Если вы скопируете книгу или главу книги, Вы должны незамедлительно удалить ее сразу после ознакомления с содержанием. Копируя и сохраняя его Вы принимаете на себя всю ответственность, согласно действующему международному законодательству. Любое коммерческое и иное использование кроме предварительного ознакомления запрещено. Публикация данной книги не преследует никакой коммерческой выгоды, но документ способствуют быстрейшему профессиональному росту читателей и являются рекламой бумажных изданий таких документов. Все авторские права сохраняются за правообладателем. В случае претензий со стороны авторов книг/издательств обязуюсь убрать указанные книги

ГЛАВА 4
РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ УПРАВЛЯЕМОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЗАБОЙ И ПРИЗАБОЙНЫЕ ЗОНЫ СКВАЖИН
4 1 СХЕМЫ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ УДАРНЫХ ИМПУЛЬСОВ ДАВЛЕНИЯ
4 1.1. СХЕМА УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРОМЫВКИ 'И ОЧИСТКИ ЗАБОЯ И ПЗС.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УСТРОЙСТВА
Прочность жидкости может быть снижена различными методами с последующим кратковременным образованием в призабойной зоне свободной газовой фазы в виде пузырей и газовых полостей. В последующем они схлопываются с возникновением гидравлических ударов различной интенсивности и частоты, обусловленных параметрами и геометрией паровых (газовых) образований. В соответствии с возможными путями снижения прочности жидкости и формирования паровой фазы в потоке газосодержащей жидкости в зоне высоких давлений призабойной зоны устройство для возбуждения ударных волн давления состоит из ряда элементов, способствующих реализации различных механизмов турбу-лизации потоков, их закручиванию с последующим повышением скорости истечения из насадок и ударом формирующихся струй о неподвижные преграды (обсадные трубы), отверстия фильтра скважины (перфорационные каналы). Эффективность воздействия на ПЗС ударными волнами возрастает после предварительной очистки и промывки забоя скважины с помощью специального промывочного устройства [215].
На рис. 4.1,а,6 показан общий вид промывочного устройства в разрезе. Устройство имеет переводник 1 для соединения с НКТ 2 и резьбу 3 для соединения с полым корпусом 4, в котором образован входной канал 5. В канале 5 корпуса 4 выполнен вихревой канал 6 в виде многозаходного винта, например трехзаходного. Ниже канала 6 в корпусе 4 выполнена кольцевая расточка 7, под которой имеется выступ 8 с наклонными направляющими отверстиями 9. В нижней части корпус 4 резьбой 10 скреплен с наконечником П.
Наконечник 11 имеет соосный осевой канал 12 и размещенный на одной оси с осевым каналом 12 генератор 13 гидродинамических импульсов, выполненный в виде конфузора 14, критического отверстия 15 и Диффузора 16, размещенных на одной оси и гидродинамически связанных между собой. По окружности относительно генератора 13 размещены дополнительные генераторы 17. Генератор 17 гидродина-ческих импульсов выполнен в виде конфузора 18, критического
131
14
13
Рис. 4.1. Схема устройства для промывки забоя и призабойной зоны скважины
а - сечение А-А; б-сечение Б-Б; 1 - переводник; 2 - НКТ; 3, 10 - резьба; 4 - полый корпус; 5- канал; 6 - вихревой канал; 7 - кольцевая расточка; 8 - выступ; 9 - наклонные направляющие отверстия; 11 —наконечник; 12,27 — осевые каналы; 13 — генератор гидродинамических импульсов; 14, 18 - конфузоры; /5, 19 - критические отверстия; 16, 20 - диффузоры; 17 - генераторы; 21 - обтекатель; 22, 23 - усеченные конусы; 24 — обратный усеченный конус; 25, 26 — цилиндрические ступенчатые проточки; 28 - граненое гнездо под ключ; 29 - кольцевой канал
отверстия 19 и диффузора 20 и гидравлически связан с наклонными направляющими отверстиями 9. В осевом канале 12 в наконечнике 11 на резьбе закреплен обтекатель 21, выполненный в виде последовательно расположенных сопряженных на общей оси усеченных конусов 22,23 и обратного усеченного конуса 24, переходящего в цилиндрические ступенчатые проточки 25, 26. Обтекатель 21 по оси имеет
132
осевой канал 27, и в его верхней части выполнено граненое гнездо 28 под ключ. В корпусе 4 кольцевой расточкой 7, обратным усеченным конусом 24, ступенчатой проточкой 25 и выступом 8 образован кольцевой канал 29, который гидравлически связан наклонными направляющими отверстиями 9 с конфузорами 18 дополнительных генераторов. На выходе из диффузоров 16 и 20 поток рабочей жидкости попадает в область повышенного давления, где каверны схлопываются, т.е. идет процесс кавитации, сопровождающийся гидравлическими ударами, волновыми явлениями, вибрацией. Струи рабочей жидкости из дополнительных генераторов 17, размещенных по периферии устройства, направлены под острым углом к стенке скважины. Эти струи пересекаются между собой, и при этом каверны в них сталкиваются и объединяются. В следующее мгновение каверны схлопываются в области высокого давления ствола скважины, вызывая многократно возросшие гидравлические удары и вибрации, увеличивающие срезывающий, скалывающий, дробящий и диспергирующий эффекты. Пересечение струи рабочей жидкости со струями как дополнительных генераторов, так и соосно размещенного генератора 13 имеет место по всему сечению ствола скважины, образуя трехкратное и более сталкивание и увеличение объема каверн.
