устройство для очистки призабойной зоны скважины

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ, содержащее наземный источник питания, соединенный кабелем-тросом с установленным в скважине корпусом, и размещенные в нем высокочастотные магнитострикционные преобразователи, электрически связанные с генератором переменного напряжения, и локатор муфт, отличающееся тем, что оно снабжено низкочастотным вибратором продольных колебаний с установленным на нем очищающим инструментом, трансформатором и датчиком температуры с блоком автоматической настройки, электрически связанным с генератором переменного напряжения, при этом низкочастотный вибратор выполнен в виде двухзаходной цилиндрической пружины из магнитострикционного материала и расположенных в ее торцах между заходами постоянных поляризующих магнитов, причем концы заходов верхней части пружины электрически связаны с трансформатором, концы заходов нижней части пружины электрически соединены, а генератор переменного напряжения размещен в корпусе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам нефтеперерабатывающей промышленности, предназначенным для разрушения парафино-смолистых отложений и газовых гидратов в скважинах, а также для увеличения дебита скважин за счет воздействия на призабойную зону пластов.

Повышение потока продукта из скважины можно достичь путем разрушения и удаления отложений со стенок скважины, а также путем воздействия на призабойную зону продуктивного пласта, приводящего к повышению проницаемости призабойной зоны.

Известно устройство для удаления парафино-смолистых отложений со стенок скважин [1]

Очистка стенок скважины происходит при движении устройства вниз под действием силы тяжести. Отложения удаляются в результате механического воздействия на них дисков, при этом диски "соскребают" отложения со стенок скважины.

Однако данное устройство неработоспособно в случае, когда отложения полностью перекрывают скважину, так как при этом невозможно движение очищающего тела вниз и, следовательно, воздействия дисков на отложения не происходит.

Кроме того данное устройство предназначено для выполнения лишь одной функции, а именно для механической очистки стенок скважины от отложений.

Известно устройство для акустического воздействия на призабойную зону продуктивного пласта с целью увеличения потока продукта, содержащее магнитострикционные цилиндрические преобразователи, прикрепленные к насосно-компрессорным трубам и возбуждаемые от наземного источника питания переменного высокочастотного (10-30 кГц) напряжения [2]

Высокочастотное акустическое излучение от магнитострикционных преобразователей позволяет увеличить поток продукта из продуктивного пласта призабойной зоны, так как в результате воздействия высокочастотного акустического излучения частицы, забивающие поры и каналы, по которым продукт из продуктивного пласта поступает в скважину, переводятся во взвешенное состояние и выносятся из призабойной зоны продуктивного пласта потоком продукта, повышая проницаемость призабойной зоны.

Недостатком данного устройства является его низкая эффективность при проведении работ по очистке скважин, так как высокочастотное акустическое излучение способствует лишь разжижению парафино-смоляных отложений и разрушению коагуляционного каркаса асфальтенов (Золотарев В.А. Долговечность дорожных асфальтобетонов. Харьков: изд. ХГУ Выща школа, 1977, с. 100-101), не оказывая существенного влияния на удаленные от преобразователя участки отложений.

Эффективность данного устройства максимальна, если частота источника питания, возбуждающего магнитострикционные преобразователи, настроена на резонансную частоту преобразователей.

При этом резонансная частота преобразователей изменяется под воздействием температуры, а так как в скважине с увеличением глубины изменяется температура, то, следовательно, происходит изменение резонансной частоты преобразователей по мере опускания устройства в скважину. Воздействие температуры на резонансную частоту преобразователей в данном устройстве никак не корректируется и работа устройства осуществляется при начальной заданной частоте источника питания, которая может не соответствовать резонансной частоте преобразователей, находящихся в скважине, что также снижает эффективность работы данного устройства.

Цель изобретения создание универсального высокоэффективного в работе устройства для повышения потока продукта из скважины.

Цель достигается тем, что устройство для повышения потока продукта из скважины, содержащее установленный на геофизическом кабеле-тросе корпус с размещенными в нем высокочастотными магнитострикционными преобразователями, подключенными к генератору переменного напряжения, локатор муфт, установленный в корпусе, при этом генератор переменного напряжения и локатор муфт подключены к геофизическому кабелю-тросу, содержит также установленный на корпусе и подключенный к геофизическому кабелю-тросу низкочастотный вибратор, на котором закреплен прочищающий инструмент, датчик температуры, установленный в корпусе и подключенный к блоку автонастройки, который соединен с генератором переменного напряжения, при этом генератор переменного напряжения размещен в корпусе и через геофизический кабель-трос подключен к наземному источнику питания, колебания низкочастотного вибратора направлены вдоль оси устройства, параллельной оси скважины.

