Устройство для гидроразрыва пластов

пласт

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей отрасли и может быть применено для увеличения дебита скважин.
Устройство (рис. 1…9) предназначено для спуска в скважину 1 средства гидроразрыва 2 и осуществления гидроразрыва пластов для интенсификации добычи нефти. Устройство (рис. 1) содержит наземную и скважинную аппаратуру. Наземная аппаратура включает пульт управления 3, компьютер 4 с монитором 5, к которым подключен источник питания 6. С пультом управления 3 соединен геофизический кабель 7, намотанный на катушку 8. С геофизическим кабелем 7 или катушкой 8 контактирует ролик 9 устройства для измерения длины кабеля 10 (рис. 1).

Рис.1
Скважинная аппаратура содержит средство гидроразрыва 2 и средство доставки 11, установленное в закрытом герметичном корпусе 12. Устройство имеет на одном из торцов кабельный наконечник 13, к которому подключен геофизический кабель 7. Между средством гидроразрыва 2 и средством доставки 11 выполнен стыковочный узел 14 для герметичного механического и электрического соединения средства гидроразрыва 2 со средством доставки 11.
Средство доставки 11 (рис. 5) содержит привод 15 (преимущественно это может быть электрический двигатель) и гидравлический движитель 16 в виде одного или двух гребных винтов 17 и 18. Схема с двумя гребными винтами 17 и 18 имеет преимущество по сравнению со схемой, имеющей один гребной винт, т. к. отсутствует реактивный момент, приводящий к вращению средства доставки 11 и к скручиванию геофизического кабеля 7. Винты 17 и 18 могут быть установлены или в одной плоскости (рис. 3), или соосно (рис. 2).

Рис.2
Герметичный корпус 12 (рис. 2) установлен на ребрах 19 внутри кожуха 20 с образованием кольцевого зазора «В». Кожух 20 выполнен открытым с обеих торцов и содержит перед гребными винтами 17 и 18 коническую входную часть 21 с отверстиями «Г». Входной торец конической части 21 и отверстия «Г» закрыты фильтрами 22 для предотвращения попадания на гребные винты 17 и 18 посторонних частиц крупных размеров, что может привести к заклиниванию. Между гребными винтами 17 и 18 и приводом 15 установлен механизм преобразования 23 для преобразования вращения одного вала привода 15 во вращение двух валов 24 и 25. Внутри герметичного закрытого корпуса 12 установлен высоковольтный генератор 26.
Средство гидроразрыва 2 (рис. 2 и 8) содержит герметичный цилиндрический корпус 27, в котором радиально установлены в изоляторах 28 электроды 29 и 30, к которым подведены высоковольтные провода 31 от стыковочного узла 14, к которому, в свою очередь подведены высоковольтные провода 31 от высоковольтного генератора 26, соединенного с приводом 15.
Стыковочный узел 14 размещен между средством доставки 11 и средством гидроразрыва 2 (рис. 3 и 4). Стыковочный узел 14 может содержать две стыкуемые части 32 и 33 и обеспечивает передачу электроэнергии и поворот на 5…10 градусов для прохождения участка скважины с радиусной кривизной. Первая стыкуемая часть 32 закреплена торце конического участка 21, вторая стыкуемая часть 33 закреплена на торце герметичного цилиндрического корпуса 27 средства гидроразрыва 2 в случае, если средство гидроразрыва расположено перед средством доставки 11 (рис. 2).
Возможны несколько вариантов исполнения средства доставки 11.
На рис. 2 и 4 приведен вариант установки средства доставки 11 после средства 2 гидроразрыва 2 (по направлению движения в скважину), т. е. средство доставки 11 выполнено с толкающими гребными винтами 17 и 18. Два гребных винта 17 и 18 установлены в кожухе 20 и имеют возможность вращения в противоположные стороны за счет применения механизма преобразования 23. В качестве механизма преобразования 23 можно использовать редуктор или мультипликатор.
Механизм преобразования 23 (рис. 3 и 4) содержит, установленную на ведущем валу 34 (вал привода 15) ведущую шестерню 35. В зацеплении с ведущей шестерней 35 находится первая промежуточная шестерня 36, установленная на первом ведомом валу 24. Вторая промежуточная шестерня 37 установлена на этом же валу и находится в зацеплении с ведомой шестерней 38, установленной на валу 25. Это обеспечивает противоположное вращение гребных винтов 17 и 18 и предотвращает вращение кожуха 21 и закручивание геофизического кабеля 7.

Рис.3
Второй вариант механизма преобразования и гидравлического движителя приведен на рис. 5 и 6. Гребные винты 17 и 18 установлены соосно на ведомых валах 24 и 25, выполненных концентрично, при этом ведомый вал 24 проходит внутри ведомого вала 25. Наиболее предпочтительное исполнение механизма передачи — это применение редуктора или мультипликатора в виде эпициклического зубчатого механизма, например, дифференциального планетарного редуктора. В этом варианте механизм преобразования 23 содержит (рис. 5), установленное на ведущем валу 34 центральное колесо 39, солнечное колесо 40 и сателлиты 41, установленные на водиле 42.

Рис.4
Высоковольтный генератор 26 (рис. 7) содержит защитный корпус 43 в котором установлены машинный генератор 44 и пьезоэлектрический генератор 45, соединенные проводами 46. Защитный корпус 43 имеет в задней (нижней) части электрический разъем 47 к которому подсоединены высоковольтные провода 48 от пьезогенератора 45.

