Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ACOUSTIC EMITTER DEVICE FOR REGULAR CLEANING OF A DOWNHOLE FILTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/151895
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to methods for restoring well productivity and to devices for cleaning downhole mesh filters without disassembling water lifting equipment. Well productivity is restored and maintained using an acoustic method based on generating an ultrasonic flow of a liquid directed at a filter for purifying the pre-filter zone of clogging deposits by means of moving an acoustic emitter along the filter. An acoustic emitter is placed inside the lower portion of a casing string, downstream of a submersible downhole pump, and is connected to a means for delivery into a filter zone. An acoustic emitter device comprises an ultrasonic transducer unit which is disposed between two supporting plates and is connected to same by a rotary assembly and an electric motor. The ultrasonic transducer unit is configured in the form of two ultrasonic vibration systems in separate cylindrical housings disposed transverse to the axis of the filter, the working surfaces of waveguide devices of the vibration systems being oriented in opposite directions toward the inside surface of the filter. The rotary unit and the electric motor are connected to the ultrasonic transducer unit and are mounted on the upper and lower supporting plates respectively. The faces of the supporting plates are perpendicular to the axis of the filter and have bracing elements arranged around their edges for anchoring inside the filter. The electric motor sets the ultrasonic transducers into rotary vibration at an angle equal to 180°, like a clock pendulum, and the waveguide devices sweep the inside surface of the filter with an ultrasonic flow of a liquid over the circumference of the filter throughout 360°. Concurrently with this process, the delivery means moves the acoustic emitter reciprocatingly along the axis of the filter, thus providing the gradual treatment of the entire inside surface of the downhole filter by the ultrasonic flow of a liquid and the regular cleaning of the pre-filter zone of the well without disassembly of the water lifting string and the submersible pump.

Inventors:
KOROSTELEV, Sergey Victorovich (pr. Pervostroiteley, 21 kv. 134,Habarovskiy regio, g. Komsomolsk-na-Amure 4, 681024, RU)
Application Number:
RU2018/000812
Publication Date:
August 08, 2019
Filing Date:
December 12, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
KOROSTELEV, Sergey Victorovich (pr. Pervostroiteley, 21 kv. 134,Habarovskiy regio, g. Komsomolsk-na-Amure 4, 681024, RU)
International Classes:
E21B37/08; B08B9/032
Foreign References:
RU2612046C12017-03-02
RU2382178C22010-02-20
US5727628A1998-03-17
US20160076340A12016-03-17
Download PDF:
Claims:
(57) ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для регулярной очистки скважинного фильтра, включающее акустический излучатель и средство его доставки, отличающееся тем, что акустический излучатель выполнен составным из последовательно связанных между собой верхней опорной плиты с узлом вращения, блока из двух разно направленных ультразвуковых преобразователей и электродвигателя закрепленного на нижней опорной плите для осуществления вращательных колебаний блока ультразвуковых преобразователей на угол 180°, при этом средство доставки производит возвратно-поступательное перемещение акустического излучателя, обеспечивая сканирование внутренней поверхности фильтра ультразвуковым потоком жидкости одновременно вдоль оси и по окружности фильтра.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Description:
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

«Устройство акустического излучателя для регулярной очистки скважинного фильтра»

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и водохозяйственному комплексу, а именно к методам восстановления производительности буровых скважин и устройствам очистки фильтра в скважинных условиях.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Так как производительность (удельный дебит) скважин с течением времени снижается из- за засорения сетчатого фильтра и окружающей его гравийной обсыпки различного типа кольматантами (загрязнениями), возникает необходимость внеплановой остановки работы скважины для периодической очистки фильтра и прифильтровой зоны скважины.

Известен акустический метод декольматации фильтра при помощи магнитострикционных или пьезоэлектрических излучателей ультразвуковых колебаний (российская публикация в книге «Восстановление дебита водозаборных скважин» М.: Агропромиздат, 1987. Авторы В. С. Алексеев, В.Г.Гребенников. Стр 156). Способ обладает широким спектром частот излучаемых колебаний, возможностью генерировать кавитационный поток жидкости высокой энергии, что позволяет разрушать кольматанты различных типов. Кроме этого, при прохождении ультразвуковых колебаний имеет место эффект обеззараживания и подавления развития биологических организмов в жидкой среде. Недостатком способа является то, что для его применения требуется демонтаж водоподъемного оборудования каждый раз, когда производительность скважины снижается до критического уровня.

