устройство вибросейсмического воздействия на нефтегазовое месторождение

Формула изобретения

1. Устройство вибросейсмического воздействия на нефтяное месторождение, включающее наземный источник колебаний - вибросейсмический источник, установленный на обводненном участке месторождения с неподвижной нефтяной фазой, отличающееся тем, что оно снабжено размещенными в скважине присоединенной массой, четвертьволновым излучателем, устройством жесткого крепления к стенкам обсадной колонны, направляющим элементом, замками, центраторами, опорной трубой с ребрами жесткости, анкерами, причем в качестве наземного источника колебаний использован вибрационный источник с регулируемыми величинами частоты колебаний и толкающего усилия, состоящий из привода и возбудителя вибраций, жестко связанного с опорной трубой, отцентрированной относительно фланца обсадной трубы и закрепленной относительно инерционной массы анкерами, излучающий элемент возбудителя вибраций связан через присоединенную массу с волноводом из колонны труб, связанным нижним торцом с четвертьволновым излучателем, установленным на устройстве жесткой связи со стенками обсадной колонны с возможностью взаимодействия с ним, при этом на нижнем конце четвертьволнового излучателя установлен направляющий элемент, центраторы и замки установлены в местах резьбовых соединений элементов, составляющих присоединенную массу, волновод и четвертьволновый излучатель, исключая относительные перемещения соединяемых поверхностей элементов и проворачивание их в резьбах при вибросейсмическом воздействии, присоединенная масса выполнена в виде набора труб со стенками разной толщины, причем площадь контакта S устройства жесткой связи со стенками обсадной колонны выбраны из соотношения:

S>(Mg+A_p)/ ,

где М - суммарная масса присоединенных волновода и четвертьволнового излучателя, кг;

А_р - амплитуда толкающего усилия на нижнем конце четвертьволнового излучателя, Н;

- касательное напряжение сдвига устройства жесткой связи относительно стенок обсадной колонны, Н/м²;

g - ускорение свободного падения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод состоит из поршня привода, толкателя поршня, шатуна, коленвала, маховика, цилиндра привода, обоймы, наконечника, подшипника, направляющего сепаратора, установленного в цилиндре привода, асинхронного электродвигателя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве возбудителя вибраций использован гидравлический исполнительный механизм, состоящий из полого цилиндра с окнами и размещенного в нем поршня, образующего с внутренними стенками цилиндра полость или полости, заполненные маслом, с датчиком обратной связи по положению поршня относительно цилиндра.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство жесткой связи со стенками обсадной колонны взаимодействует с ними через цементную прокладку.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что четвертьволновый излучатель выполнен в виде стержней и труб с развитой внутренней боковой поверхностью, причем длина четвертьволнового излучателя - 1 выбрана из соотношения:

l=0,25 c/f,

где с - скорость распространения колебаний по материалу четвертьволнового излучателя, м/с;

f - частота колебаний, с^-1.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что направляющий элемент выполнен в виде усеченного конуса.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наземный источник колебаний размещен на транспортном средстве.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам доразработки частично или полностью истощенных нефтегазовых месторождений, первоначально эксплуатировавшихся в условиях заводнения, путем воздействия на них физическими полями и, может быть использовано для увеличения конечной нефтеотдачи пластов.

Известно устройство в способе разработки обводненного нефтяного месторождения, которое содержит источник сейсмических сигналов, содержащий транспортное средство, возбудитель вибраций, состоящий из нагруженного реактивной массой и связанного с опорной плитой через силовую раму плунжера, устройство виброизоляции и электрогидравлическую следящую систему [1].

Основным недостатком указанного устройства является невысокая сейсмическая мощность, определяемая мощностными параметрами насосной установки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для разработки обводненных углеводородных залежей [2], включающее установку равноудаленных наземных источников колебаний, расположенных вокруг одной из крайних к контуру месторождения добывающих скважин линейным частотно-модулированным сигналом. Устройства осуществляют синхронное вибросейсмическое воздействие. В качестве наземных источников колебаний применяют сейсмические вибраторы, используемые в полевой сейсморазведке.

Основными недостатками прототипа являются отсутствие выбора эффективной частоты воздействия на пласт (воздействие частотно-модулированным сигналом является по сути воздействием с перебором частот, осуществляемых блоком управления источником колебаний), отсутствие временного интервала воздействия при работе в пункте возбуждения, что влияет на эффективность и производительность, а также 70% потери энергии, достигающие нефтяного пласта, которые присущи наземному способу возбуждения колебаний.

