способ импульсного воздействия на продуктивный пласт и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ импульсного воздействия на продуктивный пласт, включающий передачу молекулярно-волновых колебаний от излучателя гидромолота, установленного на устье, по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) через ее верхний торец и по столбу жидкости в скважине через его верхний уровень на продуктивный пласт, отличающийся тем, что одновременно с передачей молекулярно-волновых колебаний в скважине повышают давление путем подачи жидкости от насоса с аккумулятором давления, подсоединенных вводом к НКТ на устье скважины, и создают гидравлические удары в столбе жидкости в скважине путем периодического перекрытия ввода насоса излучателем гидромолота при передаче от него молекулярно-волновых колебаний на НКТ и столб жидкости в скважине.

2. Устройство для импульсного воздействия на продуктивный пласт, включающее гидромолот с бойком и упруго соединенный с корпусом гидромолота излучатель в виде преобразователя импульсных нагрузок в молекулярно-волновые колебания, выполненного за одно целое с передатчиками молекулярно-волновых колебаний на верхний торец НКТ и на верхний уровень столба жидкости в скважине, отличающееся тем, что оно снабжено насосом высокого давления с аккумулятором давления, подсоединенных вводом к НКТ на устье скважины, передатчик молекулярно-волновых колебаний на верхний уровень столба жидкости в скважине установлен с возможностью периодического перекрытия ввода насоса при передаче молекулярно-волновых колебаний на верхний торец НКТ и верхний уровень жидкости в скважине и выполнен с нижним торцем, скошенным под углом 45^o к его оси со стороны ввода насоса, нижняя поверхность бойка гидромолота выполнена вогнутой, а контактирующая с ней поверхность указанного преобразователя - выпуклой и ответной вогнутой поверхности бойка.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что суммарная длина указанного преобразователя и указанных передатчиков равна двум полуволнам молекулярно-волновых колебаний, а самое нижнее поперечное цилиндрическое сечение передатчика указанных колебаний на верхний уровень столба жидкости в скважине расположено в месте расположения максимальной амплитуды выходящей волны указанных колебаний.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено гидравлическим демпфером, поршень которого жестко связан с корпусом гидромолота, а цилиндр имеет скользящую опору для подвески на стреле экскаватора, и гидропневмоаккумулятором с узлами крепления к стреле экскаватора, причем гидравлические напорные полости гидравлического демпфера и гидропневмоаккумулятора сообщены между собой.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что контактирующие поверхности бойка гидромолота и указанного преобразователя выполнены сферическими.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно, к импульсному воздействию на продуктивный пласт для увеличения объемов извлечения нефти из пласта, восстановления скважины и повышения ее производительности.

Известен способ импульсного воздействия на продуктивный пласт путем импульсного разрыва пород пласта инъектированием рабочего флюида в развивающуюся трещину (см. авт. свид. СССР N 1221328, кл. Е 21 В 43/26, 1986).

Известен также способ импульсного воздействия на продуктивный пласт путем разрыва мембраны в имплузионной камере при повышении давления в скважине до 10-45 МПа, в результате чего скважинная жидкость со скоростью 100-150 м/с заполняет имплузионную камеру и выталкивает плунжер в ловушку, создавая в обрабатываемой зоне пласта гидравлический удар [1].

Недостатком известных способов является то, что не обеспечивается получение необходимого количества трещин в продуктивном пласте, и нельзя получить требуемое пространственное развитие этих трещин из-за нестационарной подачи энергии в продуктивный пласт, перенасыщенности ее на неосновных направлениях и малой повторяемости нагружений.

