Термоакустический скважинный пульсатор

Изобретение относится к технике гидроимпульсного воздействия на нефтегазовые пласты пульсирующим давлением с целью очистки призабойных зон пластов от кольматирующих элементов и увеличения проницаемости горных пород. Недостатком существующих технологий гидроимпульсного воздействия на пласт является невозможность объединения в одном устройстве (скважинном пульсаторе) как необходимой значительной мощности, так и достаточно высокой частоты повторения импульсов. Настоящее изобретение имеет целью ликвидацию этого пробела путем разработки скважинного пульсатора, имеющего необходимый диапазон мощностей и частот. Указанный технический результат достигается тем, что в качестве привода пульсатора используется термоакустический двигатель. Генерируемые термоакустическим двигателем акустические волны посредством волновода-резонатора и жидкости в скважине создают пульсации давления в призабойной зоне пласта. Определяемая интенсивностью горения мощность термоакустического двигателя подбирается для генерации импульсов необходимой энергии, а частота повторения импульсов определяется длиной резонатора. Таким образом, необходимое для эффективного воздействия на пласт сочетание мощности и частоты повторения импульсов достигается в одном устройстве. Предлагаемый скважинный пульсатор энергетически автономен, гораздо проще по конструкции и обладает существенно более высокой надежностью, чем используемые в настоящее время.

В связи с прогрессирующим исчерпанием легкодоступных месторождений нефти, в настоящее время возрастает доля трудноизвлекаемых запасов, которые требуют применения специальных эффективных и экономичных методов добычи. Известно (см. список литературы 1-11), что одним из наиболее эффективных методов интенсификации добычи нефти из трудноизвлекаемых запасов является гидроимпульсное воздействие на пласт пульсирующим давлением. Гидроимпульсное воздействие позволяет добиться как очистки призабойных зон пластов от кольматирующих элементов и увеличения проницаемости горных пород, так и повышения подвижности нефти в породе нефтенасыщенного пласта.

Мощное гидроимпульсное воздействие на пласт может служить также эффективным методом капитального ремонта скважин и повторного ввода в эксплуатацию преждевременно истощенных скважин.

Полезная модель направлена на увеличение нефтеотдачи скважин, в том числе при их капитальном ремонте и повторном вводе в эксплуатацию. Изобретение относится к технике гидроимпульсного воздействия на нефтегазовые пласты пульсирующим давлением с целью очистки призабойных зон пластов от кольматирующих элементов и увеличения проницаемости горных пород. Одним из наиболее эффективных методов интенсификации добычи нефти из трудноизвлекаемых запасов является гидроимпульсное воздействие на пласт пульсирующим давлением.

Недостатком существующих технологий гидроимпульсного воздействия на пласт является невозможность объединения в одном устройстве (скважинном пульсаторе) как необходимой значительной мощности, так и достаточно высокой частоты повторения импульсов. Упрощая, можно сказать, что механические и электроискровые пульсаторы не обладают необходимой мощностью, а взрывные методы не обеспечивают необходимых частотных параметров.

Настоящее изобретение имеет целью ликвидацию этого пробела путем разработки скважинного пульсатора, имеющего необходимый диапазон мощностей и частот.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве привода пульсатора используется термоакустический двигатель. Генерируемые термоакустическим двигателем акустические волны посредством волновода-резонатора и жидкости в скважине создают пульсации давления в призабойной зоне пласта.

Существующие типы скважинных пульсаторов представлены в следующих патентах.

1. Устройство для забивки свай. В заявке 94031147 в качестве источника воздействия на углеводородсодержащую залежь применяется известное устройство для забивки свай.

Недостатком данной технологии пульсационного воздействия на пласт является недостаточная мощность и низкая частота.

2. Падающий груз. Груз падает на установленный в колонне плунжер. Ударные нагрузки от плунжера через столб жидкости, находящейся в скважине под плунжером, передаются в пласт и возбуждают в нем упругие колебания. Патенты:

RU 2105143

SU 1710709

Недостатком данной технологии пульсационного воздействия на пласт является недостаточная мощность и низкая нестабильная частота.

