устройство для акустического воздействия на призабойную зону продуктивных пластов

Формула изобретения

Устройство для акустического воздействия на призабойную зону продуктивных пластов, содержащее наземный блок, соединенный кабелем со скважинным прибором, состоящий из датчика и генератора, соединенного с акустическим излучателем, отличающееся тем, что в скважинный прибор введены расположенные в его верхней части последовательно соединенные блоки опорного сигнала, сравнения и управления, выход которого соединен со вторым входом генератора, а в нижней части скважинного прибора расположены акустический излучатель, имеющий акустический контакт в месте его расположения с корпусом скважинного прибора и датчиком контроля уровня акустического излучения, который подключен ко второму входу блока сравнения, на указанном датчике расположен гидрофон, выходы которого соединены со вторым входом блока управления и с наземным блоком, при этом акустический излучатель и указанные датчик и гидрофон выполнены из пьезокерамики и конструктивно соединены между собой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для обработки нефтяных и газоконденсатных скважин.

Известно устройство для акустического воздействия на призабойную зону продуктивных пластов [патент США N R1 23381, кл. 166-249], содержащее наземные индикаторный блок и блок питания, соединенные кабелем со скважинным прибором, включающим генератор, акустический излучатель и датчик.

Данное устройство не обеспечивает возможность управления режимом работы акустического излучателя, а следовательно, и эффективного воздействия на обрабатываемый пласт. Известно устройство для акустического воздействия на призабойную зону продуктивного пласта [пат. РФ N 2026970, кл. E 21 B 43/25], содержащее наземные индикаторный блок и блок питания, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, включающим генератор, излучатель и датчик. В состав наземной аппаратуры входят также микропроцессор и связанный с ним двухсторонней связью блок управления, один выход которого соединен с блоком питания, другой - с индикаторным блоком. Входы блока управления через кабель соединены с расположенными также в скважинном приборе локатором муфт и через преобразователь с датчиком. Скважинный прибор выполнен трехсекционным. Нижняя секция с размещенным в ней акустическим излучателем заполнена трансформаторным маслом и вакуумирована, средняя секция с установленным в ней генератором заполнена трансформаторным маслом не более чем на 1/2 объема под атмосферным давлением, а верхняя с размещенным в ней локатором муфт, преобразователем и датчиком сообщена с окружающей средой в месте размещения датчика. Кабель выполнен одножильным.

Известное устройство по сравнению с аналогом, как отмечают авторы, обеспечивает увеличение эффективности акустического воздействия в 1,5-2 раза.

Вместе с тем, необходимость чередования циклов "измерение" и "воздействие" увеличивает время определения величины оптимального воздействия на пласт. В течение цикла "воздействие" характеристики фильтрационных свойств могут измениться и не соответствовать определенной в цикле "измерение" величине воздействия. Т.е. поддержание постоянства оптимального воздействия затруднено.

Важно отметить, что необходимость помещения акустического излучателя в трансформаторное масло приводит к ослаблению величины мощности акустического излучения вследствие его рассеяния в масле.

Таким образом, известное устройство не обеспечивает необходимую эффективность воздействия на призабойную зону пласта и, кроме того, не является простым в конструктивном выполнении.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания устройства для акустического воздействия на призабойную зону продуктивных пластов, которое обеспечило бы повышение эффективности воздействия на пласт при снижении энергозатрат и времени воздействия за счет непрерывного контроля и обеспечения возможности корректировки режимов акустического воздействия на обрабатываемый пласт и было бы простым и компактным.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройство для акустического воздействия на призабойную зону продуктивных пластов, содержащее наземные индикаторный блок и блок питания, соединенные кабелем со скважинным прибором, состоящим из датчика и генератора, соединенного с акустическим излучателем, расположенным в нижней части скважинного прибора, согласно изобретению в скважинный прибор введены расположенные в его верхней части последовательно соединенные блоки опорного сигнала, сравнения и управления, выход которого соединен со вторым входом генератора, а в нижней части скважинного прибора дополнительно расположены датчик контроля уровня акустического излучения, имеющий акустический контакт с акустическим излучателем и подключенный ко второму входу блока сравнения, и конструктивно связанный с указанным датчиком гидрофон, выходы которого соединены со вторым входом блока управления и с наземным индикаторным блоком, при этом акустический излучатель, указанный датчик и гидрофон выполнены из пьезокерамики, а акустический излучатель и гидрофон в месте своего расположения имеют акустический контакт с корпусом скважинного прибора.

Наличие акустического контакта между излучателем и датчиком контроля уровня акустического излучения, а также между корпусом скважинного прибора и гидрофоном обеспечивает практически мгновенную корректировку выходных параметров генератора по их указанным связям с соответствующими блоками, введенными в скважинный прибор. Таким образом обеспечивается постоянная и максимальная мощность излучения и оптимальные режимы акустического воздействия на призабойную зону пласта при минимальном времени реакции.

Использование пьезокерамического акустического излучателя обеспечивает многочастотность излучения, что приводит к эффективному понижению кавитационной прочности скважинной среды и в свою очередь уменьшает и необходимые энергозатраты.