Устройство спускается в скважину на колонне НКТ 2. Промывочная жидкость поступает в корпус 4 и под влиянием конуса обтекателя 21 направляется в вихревые многозаходные винтовые каналы 6. Далее закрученный поток из кольцевой расточки 7 поступает через наклонные направляющие отверстия 9 в конфузоры 14 ускорителей потоков (генераторов гидродинамических импульсов 17), которые размещены вокруг центрального ускорителя или генератора 13.
В качестве рабочей жидкости используются вода, дегазированная нефть и различные растворы, состав которых выбирается в соответствии с анализом осадков.
4.1.2. СХЕМА ОДНОКАСКАДНОГО УСТРОЙСТВА
ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ УДАРНЫХ ИМПУЛЬСОВ ДАВЛЕНИЯ В ПЗС
На рис. 4.2 показан общий вид устройства в разрезе [214, 222], на рис. 4.3 - модифицированный корпус завихрителя потока с направляющими соплами и кольцевым ступенчатым раструбом (диффузором). Устройство для создания кавитации, или пульсатор, как видно на РИС. 4.2, имеет переводник 1 для соединения с НКТ 2 и резьбу 3 для соединения с корпусом 4, в котором имеется осевой канал 5. В канале 5, расположенном соосно с корпусом 4, закреплен обтекатель 6 с прямым конусом 7 и обратным усеченным конусом 8. Осевой канал 5 переходит в кольцевой канал 9, ниже которого имеются винтовые многозаходные, например трехзаходные, каналы 10 треугольного сечения. Винтовые каналы 10 переходят в конический конфузор 11, выполненный между
133
18
14
13
Рис. 4.2. Схема однокаскадного устройства (пульсатора) для возбуждения ударных импульсов давления в ПЗС и сечение по А-А
1 - переводник; 2 - колонна НКТ; 3 - резьба; 4 - корпус устройства; 5 - осевой канал; 6 - обтекатель; 7 - прямой конус; 8 - обратный усеченный конус; 9 — кольцевой канал; 10 - винтовые каналы треугольного сечения; 11 - конический конфузор; 12 -конусная поверхность корпуса; 13 - кольцевая вихревая камера; 14 - критические отверстия; /5 - расширяющийся канал в виде кольца; 16 - кольцевые выточки; 17 — вершины кольцевых выточек; 18 - контргайка; 19 - хвостовик
134
19
Рис. 4.3. Модифицированный корпус завихрителя потока с , направляющими соплами и кольцевым ступенчатым раструбом (диффузором)
Условные обозначения те же, что и на рис. 4.2
конусной поверхностью 12 корпуса 4 и обратным усеченным конусом 8 обтекателя 6. Конфузор 11 переходит в кольцевую вихревую камеру 13 с критической площадью сечения, т.е. сечения, при котором поток рабочего агента движется с критической скоростью (при этом образуются каверны, заполненные газом и паром). В горизонтальной плоскости, проходящей через ось симметрии вихревой камеры 13 в корпусе 4 имеются тангенциальные критические отверстия 14, гидравлически соединяющие кольцевую вихревую камеру 13 с расширяющимся каналом 15 в виде кольца. Внутренняя поверхность канала 15 ступенчатая, в виде кольцевых выточек 16, вершины 17 которых образуют поверхность вращения, создаваемую воображаемым вращением параболы вокруг продольной оси устройства, лежащей в плоскости параболы, но ее не пересекающей. Гидравлическая связь расширяющегося канала 75 с критическими тангенциальными отверстиями 14 находится по окружности горла расширяющегося канала /5.
Нижняя часть корпуса выполнена в виде муфты с трубной резьбой Для подвески перфорированной трубы с заглушкой, внутри которой размещен глубинный скважинный манометр для замеров давления в процессе работы устройства. ГПг ЛЯ воз^УжДения гидравлических ударных и волновых процессов в
и пористой среде агрегат спускается на забой скважины на НКТ.
етание в НКТ рабочей жидкости (воды, нефти, кислот и др.)
135
производится через вертлюг или шланг и квадратную трубу (привод) чтобы иметь возможность вращать и продвигать работающий агрегат вдоль интервала перфорации с заданной скоростью (10-40 см/мин) при непрерывной подаче в НКТ рабочей жидкости.
Поток рабочего агента, нагнетаемый через спущенные трубы, разделяется с помощью обтекателя 6 и направляется в кольцевой (винтовой) завихрите ль с винтовыми каналами 10, в котором происходит турбулизация и закрутка потока жидкости вокруг обтекателя. Далее поток с большой окружной скоростью попадает в кольцевую вихревую камеру 13 и отбрасывается по касательной на ее внешнюю стенку. Из кольцевой вихревой камеры поток выходит с большой скоростью через круглые отверстия 14 с малым сечением в кольцевое пространство скважины и далее встречается со стенками обсадных труб, диспергируя рабочую жидкость, либо струя устремляется в перфорационные каналы (при совпадении с ними направления струй потоков).
При прокачке рабочей жидкости через агрегат в ПЗС генерируются динамические процессы, в результате которых возникают ударные гидродинамические волны давления, распространяющиеся по твердому скелету пласта и в его пористой среде, улучшающие емкостные и фильтрационные свойства пород призабойной зоны.
Механизм возникновения интенсивных ударных импульсов и вибраций давления, инициирующих волновые процессы, распространяющиеся по пласту в призабойной зоне, под влиянием которых происходит очистка от осадков, кольматирующих частиц породы и остатков бурового раствора, а также выпавших в пористой среде осадков солей и асфаль-тено-смоло-парафиновых отложений, складывается из ряда факторов. Последние, в свою очередь, формируются под влиянием специфических особенностей гидродинамики потоков, обусловленных конструктивными особенностями отдельных узлов агрегата.