Техническим результатом данного изобретения является создание более эффективного устройства для вибросейсмического воздействия на нефтегазовое месторождение, обеспечивающего увеличение нефтеотдачи при увеличении сейсмической мощности, достигающей нефтяного пласта, на который ориентировано воздействие. Этот результат достигается применением в качестве устройства вибросейсмического воздействия на нефтяной пласт наземного источника колебаний - вибросейсмического источника, установленного на обводненном участке месторождения с неподвижной нефтяной фазой, размещенными в скважине присоединенной массой, четвертьволновым излучателем, устройством жесткого крепления к стенкам обсадной колонны, направляющим элементом, замками, центраторами, жесткости, анкерами, причем в качестве наземного источника колебаний используется вибрационный источник с регулируемыми величинами частоты колебаний и толкающего усилия, состоящий из привода и возбудителя вибраций, жестко связанного с опорной трубой, отцентрированной относительно фланца обсадной трубы и закрепленной относительно инерционной массы анкерами, излучающий элемент возбудителя вибраций связан через присоединенную массу с волноводом из колонны труб, связанным нижним торцом с четвертьволновым излучателем, установленным на устройстве жесткой связи со стенками обсадной колонны с возможностью взаимодействия с ним, при этом на нижнем конце четвертьволнового излучателя установлен направляющий элемент, центраторы и замки установлены в местах резьбовых соединений элементов, составляющих присоединенную массу, волновод и четвертьволновый излучатель, исключая относительные перемещения соединяемых поверхностей элементов и проворачивание их в резьбах при вибросейсмическом воздействии, присоединенная масса выполнена в виде набора труб со стенками разной толщины, причем площадь контакта S устройства жесткой связи со стенками обсадной колонны выбирают из соотношения S>(Мg+А _р)/ , где

М - суммарная масса присоединенной, волновода и четвертьволнового излучателя, кг;

А _р - амплитуда толкающего усилия на нижнем конце четвертьволнового излучателя, Н;

- касательное напряжение сдвига устройства жесткой связи относительно стенок обсадной колонны, Н/м²;

g - ускорение свободного падения, при этом привод состоит из поршня привода, толкателя поршня, шатуна, коленвала, маховика, цилиндра привода, обоймы, наконечника, подшипника, направляющего сепаратора, установленного в цилиндре привода, асинхронного электродвигателя; в качестве возбудителя вибраций использован гидравлический исполнительный механизм, состоящий из полого цилиндра с окнами и размещенного в нем поршня, образующего с внутренними стенками цилиндра полость или полости, заполненные маслом, с датчиком обратной связи по положению поршня относительно цилиндра; устройство жесткой связи со стенками обсадной колонны взаимодействует с ними через цементную прокладку; четвертьволновый излучатель выполнен в виде стержней и труб с развитой внутренней боковой поверхностью, причем длину четвертьволнового излучателя выбирают из соотношения l=0,25 с/f,

где с - скорость распространения колебаний по материалу четвертьволнового излучателя, м/с;

f- частота колебаний, с^-1;

направляющий элемент выполнен в виде усеченного конуса; причем наземный источник колебаний размещен на транспортном средстве.

Устройство является мощным вибрационным источником сейсмической энергии.

Существенные признаки устройства:

1)наземный источник колебаний - вибросейсмический источник, установленный на обводненном участке месторождения с неподвижной нефтяной фазой;

2)инерционная масса, размещенная над скважиной;

3) размещенная в скважине присоединенная масса;

4) размещенный в скважине четвертьволновой излучатель;

5) размещенное в скважине устройство жесткого крепления к стенкам обсадной колонны;

6) размещенный в скважине направляющий элемент;

7) размещенными в скважине замками;

8) размещенные в скважине центраторы;

9) опорная плита, жестко связанная с опорной трубой ребрами жесткости;

10) анкеры;

11) в качестве наземного источника колебаний используется вибрационный источник с регулируемой величиной частоты колебаний и толкающего усилия;

12) вибрационный источник состоит из привода и возбудителя вибраций;

13) возбудитель вибраций жестко связан с опорной трубой с ребрами жесткости, установленной на опорной плите, отцентрированной относительно фланца обсадной трубы и закрепленной относительно инерционной массы анкерами;