3. Пороховые заряды. Способы газодинамической обработки пласта в импульсно-волновом режиме пульсирующим давлением пороховых газов. Патенты:

RU 1711516

RU 2030569

RU 2057917

RU 2064576

RU 2071556

RU 2072421

RU 2075597

RU 2092682

RU 2103493

RU 2106485

RU 2110677

RU 2124121

RU 2138630

RU 2163663

RU 2166078

RU 2141561

US 4617997

US 4751966

Недостатком данной технологии пульсационного воздействия на пласт является нестабильность частоты импульсов.

4. Электрические разряды. Проводят импульсную обработку призабойной зоны скважины электрическими разрядами. Патенты:

RU 2097546

RU 2055171

US 4074758

Недостатком данной технологии пульсационного воздействия на пласт является недостаточная мощность импульсов.

4. Ударные волны. Способы возбуждения ударной волны в среде, окружающей скважину. Патенты:

RU 2142049

RU 2072423

RU 2097544

SU 1816852

US 5109698

US 3520362

Потенциально перспективная технология. Существующие устройства страдают недостаточной мощностью.

5. Акустический способ. Акустический способ воздействия на скважину и пласт представлен в патентах:

RU 2143554

RU 2026969

RU 2108452

RU 2093671

RU 2097544

US 5109922

US 5396955

Перспективная технология. Существующие устройства страдают недостаточной мощностью.

6. Ультразвуковое воздействие. Способы ультразвукового воздействия представлены в патентах:

RU 2026969

RU 2046936

RU 2095671

RU 2108452

RU 2109134

RU 2133332

SU 1413241

SU 794200

US 3952800

US 4049053

US 5184678

Потенциально перспективная технология. Существующие устройства страдают недостаточной мощностью.

7. Механические скважинные пульсаторы (А). Используют механические скважинные пульсаторы, которые создают колебания давления в зоне перфорированного фильтра продуктивного пласта путем возвратно-поступательного перемещения поршня силовыми агрегатами, установленными на устье скважины. Патенты:

RU 2121565

RU 2178063

RU 2049908

SU 1492023

Недостатком данной технологии пульсационного воздействия на пласт является низкая частота импульсов.

8. Механические скважинные пульсаторы (Б). В насосно-компрессорной трубе опускают поршень до уровня пакера и совершают локальное возвратно-поступательное перемещение поршня. Патенты:

RU 2143554

RU 2121564

RU 2121565

SU 369247

SU 1587180

SU 1716109

US 5836389

US 5950726

US 6015010

Недостатком данной технологии пульсационного воздействия на пласт является низкая частота импульсов.

9. Гидравлические скважинные пульсаторы. Патенты:

RU 2012779

RU 2047729

RU 2054532

RU 2073090

RU 2085719

RU 2099516

RU 2105874

RU 2114280

RU 2133326

RU 2137899

RU 2147337

RU 2162509

RU 2176726

SU 1089348

SU 1692195

SU 1694865

US 3520362

US 3712378

US 3743017

Недостатком данной технологии пульсационного воздействия на пласт является низкая частота импульсов.

Наиболее близок к поставленной цели представленный в патенте RU 2143554 акустический способ воздействия на скважину, который избран в качестве прототипа. Его недостатком является недостаточная мощность импульсов.

Предлагаемый термоакустический скважинный пульсатор состоит из следующих элементов:

1. Термоакустический двигатель.

2. Волновод-резонатор.

3. Столб жидкости в скважине.

Генерируемые термоакустическим двигателем акустические волны посредством волновода-резонатора и жидкости в скважине создают пульсации давления в призабойной зоне пласта.

Термоакустическая технология (см. список литературы 12-18) активно развивается в последние годы и привела к созданию термоакустических двигателей (фактически, пульсационных компрессоров), которые создают в резонаторах мощные акустические волны, которые можно использовать для привода линейных электрогенераторов, термоакустических холодильников и других устройств. Источником энергии для термоакустических двигателей служит тепло от сгорания органического топлива.

