Скважинное оборудование для поличастотной волновой обработки призабойной зоны продуктивного пласта и генератор колебаний расхода для него

Скважинное оборудование для поличастотной волновой обработки призабойной зоны продуктивного пласта и генератор колебаний расхода для него

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности, а также к технике генерации упругих колебаний. Устройства могут быть использованы в качестве скважинного оборудования для очистки призабойной зоны нефтегазосодержащих пластов от кольматирующих материалов при освоении, реанимации и повышении продуктивности скважин, для поличастотного волнового воздействия на пласты с целью увеличения нефтеотдачи, а также для обработок водозаборных скважин, в горной промышленности для инициирования и интенсификации скважинной гидродобычи полезных ископаемых, в частности для подземного выщелачивания, гидродобычи сыпучих руд. Для достижения наибольшей эффективности обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) целесообразно сочетать работу оборудования с закачкой химических реагентов. Предлагаемые гидродинамические генераторы релаксационных автоколебаний расхода также могут быть использованы для приготовления мелкодисперсных эмульсий или пенных систем повышенной стойкости, например, в химической и пищевой промышленности, во флотационных горнообогатительных процессах, водонефтяных эмульсий для глушения скважин, в различных технологических процессах, требующих интенсивных колебаний расхода и давления жидкости, в акустико-океанологических исследованиях благодаря низкой частоте колебаний.

Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения, технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным изобретением признаков.

Известно устройство, предназначенное для добычи нефти, освоения продуктивных горизонтов и очистки призабойной зоны (патент РФ 2084705, кл. F04F 5/00, опубл. в БИ №20, 1997 г.), состоящее из струйного насоса, помещенного с пакером на колонне труб, ответвительной фильтр-муфты, гидродинамического излучателя, установленного под пакером на колонне труб, имеющего гидравлическую связь с напорной магистралью через клапан-реле дифференциального давления.

Недостатками известного изобретения являются низкая эффективность обработки слабопродуктивных скважин, вскрывающих низкопроницаемые, сильно загрязненные в призабойной зоне, коллектора, ослабление эффективности для глубоких скважин, связанное с необходимостью использования мощных насосных агрегатов, существенные затруднения при сочетании работы оборудования с процессами реагентных обработок пласта, обусловленные техническими ограничениями по допустимому давлению на эксплуатационную колонну.

Известен также гидродинамический генератор колебаний (патент РФ 2087756, опубл. БИ №23, 20.08.1997 г.), содержащий корпус, размещенную в нем проточную камеру с каналами закрутки и основным соплом, центральное тело, установленное в проточной камере с зазором относительно ее боковой стенки, напорную магистраль, соединенную с каналами закрутки, и дополнительную магистраль, подсоединенную к напорной магистрали через ограничитель расхода и сообщенную с основным соплом через зазор между центральным телом и стенкой проточной камеры.

Недостатком известного генератора является низкая эффективность его работы, связанная с большими потерями на вязкостное трение рабочей жидкости в проточных каналах и с ограниченным ее расходом при приемлемых габаритах устройства.

Известен также способ генерирования колебаний жидкостного потока и гидродинамический генератор колебаний по патенту РФ 2296894, кл. F15B 21/12, В06В 1/18, по заявке 2005104558/06, 21.02.2005, опубл. 10.04.2007 г. Согласно этому изобретению жидкость под давлением закручивают, создают не менее двух противоположно направленных вихрей, образованных закрученными жидкостными потоками с одинаковым давлением подачи, при этом закрученные жидкостные потоки разделяют промежуточным соплом центробежной форсунки и один из них связывают с полостью с регулируемой упругостью, а другой - с выходным соплом. Гидродинамический генератор колебаний содержит корпус с вихревой камерой, каналы закрутки, выходное сопло, напорную магистраль, соединенную с каналами закрутки, и установленное в вихревой камере с зазором относительно боковой стенки центральное тело, полость с регулируемой упругостью. Зазор соединен с промежуточным соплом центробежной форсунки, имеющей каналы закрутки противоположной ориентации каналам выходного сопла и сообщенной с полостью с регулируемой упругостью.