14) излучающий элемент возбудителя вибраций связан через присоединенную массу с волноводом из колонны труб, связанным нижним торцом с четвертьволновым излучателем, установленным на устройстве жесткой связи со стенками обсадной колонны с возможностью взаимодействия с ним;

15) на нижнем конце четвертьволнового излучателя установлен направляющий элемент;

16) центраторы и замки установлены в местах резьбовых соединений элементов, составляющих присоединенную массу, волновод и четвертьволновый излучатель, исключая относительные перемещения соединяемых поверхностей элементов и проворачивание их в резьбах при вибросейсмическом воздействии;

17) присоединенная масса выполнена в виде набора труб со стенками разной толщины;

18) площадь контакта устройства жесткой связи со стенками обсадной колонны выбирают

из соотношения S>(Mg+А _р)/ , где

М - суммарная масса присоединенной, волновода и четвертьволнового излучателя, кг;

А_р - амплитуда толкающего усилия на нижнем конце четвертьволнового излучателя, Н;

- касательное напряжение сдвига устройства жесткой связи относительно стенок обсадной колонны, Н/м²;

g - ускорение свободного падения;

19) привод состоит из поршня привода, толкателя поршня, шатуна, коленвала, маховика, цилиндра привода, обоймы, наконечника, подшипника, направляющего сепаратора, установленного в цилиндре привода, асинхронного электродвигателя;

20) в качестве возбудителя вибраций использован гидравлический исполнительный механизм, состоящий из полого цилиндра с окнами и размещенного в нем поршня, образующего с внутренними стенками цилиндра полость или полости, заполненные маслом, с датчиком обратной связи по положению поршня относительно цилиндра;

21) устройство жесткой связи со стенками обсадной колонны взаимодействует с ними через цементную прокладку;

22) четвертьволновый излучатель выполнен в виде стержней и труб с развитой внутренней боковой поверхностью, причем длину четвертьволнового излучателя выбирают из соотношения l=0,25 c/f,

где с - скорость распространения колебаний по материалу четвертьволнового излучателя, м/с;

f- частота колебаний, с^-1;

23) направляющий элемент выполнен в виде усеченного конуса;

24) наземный источник колебаний размещен на транспортном средстве;

признаки 1 - общие с прототипом;

2-18 - существенные признаки заявляемого устройства;

19-24 - частные признаки заявляемого устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображено устройство вибросейсмического воздействия на нефтяное месторождение.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Нефтеотдача месторождений редко превышает 40%. Это связано с существующими естественными возможностями, заключенными в традиционных способах разработки и отсутствием технических средств, позволяющих реализовывать эффективные способы извлечения нефти из пластов с применением современных технологий. Эффективность методов увеличения нефтеотдачи напрямую связана с возможностями эффективной закачки того или иного вида энергии, затрачиваемой на вытеснение нефти из пласта. Так, эффективность вибровоздействия определяется способностью горной породы к энергонасыщению.

Предлагаемое устройство позволяет осуществить эффективное вибросейсмическое воздействие, обеспечить существенное повышение нефтеотдачи пластов и снизить затраты с известными решениями.

Устройство вибросейсмического воздействия состоит из наземного источника колебаний и снабжено размещенными в скважине присоединенной массой 8 четвертьволновым излучателем 6, устройством жесткой связи 2 со стенками обсадной колонны 3, направляющим элементом 5, замками 10, центраторами 9, опорной трубой 12 с ребрами жесткости 14, анкерами 16, причем в качестве наземного источника колебаний используется вибрационный источник с регулируемой величиной частоты колебаний и толкающего усилия, состоящий из привода, включающего корпус привода 36, крышку корпуса привода 37, поршень привода 23, толкателя поршня 24, шатуна 25, коленвала 26, маховика 27, цилиндра привода 28, обоймы 29, наконечника 30, подшипника 35, втулки подшипника 31, направляющего сепаратора 34, установленного в цилиндре привода 28, асинхронного электродвигателя 38, шкив привода 32, шкив электродвигателя 33 и возбудителя вибраций 17, состоящего из полого цилиндра с окнами 18 и размешенного в нем поршня 19 с датчиком обратной связи 20 по положению поршня 19 относительно цилиндра 18, образующими полости 21 для втекания и вытекания жидкости 22, поступающей от привода через наконечник 30 и высоконапорные рукава (на чертеже не показаны), и жестко связанного с опорной трубой 13, отцентрированной относительно фланца обсадной трубы 15 и закрепленной относительно инерционной массы 11 анкерами 16, поршень 19 возбудителя вибраций 17 связан через присоединенную массу 8 с волноводом 7 из колонны труб, связанным нижним торцом с четвертьволновым излучателем 6, установленным на устройстве жесткой связи 2 со стенками обсадной колонны 3 с возможностью взаимодействия с ними, при этом на нижнем конце четвертьволнового излучателя 6 установлен направляющий элемент 5, центраторы 9 и замки 10 установлены в местах резьбовых соединений элементов, составляющих присоединенную массу 8, волновод 7 и четвертьволновый излучатель 6, исключая относительные перемещения соединяемых поверхностей элементов и проворачивание их в резьбах при вибросейсмическом воздействии, присоединенная масса 8 выполнена в виде набора труб со стенками разной толщины, причем площадь контакта S устройства жесткой связи 2 со стенками обсадной колонны 3 выбирают из соотношения S>(Mg+А_р)/ , где М - суммарная масса присоединенной 8, волновода 7 и четвертьволнового излучателя 6, А_р - амплитуда толкающего усилия на нижнем конце четвертьволнового излучателя 6, - касательное напряжение сдвига устройства жесткой связи 2 относительно стенок обсадной колонны 3, g - ускорение свободного падения.