Известны способ и устройство очистки прифильтровой зоны вертикальных водозаборных скважин без демонтажа водоподъемного оборудования по патенту РФ N° 2612046 - прототип. Конструкция скважин представляет собой обсадную колонну, в нижней части которой расположена прифильтровая зона в виде сетчатого фильтра щелевого типа, пространство снаружи вокруг фильтра заполнено гравийной обсыпкой. Внутри обсадной колонны расположено водозаборное оборудование состоящее из трубопровода для откачки воды, на конце которого установлен погружной насос, находящийся выше фильтра. Устройство состоит из акустического излучателя и лифтового оборудования для его доставки во внутреннее пространство фильтра, которые соединены соответственно

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) кабелем электрической связи с пультом управления лифтовым оборудованием и генератором высокочастотных электрических колебаний. Пульт управления и генератор электрических колебаний находятся на поверхности земли. Лифтовое оборудование закреплено на нижней части погружного насоса и производит возвратно-поступательное перемещение (верх-вниз и обратно) акустического излучателя вдоль оси скважинного фильтра. Данный способ позволяет производить регулярную очистку прифильтровой зоны скважины в любой подходящий момент времени.

Акустический излучатель состоит из цепочки связанных между собой секторов (блоков), расположенных вдоль оси фильтра и выполненных из водонепроницаемых цилиндрических корпусов, оси симметрии которых перпендикулярны оси фильтра. В корпусе каждого блока установлены две ультразвуковые колебательные системы, работа которых основана на применении пьезоэлектрических (пьезокерамических) или магнитострикционных преобразователей электрических колебаний в механические. Рабочие поверхности волноводов-инструментов (источники ультразвуковых колебаний) направлены в противоположные стороны на внутреннюю поверхность фильтра. Оси симметрии блоков относительно друг друга расположены под углом равным кратному от деления 180° на их количество (по типу кругового веера). В зависимости от площади рабочей поверхности волновода-инструмента и, соответственно, размера проекции ультразвукового потока (от одного источника) на внутреннюю поверхность фильтра устанавливают такое количество блоков, при котором суммарный ультразвуковой поток (от всех источников) при перемещении акустического излучателя воздействует на всю внутреннюю поверхность фильтра. Цепочка блоков в виде гирлянды фиксируется вдоль оси фильтра с помощью двух наборов распорных элементов в виде гибких стержней- центраторов расположенных веером перпендикулярно оси фильтра в верхней и нижней части гирлянды.

Недостаток данного акустического излучателя заключается в том, что при малых размерах внутреннего диаметра скважинного фильтра возможно применение только малогабаритных ультразвуковых колебательных систем с ограниченными размерами рабочей поверхности волновода-инструмента. Такие источники ультразвуковых колебаний имеют небольшие размеры проекции ультразвукового потока на фильтр, поэтому требуется большое количество блоков ультразвуковых преобразователей, что значительно усложняет конструкцию акустического излучателя.

ЗАМЕНЯЮЩИМ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа и решение следующих задач:

- сокращение количества блоков ультразвуковых преобразователей до одного;

- повышение мощности ультразвуковых преобразователей;

- увеличение площади рабочей поверхности волновода-инструмента и, соответственно, площади проекции ультразвукового потока на внутреннюю поверхность фильтра;

- повышение надежности работы акустического излучателя.

Технический результат достигается тем, что используют один блок ультразвуковых преобразователей, сверху и снизу блока устанавливают опорные плиты, узел вращения и электродвигатель. Устройство имеет вид гирлянды из следующих последовательно соединенных между собой элементов: верхняя опорная плита, узел вращения, блок ультразвуковых преобразователей, электродвигатель и нижняя опорная плита. Опорные плиты расположены перпендикулярно оси фильтра и по периметру имеют распорные элементы. С помощью электродвигателя производят вращательные колебания блока на угол равный 180° по типу часового маятника, при этом ультразвуковые потоки жидкости от рабочих поверхностей волноводов-инструментов сканируют внутреннюю поверхность фильтра по всей окружности фильтра на 360°. Одновременно с этим процессом, с помощью средства доставки осуществляют возвратно-поступательные перемещения акустического излучателя вдоль оси фильтра. Таким образом, обеспечивают последовательную обработку всей внутренней поверхности скважинного фильтра ультразвуковыми потоками жидкости и регулярную очистку прифильтровой зоны скважины без демонтажа водоподъемного оборудования.