Известен способ импульсного воздействия на продуктивный пласт, включающий передачу молекулярно-волновых колебаний от излучателя гидромолота, установленного на устье, по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) через ее верхний торец и по столбу жидкости в скважине через его верхний уровень на продуктивный пласт, а также устройство для импульсного воздействия на продуктивный пласт, включающее гидромолот с бойком и упруго соединенный с корпусом гидромолота излучатель в виде преобразователя импульсных нагрузок в молекулярно-волновые колебания, выполненного за одно целое с передатчиками молекулярно-волновых колебаний на верхний торец НКТ и на верхний уровень столба жидкости в скважине [2].

Недостатками известного способа и устройства являются недостаточная мощность воздействия на продуктивный пласт из-за потерь энергии при трансформировании энергии удара бойка в молекулярно-волновые колебания излучателя и при прохождении этих колебаний по НКТ и по жидкости в скважине, а также из-за недостаточного предварительного напряжения пород продуктивного пласта, находящегося под воздействием только гидростатического давления жидкости в скважине.

Задачей предлагаемых способа и устройства является повышение мощности воздействия на продуктивный пласт за счет снижения потерь энергии при трансформировании энергии удара бойка в молекулярно-волновые колебания излучателя, повышение предварительного напряжения пород продуктивного пласта и наложения дополнительных импульсных нагрузок.

Указанная задача достигается тем, что в способе импульсного воздействия на продуктивный пласт, включающем передачу молекулярно-волновых колебаний от излучателя гидромолота, установленного на устье, по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) через ее верхний торец и по столбу жидкости в скважине через его верхний уровень на продуктивный пласт, в отличие от способа по прототипу одновременно с передачей молекулярно-волновых колебаний в скважине повышают давление путем подачи жидкости от насоса с аккумулятором давления, подсоединенных вводом к НКТ на устье скважины, и создают гидравлические удары в столбе жидкости в скважине путем периодического перекрытия ввода насоса излучателем гидромолота при передаче от него молекулярно-волновых колебаний на НКТ и столб жидкости в скважине.

Указанная задача достигается также тем, что устройство для импульсного воздействия на продуктивный пласт, включающее гидромолот с бойком и упруго соединенный с корпусом гидромолота излучатель в виде преобразователя импульсных нагрузок в молекулярно-волновые колебания, выполненного за одно целое с передатчиками молекулярно-волновых колебаний на верхний торец НКТ и на верхний уровень столба жидкости в скважине, в отличие от устройства по прототипу снабжено насосом высокого давления с аккумулятором давления, подсоединенных вводом к НКТ на устье скважины, передатчик молекулярно-волновых колебаний на верхний уровень столба жидкости в скважине установлен с возможностью периодического перекрытия ввода насоса при передаче молекулярно-волновых колебаний на верхний торец НКТ и верхний уровень жидкости в скважине и выполнен с нижним торцем, скошенным под углом 45 к его оси со стороны ввода насоса, нижняя поверхность бойка гидромолота выполнена вогнутой, а контактирующая с ней поверхность указанного преобразователя выпуклой и ответной вогнутой поверхности бойка.

Указанная задача достигается также тем, что суммарная длина указанного преобразователя и указанных передатчиков равна двум полуволнам молекулярно-волновых колебаний, а самое нижнее поперечное цилиндрическое сечение передатчика указанных колебаний на верхний уровень столба жидкости в скважине расположено в месте расположения максимальной амплитуды выходящей волны указанных колебаний.

Указанная задача достигается также тем, что устройство снабжено гидравлическим демпфером, поршень которого жестко связан с корпусом гидромолота, а цилиндр имеет скользящую опору для подвески на стреле экскаватора, и гидропневмоаккумулятором с узлами крепления в стреле экскаватора, причем гидравлические напорные полости гидравлического демпфера и гидропневмоаккумулятора сообщены между собой.

А также тем, что контактирующие поверхности бойка гидромолота и указанного преобразователя выполнены сферическими.

На фиг. 1 изображено устройство для импульсного воздействия на продуктивный пласт, общий вид; на фиг. 2 - излучатель гидромолота.