Одним из основных факторов воздействия на пластовую систему служит скоростной напор, развиваемый струями при их истечении в скважину из кольцевой вихревой камеры через сопла-насадки малого диаметра. При совпадении направления распространения струи с осью цилиндрического перфорационного канала в стенках обсадных труб и в ближайшем поровом пространстве пласта возникают специфические условия течения турбулентной струи, бьющей в тупик. Гидродинамическое (избыточное) давление в тупиковом канале может, например, достигать 10-15 МПа (при полном совпадении оси канала с направлением турбулентной затопленной струи при расходе жидкости 10 л/с и наличии в агрегате трех выкидных каналов-насадок).
Возникающее давление с учетом гидростатического давления (давления столба жидкости в скважине) может быть близким к горному давлению. Следует особо подчеркнуть, что периодическому совпадению струй с устьями перфорационных каналов и осей потока с осями каналов способствует свободная подвеска пульсатора на гибких трубах, находящихся под большим давлением и обладающих значительным запасом упругой энергии, неравномерно расходуемой при истечении из
136
сатора недостаточно уравновешенного турбулентного затопленного ПУЛока Происходит интенсивное хаотическое движение устройства в П° абойной зоне в вертикальной и горизонтальной плоскостях, что П^Исобствует периодическому совпадению ударов струй по перфора-°Понным каналам с неравномерной по величине силой ударов. Возни-ЦИющие импульсы давлений раскрывают природные трещины коллек-ка и способствуют образованию новых трещин, которые обладают овышенной гидропроводностью, что позволяет подвергать ударным агрузкам более удаленные от забоя участки пласта. При смыкании трещин вследствие падения давления в них после смещения струи от перфорационных каналов происходит выдавливание загрязнений из призабойной зоны.
Для увеличения частоты совпадения выходных отверстий насадок с устьями перфорационных каналов предусматриваются различные технологии обработки забоев скважин агрегатом. По одной из них нагнетание рабочей жидкости в скважину производится через вертлюг и квадратную верхнюю трубу, пропущенную через ротор ремонтной установки, чтобы вращать пульсатор в горизонтальной плоскости и сдвигать его по вертикали.
Вторым фактором воздействия на пластовую систему является возникновение в пульсаторе и вокруг него паровых полостей и пузырей газовой фазы различного размера вследствие разрывов сплошности потока жидкости под влиянием сложной динамики течения в агрегате затопленной турбулентной закрученной струи. Интенсивное выделение паровой фазы происходит при столкновении затопленных струй со стенками обсадных труб в результате ударного диспергирования рабочей жидкости. Время жизни каверн паровой фазы, струек и газовых полостей определяется скоростным напором в их среде и в ступенчатом раструбе агрегата. При снижении скоростного напора в газожидкостной среде происходит схлопывание пузырей и полостей паровой фазы под влиянием гидростатического давления рабочей жидкости в затрубном пространстве. Следствием этого являются многочисленные гидравлические удары, частота и амплитуда которых определяются строением паровых полостей, концентрацией газовой фазы в жидкости и распределением по размерам газовых пузырей. Многотональный шум, возникающий при опробовании и исследовании работы агрегата на стенде, свидетельствует о наличии широкого спектра размеров газовых пузырей и, следовательно, широкого диапазона частот и амплитуд гидравлических ударов, интерференция которых создает в жидкости призабойной зоны мощный колебательный процесс, распространяющийся в ористую среду. Этот постоянно протекающий колебательный процесс (.при прокачке рабочей жидкости через агрегат) накладывается на гидравлические удары в пористой среде под влиянием давления удар-ix затопленных струй рабочей жидкости, попадающих в перфо-Р ционные каналы. При этом суммарный эффект воздействия на просе очистки ПЗС, улучшение фильтрационных свойств пород, раскры-е старых и формирование новых трещин существенно возрастает, озможно проявление и третьего элемента механизма возникно-
137
вения гидравлических ударов в процессе прокачки рабочей жидкости через агрегат. При использовании в качестве рабочего агента нефти, содержащей растворенный газ, последний выделяется из раствора в зоне действия агрегата вследствие понижения давления из-за высоких значений скоростного напора струй жидкости, вытекающих из насадок, формирующих при этом адиабатные двухфазные течения. Появляющиеся в зоне агрегата газожидкостные смеси обладают повышенной сжимаемостью и играют роль полостей в процессах имплозии, вызывающих мощные гидравлические удары при заполнении газовых пузырей жидкостью под влиянием гидростатического столба жидкости в скважине. В случае формирования адиабатных двухфазных потоков внезапные чередующиеся сжатия газожидкостных смесей в призабойной зоне возникают вследствие пульсаций давления в гидравлической системе из-за влияния неуравновешенности струй на поток жидкости, а также значительной объемной упругости труб и рабочей жидкости. Поэтому при прокачке рабочей жидкости через агрегат формируется неравномерный пульсирующий поток жидкости, сопровождающийся кратковременными ударами столба затрубной жидкости и вытекающих из насадок струй по забою скважины.
Накладываясь друг на друга, ударные волны различной природы формируют в пористой среде ПЗС неравномерное поле давлений, под влиянием которого происходит очистка пор от осадков, расширение и закрепление трещин, осаждение пластовой воды в подошвенных зонах коллектора под действием гравитационных сил.
