способ виброобработки пластов в нагнетательных скважинах

Формула изобретения

Способ виброобработки пластов в нагнетательных скважинах, оборудованных поршневым насосным агрегатом, насосно-компрессорными трубами и гидравлическим вибратором, установленным на забое скважины, предусматривающий следующие операции:

а) установку составного акустического преобразователя шума из набора четвертьволновых резонаторов с несколькими резонансными частотами в нагнетательной линии поршневого насосного агрегата;

б) преобразование низкочастотного шума поршневого насосного агрегата в ультразвук;

в) выравнивание в нагнетательной линии над гидравлическим вибратором низкочастотных пульсаций и создание равномерного потока жидкости в гидравлический вибратор;

г) продавливание равномерно в пласт импульсами давлений жидкости с последующим увеличением радиуса обработки призабойной зоны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области разработки месторождений.

Известен способ освоения скважин путем продавки воды под высоким давлением [1].

Сущность этого метода освоения и повышения производительности скважин заключается в том, что в скважину с большим расходом и под высоким давлением закачивается жидкость, не снижающая проницаемость пласта. Благодаря этому в призабойной зоне открываются трещины, расширяются поры и закупоривающий материал жидкостью уносится в глубь пласта.

Кроме того, при осуществлении продавки под высоким давлением за счет остаточной деформации пласта и некоторого разрушения поверхности трещин после снятия давления трещины в некоторых случаях полностью не раскрываются. За счет этого проницаемость зоны увеличивается против той, которая была до обработки.

Недостатком способа является то, что при превышении давления нагнетания над пластовым происходит гидравлический разрыв пласта и дальнейший процесс закачки воды в пласт становится неуправляемым.

Известен способ вибровоздействия на призабойную зону скважин [2].

Вибровоздействие на пласт осуществляется с помощью механических, гидравлических и ультразвуковых генераторов волн давления в пористой среде. Наибольшее распространение получили гидравлические вибраторы, создающие волны давления вследствие периодического перекрытия золотником потока нагнетаемой в вибратор жидкости. Золотник с прорезями вдоль образующей цилиндра вращается на цилиндрическом неподвижном стволе, также имеющем продольные щели-прорези. При этом золотник выполняет роль турбинки, вращающейся под действием энергии потока рабочей жидкости.

Периодические гидравлические удары возникают вследствие перекрытия золотником отверстий в стволе. Для запуска (при полностью перекрытых отверстиях золотника и ствола) гидравлический вибратор имеет пусковые отверстия.

В процессе работы вибратора возникают циклические колебания давления и гидравлические удары в трубах, сопровождающиеся импульсным истечением жидкости из донного отверстия ствола.

Недостатком данного способа является неравномерное вращение золотника (турбинки), которое приводит к созданию неравномерного истечения жидкости из донного отверстия ствола вибратора. В результате пульсации потока обработка или продавка жидкостей в низкопроницаемый пласт будет некачественная.

Задачей изобретения является оптимизация работы скважинных вибраторов за счет снижения пульсаций потока при обработке или продавке жидкостей в низкопроницаемые пласты.

Поставленная задача достигается тем, что устанавливают составной акустический преобразователь шума из четвертьволновых резонаторов в нагнетательную линию поршневого насосного агрегата, преобразуют низкочастотный шум поршневого насосного агрегата в ультразвук, выравнивают в нагнетательной линии над гидравлическим вибратором низкочастотные пульсации и создают равномерный поток жидкости в гидравлический вибратор, продавливают в пласт импульсами давлений жидкость с последующим увеличением обработки призабойной зоны.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в предлагаемом способе осуществляется выравнивание потока жидкости перед вибратором. За счет этого золотник с прорезями (турбинка) в вибраторе начинает вращаться равномерно, а поток жидкости становится непрерывным и плавным.

Таким образом, изобретение соответствует критерию «новизны».

Сравнение предлагаемого решения с другими техническими решениями показывает, что создание высоких знакопеременных колебаний на забое скважины известно /2/. Однако не известно, что с помощью резонатора можно уменьшить уровень пульсаций жидкости и стабилизировать работу золотника с прорезями (турбинки), изменяя тем самым режим закачки жидкости в пласт, и выровнять профиль приемистости пласта.

Таким образом, изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемое решение может быть реализовано из стандартных изделий на любых нагнетательных скважинах.

Таким образом, изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».

Физические процессы при решении задачи

В современных системах заводнения в подавляющем большинстве случаях на насосных станциях установлены центробежные насосы с электрическим приводом.

На подбор рационального насосного оборудования кустовых насосных станций (КНС) в первую очередь влияет режим закачки воды по нагнетательным скважинам. Отдельные нагнетательные скважины требуют повышенного давления для закачки, а другие обладают высокой приемистостью при сравнительно низких давлениях нагнетания. Даже при сгруппированных скважинах присутствует явление - неравномерности подачи воды в напорном трубопроводе, что приводит к неравномерности подачи воды в нагнетательных линиях.

На фиг.1 приведены диаграммы импульсов давления Р, создаваемые вибратором.

На фиг.2 приведена диаграмма импульсов давления Р с установкой в нагнетательной линии составного акустического преобразователя шума из четвертьволновых преобразователей.

На фиг.3 изображена схема размещения в нагнетательной линии составного акустического преобразователя шума из четвертьволновых резонаторов.

На фиг.1 изображена диаграмма импульсов давления Р с неравномерным периодом следования.

Неравномерность периодов Т следования импульсов давления создается за счет неравномерного вращения золотника (турбинки) во времени, где Т(1) Т(2) Т(3).