Устройство для импульсного воздействия на продуктивный пласт включает гидромолот с корпусом 1 и бойком 2, упруго соединенный с корпусом 1 гидромолота излучатель 3. Излучатель 3 выполнен в виде преобразователя 4 импульсных нагрузок в молекулярно-волновые колебания и выполненных за одно целое с преобразователем 4 передатчиками 5 и 6 молекулярно-волновых колебаний на верхний торец НКТ и на верхний уровень столба жидкости в скважине соответственно. Устройство имеет насос 7 высокого давления с аккумулятором 8 давления, подсоединенным вводом 9 на устье к НКТ 10. Передатчик 5 молекулярно-волновых колебаний на верхний торец НКТ 10 выполнен в виде конуса, а передатчик 6 молекулярно-волновых колебаний на верхний уровень жидкости в скважине - в виде цилиндра. Передатчик 6 установлен с возможностью периодического перекрытия ввода 9 во время перемещений и выполнен с нижним торцем 11, скошенным под углом 45 к оси со стороны ввода 9 насоса 7.

Нижняя поверхность 12 бойка 2 выполнена вогнутой, а контактирующая с ней поверхность 13 указанного преобразователя 4 выполнена выпуклой и ответной вогнутой поверхности 12 бойка 2. Наиболее предпочтительно выполнение указанных поверхностей 12 и 13 сферической формы.

Суммарная длина преобразователя 4 и передатчиков 5 и 6 равна двум полуволнам 14 молекулярно-волновых колебаний (фиг. 2). Излучатель 3 расположен так, что самое нижнее поперечное цилиндрическое сечение 15 передатчика 6 расположено в месте расположения (прохождения) максимальной амплитуды 16 выходящей волны 14 молекулярно-волновых колебаний.

Воздействие передатчика 5 на НКТ 10 осуществляется через плиту 17, установленную на фланце (не показан) НКТ 10, и через соединенную ребрами жесткости 18 дополнительную плиту 19.

Корпус 1 гидромолота фиксируется на плите 17 и дополнительной плите 19 шпильками 20.

Устройство имеет гидравлический демпфер 21, поршень 22 которого жестко связан с корпусом 1 гидромолота, а цилиндр 23 имеет скользящую опору 24 для подвески на стреле 25 экскаватора. Для гашения колебаний устройство имеет также гидропневмоаккумулятор 26 с узлами крепления 27 для подсоединения к стреле 25 экскаватора. Гидравлические напорные полости 28 и 29 гидравлического демпфера 21 и гидропневмоаккумулятора 26 соответственно сообщены между собой.

Корпус 1 гидромолота размещен в направляющем цилиндре 30, установленном на опорах 31 на устье скважины соосно оси НКТ с помощью отвеса 32.

Управление демпфером 21 и гидропневмоаккумулятором 26 осуществляется подпиточным насосом 33 через дроссель 34 и предохранительный клапан 35.

Предлагаемый способ импульсного воздействия на продуктивный пласт осуществляется следующим образом.

Устройство монтируется на одной автомашине, привод которой приводит в действие боек 2 гидромолота и насос 7 высокого давления. При работе гидромолота боек 2 наносит удары по излучателю 3, в преобразователе 4 которого импульсные нагрузки преобразуются в молекулярно-волновые колебания. Эти колебания через передатчики 5 и 6 при их перемещении передаются на верхний торец НКТ 10 и на верхний уровень столба жидкости в скважине, а далее по НКТ 10 и по столбу жидкости на забой скважины к продуктивному пласту. Одновременно с передачей молекулярно-волновых колебаний в скважине повышают давление путем подачи жидкости от насоса 7 высокого давления через ввод 9 в НКТ 10. Повышение давления в скважине способствует предварительному нагружению продуктивного пласта, повышению напряжений в нем.