4.7.3. СХЕМА СТРУЙНОГО ВИХРЕВОГО АППАРАТА
На рис. 4.4 схематически представлен продольный разрез струйного вихревого аппарата [218]. Струйный вихревой аппарат содержит спускаемый на колонне НКТ1 полый корпус 2 с боковыми каналами 3 и генератор импульсов, образованный путем установки в корпусе 2 соосно последнему обтекателя 4 и втулки 5 с винтовыми каналами на ее внутренней поверхности. В корпусе 2 выполнены последовательно по ходу потока среды конфузорный канал 6 и вихревая камера 7, со стороны наружной поверхности в корпусе 2 имеется кольцевой расширяющийся в радиальном направлении канал 8, образованный двумя коническими соосными корпусу поверхностями с углом а раскрытия кольцевого канала 8 в плоскости осевого продольного сечения от 6 до 7°. При этом втулка 5 установлена в корпусе 2 с возможностью замены и размещена между выходным сечением колонны труб 1 и конфузорным каналом 6. Обтекатель 4 установлен в корпусе 2 с возможностью замены, он разборный и состоит из съемных входного конуса 9 и центрального тела 10, наружная поверхность которого образована винтовыми каналами, а вихревая камера 7 сообщена с кольцевым расширяющимся каналом 8 посредством боковых тангенциально выполненных каналов 3, причем выходные сечения последних расположены в
138
Рис. 4.4. Схема струйного вихревого аппарата
/ - колонна НКТ; 2 - полый корпус; 3 - боковые каналы; 4 - обтекатель; 5 - втулка; 6 - конфузорный канал; 7 - вихревая камера; 8 — кольцевой канал; 9 - входной конус; 10 — центральное тело
зоне наименьшего проходного сечения кольцевого расширяющегося канала 8. Винтовые каналы втулки 5 и центрального тела 10 много-заходные. Основание входного конуса 9 может лежать в плоскости входного сечения втулки 5, а винтовые каналы втулки 5 и центрального тела 10 могут быть как с одинаковым, так и с разным шагом.
Струйный вихревой аппарат работает следующим образом. Рабочую среду по колонне НКТ / подают в полый корпус 2, где она набегает на входной конус 9, который направляет ее в кольцевой винтовой канал 8 или винтовые каналы (в зависимости от количества заходов), образованные каналами втулки 5 и центральным телом 10 обтекателя 4. В винтовых каналах рабочая среда приобретает вращательное движение с резким увеличением скорости рабочего потока. Из винтовых каналов рабочая среда поступает в вихревую камеру 7, где
139
поток рабочей среды докручивается с дальнейшим увеличением скорости и скорость стабилизируется при движении рабочего потока в горизонтальной плоскости.
Раскрученный стабилизированный поток под действием центробежных сил и давления непрерывно истекает через боковые каналы 3 в кольцевой расширяющийся канал 8. В канале 8, выполненном с углом раскрытия а от 6 до 7°, достигается изменение скорости потока рабочей среды с локальным разрывом сплошности потока и образованием полостей и каверн, заполненных паром и газом. Поскольку поток направлен по касательной в кольцевом канале 8, он движется по кривой, и чем больше время прохождения потока через зону пониженного давления в канале 8, тем более укрупняются каверны и полости и увеличивается их количество.
Движение потоков рабочей среды в кольцевом расширяющемся канале 8 происходит с изменением скорости и соответственно с созданием условий для отрыва потока от стенок, а также образования каверн и разряжений. Это приводит к возникновению колебательного процесса, резонансных явлений и гидравлических ударов. Поток выносит полости и каверны за пределы аппарата в перфорационные каналы и поры продуктивного пласта, в которых происходит мгновенная конденсация пара и каверны схлопываются, создавая гидравлические удары и, как следствие, вибрацию в призабойной зоне. Поскольку описанные выше процессы происходят многократно и через равные периоды времени, то сопровождающие их звуковые волны и гидравлические удары приводят к гармоничным явлениям или даже к резонансу.
Таким образом, с помощью струйного вихревого аппарата достигается поставленная задача- повышение проницаемости призабойной зоны продуктивного пласта с соответствующим восстановлением или повышением продуктивности скважины. В результате такой обработки ПЗС эффективно повышается продуктивность нефтяных и газовых скважин, восстанавливается начальная проницаемость скважин после их капитального ремонта, повышается фазовая проницаемость для нефти и появляется возможность удалять воду и гидратные слои с поверхности пород призабойной зоны.
4.1.4. СХЕМА ОДНОКАСКАДНОГО ПУЛЬСАТОРА С НАСАДКАМИ
Особенностью пульсатора является то, что боковые тангенциальные каналы выполнены в насадках, установленных в корпусе с возможностью их замены. При этом профиль каналов может быть расширяющимся - с коноидальной поверхностью, конической поверхностью, конической поверхностью, переходящей в цилиндрическую поверхность, конической поверхностью с входным цилиндрическим участком, а конические поверхности имеют разные углы раскрытия и различную длину [220]. Это позволяет устанавливать разные режимы истечения среды из аппарата и, кроме того, быстро менять насадки в случае
140
Рис. 4.5. Схема однокаскадного пульсатора с насадками
1 - колонна НКТ; 2 - полый корпус; 3 - боковые каналы; 4 - обтекатель; 5 -втулка; 6 - конфузорный канал; 7 - вихревая камера; 8 - кольцевой канал; 9 - входной конус; 10 - центральное тело; 11 - насадка; 72-75 - насадки: 12 - с коноидальным профилем, 13 - с коническим профилем и выходным цилиндрическим участком, 14 - с коническим профилем и входным и выходным цилиндрическими участками, 75 - с плавно Расширяющимся профилем
141
эрозионного износа и соответственно изменения профиля боковых каналов.