Как пример, в качестве ультразвукового преобразователя используют ультразвуковую колебательную систему с большой амплитудой колебания, описанную в патенте РФ N« 2465071. Конструкция колебательной системы имеет форму тела вращения и состоит из, по крайней мере, двух дисковых пьезоэлементов расположенных между отражающей и концентрирующей накладкой с волноводом-инструментом на конце в форме диска.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения поясняется на чертежах (фиг.1, 2 и 3), где представлен конкретный пример конструкции устройства, который наглядно демонстрирует возможность получения технического результата.

Фиг. 1 - общий вид сбоку устройства акустического излучателя.

Фиг. 2 - вид сверху (А) устройства акустического излучателя по фиг. 1.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Фиг. 3 - схема монтажа компонентов акустического излучателя в разрезе по фиг. 1. ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В примерном варианте для ультразвуковых колебательных систем высокой мощности с большой амплитудой колебания необходимо применять дисковые пъезоэлементы большого диаметра, что приводит к увеличению габаритных размеров колебательных систем в целом. Для их размещения в акустическом излучателе блок ультразвуковых преобразователей (фиг.1) выполнен из двух цилиндрических корпусов (верхнего 1 и нижнего 2), связанных между собой патрубком 3. Оси симметрии корпусов 1 и 2 параллельны и смещены вдоль оси фильтра. В каждом корпусе 1 и 2 устанавливают по одной ультразвуковой колебательной системе, концентрирующие накладки 4 систем направлены в противоположные стороны таким образом, чтобы рабочие поверхности волноводов-инструментов 5 находились непосредственно перед внутренней поверхностью фильтра 6. Корпус 1 через узел вращения 7 прикрепляют к верхней опорной плите 8, корпус 2 через электродвигатель 9 закрепляют на нижней опорной плите 10. По периметру опорных плит 8 и 10 расположены распорные элементы 11, как пример, в виде гибких стержней типа боуден-троса, на концах которых поочередно устанавливают обкатные ролики 12 и металлические щетки 13, которые опираются на внутреннюю поверхность фильтра 6. Блок ультразвуковых преобразователей (корпуса 1 и 2) и электродвигатель 9 с помощью электрического кабеля 14 и разветвителя 15 связаны с генератором высокочастотных электрических колебаний и пультом управления электродвигателем 9, которые находятся на поверхности земли (на фиг. 1 не показаны). Соединительный элемент 16 связывает акустический излучатель со средством доставки (на фиг. 1 не показано). Пунктирными стрелками показано направление ультразвукового потока жидкости на внутреннюю поверхность фильтра 6 диаметром Д ф

Как пример, на фиг. 2 показана опорная плита 8 с шестью распорными элементами 11 (аналогично и на опорной плите 10), которые обеспечивают центрирование и подвижность устройства вдоль оси фильтра 6 и предотвращают вращение опорных плит 8 и 10 вокруг оси фильтра. Круговыми стрелками показаны направления колебательных вращений блока ультразвуковых преобразователей (корпуса 1 и 2) на угол 180°.

На сборочной схеме монтажа и размещения компонентов акустического излучателя (фиг.З), где кроме деталей, обозначенных под теми же номерами на фиг. 1 и 2, указаны следующие элементы: две ультразвуковые колебательные системы 17, размещенные в корпусах 1 и 2; грибовидная ось 18 узла вращения 7, опирающаяся своей шляпкой на

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) упорный подшипник 19, расположенный в кожухе 20; водонепроницаемые электрические соединители 21, соединяющие разветвитель 15 электрического кабеля 14 при помощи электрических проводов 22 с электродвигателем 9 и ультразвуковыми колебательными системами 17. Верхний корпус 1 соединен с осью 18 узла вращения 7, кожух 20 прикреплен к верхней опорной плите 8. Нижний корпус 2 прикреплен к валу электродвигателя 9, который своим основанием закреплен на нижней опорной плите 10. Стрелками показаны направления перемещений акустического излучателя (рабочих поверхностей волноводов-инструментов 5) вдоль оси фильтра 6.

Предложенное устройство работает следующим образом.

При включении в работу ультразвуковых колебательных систем 17 от волноводов- инструментов 5, которые имеют форму диска, создают два разно направленных ультразвуковых потока жидкости (в виде растров) на внутреннюю поверхность фильтра 6, образую на ней круговые участки проекции воздействия ультразвуковых колебаний диаметром Д (смотри фиг. 1). При вращении вала электродвигателя 9 в колебательном режиме (по часовой стрелке и обратно) на угол 180° корпуса 1 и 2 совершают такие же вращательные колебания и производят сканирование внутренней поверхности фильтра 6 ультразвуковым потоком жидкости от волноводов-инструментов 5 по всей окружности на 360° (смотри фиг. 2). Одновременно с этим процессом, с помощью средства доставки (например, лифтового оборудования), закрепленного на нижнем торце погружного насоса, производят перемещение (верх-вниз) акустического излучателя вдоль оси фильтра 6 (смотри фиг. 3), осуществляя, таким образом, сканирование всей внутренней поверхности фильтра 6 ультразвуковым потоком жидкости и очистку прифильтровой зоны скважины.

