Скважинная шумометрия и виброакустическое воздействие на флюидонасыщенные пласты
жүктеу/скачать 0,9 Mb. Pdf көрінісі
|
|
3.2. Устройства генерации упругих волн. Для формирования поля упругих колебаний в нефтяном пласте генераторы колебаний различного рода располагают как на поверхности, так и в скважине. Каждый из известных вариантов имеет свои достоинства и недостатки. К достоинствам наземных генераторов упругих колебаний следует отнести возможность обеспечения больших мощностей, лучшие возможности группирования источников. Мощность источника зависит от приводимой в движение инерционной массы. Развиваемая мощность тем больше, чем больше инерционная масса. 34 В пространстве, ограниченном стенками скважины, затруднительно обеспечить большую мощность передаваемой в пласт энергии. Группирование источников позволяет в заданных точках пласта увеличить амплитуду волн вследствие интерференции волновых полей, формируемых наземными источниками. Высокая концентрация напряжений при этом приводит к появлению новых трещин и улучшению условий фильтрации углеводородов. Применение скважинных источников позволяет приблизить генератор колебаний к объекту воздействия и исключить потери энергии, обусловленные прохождением волн от источника к нефтяной залежи. Таким образом, из сказанного следует, что оба способа имеют свои преимущества и недостатки. В данной работе рассмотрены скважинные устройства генерации колебаний. Применение для обработки нефтяных пластов колебаний, генерируемых источниками, размещенных на забое скважин, позволяет увеличить радиус охвата, приблизить генератор к объекту воздействия, уменьшить потери энергии, связанные с затуханием волн при их прохождении от источника до нефтяного пласта. Патентный анализ, проведенный по российским изобретениям в области технических средств и способов воздействия на продуктивные пласты с целью увеличения нефтеотдачи, позволил классифицировать имеющиеся изобретения на 7 групп (рис. 3.2). В таблице 3.1 приведены основные характеристики предлагаемых устройств и принцип их действия. Проведенный анализ показывает, что наибольшее внимание (около 70% патентов) уделяется трем основным типам излучателей: электрическим, гидродинамическим и механическим. Скважинные вибрационные излучатели, помещенные в ограниченный объем скважины, не обеспечивают большие нагрузки воздействия, но позволяют воздействовать непосредственно на пласт, а не через осадочный чехол горных пород. В А.с. 1203449 СССР описан скважинный вибрационный источник, содержащий размещенные на поверхности насосную установку, пульсатор и исполнительный механизм в виде герметичной деформируемой камеры. Переменный объем жидкости, создаваемый гидрообъемным пульсатором, упругой характеристикой полости камеры трансформируется в пульсирующее давление. 35 Рис. 3.2. Распределение излучателей колебаний по типам. 1 – электрические, 2 – гидродинамические, 3 – механические, 4 импульсного действия, 5 – ударно-импульсные, 6 – ударные гидроимпульсные, 7 – кавитационные. Таблица 3.1 Характеристика скважинных излучателей № Классификация устройств Способ реализации 1 Электрические Преобразование электрической энергии (магнитострикционные, пьезоэлектрические и др.) 2 Гидродинамиче ские Использование гидродинамических эффектов в потоке (вихревые, тороидальные, диафрагменные и др.) 3 Механические Движущиеся элементы конструкции (совмещенные с насосом-качалкой, сирены и др.) 4 Импульсного действия Электроразряд в жидкости, пиротехника 5 Ударные гидроимпульсные Создание гидроудара при разрушении мембраны 6 Импульсно- струйные Создание импульсной струи (клапанные, шариковые пульсаторы, золотниковые и др.) 7 Кавитационные Трубка Вентури В устройстве, описанном в Пат. 4042063 США в качестве рабочего опыта, вызывающего изменение давления, используется воздух. Находят 36 применение в скважинных вибрационных источниках различные конструкции сервоклапанов для прерывания потока жидкости. В Пат. 3718205 США предложена конструкция гидравлического вибрационного источника, в котором регулирование потока осуществляется золотниковым распределительным устройством. Поток жидкости при этом через поршень действует на боковые стенки скважины. Существуют различные варианты конструкций скважинного механоакустического преобразователя, отличительной особенностью которых является преобразование вращения вала, расположенного внутри скважины, в пульсирующее движение боковой стенки источника. Механоакустические источники могут создавать в пластах жидкости акустические мощности до 100 кВт/м 2 (Пат. 4469175 США). Среди многообразия устройств генерации упругих волн предпочтительными для осуществления виброволновых обработок ПЗП являются скважинные гидродинамические генераторы упругих волн (ГДГ), работа которых основана на использовании энергии потока жидкости или газа. Для их функционирования требуется лишь штатное нефтепромысловое оборудование – устьевые насосные агрегаты. Режимные напорно-расходные параметры последних весьма велики, что позволяет при достаточно высоком коэффициенте полезного действия (КПД) гидродинамического генератора создавать на забое скважины большую мощность волнового поля. Кроме того, весьма важно, что скважинная обработка с использованием ГДГ органично совмещается со штатными промысловыми операциями подземного (ПРС) и капитального (КРС) ремонта скважин и с