По мнению автора, "благодаря введению промежуточного сопла центробежной форсунки в полости с регулируемой упругостью повышается давление, создаваемое жидкостным вихрем в вихревой камере, который дополнительно поджат через промежуточное сопло центробежной форсунки жидкостным вихрем камеры закручивания". Из такого утверждения автора следует, что за счет увеличения числа закрученных жидкостных потоков, разделенных промежуточными соплами, якобы возможно дополнительно увеличивать давление в полости с регулируемой упругостью, а в пределе создавать даже превышающее давление в напорной магистрали, но это противоречит законам физики. Тем более что жидкость поступает к каналам закрутки под одинаковым давлением. Давление является аддитивной, а не векторной величиной. Поэтому результирующее давление в полости с регулируемой упругостью не может определяться суммой центробежных давлений обоих вихрей, а зависит только от центробежного давления, развиваемого жидкостным вихрем камеры закручивания с выходным соплом, даже при том, что на выходе из сопла в обрабатываемой среде гидростатическое давление всегда меньше. Выполнение промежуточного сопла сильно ухудшает работу генератора. Создаваемое в промежуточной камере закручивания центробежное давление препятствует течению жидкости из полости с регулируемой упругостью и приводит к созданию в ней остаточного давления и нерациональному использованию упругих свойств полости. Кроме того, из-за наличия сопла у промежуточной камеры имеется сужение в вихревой камере, которое соответственно увеличивает путь и препятствует потоку жидкости из камеры и полости с регулируемой упругостью в сторону выходного сопла. Все это уменьшает скорость движения и интенсивность вращения этого потока и, как следствие, снижается взаимодействие при смешении с жидкостным вихрем противоположной закрутки, уменьшается скорость истечения из выходного сопла и, по сравнению даже с принятым нами за прототип патентом РФ №2144440, существенно снижается амплитуда колебаний жидкостного потока.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является скважинное оборудование для обработки призабойной зоны пласта (патент РФ № 2175718, кл. Ε21В 43/25, опубл. в БИ №31, 2001 г.), содержащее струйный насос с корпусом, установленный на пакере на колонне труб, включающий камеру смешения, сопловую камеру с проходным каналом через пакер и фильтр-муфту, внутри которого установлен клапан-реле и регулятор расхода или давления. Гидродинамический излучатель установлен под пакером на колонне труб на уровне интервала перфорации. Клапан-реле снабжен реле времени и установлен между регулятором давления и излучателем. Параллельно клапану-реле выполнен переточный канал. Гидродинамический излучатель выполнен в виде автоколебательного низкочастотного генератора колебаний расхода.

Недостатки работы устройства обусловлены тем, что непроизводительно расходуется энергия насосного агрегата; во время осуществления цикла повышения забойного давления затруднительно обеспечивать генерацию высокоамплитудных колебаний давления, а это является важным условием эффективности обработки, особенно при большом радиусе закольматированной зоны около ствола скважины. Кроме того, известное устройство не позволяет в полной мере осуществлять в совокупности с воздействием упругими колебаниями реагентное воздействие на пласт, без чего для отдельных категорий скважин затруднительно получение приемлемого результата. Из-за наличия реле времени в клапане-реле работа насоса будет резко изменяться - при закрывании реле резко снижается расход жидкости за счет работы только струйного насоса и соответственно будет увеличиваться давление вплоть до опасного значения, что требует постоянного внимания и переключения режима работы насосного агрегата.

Известен способ возбуждения колебаний потока жидкости и гидродинамический генератор колебаний по патенту РФ №2144440, кл. В06В 1/20, являющийся наиболее близким к нашему техническому решению. Согласно этому изобретению, жидкость под давлением закручивают, создают не менее двух противоположно направленных вихрей, образованных закрученными жидкостными потоками с одинаковым давлением подачи, периферия которых гидравлически связана с полостью с регулируемой упругостью. Гидродинамический генератор содержит корпус, установленную в нем вихревую камеру с каналами закрутки и выходным соплом и напорную магистраль, сообщенную с каналами закрутки. В вихревой камере установлено центральное тело с зазором относительно ее боковой стенки. Генератор снабжен полостью с регулируемой упругостью, сообщенной через проходные отверстия с вихревой камерой и через упомянутый зазор с выходным соплом, а каналы закрутки выполнены, по крайней мере, в двух плоскостях сечения вихревой камеры с взаимно противоположной ориентацией закрутки и соединены с напорной магистралью.