С целью оптимизации процедуры очистки фильтра с помощью предлагаемого устройства предварительно определяют частоту и мощность ультразвуковых колебание. Обширные экспериментальные испытания показали, что для хорошей очистки щелевых фильтров и гравийного наполнителя прифильтровой зоны скважины, как вариант, выбирают следующие параметры работы ультразвуковых преобразователей: плотность мощности в пределах от 8 до 12 Вт/см , частота колебаний - от 17 до 25 кГц (наиболее предпочтительна резонансная частота около 20 кГц). Одновременно определяют минимальное время (Т) эффективного воздействия ультразвукового потока жидкости для разрушения кольматантов определенного типа и величину диаметра Д проекции потока на внутреннюю поверхность фильтра диаметром Д ф . На основании этих значений и условия сканирования ультразвуковым потоком всей внутренней поверхности фильтра выбираются следующие варианты процедуры очистки прифильтровой зоны:

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) первый вариант - очистка за один проход устройства вдоль оси фильтра, при этом вычисляют параметры вращения вала электродвигателя 9 и движения акустического излучателя вдоль оси фильтра по следующим формулам: скорость перемещения проекции ультразвукового потока по окружности фильтра - Дн-Т; время прохождения проекции по длине окружности фильтра - (71хД ф ХТ)н-Д; частота вращения вала электродвигателя - Д-ь(7ГхД ф ХТ); скорость перемещения устройства вдоль оси фильтра - (ДхД)-К (7ГхД ф хТ), где 71 - число Пи;

второй вариант - ступенчатая очистка, когда устройство на определенном этапе не перемещается вдоль оси фильтра и ультразвуковое облучение осуществляется за счет колебательного вращения ультразвуковых преобразователей вокруг оси фильтра, при этом угловая скорость вращения и частота колебаний выбираются из условия того, что суммарное время воздействия ультразвукового потока достаточно для эффективной очистки каждого участка внутренней поверхности фильтра, после чего устройство перемещается вдоль оси фильтра на расстояние Д и процесс ультразвуковой обработки повторяется для следующего кругового участка внутренней поверхности фильтра;

третий вариант - ультразвуковое облучение производится непрерывно путем многократного перемещения устройства вдоль оси фильтра с периодическими остановками в крайних точках фильтра (верхней и нижней) и, одновременно, постоянного колебательного вращения ультразвукового излучателя, скорость продольного перемещения, угловая скорость и частота колебаний при вращении, а также количество прохождений вдоль оси фильтра определяются из условия сплошного сканирования ультразвуковым потоком внутренней поверхности фильтра и гарантированного удаления загрязнений (кольматантов).

Для очистки фильтров наклонных и горизонтальных скважин применяют любое другое оборудование средств доставки, которое производит перемещение акустического излучателя в фильтровом пространстве, например устройство, описанное в патенте РФ N° 2382178, которое содержит электродвигатель с гидравлическим движителем.

Устройство позволяет одновременно с акустической очисткой производить химическую очистку фильтра путем закачивания в скважину очищающей жидкости, а также ультразвуковое обеззараживание прифильтровой зоны. После очистки прифильтровой зоны производится откачка грязной воды для последующей ее очистки в наземных условиях.

ЗАМЕНЯЮЩИМ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Таким образом, предлагаемое техническое решение устройства акустического излучателя имеет следующие преимущества перед другими известными:

1. Сканирование внутренней поверхности фильтра ультразвуковым потоком жидкости производится одновременно в двух направлениях: вдоль оси и по окружности фильтра.

2. Простота конструкции с использованием известных компонентов и средств.

3. Возможность очистки прифильтровой зоны в автоматическом режиме по заданной программе.

4. Очистка фильтра как вертикальных, так и наклонных или горизонтальных скважин без демонтажа водоподъемного оборудования.

5. Наличие эффекта обеззараживания и подавления развитие биологических организмов.

6. Возможность совмещения акустического способа очистки с химической очисткой фильтра.

Изобретение промышленно применимо.

ЗАМЕНЯЮЩИМ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)