На фиг.2 изображена диаграмма импульсов давления Р с равномерным вращением золотника во времени t с периодом Т, где Т(1)=Т(2)=Т(3)=Т(4).

Равномерность периодов следования импульсов объясняется равномерностью вращения золотника (турбинки), причиной которой является стабилизация потока жидкости. Стабильность потока создает акустический резонатор, встраиваемый над вибратором в нагнетательную линию, изменяя тем самым режим закачки жидкости в пласт, и выровнять профиль приемистости пласта.

Схема системы для реализации предлагаемого способа представлена на фиг.3, где 1 - поршневой насосный агрегат (например, ЦА-300 или АН-500);

2 - составной акустический преобразователь шума из четвертьволновых резонаторов (например, [3]; 3 - насосно-компрессорные трубы; 4 - гидравлический вибратор.

В практике борьбы с шумом в промышленности применяют четвертьволновые резонаторы [4]. В конструктивном отношении - это труба, замкнутая с одного конца акустически жестко, а с другого конца - акустически мягко.

Если труба с одного конца (х=l) открыта, а с другого конца (х=l) замкнута акустически жестко, то [5]

и условие для второго конца (х=l) дает

Собственные частоты определяются выражением

где f - частота.

Эти резонаторы имеют несколько резонансных частот.

Пример расчета

Известно, что работа центробежных насосных агрегатов сопровождается колебаниями в звуковом диапазоне частот 16 Гц -20 кГц [6].

Выбираем стандартную насосно-компрессорную трубу (НКТ) шестиметровую. Делим ее на 2 м и 4 м, т.е. получаем два резонатора.

Тогда для четырехметровой трубы (первый резонатор) при скорости звука в жидкой среде С 1500 м/с получают (согласно формуле (4)) частоты, которые поглощаются из спектра шума поршневого насосного агрегата: основная частота f=100 Гц и ее гармоники: f 300 Гц, f 500 Гц и т.д.

Для двухметровой трубы (второй резонатор) при скорости звука в жидкой среде С 1500 м/с получают (согласно формуле (4)) частоты, которые поглощаются из спектра шума поршневого насосного агрегата: основная частота f 200 Гц и ее гармоники: f 600 Гц, f 1000 Гц и т.д.

Для расширения диапазона поглощаемых частот в шуме поршневого насосного агрегата можно добавить набор резонаторов с соответствующими частотами.

Пример осуществления способа.

Первая операция. Устанавливают составной акустический преобразователь шума из четвертьволновых резонаторов 2 (фиг.3) в нагнетательную линию 3 (фиг.3) поршневого насосного агрегата (например, ЦА-300 или АН-500).

Вторая операция. Преобразуют низкочастотный шум поршневого насосного агрегата в ультразвук.

Третья операция. Выравнивают пульсации периодов Т(1), Т(2) и Т(3) импульсов давления Р (фиг.1), генерируемого поршневым насосным агрегатом 1 (фиг.3), в нагнетательной линии 3 (фиг.3) над гидравлическим вибратором 4 (фиг.3).

Четвертая операция. Создают равномерный поток жидкости в гидравлический вибратор.

Пятая операция. Продавливают равномерно с периодом Т(1), Т(2) и Т(3) импульсами давления (фиг.2) жидкость в пласт с последующим увеличением радиуса обработки призабойной зоны.

Предложенный способ прошел промысловые испытания на Ван-Еганском на месторождении Тюменской области (куст №10, скважина №900, расход жидкости 240 куб.м/сут, давление 80 атм) на глубине 950 м с составным акустическим преобразователем шума из четвертьволновых резонаторов и без него.

Результаты испытания: пульсация потока снизилась в 2 раза, а забойное давление снизилось на 5 атм.

Обоснование результатов промысловых испытаний

В результате преобразования низких частот, создаваемых поршневым насосным агрегатом, в ультразвуковые произошло повышение эффективности работы насосов за счет снижения их пульсации в области низких частот. Расход воды, подаваемой в вибратор, при этом стал непрерывным и плавным. Повысилась эффективность работы вибратора за счет непрерывной и плавной подачи воды насосом и плавного вращения золотника вибратора. При этом давление над вибратором стало не пульсирующим, а постоянным. Кроме того, периоды следования импульсов давлений при работе вибратора приобретают определенную оптимальную ритмичность во времени (см. фиг.2).

Все эти факторы привели к повышению коэффициента полезного действия вибратора и качества обработки продуктивного пласта за счет увеличения радиуса воздействия.

В конечном итоге это способствует повышению технологической эффективности обработки прискважинных зон пластов в нагнетательных.

Источники информации

1. Эксплуатация системы заводнения пластов. / В.А.Еронин, А.А.Литвинов и др. М.: «Недра», 1967.- С.231-233.

2. Гиматудинов Ш.К. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. -М.: Недра, 1983. С.364-367 [ПРОТОТИП].

3. Патент RU 2109134, кл.Е 21 В 43/25.

4. Борьба с шумом на производстве: Справочник/Е.Я. Юдин, Л.А. Борисов, И.В.Горенштейн и др.; Под общ ред. Е.Я. Юдина. -М.: Машиностроение, 1985. -С. 130-132.

5. Скучик Е. Основы акустики. T.I. (перевод с немецкого). - М.: ИЛ. 1958.-С.169.

6. Справочник по технической акустике: Пер с нем. /Под ред. М. Хекла и Х.А. Мюллера. - Судостроение. 1980. - С. 217-218.