Недостатками известного устройства являются относительно низкая эффективность преобразования гидравлической энергии в колебательную из-за непроизводительных затрат гидродинамической энергии. Конструктивные особенности устройства затрудняют оптимизацию генерирования колебаний для работы с изменяющимся избыточным давлением в напорной магистрали или на выходе из сопла. Это связано с тем, что работа генератора довольно чувствительна к размерам закручивающих каналов, расстоянию между их плоскостями сечения вихревой камеры и к ширине зазора между центральным телом и боковой стенкой. Поэтому при их размывании за счет абразивного и других износов работа генератора будет резко ухудшаться, а при определенных соотношениях расходов через каналы закрутки в противоположно направленных вихрях амплитуда колебаний или же оказывается низкой или режим автоколебаний может срываться. Кроме того, поскольку подача жидкости производится под одинаковым избыточным давлении, а следовательно, источником нагнетания, например центробежным насосом, поддерживается заданная величина давления в напорной магистрали, то при увеличении статического давления в обрабатываемой среде возможна нестабильность функционирования генератора, вплоть до срыва автоколебаний, так как при этом будет уменьшаться общий перепад давления на генераторе и соответственно снижаться расход, что ограничивает область его применения только для условий со свободным выходом, без особого сопротивления для вытекания жидкости из сопла как, например, в открытые емкости.

Задача изобретения - повышение эффективности работы скважинного оборудования при увеличении надежности, расширении функциональных возможностей и эксплуатационных свойств, в соответствии с потребностями решаемых задач и технических возможностей нагнетательных насосов, рациональное использование энергии от насосного агрегата, а также повышение эффективности работы гидродинамического генератора, увеличение амплитуды колебаний расхода при приемлемых для скважинных условий габаритах и параметрах подачи рабочей жидкости, например расхода и давления закачки.

Поставленная задача решается тем, что известное скважинное оборудование, содержащее струйный насос с сопловой камерой, клапан-реле, генератор колебаний расхода под пакером на колонне труб на уровне интервала перфорации, согласно изобретению, снабжено гидромеханическим излучателем упругих колебаний, установленным в интервале пласта выше входных каналов генератора, струйный насос снабжен гидроаккумулятором, клапан-реле оснащен обратным гидроклапаном и установлен ниже струйного насоса, а генератор выполнен в виде гидродинамического генератора релаксационных автоколебаний расхода.

При этом гидромеханический излучатель упругих колебаний выполнен в виде преобразователя колебаний давления рабочей жидкости в механические колебания подвижных жестких элементов для передачи колебаний через перфорированную эксплуатационную колонну в пласт. Как вариант выполнения наиболее рациональной и надежной конструкции, гидромеханический излучатель включает в себя корпус с осевым каналом, гидравлически связанным с радиально расположенными в корпусе не менее тремя цилиндрами с герметично установленными поршнями, у которых внешняя сторона имеет форму концентраторов с контактной площадью, большей площади перфорационных отверстий, при этом со стороны осевого канала и снаружи корпуса выполнены ограничители движения поршней, а сами поршни оснащены возвратными пружинами.

Клапан-реле целесообразно выполнять в виде корпуса с радиальными сливными каналами и подпружиненными шариковыми фиксаторами, а также с расположенными по оси корпуса цилиндрической полостью с седлом, установленным в ее нижней части, подпружиненными запорно-регулирующим элементом и обратным гидроклапаном, которые соответственно сообщены с приточным и прямоточным каналами, запорно-регулирующий элемент содержит конусную и цилиндрическую части с возможностью его перемещения внутри цилиндрической полости, причем на цилиндрической части запорно-регулирующего элемента выполнены по окружности не менее двух проточек с коническими боками, при этом в исходном положении запорно-регулирующего элемента шарики фиксаторов расположены в дальней от седла проточке.

Гидроаккумулятор рационально выполнять в виде размещенного в перфорированном кожухе оконцованного эластичного шланга с газом.