На рис. 4.5 схематически представлен продольный разрез описываемого пульсатора. Пульсатор содержит спускаемый на колонне НКТ 1 полый корпус 2 с боковыми каналами 3 и генератор импульсов, образованный путем установки в корпусе 2 соосно ему обтекателя 4 и втулки 5 с винтовыми каналами на ее внутренней поверхности. В корпусе 2 расположены последовательно по ходу потока среды конфу-зорный канал 6 и вихревая камера 7. Со стороны наружной поверхности в корпусе 2 имеется кольцевой расширяющийся в радиальном направлении канал 8, образованный двумя коническими соосными корпусу поверхностями с углом а раскрытия кольцевого канала 8 в плоскости осевого продольного сечения от 6 до 1°. Втулка 5 установлена в корпусе 2 с возможностью замены и размещена между выходным сечением колонны НКТ 1 и конфузорным каналом 6, обтекатель 4 установлен в корпусе 2 с возможностью замены, он разборный и состоит из съемных входного конуса 9 и центрального тела 10, наружная поверхность которого образована винтовыми каналами. Вихревая камера 7 сообщена с кольцевым расширяющимся каналом 8 посредством боковых тангенциально выполненных каналов 3, причем выходные сечения последних расположены в зоне наименьшего проходного сечения кольцевого расширяющегося канала 8, а сами каналы 3 находятся в установленных с возможностью замены насадках 11 и снабжены износоустойчивым покрытием. Винтовые каналы втулки 5 и центрального тела 10 много-заходные. Основание входного конуса 9 может лежать в плоскости входного сечения втулки 5. Винтовые каналы втулки 5 и центрального тела 10 могут быть выполнены с одинаковым или разным шагом. Боковые тангенциальные каналы 3, расположенные в насадках 11, могут иметь различные профили проходного сечения, например коно-идальный 12, конический, расширяющийся с выходным цилиндрическим участком / 3, конический, расширяющийся с входным и выходным цилиндрическими участками 14, а также плавно расширяющийся, при котором достигается плавное изменение скорости потока вдоль канала 15. В зависимости от угла раскрытия конического канала насадки могут быть удлиненными или укороченными.
4.2, СХЕМА УСТРОЙСТВА ДВУХКАСКАДНОГО ПУЛЬСАТОРА
Значительный интерес представляет создание устройства для обработки призабойной зоны, обеспечивающего управление волновым процессом гидровоздействия за счет увеличения зоны воздействия как в продольном, так и в радиальном направлении, вследствие чего повышается надежность попадания струй рабочего агента в перфорационные отверстия и, следовательно, эффективность воздействия. Устройство для обработки призабойной зоны включает основной генератор им-
142
сов в виде полого корпуса с установленным в нем конусным обте-П^Л лем. Между их поверхностями последовательно расположены сооб-К3 иные между собой конфузорная кольцевая камера, соединенная тС редством многозаходных винтовых каналов на внутренней поверх-ти корпуса с его входным осевым каналом, и вихревая кольцевая мера, сообщенная посредством выходных боковых тангенциальных аналов в корпусе с диффузорным кольцевым каналом на наружной оверхности корпуса. Устройство снабжено по крайней мере одним пополнительным генератором импульсов, гидравлически связанным с входным осевым каналом основного генератора импульсов. Дополнительный генератор импульсов установлен с возможностью изменения продольного расстояния между выходными боковыми тангенциальными каналами смежных генераторов импульсов и смещения их относительно друг ДРУга в поперечной плоскости для изменения расположения выходных боковых тангенциальных каналов смежных генераторов импульсов относительно образующей [217].
Гидравлическая связь дополнительного генератора импульсов с входным осевым каналом основного генератора импульсов выполнена в виде сообщенного с входным осевым каналом дополнительного генератора импульсов сквозного канала в конусном обтекателе основного генератора импульсов.
В одном из частных случаев многозаходные винтовые каналы дополнительного генератора импульсов имеют направление, противоположное направлению многозаходных винтовых каналов основного генератора импульсов.
В предпочтительном варианте между торцевыми поверхностями корпусов смежных генераторов импульсов размещено сменное кольцо, которое может быть резьбовым и иметь ту или иную толщину для обеспечения регулирования взаимного расположения выходных боковых тангенциальных каналов смежных генераторов импульсов.
В частном случае корпус дополнительного генератора импульсов может иметь наружную и внутреннюю части, связанные друг с другом с возможностью разъема, причем многозаходные винтовые каналы расположены на поверхности внутренней части корпуса. В этом случае между торцевыми поверхностями наружной и внутренней частей корпуса дополнительного генератора импульсов размещают сменную шайбу.
Получению технологического результата способствует то, что
Диффузорный кольцевой канал имеет конусную поверхность с углом
при вершине 8-15°, а также то, что длина (L) и диаметр (D) выходных
оковых тангенциальных каналов связаны между собой следующим
соотношением: LID = 3-5. На рис. 4.6 представлен общий вид устрой-
ва с продольным разрезом; на рис. 4.7,а - половина сечения А-А
РИС. 4.6, повернутая на 90° против часовой стрелки; на рис. 4.7,6 -
половина сечения Б-Б рис. 4.6, повернутая на 90° против часовой
Релки; рис. 4.7,в - аналог рис. 4.7,6 в варианте выполнения гене-
°ра импульсов со смещением их в поперечной плоскости.