Кроме того, снижение мощности генератора обеспечивается еще и тем, что акустический излучатель имеет непосредственный акустический контакт в месте своего расположения с корпусом скважинного прибора, практически исключая тем самым ослабление излучаемой акустической мощности (и не требуя дополнительных средств акустического согласования излучателя с окружающей средой, как-то в прототипе - наличие трансформаторного масла). Таким образом обеспечивается постоянное и максимальное воздействие акустического излучения при меньшей, чем в прототипе, мощности генератора и при непрерывной корректировке его параметров.

Использование гидрофона с его связями, помимо корректировки выходных характеристик генератора, обеспечивает непосредственную визуальную информацию кавитационных процессов в призабойной зоне пласта и их развитие во времени, т.е. динамику изменения фильтрационных свойств пласта и своевременную корректировку работы излучателя.

Выполнение акустического излучателя, датчика контроля уровня акустического излучения и гидрофона из пьезокерамики обеспечивает упрощение и четкость их акустического согласования между собой.

Предлагаемое устройство компактно и конструктивно проще по сравнению с прототипом.

На фиг. 1 приведен эскиз устройства.

На фиг. 2 - конструктивная схема устройства. Предлагаемое устройство (фиг. 1) представляет собой наземную аппаратуру 1, соединенную кабелем 2 со скважинным прибором 3, спускаемым в скважину 4 до призабойной зоны 5 продуктивного пласта 6 через лубрикатор 7 до начала перфорации 8 указанной зоны 5.

В состав наземной аппаратуры 1 входит блок 9 питания и индикаторный блок 17.

Скважинный прибор 3 (фиг. 2) содержит расположенные в его верхней части последовательно соединенные блок 10 опорного сигнала, блок 11 сравнения, блок 12 управления и генератора 13, второй вход которого кабелем подключен к блоку 9 питания. Выход генератора 13 подключен к расположенному в нижней части скважинного прибора 3 излучателю 14, акустически связанному с датчиком 15 контроля уровня акустического излучения, который соединен со вторым входом блока 11 сравнения. Излучатель 14 имеет акустический контакт в месте расположения с корпусом скважинного прибора 3. Гидрофон 16 конструктивно связан с датчиком 15 и имеет непосредственный акустический контакт в месте своего расположения с корпусом скважинного прибора и соединен с наземным индикаторным блоком и вторым входом блока 12 управления.

Предлагаемое устройство выполнено на базе стандартных блоков.

Излучатель 14, датчик 15 контроля уровня акустического излучения и гидрофон 16 выполнены из набора (отдельных) пьезокерамических цилиндров с определенной толщиной стенок, обеспечивающих необходимые рабочие частоты и выполняющих разные функции - излучателя 14, датчика 15 и гидрофона 16.

Устройство работает следующим образом.

В работающую скважину 4 через лубрикатор 7 спускают скважинный прибор 3 до начала перфорации 8 призабойной зоны 5 продуктивного пласта 6. Начало перфорации 8 контролируется гидрофоном 16, который фиксирует акустический шум, вызванный появлением притока флюида, и передает сигнал на индикаторный блок 17 для визуализации рабочей точки, и через блок 12 управления на генератор 13 для его включения. Блок 9 питания подает напряжение на генератор 13, который выдает электрическое напряжение на излучатель 14, последний генерирует акустические волны в призабойную зону 5 пласта 6 и одновременно механически воздействует на датчик 15, акустически связанный с ним. Амплитуда излучаемой акустической волны пропорциональна амплитудам радиального и аксиального механических колебаний элементов излучателя 14, а поэтому и величине электрического сигнала, вырабатываемого датчиком 15 контроля уровня акустического излучения. Этот сигнал поступает в блок 11 сравнения, где он сравнивается с сигналом блока 10 опорного сигнала. Величина опорного сигнала соответствует одной из рабочих частот излучения излучателя 14. При изменении характеристик сигнала датчика 15, вызванного факторами призабойной зоны 5 (температура, давление, величина присоединенной массы и т.п.) на выходе блока 11 сравнения формируется разностный сигнал, который через блок 12 управления поступает на второй вход генератора 13. Этот сигнал служит для управления работой генератора 13, изменяя его выходные параметры для обеспечения максимального для данного пласта 6 акустического излучения излучателя 14, соответствующего характеристикам сигнала блока 11 опорного сигнала.

Дополнительной корректировкой работы генератора 13 служит сигнал, непрерывно поступающий со второго выхода гидрофона 16 через блок 12 управления, который является сигналом обратной связи среды пласта 6 на акустическое воздействие на него акустического излучателя 14. Этот же сигнал поступает и на индикаторный блок 17, который обеспечивает визуализацию и контроль динамики развития кавитационных процессов в призабойной зоне 5, а следовательно и фильтрационных свойств скважины.

Как показали эксперименты, при воздействии на смесь углеводородов даже двумя частотами акустического излучателя, кавитационная прочность указанной среды снижается в 5 раз по сравнению с прототипом.

Мощность генератора, затрачиваемая на возникновение процесса развитой кавитации в этих условиях, также уменьшается в 5 раз.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает увеличение эффективности акустического воздействия на призабойную зону.