Для улучшения потребительских свойств струйный насос рационально выполнять в варианте, где сопловая камера снабжена обратным клапаном, нижняя цилиндрическая часть которого имеет герметизирующие кольца и установлена в цилиндрической полости компенсатора с возможностью телескопического перемещения, при этом цилиндрическая полость сообщена каналами с внешней поверхностью компенсатора и межтрубным пространством, а перед входом в каналы установлен фильтр.

На выходе струйного насоса может быть установлен закручиватель потока.

Скважинное оборудование может быть дополнительно оснащено гидроимпульсным источником колебаний, гидравлически связанным с гидродинамическим генератором релаксационных автоколебаний расхода.

Гидродинамический генератор релаксационных автоколебаний расхода может быть установлен в седло.

Скважинное оборудование может быть дополнительно оснащено механическим источником упругих колебаний, который связан с гидродинамическим генератором релаксационных автоколебаний расхода и выполнен в виде преобразователя осевых механических перемещений генератора в механические удары по колонне.

Повышение эффективности работы предлагаемого скважинного оборудования достигается тем, что в стадии волнового воздействия при работе гидродинамического генератора релаксационных автоколебаний расхода (далее генератор) одновременно с передачей регулярных колебаний от него в пласт через перфорационные отверстия, дополнительно непосредственно через эксплуатационную колонну в пласт излучаются механические колебания с помощью гидромеханического излучателя упругих колебаний. Кроме того, в стадии депрессионного воздействия при работе струйного насоса, снабженного гидроаккумулятором, благодаря наличию клапана-реле с обратным гидроклапаном, в подпакерном пространстве и интервале пласта создаются импульсы пониженного давления (имплозии) и отраженные от струйного насоса обратные ударные волны, которые трансформируются в упругие колебания в самом пласте. Оснащение скважинного оборудования гидроимпульсным источником колебаний или механическим излучателем позволяет дополнительно возбуждать упругие колебания. Возбуждение колебаний устройствами тесно связано с работой струйного насоса. Кроме того, функционирование гидромеханического излучателя, гидроимпульсного источника или механического излучателя неразрывно связано с работой генератора, при этом каждое из этих устройств производит воздействие на ПЗП на разных частотах, что при их одновременной работе обеспечивает поличастотность волновой обработки. Тем самым увеличивается эффективность обработки призабойной зоны пласта. В совокупности повышается КПД работы скважинного оборудования, расширяются функциональные возможности и эксплуатационные свойства в соответствии с потребностями решаемых проблем и технических возможностей нагнетательных насосов, обеспечивается работа в оптимальном режиме как генератора, так и струйного насоса при обработках скважин с незначительным или с отсутствием притока пластовой жидкости, связанным с кольматацией ПЗП.

Поставленная задача достигается также тем, что в генераторе колебаний расхода, содержащем корпус, камеру закручивания с выходным соплом, центральное тело, установленное с зазором относительно корпуса, упругую полость, напорную магистраль, соединенную с каналами закручивания, выполненными в двух плоскостях сечения камеры закручивания с взаимно противоположной ориентацией закрутки, согласно изобретению, центральное тело снабжено пневмогидроаккумулятором, оснащенным подкручивателем потока с одинаковой закруткой с каналами второй плоскости и гидравлически сообщающимся через зазор с дискообразной камерой закручивания первой плоскости с выходным соплом, при этом каналы закручивания второй плоскости выполнены на меньший расход относительно каналов закручивания первой плоскости, а упругая полость установлена ниже выходного сопла.

Подкручиватель потока может быть выполнен винтовым или в виде тангенциальных каналов, а также в виде их комбинации, например в виде шнека с размещенными внутри витков тангенциальными каналами.

Пневмогидроаккумулятор может быть выполнен в виде цилиндрической полости с газом между трубным корпусом и оконцованным эластичным шлангом, оснащенным центральной перфорированной трубкой. Кроме того, пневмогидроаккумулятор может быть снабжен байпасным обратным клапаном, установленным между подкручивателем потока и эластичным шлангом.