143
23
Рис. 4.6. Устройство для обработки призабойной зоны скважины
1 — корпус; 2 — конусный обтекатель основного генератора импульсов; 3 — кон-фузорная кольцевая камера; 4 - многозаходные винтовые каналы; 5 - осевой канал; 6 -вихревая кольцевая камера; 7 - выходные боковые тангенциальные каналы; 8 -диффузорный кольцевой канал; 9 - колонна НКТ; 10 — переходник; 11 — сквозной канал, 12-24 -дополнительный генератор импульсов: 12 - наружная часть, 13 - внутренняя часть, 14 — многозаходные винтовые каналы, 15 — выходные боковые тангенциальные каналы, 16 — сменное кольцо, 17 — сменная шайба, 18,19 — контргайки, 20 — отверстие в конусном обтекателе, 21 - конфузорная кольцевая камера, 22 - вихревая кольцевая камера, 23 - диффузорная кольцевая камера, 24 — конусный обтекатель
144
А-А
Б-Б
Рис. 4.7. Половинные сечения на рис. 4.6, повернутые на 90° против часовой стрелки
а - по А-А; 6 - по Б-Б; в - по Б-Б в варианте выполнения генератора им -пульсов со смещением их в поперечной плоскости
Устройство содержит основной генератор импульсов в виде полого корпуса 1 с установленным в нем конусным обтекателем 2. Поверхности корпуса 1 и конусного обтекателя 2 образуют последовательно расположенные и сообщенные между собой конфузорную кольцевую камеру 3, соединенную посредством многозаходных винтовых каналов 4 на внутренней поверхности корпуса 1 с его входным осевым каналом 5, и вихревую кольцевую камеру 6. В корпусе 1 выполнены выходные боковые тангенциальные каналы 7. На наружной поверхности корпуса 1 находится диффузорный кольцевой канал 8, имеющий конусную поверхность с углом при вершине 8—15°.
Вихревая кольцевая камера 6 сообщена посредством выходных боковых тангенциальных каналов 7 с диффузорным кольцевым каналом 8. Корпус 1 связан с колонной НКТ 9 переходником 10.
Устройство снабжено по крайней мере одним дополнительным генератором импульсов с конструкцией, аналогичной основной. Дополнительный генератор импульсов установлен последовательно и гидравлически связан с входным осевым каналом 5 основного генератора импульсов. Эта гидравлическая связь реализована по сквозному каналу 11 в конусном обтекателе 2 основного генератора импульсов. Корпус Дополнительного генератора импульсов может быть цельным или выполненным из наружной 12 и внутренней 13 частей. Части 12, 13 связаны друг с другом с возможностью разъема, причем многозаходные интовые каналы 14 в этом случае находятся на внутренней поверхности внутренней части 13 корпуса.
Дополнительном генераторе импульсов многозаходные винтовые
алы 14 могут иметь направление, противоположное или совпадаю-
с напРавлением аналогичных каналов 4 основного генератора им-R^ сов. При этом выходные боковые тангенциальные каналы 75 могут смещены в поперечной плоскости относительно образующей,
145
быть
проходящей через аналогичные каналы 7 смежного генератора импульсов (в данном случае основного). Это достигается с помощью сменного кольца 16, которое может быть резьбовым и размещается между торцевыми поверхностями корпусов смежных генераторов импульсов. За счет изменения толщины сменного кольца 16 достигается изменение продольного расстояния между выходными боковыми тангенциальными каналами смежных генераторов импульсов.
В варианте, когда корпус дополнительного генератора импульсов состоит из наружной 12 и внутренней 13 частей, между их торцевыми поверхностями размещают сменную шайбу 17, толщина которой подбирается в зависимости от толщины сменного кольца 16. Во избежание произвольного развинчивания резьбовых соединений предусмотрены элементы их фиксации, например контргайки 18, 19. Контргайка 19 позволяет предотвратить самопроизвольное развинчивание резьбового соединения в конусном обтекателе 24.
Устройство работает следующим образом. При подаче рабочего агента в зоне расположения обтекателя 2 во входном осевом канале 5 происходит разделение потока рабочего агента на два, один из которых попадает в основной генератор импульсов, а другой через отверстия 20, сквозной канал 11 - в дополнительный генератор импульсов. В генераторах импульсов потоки рабочего агента в многозаходных винтовых каналах 4, 14 закручиваются и попадают в конфузорные кольцевые камеры 3, 21, в которых скорость потоков рабочего агента увеличивается (с сохранением вращательного движения) еще больше. В вихревых кольцевых камерах 6, 22 движения потоков рабочего агента в горизонтальной плоскости стабилизируются, и под действием центробежных сил осуществляется выброс рабочего агента через выходные боковые тангенциальные каналы 7, 15 и диффузорные кольцевые каналы 8,23 в призабойную зону. Возникают кавитационные явления. Выбрасываемые струи рабочего агента, попадая в перфорационные отверстия, воздействуют на призабойную зону в гидроволновом режиме. Устройство вращают и перемещают в осевом направлении.
Разработаны также двухкаскадные пульсаторы со ступенчатыми [216] и коническими диффузорами, сменными насадками и без конических рассеивателей потока [221].