Низкочастотный вибратор содержит двухзаходную цилиндрическую пружину, выполненную из магнитострикционного материала, на торцах цилиндрической пружины между заходами расположены постоянные поляризующие магниты, концы заходов верхней части пружины подключены к трансформатору, соединенному с геофизическим кабелем-тросом, концы заходов нижней части пружины электрически соединены, при этом на нижней части пружины установлен прочищающий инструмент.

Экспериментальные исследования магнитострикционных преобразователей показывают, что их резонансная частота уменьшается на 3% при изменении температуры от 20 до 100^оС, в свою очередь уменьшение резонансной частоты магнитострикционных преобразователей на 3% уменьшает акустическое давление до 0,7 от максимального значения на резонансе.

Известно также, что увеличение тока поляризации приводит к увеличению модуля упругости материала. Экспериментально установлено, что увеличение тока поляризации с 6 до 10 А приводит к увеличению резонансной частоты магнитострикционных преобразователей из пермендюра на 3%

Таким образом, зная данные зависимости, можно настроить все устройство на оптимальный режим работы, т. е. на режим максимального акустического воздействия (давления) при любой температуре продукта скважины.

Для этого в предлагаемом устройстве генератор переменного напряжения устанавливают в скважине и снабжают его блоком автонастройки, подключенным к датчику температуры, также установленным в корпусе. Блок автонастройки управляется сигналом от датчика температуры, при этом блок автонастройки может изменять, в зависимости от его электрической схемы, или частоту генератора переменного напряжения, или ток поляризации магнитострикционных преобразователей. Таким образом обеспечивается постоянная настройка системы генератор-преобразователи на одну (резонансную) частоту в зависимости от температуры в скважине или путем настройки частоты генератора переменного напряжения или повышением тока поляризации магнитострикционных преобразователей, что приводит к повышению резонансной частоты преобразователей до начальной частоты генератора.

Удаление отложений в скважине осуществляется механическим воздействием на них прочищающего инструмента, установленного на низкочастотном вибраторе, который подключен к наземному источнику питания через геофизический кабель-трос.

Энергия от наземного источника питания подается на низкочастотный вибратор, приводя последний в рабочее состояние. Под действием вибрации и силы тяжести устройства прочищающий инструмент, установленный на низкочастотном вибраторе, механически разрушает парафино-смоляные или газогидратные отложения в скважине, способствуя дальнейшему продвижению устройства в скважине к нужной зоне. Отделенные от стенок скважины отложения выносятся из нее потоком продукта.

Низкочастотный вибратор в предлагаемом устройстве содержит двухзаходную цилиндрическую пружину, выполненную из магнитострикционного материала. На торцах пружины между заходами расположены постоянные поляризующие магниты, с помощью которых вдоль пружины организуется замкнутая магнитная цепь. Концы заходов верхней части пружины подключены к выводам трансформатора, соединенного с геофизическим кабелем-тросом, а концы заходов нижней части пружины, на которой установлен прочищающий инструмент, электрически соединены. Таким образом данная пружина представляет собой замкнутый электрический контур, подключенный к источнику переменного напряжения и помещенный в магнитное поле. При пропускании переменного тока через пружину и намагничивании ее полем от постоянных магнитов в каждом элементе объема любого витка пружины возникают закручивающие магнитоупругие напряжения (В.И.Бородин, В.В.Останин, С.В. Жаков. Исследование деформаций кручения ферромагнитных стержней. Эффект Видемана. I эксперимент ФММ. т. 59 В5, 1983), приводящие в итоге к изменению длины пружины.

Из-за малой жесткости пружины по сравнению со стержнем такой вибратор имеет низкую собственную частоту по сравнению с ультразвуковой частотой (на два порядка ниже, чем ультразвуковая частота) и большую амплитуду колебаний на резонансе (единицы мм).

Используемый в предлагаемом устройстве вибратор имеет высокую эффективность в работе, так как в нем происходит внутреннее преобразование электромагнитной энергии в механическую, и следовательно, отсутствуют связанные с этим потери энергии.

При опускании устройства в зону перфорации с помощью предлагаемого устройства осуществляется воздействие на призабойную зону продуктивного пласта высокочастотным акустическим излучением, в результате чего повышается проницаемость этой зоны. Одновременно с высокочастотным акустическим излучением на призабойную зону продуктивного пласта аналогичное действие оказывает низкочастотное акустическое излучение вибратора, при этом меньшее затухание акустической низкочастотной волны увеличивает радиус воздействия низкочастотного акустического излучения по сравнению с высокочастотным акустическим излучением.