Рис.5
Машинный генератор 44 (рис. 7) содержит ротор 49, на котором установлены постоянные магниты 50 и обмотку возбуждения 51, установленную неподвижно внутри защитного корпуса 43. Ротор 48 установлен на подшипниках 52 и 53, защищенных уплотнениями 54.
Пьезогенератор 44 содержит пьезоэлектрические пластины 55, изолированные сверху эластичной пластиной 56 и снизу электроизоляционной прокладкой 57 и механизм создания вибраций 58, основанный на применение магнитострикционного эффекта.
Механизм создания вибраций 58 содержит обмотку 59 и магнитопровод 60, установленный в этой обмотке и контактирующий с эластичной пластиной 56. К обмотке 59 присоединены провода 46, идущие от машинного генератора 44.
Все детали пьезогенератора 45 установлены в герметичной полости 61, которая может быть заполнена инертным газом. Детали машинного генератора 44 находятся в полости 62, которую невозможно выполнить герметичной. Поэтому целесообразно применить устройство компенсации давления и температурного расширения 63 (рис. 9). Конструкция компенсатора давления и температурного расширения 63 приведена на фиг. 9, он содержит поршень 64, полость 65 под поршнем 64 отверстием 66 соединена с полостью 65, а полость 67 над поршнем 64 соединена отверстием 68 с окружающей средой. Поршень 64 подпружинен пружиной 69.

Рис.6
Аналогичный компенсатор давления и температурного расширения 63 может быть установлен на механизме преобразования 23.
Работа устройства (рис. 1…9).
В скважину 1 сбрасывают на геофизическом кабеле 7 пиротехническое устройство 2 и устройство доставки 11, соединенные стыковочным узлом 14. Вертикальный участок скважины 1 устройство проходит под действием силы тяжести, при этом геофизический кабель 7 разматывается с катушки 8 и датчик длины кабеля 10 определяет глубину, на которую спущено устройство и передает эту информацию на компьютер 4. По горизонтальному участку скважины или по участку, имеющему уклон меньше, чем 5…7 градусов перемещение устройства без посторонних сил невозможно. Поэтому с пульта управления 3 включают подачу электроэнергии по геофизическому кабелю 7 на привод 15, который раскручивает гребные винты 17 и 18 гидравлического движителя 16. Гребные винты 17 и 18 вращаются в противоположные стороны за счет применения механизма преобразования 23. За счет противоположного вращения гребных винтов 17 и 18 на кожух 20 не действует вращающий момент, и он не вращается, а геофизический кабель 7 не закручивается.
Промывочная жидкость гребными винтами 17 и 18 отбрасывается через кольцевой зазор «В» в сторону, противоположную забою. При этом создается реактивная сила, перемещающая средство доставки 11 вперед, оно в свою очередь, перемешает пиротехническое средство 2. Информация о местонахождении устройства в скважине определяется устройством для измерения длины кабеля 10 и передается по геофизическому кабелю 7 на компьютер 4 и монитор 5. При достижении заданной глубины скважины по сигналу, переданному с пульта управления 3 по геофизическому кабелю 7 далее через кабельный наконечник 13 по высоковольтным проводам 31 на электроды 29 и 30 между которыми проскакивает искра.
Питание высоким напряжением электродов 29 и 30 обеспечивается высоковольтным генератором 26. Ротор 49 машинный генератора 44, входящего в состав высоковольтного генератора 26 приводится во вращение приводом 15. На обмотках возбуждения 51 машинного генератора 44 вырабатывается переменный ток относительно низкого напряжения (до 50 В). Это напряжение по проводам 46 передается обмотку 59. При этом магнитопровод 60 изменяет свои линейные размеры в соответствии с частотой переменного тока, вырабатываемого машинного генератора 44 (эффект магнитострикции). Высокое напряжение на электрический разъем 45 и далее на высоковольтные провода 31 к электродам 29 и 30, между которыми происходит разряд, вызывающий гидроудар в скважине 1 и гидроразразрыв пластов.
Компенсатор давления и температурного расширения 63 (рис. 7) компенсирует изменение расхода смазывающей жидкости в полости 62 по любым причинам: утечке, изменения давления или температуры. Полость 61 пьезогенератора 45 не нуждается в компенсации, выполнена абсолютно герметичной, что позволило повысить нажежность пьезогенератора и его ресурс.
Управление всеми процессами осуществляется компьютером 4.
Применение предложенного технического решения позволило:
1. Обеспечить доставку средства перфорации пластов в горизонтальный участок скважины на определенную глубину и обеспечение высокого напряжения для электрических разрядов.
2. Обеспечить безопасность обслуживающего персонала за счет применения источника высоко напряжения на значительной глубине в забое и управления им с применением компьютера, имеющего небольшое напряжение на портах.
3. Создать простой и надежный источник высокого напряжения за счет использования эффектов магнитострикции и пьезоэффекта. При такой конструкции этого устройства отсутствуют вращающиеся детали, а его внутренняя полость выполнена абсолютно герметичной, что повышает надежность работы и ресурс.
4. Предотвратить скручивание геофизического кабеля и вращение пиротехнического устройства за счет применения двух гребных винтов, вращающихся в противоположном направлении.

Авторы статьи: Патентный поверенный РФ Болотин Николай Борисович

Варламов С.Е., Дурнева Ю.М.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.