устройство для магнитно-гидроимпульсной обработки скважин (варианты)

Формула изобретения

1. Устройство для магнитно-гидроимпульсной обработки скважин, содержащее направляющую трубу и корпус со средствами создания и преобразования импульсного давления в жидкости, выполненные в виде соосно и последовательно размещенных в направлении к рабочей полости многовиткового индуктора импульсного магнитного поля, взаимодействующего с подвижной высокоэлектропроводной пластиной и пластиной из материала с высокой механической прочностью, и запирающий элемент, при этом обе пластины установлены с зазором по отношению к направляющей трубе и корпусу устройства, в котором выполнены радиальные каналы для соединения полости над пластинами с внутренней полостью обрабатываемой трубы, при этом внутри направляющей трубы расположен силовой коаксиальный кабель питания индуктора, а рабочая полость корпуса образована направляющей трубой, корпусом и обрабатываемой трубой, при этом обе пластины выполнены с возможностью синхронного перемещения в рабочей полости корпуса для генерирования ими гидроудара в рабочей полости и в зазорах между корпусом и обрабатываемой трубой при протекании импульсного разрядного тока по виткам индуктора, причем зазоры имеют переменный профиль сечения, суженный к торцевым поверхностям корпуса.

2. Устройство для магнитно-гидроимпульсной обработки скважин, содержащее направляющую трубу, корпус со средствами создания и преобразования импульсного давления в жидкости, выполненные в виде соосно и последовательно размещенных в направлении к рабочей полости многовиткового индуктора импульсного магнитного поля, взаимодействующего с подвижной высокоэлектропроводной пластиной и пластиной из материала с высокой механической прочностью, и запирающий элемент, при этом рабочая полость образована направляющей трубой, обрабатываемой трубой, нижней поверхностью запирающего элемента, выполненного с возможностью установочного вертикального перемещения, корпусом и боковой поверхностью запирающего элемента и обрабатываемой трубой, а между корпусом и обрабатываемой трубой имеются зазоры переменного профиля сечения, суженные к торцевым поверхностям корпуса, при этом обе пластины выполнены для генерирования ими гидроудара в рабочей полости и в зазорах между корпусом и обрабатываемой трубой при протекании импульсного разрядного тока по виткам индуктора, а объем рабочей полости выполнен пропорциональным заданной величине зоны обработки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области добывающих отраслей промышленности, в частности к нефтедобывающей промышленности, и может быть использовано для повышения эффективности обработки призабойной зоны нефтяных скважин и устранения вредного влияния асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО).

Известен «Способ воздействия на призабойную зону пласта и устройство для его осуществления», патент России 2121568, заявка №98105083, МКИ Е21В 043/25, Е21В 028/00. Данные способ и устройство характеризуются применением рабочего агента и эжектирующих устройств, стимулирующих приток нефти с использованием эффектов гидродинамики кавитационного происхождения. Имеется система каналов, диффузоров и переключателей, преобразующих потоки рабочего агента по скоростям и давлениям, которые и оказывают влияние на призабойную зону скважины. Недостатками таких устройств являются необходимость применения большого количества элементов, каналов, рабочего агента, поддержание стабильности проходных сечений этих каналов, диффузоров, переключателей в сложных условиях нахождения в АСПО, нефтяных эмульсиях, солевых отложениях. Все это снижает надежность работы устройства и тем самым отрицательно влияет на достижение технического результата качества очистки скважин. Возможно также негативное влияние химического рабочего агента на состояние окружающей природной среды.

Известно «Устройство для обработки призабойной зоны скважины» патент России №2138630, В21D 26/14.

В этом устройстве используются имплозионные (взрывные) камеры и корпусные перфораторы с зарядами повышенной пробивной способности, создающие одновременно тепловое и ударное воздействие на призабойную зону.

Однако при высокой эффективности такого устройства необходима постоянная замена расходного материала (сгораемый материал), создание определенной температуры воспламенения (240°С), достаточно продолжительное время обработки (2÷10 мин) и повышенные меры безопасности при работе со взрывными и газообразными веществами.

Известна разработка ООО «НПО Волгахимэкспорт» в области применения физических методов воздействия на призабойную зону нефтяных и нагнетательных скважин - электроимпульсная обработка скважин (Рекламные материалы; факс +7(8462)78-42-21. e-mail.ru: Volgachemexport @ samaramail/ru. Http://www.Volgachemexport.ru).

Суть метода состоит в разряде конденсаторных батарей на систему электродов, помещенных в жидкость призайбойной зоны скважины, и раздроблении твердой фазы перфорированного пласта, что увеличивает объемы добываемого продукта.