Для улучшения свойств и механической защиты рационально упругую полость оснащать перфорированным кожухом и заполнять неконденсирующимся газом из группы, включающей азот, метан, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, воздух или их смеси, объем которого не превышает объема газа в пневмогидроаккумуляторе.

При необходимости установки ниже низкочастотного генератора релаксационных автоколебаний расхода (далее генератор) на трубах пакера при двухпакерной компоновке или каких-либо приборов и устройств, целесообразно упругую полость размещать внутри перфорированного патрубка длиной не более 0,1 длины волны основной гармонической составляющей генерируемых колебаний.

Генератор может быть установлен на насосно-компрессорных или гибких трубах, при этом наиболее оптимально вход напорной магистрали для подачи рабочей жидкости соединять с объемным насосом.

В генераторе, с применением закрученных потоков, реализован принцип генерирования автоколебаний релаксационного типа, наиболее надежный при изменении нагрузки и параметров источника энергии, позволяющий относительно просто производить настройку для возбуждения автоколебаний в широком диапазоне частот и по сути состоящий из фаз накопления энергии от источника и высвобождения ее в нагрузку. Механический аналог такого принципа, например, является основой звучания струн смычковых музыкальных инструментов.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается за счет комплексного подхода к достижению максимальной эффективности генерирования релаксационных автоколебаний расхода, основными моментами которого являются рациональное использование свойств закрученных потоков, улучшение их взаимодействия, оснащение пневмогидроаккумулятором с подкручивателем потока флюида, синхронизированного с закрученным потоком первой ступени.

Благодаря наличию дискообразной камеры закручивания, у которой высота значительно меньше ее диаметра (в 5-10 раз), максимально используется энергия струй из каналов закрутки 1-й плоскости для формирования плоского закрученного потока, а соответственно за счет центробежных сил создается больший радиальный градиент статического давления. Плоский закрученный поток оказывает повышенное сопротивление внешним радиальным воздействиям при определенной чувствительности к осевым возмущениям, проявляет свойство гидродинамического запорнорегулирующего устройства, не имеющего подвижных механических элементов, обладающего меньшей массой и потерями на трение и инерцию, и соответственно, высоким быстродействием. В отличие от этого, в прототипе используется жидкостной вихрь, в котором исходя из смысла слова "вихрь" происходит трехмерное движение элементарных объемов частиц флюида и их скорость имеет, наряду с тангенциальной и радиальной составляющими, также существенную осевую составляющую и, следовательно, соответствующую долю нерационально использованного количества движения, получаемого из напорной магистрали. Кроме того, в отличие от прототипа, в котором процесс генерирования основан на усилении флуктуаций давления в полости с регулируемой упругостью, в настоящем изобретении специально используется пневмогидроаккумулятор именно для накопления энергии и даже особо обеспечиваются условия для повышения эффективности аккумулирования и управления им процесса генерирования колебаний расхода. Снабжение центрального тела пневмогидроаккумулятором в сочетании с подкручивателем потока, с одинаковой закруткой относительно каналов второй плоскости, позволяет получить новое качество, а именно возбуждать релаксационные автоколебания расхода, уменьшить влияние скважинных условий на работоспособность генератора, обеспечить генерирование колебаний в широком диапазоне питающих расходов при приемлемых давлениях подачи рабочей жидкости, рационально использовать габаритное пространство внутри генератора. При энергозатратах, меньших по сравнению с прототипом, за счет повышения амплитуды колебаний обеспечивается большая глубина воздействия на пласт, возможность обработки более глубоких скважин, в том числе горизонтальных и боковых стволов.

Анализ отобранных в процессе поиска информации технических решений показал, что в науке и технике нет объектов, аналогичных по заявляемой совокупности существенных признаков и наличию подобных технических результатов, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемых скважинного оборудования и генератора критерию "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 схематически изображено скважинное оборудование для обработки призабойной зоны продуктивного пласта;

на фиг. 2 представлен вариант исполнения гидромеханического излучателя упругих колебаний;

на фиг. 3 показан вариант исполнения гидроимпульсного источника колебаний;

на фиг. 4 представлен вариант исполнения струйного насоса;

на фиг. 5 показан вариант исполнения клапана-реле;

на фиг. 6 показан вариант исполнения механического источника упругих колебаний;

на фиг. 7 показан генератор релаксационных автоколебаний расхода.