4.3. СХЕМА ТАНДЕМНОЙ СКВАЖИННОЙ СТРУЙНОЙ УСТАНОВКИ
Как показывают результаты промысловых наблюдений, нередко возникает задача выноса с забоя скважины образовавшихся песчаных пробок при одновременной обработке ПЗС с целью повышения продуктивности скважины. Для этого используют скважинную струйную установку, содержащую установленный на колонне НКТ струйный насос с активным соплом, камерой смешения, диффузором, каналами подвода активной и пассивной сред. На колонне НКТ со стороны входа в активное сопло расположен струйный вихревой аппарат, содержащий полый корпус с боковыми каналами и подключенным к каналу
146
вода активной среды осевым каналом, установленные в корпусе П сно последнему обтекатель и втулку с винтовыми каналами на ее 00 тренней поверхности. В корпусе выполнена вихревая камера, со 3 гюны наружной поверхности корпуса в последнем имеется кольцевой сширяющийся канал, образованный двумя конически-соосными кор-vcv поверхностями. Втулка и обтекатель установлены в корпусе с озможностью замены, обтекатель разборный и состоит из съемных входного конуса и центрального тела, наружная поверхность которого образована винтовыми каналами. Вихревая камера сообщена с кольцевым расширяющимся каналом посредством боковых, тангенциально выполненных каналов. Со стороны входа в активное сопло может быть установлен фильтр.
Скважинная струйная установка такой конструкции позволяет добиться резкого повышения скорости потока рабочей среды в горизонтальной плоскости в зоне установки струйного вихревого аппарата путем подачи потока рабочей среды через боковые каналы по касательной к поверхности кольцевого расширяющегося канала, что дополнительно увеличивает скорость потока с образованием в нем полостей и кавитационных каверн. По мере движения рабочего потока по расширяющемуся каналу изменяется его скорость, что ведет к дальнейшему увеличению в потоке объема и количества полостей и каверн. Формирование полостей и каверн идет интенсивно и лавинообразно, приобретая колебательный характер с резонансными явлениями. Одновременно происходит вынос полостей и каверн с потоком в каналы, поры и трещины продуктивного пласта, причем радиус воздействия при такой обработке призабойной зоны пласта достигает десятков метров и регулируется изменением давления нагнетания и скорости потока рабочей среды. Схлопывание полостей и каверн в пласте сопровождается звуковыми волнами и сильными гидравлическими ударами с возникновением вибрации, что создает высокую разрушающую силу в пласте. Рабочая среда поступает в активное сопло струйного насоса и струйный вихревой аппарат, что позволяет интенсивно откачивать среду из зоны обработки продуктивного пласта и, как следствие, интенсифицировать процесс подготовки скважины к рабочему режиму эксплуатации.
На рис. 4.8 представлен продольный разрез описываемой сква-жинной струйной установки, а на рис. 4.9 - продольный разрез установки в варианте выполнения ее с фильтром [221]. Скважинная струйная установка содержит пакер 1, установленный на колонне НКТ2, струйный насос с активным соплом 3, камерой смешения 4, диффузором 5, аналом 6 подвода активной среды и каналом 7 подвода откачиваемой ^ ассивной) среды. Установка снабжена установленным на колонне КТ 2 со стороны входа в активное сопло струйным вихревым аппара-°м з, состоящим из полого корпуса 8 с боковыми каналами 9 и подклю-енньщ к каналу 6 подвода активной среды осевым каналом 10, нахо-щегося в корпусе 8 соосно последнему, обтекателя 11 и втулки 12 с овыми каналами на ее внутренней поверхности. В корпусе 8 выпол-
147
Рис. 4.8. Тандемная скважинная струйная установка без фильтра
1 - пакер; 2 - колонна НКТ; 3 - струйный насос с активным соплом; 4 - камерг смешения; 5 - диффузор; 6 - канал подвода активной среды; 7 - канал подвода откачиваемой (пассивной) среды; 8- полый корпус, 9 - боковые каналы; 10 - осевые каналы; 11 - обтекатель; 12 - втулка с винтовыми каналами; 13 - вихревая камера; 14 -кольцевой расширяющийся канал; /5 - съемный входной конус; 16 - центральное тело
148
Фильтр
Рис. 4.9. Тандемная скважинная струйная установка с фильтром
149
нена вихревая камера 13, со стороны наружной поверхности корпуса 8 в нем имеется кольцевой расширяющийся канал 14, образованный двумя коническими соосными корпусу 8 поверхностями. Втулка 12 и обтекатель 11 установлены в корпусе 8 с возможностью замены, обтекатель 11 разборный и состоит из съемных входного конуса /5 и центрального тела 16, наружная поверхность которого образована винтовыми каналами, а вихревая камера 13 сообщена с кольцевым расширяющимся каналом 14 посредством боковых, тангенциально выполненных каналов 9. Со стороны входа в активное сопло струйного насоса 3 установлен фильтр.
Скважинная струйная установка работает следующим образом. Рабочую среду по колонне НКТ 2 подают одновременно в активное сопло струйного насоса 3 и в полый корпус 8 струйного вихревого аппарата. В струйном вихревом аппарате рабочая среда набегает на входной конус 15, который направляет ее в винтовые каналы, образованные втулкой 12 и центральным телом 16 обтекателя П. В винтовых каналах рабочая среда приобретает вращательное движение с резким увеличением скорости рабочего потока. Из винтовых каналов рабочая среда поступает в вихревую камеру 13, где поток рабочей среды докручивается с дальнейшим увеличением скорости и движение рабочего потока стабилизируется в горизонтальной плоскости.
Раскрученный стабилизированный поток под действием центробежных сил и давления непрерывно истекает через боковые каналы 9 в кольцевой расширяющийся канал 14, где его скорость изменяется с возникновением локального разрыва сплошности и образованием полостей и каверн, заполненных паром и газом.