Недостатками таких устройств, использующих принцип электроискрового пробоя в жидкости, являются низкая стойкость и эррозия разрядных электродов, зависимость параметров разряда от изменяющихся свойств жидкости, повышенный уровень напряжения, заряда конденсаторных батарей (12÷30 кВ и более).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Устройство для импульсной гидравлической штамповки» по авторскому свидетельству СССР №1139004 В21D 26/06; 26/14, 1979 г. Это устройство содержит камеру со средствами создания и преобразования импульсного давления в жидкости, запирающий элемент, каналы высокого давления, выходящие в рабочую полость между запирающим элементом и обрабатываемой трубой. В этом устройстве последовательно и соосно размещены многовитковый индуктор импульсного электромагнитного поля, взаимодействующая с ним подвижная высокоэлектропроводная пластина и пластина из материала с высокой механической прочностью, а также подвижный, опирающийся на последнюю, поршень-мультипликатор.

Это устройство позволяет создавать в жидкости между обрабатываемой трубой и запирающим элементом высокие импульсные давления, действующие в микросекундном диапазоне и амплитудами порядка 1000 атм.

Такие параметры процесса обеспечивают раздачу труб, тем более очистку перфорированных участков в пределах диаметров от 10 до 100 мм. Достоинством такого устройства является также необязательность строгой герметизации зазоров между обрабатываемой трубой и рабочей полостью в импульсном режиме, так как в этом случае происходит самозапирание жидкости. Недостатками этого устройства являются ограниченный объем рабочей полости, не позволяющий вести обработку труб большего диаметра (от 100 до 300 мм), недостаточное центрирование передающих давление пластин относительно корпуса, а также необходимость наличия воздушных пространств для перемещения передаточных элементов устройства. Т.е. данное устройство является неэффективным для обработки номенклатуры труб в диапазоне от 100 до 300 мм.

Решаемой задачей предлагаемого изобретения является создание эффективного устройства для магнитногидроимпульсной обработки скважин за счет повышения производительности обработки, возможности расширения номенклатуры обрабатываемых труб в диапазоне (от 100 до 300 мм) и регулирования зоны обработки.

Технический результат изобретения в устройстве для магнитногидроимпульсной обработки скважин (его первом варианте), содержащем направляющую трубу и корпус со средствами создания и преобразования импульсного давления в жидкости, выполненные в виде соосно и последовательно размещенных в направлении к рабочей полости многовиткового индуктора импульсного магнитного поля, взаимодействующего с подвижной высокоэлектропроводной пластиной и пластиной из материала с высокой механической прочностью, запирающий элемент, достигается тем, что обе пластины установлены с зазорами по отношению к направляющей трубе и корпусу устройства и в них выполнены центральные отверстия, при этом внутри направляющей трубы расположен силовой электрокабель (коаксиальный) питания индуктора, причем обе пластины выполнены с возможностью синхронного перемещения в рабочей полости корпуса, образованной направляющей трубой, радиальными каналами в корпусе, корпусом и зазорами между корпусом и обрабатываемой трубой, а зазоры имеют переменный профиль сечения, сужающийся к торцовым поверхностям корпуса.

Технический результат изобретения в устройстве для магнитногидроимпульсной обработки скважин (его втором варианте), содержащем направляющую трубу и корпус со средствами создания и преобразования импульсного давления в жидкости, выполненные в виде соосно и последовательно размещенных в направлении к рабочей полости многовиткового индуктора импульсного магнитного поля, взаимодействующего с подвижной высокоэлектропроводной пластиной и пластиной из материала с высокой механической прочностью, запирающий элемент, достигается тем, что рабочая полость образована направляющей трубой, обрабатываемой трубой, нижней поверхностью запирающего элемента, выполненного с возможностью установочного вертикального перемещения, зазорами между корпусом и боковой поверхностью запирающего элемента и обрабатываемой трубой, при этом объем рабочей полости выполнен пропорциональным заданной величине зоны обработки трубы.

Такой вариант дает дополнительные возможности по регулированию площади обрабатываемой поверхности и снижению гидросопротивлений в режиме импульсной обработки перфорированной трубы и призабойной зоны.

Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи:

На фиг.1 (первый вариант) - изображено устройство с радиальными каналами, где

1 - корпус,

2 - индуктор,

3 - крышка корпуса,

4 - направляющая труба,

5 - силовой кабель,

6 - пластина из материала с высокой электропроводностью,

7 - пластина из материала с высокой механической прочностью,

8 - радиальные каналы,

9 - трос,

10 - обрабатываемая труба,

11 - перфорации,

12 - жидкость.