На Фиг. 1 схематически изображено скважинное оборудование для обработки призабойной зоны пласта. Оборудование содержит струйный насос 1 с обратным сопловым клапаном 2 и гидроакумулятором 3, размещенными над пакером 4, установленные под пакером клапан-реле 5 с обратным гидроклапаном 6, а также гидромеханический излучатель упругих колебаний 7, генератор низкочастотных релаксационных автоколебаний расхода 8 в варианте размещения упругой полости 9 между рессорами подвески подпружиненного центратора 10.

Оборудование спускается в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ) 11 и 12 внутри обсадной колонны 13 таким образом, чтобы генератор и гидромеханический излучатель располагались в интервале пласта. На устье устанавливается арматура с центральным вентилем В1 и межтрубным вентилем В2. Для удобства работы рационально использовать блок из вентилей В3, В4, В5 и В6, к которому подключаются насосный агрегат 14 и сливная линия с сепаратором 15 циклонного типа, закрепленного в технологической емкости 16 в противоположной стороне от приема насосного агрегата. Циклонный сепаратор служит для отделения газа, в качестве гасителя энергии потока при нефтегазопроявлениях, а также для уменьшения бурления рабочей жидкости, чтобы обеспечить более спокойное осаждение выносимых из пласта взвешенных частиц на дно технологической емкости 16.

Процесс обработки призабойной зоны пласта включает 2 основных стадии работы скважинного оборудования - волновое воздействие и депрессионное воздействие. По необходимости могут производиться дополнительные стадии, например, теплового воздействия, закачки реагентов с различным функциональным назначением, а также операции по репрессионному, депрессионно-репрессионному и другим воздействиям на призабойную зону пласта.

Скважинное оборудование для обработки призабойной зоны пласта работает следующим образом.

В стадии волнового воздействия на пласт при распакерованном пакере (без посадки пакера) открывают центральный вентиль В1, межтрубный вентиль В2, вентили В3 и В4, а закрывают вентили В5 и В6. Насосным агрегатом 14 через вентили В3 и В1 в НКТ 11 закачивают рабочую жидкость, которая проходит через диффузор 17 и камеру смешения 18 струйного насоса 1. При этом клапан обратный сопловой 2 закрыт и рабочая жидкость в обход сопла 19 проходит в приемную камеру 20, из нее по соединительным каналам 21 через ствол пакера 4, прямоточный канал 22 клапана-реле 5 и обратный гидроклапан 6, осевой канал гидромеханического излучателя 7 поступает в генератор 8 с упругой полостью 9, с помощью которого возбуждаются колебания расхода, передаются через перфорационные отверстия в пласт и трансформируются в упругие колебания. Одновременно с генератором работает гидромеханический излучатель упругих колебаний 7. Затем вышедшая из генератора жидкость движется вверх по межтрубному пространству в обход распакерованного пакера 4 между обсадной колонной 13 и НКТ 12 и 11 и через вентили В2, В4 и сепаратор 15 сливается в технологическую емкость 16, откуда отстоявшуюся рабочую жидкость отбирают насосным агрегатом и закачивают в НКТ 11, то есть поддерживается так называемый режим прямой круговой циркуляции.

На выходе из диффузора целесообразно устанавливать закручиватель потока 23, который может выполняться в виде скрученной пластины, шнека, крыльчатки и т.п. При движении жидкости из НКТ внутрь диффузора 17 в закрученном потоке окружная скорость увеличивается по мере сужения диаметра. В нем возникают явления, аналогичные происходящим в сепараторах циклонного типа. Взвешенные частицы в рабочей жидкости, которые не успели осесть в технологической емкости, прижимаются к стенке диффузора, далее к камере смешения 18, к ее конфузору и в обход сопла 19 попадают в приемную камеру 20. Тем самым предохраняется от засорения сопловая камера 24 и обеспечивается нормальная работа клапана 2, поскольку в стадии депрессионного воздействия будет необходимо поступление рабочей жидкости через канал активной жидкости 25. При обратном движении жидкости, когда струйный насос включается в работу и жидкость из диффузора 17 выходит в НКТ 11, тогда поток сильно турбулизован. Благодаря закрутке с помощью закручивателя 23 поток упорядочивает движение жидкости в НКТ. При умеренном закручивании жидкости трение на стенке трубы не существенное, но профиль скоростей по сечению трубы выравнивается и соответственно увеличивается пропускная способность НКТ. Все это приводит к снижению потерь напора и увеличению эффективности работы струйного насоса.

