпусі 3, в якому є також пружний елемент 4 та розподільний клапан 5. В корпусі 3 виконано канал 6 для проходження енергоносія в порожнину холостого ходу ударника 1. Через штуцер підведення, за стрілкою А, надходить енергоносій в клапанний вузол генератора хвиль, а за стрілкою В здійснюється стравлювання газу при заповненні свердловини рідиною. Корпус 3 генератора хвиль переходить в урізаний порожнистий конус 7, з'єднаний по більшому діаметру фланцями з аналогічним порожнистим конусом 8, який своїм нижнім фланцем приєднаний до фланця 9 обсадної колони 10 на гирлі свердловини. Усередині обсадної колони 10 опущено став герметичних труб 11. Обсадна колона забезпечена штуцером для відкачування рідини, по стрілці Д, а став труб усередині колони - штуцером для подавання рідини, за стрілкою С. При установленні кількох генераторів на один загальний хвилевод (фіг. 2) пристрій у верхній частині забезпечують стандартним фазовим перетворювачем 12, а генератори хвиль установлюють під кутом до осі хвилеводу, що не перевищує 30°. Конструкція пристрою для хвильового свабирування свердловин, яка змонтована безпосередньо на свердловині, наведена на фіг. 3. В зоні колектора нижче його верхньої позначки на величину довжини хвилі А установлюють хвильовий паккер-відбивач 13, який закріплюють пластинами 14 до донної частини ставу труб 11 усе редині обсадної колони 10, а в самій донній частині установлюють жиклер 15. Пристрій працює таким чином. Після підключення до штуцера на ставі труб високого тиску рідини, за стрілкою С, в став труб нагнітають рідину під тиском, який перевищує міцність рідини на розрив до постійного її виливання. За стрілкою Д іде стравлювання газу та злив надмірної рідини, при умові відсутності сильного поглинання в свердловині. При наявності такого поглинання надмірна рідина буде поглинатися. Зі штуцера на генераторі хвиль, за стрілкою В, здійснюють стравлювання газу. Через штуцер за стрілкою А в генератор хвиль надають під тиском енергоносій, який, пройшовши через клапанний вузол, за допомогою клапана 5 навперемінно надається в верхню та нижню порожнини ударного вузла, завдяки чомуударник 1 з заданою частотою наносить удари по випромінювачу 2, формуючи в ньому хвилю розтягу, яка передається в рідинний хвилевод і далі - через рідинний хвилевод - в задану позначку колектора, де за допомогою паккера-відбивача відбивається хвилею розтягу уздовж пласта. Для цього паккер-відбивач роблять акустично м'яким, тобто його акустична жорсткість повинна бути нижче акустичної жорсткості рідинного хвилеводу. Хвилі розтягу створюють в колекторі біжучий перепад розрідження, який поширюється за кілометри від свердловини, забезпечуючи ліквідацію скін-ефекту в навколосвердловинній зоні, підвищення проникності колектора і приплив рідини до свердловини. В той же час, як статичне розрідження при звичайному (не хвильовому) свабируванні компенсується опором середовища на відстані до одного метра від свердловини і далі, та гірничий масив колектора цього розрідження не отримує. 4 29865 Фіг. 1 5 29865 Фіг. 2 6 29865 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 7