Кроме того в процессе проведения работ по воздействию на призабойную зону продуктивного пласта прочищающий инструмент, установленный на низкочастотном вибраторе, работает как поршень, при этом в жидкости возникают турбулентные потоки, происходит интенсивный обмен среды у перфорационных отверстий, что дополнительно повышает приток продукта и сокращает время, необходимое для обработки скважины.

Таким образом высокая эффективность предлагаемого устройства для повышения потока продукта из скважины обеспечивается за счет одновременного воздействия на призабойную зону высокочастотного и низкочастотного акустического излучения, позволяющего увеличить интенсивность и радиус акустического воздействия; постоянной настройки системы генератор переменного напряжения магнитострикционные преобразователи на одну, а именно резонансную частоту, в результате чего обеспечивается оптимальный режим работы предлагаемого устройства, т.е. режим максимального акустического воздействия; повышения притока продукта из продуктивного пласта в результате создания интенсивного обмена среды у перфорационных отверстий; обеспечения удаления отложений по всей длине скважины.

Кроме того предлагаемое устройство позволяет осуществлять работы как по очистке скважин, так и по воздействию на призабойную зону с целью повышения ее проницаемости, что обеспечивает универсальность предлагаемого устройства в эксплуатации.

На фиг. 1 изображена схема устройства для повышения потока продукта из скважины; на фиг. 2 схема установки устройства в скважине.

Устройство 1 для повышения потока продукта из скважины содержит корпус 2 с кабельной головкой 3, с помощью которой устройство 1 соединено с геофизическим кабелем-тросом 4. В корпусе 2 вдоль его оси установлены: локатор муфт 5, тиристорный генератор 6 переменного напряжения с обратной связью, датчик 7 температуры, включенный в цепь обратной связи генератора 6, магнитострикционные преобразователи 8, изготовленные, например, из сплава "пермендюр" и соединенные с генератором 6 переменного напряжения. На корпусе 2 установлен низкочастотный вибратор, состоящий из двухзаходной цилиндрической пружины 9, выполненной из магнитострикционного материала, например, из сплава "пермендюр". Между заходами пружины 9 расположены постоянные магниты (не показаны). Концы заходов верхней части пружины 9 подключены к трансформатору 10, а концы заходов нижней части пружины 9 электрически соединены. Пружина 9 изолирована от корпуса 2, так как возбуждение осуществляется пропусканием переменного тока по самой пружине 9. В верхней части пружина 9 жестко закреплена на корпусе 2, а на другом конце (нижняя часть пружины) установлен прочищающий инструмент 11, выполненный, например, в виде цилиндрической косозубой фрезы с коническим концом. Пружинный вибратор защищен цилиндрическим корпусом 12.

Локатор муфт 5, генератор 6 и трансформатор 10 подключены к наземному источнику 13 питания через лубрикатор 14 с помощью геофизического кабеля-троса 4, размещенного внутри насосно-компрессорных труб 15, а источник 13 питания размещен внутри геофизического подъемника 16.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

С помощью геофизического подъемника 16 устройство 1 через лубрикатор 14 на геофизическом кабеле-тросе 4 опускается внутрь насосно-компрессорных труб 15 и далее по скважине в зону образовавшихся отложений. Энергия от источника 13 по кабелю-тросу 4 подается к генератору 6 и трансформатору 10, приводя таким образом в рабочее состояние преобразователи 8 и низкочастотный вибратор. Под действием силы тяжести устройства 1 и вибрации прочищающий инструмент 11 разрушает отложений в скважине, а воздействие высокочастотного акустического излучения способствует разжижению парафино-смоляных отложений, способствуя их выносу из скважины потоком продукта. Далее устройство 1 на кабеле-тросе 4 опускается в зону перфорации. Во время спуска устройства 1 по скважине при помощи локатора муфт 5 производится определение положения устройства 1 по глубине скважины по сигналам от стыков насосно-компрессорных труб 15 и точное размещение его в зоне перфорации скважины.

В зоне перфорации на призабойную зону продуктивного пласта воздействует высокочастотное акустическое излучение преобразователей 8 и низкочастотное излучение вибратора. При этом прочищающий инструмент 11 работает как поршень, создавая турбулентные потоки в жидкости.

Во время работы устройства 1 по сигналу от датчика 7 температуры, включенного в цепь обратной связи генератора 6, осуществляется автоматическая настройка частоты генератора 6 на резонансную частоту преобразователей 8.