Отличительной особенностью гидродинамического генератора релаксационных автоколебаний расхода является то, что внутри труб над генератором создаются пульсации давления на фоне стационарного давления, которое возникает при работе генератора за счет образования перепада давления на нем относительно забойного давления при протекании рабочей жидкости через тангенциальные отверстия, то есть своеобразного штуцирования потока. Частота этих пульсаций равна удвоенной основной частоте генерируемых колебаний в соответствии с фазами накопления энергии от источника и высвобождения ее в нагрузку. С помощью гидромеханического излучателя 7 эти пульсации давления преобразуются в силовые колебания на обсадную колонну и передаются в пласт в виде упругих колебаний.

На Фиг. 2 представлен вариант исполнения гидромеханического излучателя (ГМИ). Он включает в себя корпус 26 с осевым каналом 27, гидравлически связанным через отверстия 28 с радиально расположенными в корпусе не менее чем тремя цилиндрами, в которых с помощью уплотнительных колец 29 герметично установлены поршни 30, имеющие с внешней стороны форму концентраторов 31 в виде усеченных конусов с контактной площадью большей площади перфорационных отверстий, при этом со стороны осевого канала и снаружи корпуса выполнены ограничители 32 движения поршней, а сами поршни оснащены возвратными пружинами 33.

Под действием стационарного давления в осевом канале 27 подвижные жесткие поршни прижимаются к обсадной колонне, а пульсации давления, воздействуя на внутреннюю поверхность поршней 30, создают переменные силы AF, пропорциональные произведению их площади S на размах амплитуды пульсаций давления ΔΡ, то есть A**F = **P*S. За счет выполнения внешней стороны поршней по форме в виде концентраторов 31, достигается увеличение силы на колонну пропорционально отношению площадей внутренней и внешней контактной поверхностей и соответственно увеличивается амплитуда упругих колебаний, излучаемых в пласт. Выполнение контактной площади с обсадной колонной больше площади перфорационных отверстий предупреждает вероятное попадание концентраторов внутрь перфорационных каналов и возникновение аварийной ситуации.

За счет излучения упругих колебаний в пласт через обсадную колонну с помощью ГМИ, одновременно с высокоамплитудными колебаниями от генератора через перфорационные отверстия, повышается охват пласта волновым воздействием.

В осложненных условиях полезно в компоновку скважинного оборудования включать гидроимпульсный источник колебаний (ГИИК). Импульсные колебания давления на ПЗП создаются при взаимодействии генератора с ГИИК. На Фиг. 3 схематично представлен вариант исполнения ГИИК с корпусом 34, который размещается в НКТ 13 ниже генератора 8 с упругой полостью 9. В разделителе потока 35 выполнены импульсный канал 36 и канал 37 от выхода генератора. По функциональности ГИИК относится к клапанам прямого действия и выполнен в виде дифференциального подпружиненного запорно-регулирующего элемента 38 с седлом 39, настройка которого осуществляется с помощью регулировочных пружин 40 и 41, затягиваемых соответственно винтами 42 и 43. К запорно-регулирующему элементу 38 подведены входной канал 44 и выходные каналы 45. Запорно-регулирующий элемент 38 выполнен в виде цилиндра, имеющего конус 46 со стороны седла 39, а со стороны пружины 40 - проточку 47 с размещенными в ней подпружиненными шариками 48. В цилиндрической полости 49 с пружиной 40 выполнен уступ 50, а также к полости подведен уравнительный канал 51. Для предотвращения от загрязнения цилиндрической полости может дополнительно устанавливаться гидрозащита. Для передачи колебаний от генератора и импульсов давления от ГИИК в зону обработки в НКТ выполнены отверстия 52.