Устройство вибросейсмического воздействия работает следующим образом. На выбранном участке месторождения выбирают возбуждающую скважину из существующего фонда или специально пробуренную и проводят подготовительные операции по спуску и креплению устройства жесткой связи 2 со стенками обсадной колоны 3.

Затем последовательно опускают и устанавливают на устройстве жесткой связи 3 четвертьволновый излучатель 6 с направляющим элементом 5 на его нижнем торце, волновод 7, присоединенную массу 8, которые компонуют на устье, снабжая в местах соединений замками 10 и центраторами 9.

После этого над скважиной устанавливают наземный источник колебаний, излучающий элемент (поршень 19) которого связывают с присоединенной массой 8 волноводного устройства. После проведения описанных монтажных работ включают привод, который управляет потоками жидкости, поступающими в полости 21 возбудителя вибраций 17. Возбудитель вибраций 17 вырабатывает колебания заданной амплитуды и частоты поршня 19, которые передаются присоединенной массе 8 и распространяются дальше по волноводу 7, достигая излучателя 6, где устройством жесткой связи 2 преобразуются поперечные колебания стенок обсадной колонны 3 и затем в волны сдвига (поперечные волны). Жесткая связь излучателя с породой обеспечивает возбуждение в среде колебаний, которые распространяются по скелету породы с малым затуханием на низких частотах.

По сравнению с прототипом предложенный способ и устройство для его осуществления имеют высокую эффективность и производительность.

Пример конкретного выполнения. Устройство разработки обводненной углеводородной залежи, приведенное в заявке, прошло испытания на одном из месторождений Пермской области. В пределах месторождения был выбран обводненный опытный участок, на котором проводится разработка 4 пластов, имеющих среднюю глубину залегания 1414 м, 1420 м, 1430 м, 1440 м. Обводненность продукции добывающих скважин на участке составила 82,9%. На этом участке выбрали возбуждающую скважину, в которой провели монтаж волноводного устройства. Перед установкой излучателя в интервале, имеющем наибольшие остаточные запасы нефти, провели закачку цемента в пласт с целью ограничения водопритока.

Устройство вибросейсмического воздействия на нефтяной пласт было выполнено следующим образом. В качестве источника колебаний использовался источник с электромеханическим приводом. Волноводное устройство состояло из присоединенной массы, выполненной из УБТ 4 , собственно волновода из НКТ 3 , четвертьволнового излучателя из труб диаметром 108 мм и 133 мм и болванок диаметром 140 мм. Волновод, присоединенная масса и четвертьволновый излучатель были изолированы от обсадной колонны центраторами в виде втулок из металла. Втулки размещались в местах соединения элементов и фиксировались при помощи замков в виде приваренных накладок.

В результате проведения вибросейсмического воздействия произошло снижение обводненности в среднем по участку на 4-6%. Дополнительная добыча нефти на этапе пуско-наладочных работ составила 2500 т.

Источники информации

1. Способ разработки обводненного нефтяного месторождения. А.С. 1596081 (СССР), кл. Е21В 43/00, бюл. 36, 1990.

2. Способ разработки обводненного нефтяного месторождения. Пат. 2057906 (Россия), кл. Е21В 43/00, бюл. 10, 1996. (прототип).