На фиг.2 - устройство с регулируемым объемом рабочей полости, где

1 - корпус,

2 - индуктор,

3 - крышка корпуса,

4 - направляющая труба,

5 - силовой кабель,

6 - пластина из материала с высокой электропроводностью,

7 - пластина из материала с высокой механической прочностью,

8 - запирающий элемент,

9 - трос,

10 - обрабатываемая труба,

11 - перфорации,

12 - жидкость.

Устройство с радиальными каналами фиг.1 (по первому варианту), состоит из корпуса 1, установленного снизу в кольцевой упор индуктора 2, поджимаемого к корпусу 1 крышкой 3. Через корпус 1 и центральное отверстие в индукторе соосно корпусу 1 проходит направляющая труба 4 с силовым кабелем 5. К рабочей поверхности индуктора 2 примыкает пластина 6 из материала с высокой электропроводностью, на которой устанавливается пластина 7 из материала с высокой механической прочностью.

Полость над пластинами и внутренней поверхностью обрабатываемой трубы 10 соединяется радиальными каналами 8. Опускание в зону обработки и подъем устройства осуществляется с помощью троса 9, закрепленного в верхней части корпуса 1, который целиком расположен в жидкости 12 трубы 10 с перфорациями 11.

Устройство, изображенное на фиг.1 (по первому варианту), работает следующим образом: после соединения силового кабеля 5 (коаксиальный кабель) с выводами индуктора 2, закрепления крышки 3 и троса 9, устройство опускается в зону обработки, при этом происходит заполнение всех полостей устройства жидкостью 12, находящейся в обрабатываемой трубе 10.

В период нахождения устройства в зоне обработки происходит заряд конденсаторных батарей передвижной магнитно-импульсной установки, находящейся на поверхности, до необходимого уровня запасаемой энергии, при этом время заряда составляет 5-15 с, после чего производят разряд накопленной энергии на индуктор 2, время разряда 500·10^-6 ÷1000·10^-6 с. При протекании импульсного разрядного тока амплитудой до 50 кА по виткам индуктора 2 происходит гидроудар, генерируемый пластинами 6 и 7 в рабочей полости. В результате образуются фронты ударных волн и избыточное давление в зоне обработки, что обеспечивает разрушение накопленных в перфорациях 11 и призабойной зоне асфальтосмолопарафиновых отложений, нефтяных эмульсий и других включений и очистку зоны, увеличивая тем самым производительность скважины.

Устройство с регулируемым объемом рабочей полости фиг.2 (по второму варианту) содержит корпус 1 с установленным в его нижней части в кольцевой упор индуктором 2, поджимаемым к корпусу 1 крышкой 3. Через центральное отверстие в индукторе 2 и крышке 3 соосно корпусу пропущена направляющая труба 4, внутри которой проходит силовой кабель 5. К рабочей поверхности индуктора 2 примыкает пластина 6 из материала с высокой электропроводностью, на которой установлена пластина 7 из материала с высокой механической прочностью. Запирающий элемент 8 контактирует с направляющей трубой 4 с помощью резьбового или винтового соединения и имеет возможность перемещения вдоль оси направляющей трубы 4. Устройство перемещается в жидкости 12 обрабатываемой трубы 10 с помощью троса 9, закрепляемого в верхней части направляющей трубы 4 для установки в зоне обработки отверстий 11.

Устройство, изображенное на фиг.2 (по второму варианту), работает следующим образом: операции установки устройства в зону обработки аналогичны описанным для фиг.1, за исключением выбора объема рабочей полости, который определяется необходимой величиной обрабатываемой площади трубы 10.

При пропускании импульсного тока через витки индуктора 2 в рабочей полости между запирающим элементом 8, направляющей трубой 4, обрабатываемой трубой 10 и зазорами между боковыми поверхностями запирающего элемента, корпуса 1 и обрабатываемой трубы 10 возникают фронты ударных волн, избыточные давления, которые производят разрушение отложений различного происхождения в перфорации и призабойной зоне, что увеличивает производительность скважин.

Отсутствие радиальных каналов увеличивает параметры давления в рабочей полости, т.к. уменьшаются гидросопротивления.

Техническая эффективность предлагаемого изобретения по сравнению с известными устройствами импульсного воздействия на призабойные зоны скважин заключается в том, что обработка происходит в микросекундном диапазоне времени с высокими регулируемыми импульсными давлениями (до 1000 атм), с возможностью выбора определенной зоны обработки, отсутствуют расходные материалы и взрывчатые вещества, повышена надежность работы устройства. Все это обеспечивает уменьшение времени на обработку скважин, а значит, повышается производительность обработки, что в результате дает повышение нефтеотдачи и рост экономической эффективности от использования предлагаемого изобретения в данной отрасли промышленности.