Включение клапана в работу для создания импульсов давления связано с режимами работы генератора 8, а именно с изменением стационарного перепада давления непосредственно на генераторе, который квадратично зависит от прокачиваемого через генератор расхода жидкости. Для управляемого срабатывания ГИИК его настраивают на перепад давления, превышающий номинальный перепад давления работы генератора. Основное усилие на запорно-регулирующий элемент 38 задается пружиной 40, а дополнительное - с помощью ряда пружин 41, подпирающих шарики 48 к коническому борту проточки 47.

ГИИК работает следующим образом.

При номинальном перепаде давления и расходе жидкости через ГИИК запорно-регулирующий элемент 38 находится в закрытом состоянии. При подаче жидкости через колонну НКТ 13 жидкость проходит через генератор 8 с упругой полостью, разделитель потока 35 и по каналу 37 и отверстия 52 перфорированного патрубка в виде колебаний расхода поступает в зону обработки пласта, а далее по межтрубному пространству изливается в технологическую емкость. Работает только генератор.

При необходимости подключения в работу ГИИК увеличивают расход жидкости насосом. Одновременно с этим, из-за дросселирования жидкости в генераторе 8, возрастает перепад давления, который передается в импульсный канал 36 разделителя потока 35 и воздействует через входной канал 44 на дифференциальный запорно-регулирующий элемент 38. Кроме того, за счет снабжения струйного насоса гидроаккумулятором 3 (см. Фиг. 1), в последнем газ дополнительно сжимается и накапливается потенциальная энергия. Расход продолжают увеличивать до повышения перепада давления, на который настроен ГИИК. Поскольку запорно-регулирующий элемент 38 (см. Фиг. 3) выполнен в виде цилиндра, имеющего конус 46 со стороны седла 39, то перепад давления действует на малую площадь, соответствующую сечению канала в седле. После преодоления усилия пружин и появления зазора между конусом 46 и седлом 39, то есть при приоткрывании клапана, перепад давления начинает действовать на большую площадь, соответствующую сечению цилиндрической части 38, в чем и заключается дифференциальность запорно-регулирующего элемента. Это приводит к резкому увеличению силы на пружины 40 и 41 и затем - к полному открытию ГИИК. Движущийся столб жидкости из НКТ 13 выплескивается через выходные каналы 45 и к нему добавляется объем, вытесняемый сжатым газом из гидроаккумулятора, что увеличивает энергию импульса. За счет дифференциальности и такого сочетания усилий со стороны пружин 40 и 41 на запорно-регулирующий элемент 38, обеспечивается четкое открытие импульсного клапана и создание прямого ударного импульса давления в зоне обработки.

Истечение жидкости из НКТ 13 приводит к снижению давления над ГИИК и под действием пружины 40 запорно-регулирующий элемент 38 перемещается к седлу 39. При попадании шариков 48 на конический борт проточки 47 начинает дополнительно действовать усилие со стороны пружин 41, что приводит к окончательному придавливанию запорно-регулирующего элемента 38 к седлу 39. Кроме того, усилие, создаваемое подпружиненными шариками, препятствует вибрации клапана при его закрытии. Четкости закрытия ГИИК способствует и гидроаккумулятор 3 (см. Фиг. 1), который замедляет рост давления в НКТ 13.

После увеличения давления жидкости над разделителем потока 35 цикл повторяется и периодически создаются импульсы давления жидкости в зоне обработки скважины одновременно с работой генератора. Работу клапана останавливают путем уменьшения расхода через генератор и соответственно перепада давления до номинальных значений.

Воздействие импульсами давления от ГИИК, одновременно с воздействием регулярными колебаниями, создаваемыми генератором и ГМИ, позволяет увеличивать радиус волновой обработки глубоко закольматированной ПЗП.

При необходимости, закрывают вентиль В2 (см. Фиг. 1) и производят закачку рабочей жидкости в пласт с повышением забойного давления выше пластового для создания репрессии (силовое воздействие), продолжительность которой достаточна для накопления высокого потенциального запаса упругой энергии сжатия жидкости и породы в наиболее загрязненной области ПЗП вблизи скважины, а затем открывают вентиль В2 для излива и создания локальной депрессии на пласт и сразу возобновляют циркуляцию. Закачку и