операциями большинства традиционных методов обработок ПЗП и пласта. К настоящему времени разработаны акустические генераторы с различными активными элементами [2]: вихревые, тороидальные, дисковые, диафрагменные, параметрические, работающие в режиме усиления выходных параметров. Они не имеют движущихся частей и деталей. В вихревых генераторах (рис. 3.3) поток рабочего агента 5 по тангенциальным каналам 2 поступает в вихревую камеру 1, где приобретает вращательно-поступательное движение. В вихревом сопле за счет уменьшения диаметра интенсивность вихря возрастает. При этом в вихревой камере образуется зона разрежения. В результате периодического проскока рабочего агента в зону разрежения на выходе сопла генерируются аэрогидродинамические импульсы в виде сжатия и разрежения потока, которые распространяются в виде акустической волны. 37 Динамические (амплитудно-частотные) характеристики вихревого генератора определяются соотношением геометрических размеров камеры и параметрами рабочего агента. Настройка на резонансный режим генератора производится, например, путем изменения объема вихревой камеры. Рис. 3.3. Акустические генераторы: а) с цилиндрической вихревой камерой с регулируемым объемом; б) со сферической вихревой камерой; в) с цилиндрической вихревой камерой и направляющей чашкой. 1 – вихревая камера, 2 – тангенциальные входные каналы, 3 – устройство для регулирования объема вихревой камеры, 4 – выходное сопло, 5 – поток рабочего агента. В акустических генераторах с тороидальной резонансной камерой (рис. 3.4) поток рабочего агента под давлением подается в кольцевое сопло 3 и затем поступает (с большой скоростью) в тороидальную резонансную камеру 1. При этом в камере 1 повышается давление, и рабочий агент периодически проскакивает наружу. Кольцевой поток, выходящий из тороидальной резонансной камеры с определенной частотой, периодически прерывает кольцевую струю, истекающую из кольцевого сопла 3. Вследствие этого у активной кольцевой кромки 4 тороидальной камеры генерируются периодические аэрогидродинамические импульсы в виде сжатия и разряжения потока рабочего агента. Динамические характеристики генератора определяются геометрическими размерами тороидальной 38 резонансной камеры и кольцевого сопла, а также параметрами и характеристиками рабочего агента. а) б) Рис. 3.4. Тороидальные акустические генераторы: а) продольного излучения; б) поперечного излучения. 1 – тороидальная резонансная камера, 2 – обтекатель, 3 – кольцевое входное сопло, 4 – активная кольцевая кромка тороидальной камеры, 5 – поток рабочего агента. В акустических генераторах дискового или диафрагменного типа (рис. 3.4-3.5) рабочий агент подается в радиальное кольцевое сопло 4. Далее поток с большой скоростью натекает на лезвие дискового 1 или диафрагменного 6 резонатора и возбуждает в них интенсивные изгибные автоколебания, которые генерируют акустические волны. Излучение волновой энергии осуществляется в направлении, перпендикулярном к плоскости диска или диафрагмы. Изгибные колебания приводят к пульсации давления рабочего агента над диском или диафрагмой в тороидальной резонансной камере 3 с частотой колебаний резонаторов 1 и 6. Это, в свою очередь, приводит к продольным колебаниям стержня 2 (на его собственной частоте), что усиливает волновую энергию потока жидкости. 39 Рис. 3.4. Акустический дисковый генератор. 1 – диск-резонатор, 2 – стержень-резонатор, 3 – тороидальная резонансная камера, 4 – радиальное кольцевое сопло, 5 – поток рабочего агента. Рис. 3.5. Акустический диафрагменный генератор. 1 – диафрагменный резонатор Параметрические акустические генераторы обеспечивают повышение эффективности за счет концентрации энергии при генерации акустических колебаний в нелинейном режиме работы (рис. 3.6). В более сложном варианте подобный генератор содержит несколько резонаторов (дисковый, стержневой, тороидальный). Рис. 3.6. Параметрический акустический генератор. 1 – корпус, 2 – основная вихревая камера, 3, 4 – дополнительные вихревые камеры. 40 В совокупности резонаторы генерируют акустические колебания давления комбинированной частоты с большей амплитудой, чем амплитуда любого из складываемых колебаний давления (рис. 3.7). Рис. 3.7. Параметрический излучатель. 1 – стержневой резонатор, 2 – дисковый резонатор, 3 – резонансная камера. Таким образом, можно сформулировать следующее: 1. Для поддержания на современном этапе темпов добычи и увеличения коэффициента нефтеотдачи необходимы принципиально новые методы и средства воздействия на продуктивные пласты. 2. Перспективным представляется метод виброакустического воздействия: – воздействие на пласт полем упругих волн приводит к увеличению нефтеотдачи и снижению обводненности извлекаемой продукции; – при совмещении его с другими методами увеличения нефтеотдачи (тепловое, физико-химическое, гидродинамическое, и др.) возможно 41 достижение сверхсуммарного эффекта, превышающего сумму эффектов воздействия отдельно использованными методами; – для его реализации нет необходимости в изменении технологической схемы добычи углеводородного сырья. 3. В качестве излучателя упругих волн, наиболее перспективно применение таких конструктивных схем, которые позволяют воздействовать на продуктивный пласт в процессе его разработки и использовать для возбуждения колебаний энергию потока жидкости, нагнетаемой в пласт. |