При перемещении передатчика 6 его нижний конец периодически перекрывает и открывает ввод 9. В результате этого в скважине создаются гидроудары, которые распространяются по НКТ 10 и столбу жидкости в скважине к продуктивному пласту и воздействуют на него совместно с молекулярно-волновыми колебаниями и повышенным давлением в скважине. Такое нагружение скважины и продуктивного пласта является управляемым процессом. Управляемость этой работы состоит в выборе частоты, энергии ударов, перемещения излучателя, диаметра трубопровода. От этих показателей зависит суммарное нагружение насосом, гидроударом и импульсом удара бойка гидромолота. В результате совместного воздействия повышенного давления, гидроудара и молекулярно-волновых колебаний на продуктивный пласт возрастает амплитуда колебательных нагружений по сравнению с отдельным видом нагружения.

Повышению мощности воздействия на продуктивный пласт способствует также соударение бойка 2 с излучателем 3 по максимальной площади контакта между ними. Сферическая форма площадей соударения вогнутой нижней поверхности 12 бойка 2 и выпуклой поверхности 13 излучателя 3 (преобразователя 4) обеспечивает движение потока энергии молекулярно-волновых колебаний по векторам в теле излучателя 2 без выхода их за пределы его боковых поверхностей. В результате повышается эффективность функционирования колебательной системы трансформированием малых амплитуд колебаний на большей выпуклой поверхности 12 в большие амплитуды на малой площади сечения 15 передатчика 6. Благодаря оптимальным формам преобразователя 4 и бойка 2 и цилиндрической форме передатчика 6 увеличивается в несколько раз давление в волновом импульсе, передаваемом в горную породу продуктивного пласта, и тем самым повышается давление в нем.

Выполнение передатчика 6 с нижним торцем 11, скошенным под углом 45 к оси со стороны ввода 9 насоса 7, позволяет направить вектор гидравлического удара, возникающего при резком сообщении насоса 7 и аккумулятора 8 с НКТ 10, вдоль оси скважины к продуктивному пласту. Суммарная длина преобразователя 4 и передатчиков 5 и 6 выбрана из условия расположения в нем двух полуволн возникающих молекулярно-волновых колебаний, а самое нижнее поперечное цилиндрическое сечение передатчика 6 расположено в месте расположения максимальной амплитуды 16 выходящей волны 14 молекулярно-волновых колебаний. Все это способствует наиболее эффективной передаче энергии удара бойка 2 гидромолота.

Конфигурация излучателя 3 обеспечивает возникновение в нем минимальных значений максимальных напряжений при фиксированном средне интегральном напряжении, следовательно, он является оптимальным по критерию динамической равно напряженности.

На колебания системы "продуктивный пласт- скважина- излучатель" (ПСИ) влияет сила отдачи гидромолота в случае работы его в вертикальном положении и при торможении бойка 2 перед верхней мертвой точкой. К этой силе периодически добавляется усилие, развиваемое аккумулятором 8 при соединении напорной магистрали насоса 7 через ввод 9 с НКТ 10. Максимальное значение реактивной силы складывается из усилия отдачи гидромолота и усилия, развиваемого потоком жидкости в НКТ 10 от насоса 7 и аккумулятора 8 в трубопроводе, соединяющем насос 7 с НКТ 10. Эта сила стремится приподнять экскаватор за конец его стрелы 25, перенеся опору на участок ходовой части с противоположной стороны стрелы 25. Реактивная сила создает изгибающий момент в стреле 25 против часовой стрелки. Его устранение достигается установкой между стрелой 25 экскаватора и гидромолотом гидравлического демпфера 21 и гидропневмоаккумулятора 26, что обеспечивает полезное использование энергии отдачи на стабилизацию положения гидромолота и экскаватора около скважины.

Таким образом, как показали промысловые испытания, в 3-4 раза возрастает мощность воздействия на продуктивный пласт и скважину, что способствует восстановлению скважины и увеличению трещинообразования в горных породах продуктивного пласта, в результате чего восстанавливается и увеличивается производительность скважины.