Определяемая интенсивностью горения мощность термоакустического двигателя подбирается для генерации импульсов необходимой энергии, а частота повторения импульсов определяется длиной резонатора. Таким образом, необходимое для эффективного воздействия на пласт сочетание мощности и частоты повторения импульсов достигается в одном устройстве.

Важным преимуществом термоакустических двигателей является отсутствие движущихся механических частей, поэтому предлагаемый термоакустический скважинный пульсатор гораздо проще по конструкции и обладает существенно более высокой надежностью, чем используемые в настоящее время. Кроме того, он энергетически автономен, поскольку не требует подвода линии электропередач для привода компрессора, который отсутствует в предлагаемой конструкции.

Список литературы

1. Гадиев С.М. Использование вибраций в добыче нефти. - М.: Недра, 1977.

2. Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. - М.: Недра, 1990.

3. Устройство для вскрытия и обработки призабойной зоны скважины. Информационный листок N 124-95, Казань, Татарский центр Научно-технической информации, 1995.

4. Андриасов Р.С. и др. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти. - М.: Недра, 1983.

5. Инструкция по применению пороховых генераторов давления в скважинах. - М.: ВИЭМС, 1989.

6. Дуванов A.M. и др. Методы интенсификации притоков в нефтяных и газовых скважинах с использованием энергии взрыва и горения взрывчатых материалов / Обзор. Серия: Региональная и морская геофизика. Геофизические методы поисков и разведки минеральных полезных ископаемых. - М.: ВИЭМС, 1990.

7. Григорян Н.Г. Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам в скважинах. - М.: Недра, 1970.

8. Чазов Г.А. и др. Термогазохимическое воздействие на малодебитные и осложненные скважины. - М.: Недра, 1986.

9. Абдулин Ф.С. Повышение производительности скважин. - М.: Недра, 1975.

10. Яремийчук Р.С. и др. Вскрытие продуктивных горизонтов и основание скважин. - 1982.

11. Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти. - М.: Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2003.

12. R.Radebaugh, К.М.McDermott, G.W.Swift and R.A.Martin. Development of a thermoacoustically driven orifice pulse tube refrigerator. In Proceedings of the Interagency Meeting on Cryocoolers, page 205. October 24, 1990, Plymouth, MA, David Taylor Research Center, publication 91/003, Bethesda, MD, 1990.

13. J.Wollan, G.Swift and W.Wijngaarden. Development of a Thermoacoustic Natural Gas Liquefier. Presented at the 2000 AGA Operations Conference, Denver, CO. May, 2000.

14. Wollan, J.J., Swift, G.W., Backhaus, S.N., and Gardner, D.L, "Development of a Thermoacoustic Natural Gas Liquefier," Proceedings of AIChE Meeting, New Orleans LA, March 11-14 (2002).

15. Swift, G.W., and Wollan, J.J. "Thermoacoustics for liquefaction of natural gas," GasTIPS, vol.8(4), (Fall 2002), pp.21-26.

16. Backhaus, S.N., and Swift, G.W., "A Thermoacoustic-Stirling Heat Engine." Nature, vol.399, (1999), pp.335-338.

17. Backhaus, S.N., and Swift, G.W., "A thermoacoustic-Stirling heat engine: Detailed study," Journal of the Acoustical Society of America, vol.107 (2000), pp.3148-3166.

18. Gardner, D.L, and Swift, G.W., "A cascade thermoacoustic engine, Journal of the Acoustical Society of America, vol.114 (2003), pp.1905-1919.

1. Скважинный пульсатор для гидроимпульсной очистки призабойных зон нефтяных пластов от кольматирующих элементов, увеличения проницаемости горных пород и повышения подвижности нефти в породе нефтенасыщенного пласта путем создания акустических колебаний в заполненной жидкостью скважине, отличающийся тем, что, с целью объединения в одном устройстве как необходимой значительной мощности, так и достаточно высокой частоты повторения импульсов, в качестве источника акустических колебаний используют термоакустический двигатель, соединенный волноводом-резонатором со скважиной.

2. Скважинный пульсатор по п.1, отличающийся тем, что волновод-резонатор и термоакустический двигатель заполняют сжатым гелием.