Движение потока рабочей среды в кольцевом расширяющемся канале 14 происходит с изменением скорости и соответственно с созданием условий для отрыва потока от стенок и образования новых каверн и пустот, что в конечном счете приводит к возникновению колебательного процесса, резонансных явлений и гидравлических ударов. Поток выносит полости и каверны за пределы установки в каналы и поры продуктивного пласта, где происходит мгновенная конденсация пара, полости и каверны схлопываются, создавая гидравлические удары и вибрацию в призабойной зоне. Вследствие описанных выше процессов в продуктивном пласте возникают резонансные колебательные явления большой разрушающей силы. Одновременно рабочая среда, истекая из активного сопла, ударяет в камеру смешения 4, удаляя из призабойной зоны пульпу, образовавшуюся в результате работы вихревого аппарата. Из камеры смешения 4 образовавшаяся смесь откачиваемой и рабочей сред поступает в диффузор 5 и далее на поверхность.
Таким образом, достигается поставленная задача - повышение проницаемости призабойной зоны с соответствующим повышением или восстановлением продуктивности и очистка забоя скважины. При проектировании технологических процессов воздействия на ПЗС мы рекомендуем использовать работу [25].
150
4.4. СХЕМА РОТАЦИОННОГО ПУЛЬСАТОРА
ротационный импульсный гидравлический генератор (далее - ротационный пульсатор) представляет собой новую разновидность устройства для создания переменного гидродинамического воздействия на обрабатываемую поверхность, в частном случае на внутреннюю поверхность нефтяных и газовых скважин, с целью очистки перфорации и внутренней поверхности обсадной колонны от различных отложений и восстановления продуктивности пласта. Оно отличается от применявшихся ранее подобных устройств наличием вращающейся головки с рабочими соплами, за счет чего при уменьшении количества сопел до минимума (соответственно и потребного расхода рабочего агента при фиксированном рабочем давлении) обеспечивается воздействие на всю поверхность обсадной колонны.
Конструкция ротационного пульсатора показана на рис. 4.10. Пульсатор состоит из корпуса 1 с трубной резьбой для присоединения к колонне НКТ с запрессованным в него отбойником 12, закрепленной в корпусе на резьбе проставки2, на которой установлены ротор 3, головка 4 и подпятник 6 с опорным кольцом из силицированного графита 7. Подпятник опирается на проставку через амортизационное резиновое кольцо, компенсирующее непараллельность рабочих поверхностей пяты и подпятника. Ротор представляет собой массивный, статически уравновешенный относительно оси вращения стальной диск, оснащенный вкладышами из антифрикционной бронзы или силицированного грунта. С внутренней стороны ротора выполнены кольцевой канал и два плавных спиральных подводящих канала к рабочим дюзам. Две дюзы 17 установлены на роторе посредством резьбы и уплотнены резиновыми кольцами 21. Для повышения износостойкости дюзы 17 сборные и состоят из корпуса и находящегося в нем рабочего сопла 18. Сопло уплотняется в корпусе резиновым кольцом 20 и закрепляется круглой гайкой 19. Оси сопел расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, и смещены относительно нее на 30 мм. На ротор также запрессованы пята из силицированного графита 8, отбойная текстолитовая шайба 9 и кольца лабиринтного уплотнения 10, 11. Осевой люфт ротора в пределах 0,3-0,6 мм обеспечивается при сборке подбором толщины шайб 13.
На приеме пульсатора установлены армированный сетчатый фильтр 15 с ячейкой 0,63 мм и подводящий шнек 16 для предварительной раскрутки потока. Направление вращения ротора, если смотреть сверху, - левое (против часовой стрелки), что исключает отворачивание проставки. Кроме того, взаимная контровка от самопроизвольного отворачивания проставки и приемной сетки обеспечивается установкой их в сквозную резьбу корпуса в распор.
В нижнее кольцо лабиринтного уплотнения 10 встроен упрощенный Центробежный тормоз (регулятор), состоящий из двух чугунных полуколец, передние (по направлению вращения) концы которых закреплены шарнирно на осях 23, в средней части колец выполнен паз, в
151
19
IS
18
20
17
12 9 11 3 10 14 4 13
-J
23
Рис 4 10 Ротационный пульсатор
1 - корпус, 2 - проставка, 3 - ротор, 4 - головка, 5 - крепежный болт, 6 - подпятник, 7 - опорное кольцо, 8 - пята, 9 - отбойная текстолитовая шайба, 10, 11 - кольца лабиринтного уплотнения, 12 -отбойник, 13- шайбы, 14 - торцевое уплотнение, 15 - сетчатый фильтр, 16 - подводящий шнек, 17 - дюзы, 18 - рабочее сопло, 19- круглая гайка, 20,21 - резиновые кольца, 22 - пружинное кольцо, 23 - ось
котором размещено прижимное пружинное кольцо 22. Центробежный тормоз начинает подтормаживание ротора при частотах вращения свыше 1000 об/мин и ограничивает максимальную частоту вращения ротора в рабочем диапазоне давлений в пределах 1250 ± 250 об/мин.
4.5. НАСОСНО-ЭЖЕКТОРНАЯ СКВАЖИННАЯ
ИМПУЛЬСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ УПРАВЛЯЕМОГО ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЗС (УВВ-ЗЭ)
На рис. 4.11, 4.12 приводятся схемы глубинного оборудования установки для управляемого волнового воздействия с последующим воздействием на пласт управляемыми депрессиями (УВВ-ЗЭ). На рис. 4.11 показана схема насосно-эжекторной скважинной импульсной установки в период гидроимпульсной обработки скважины, а на рис. 4.12 — в период откачки среды из скважины. Насосно-эжекторная скважинная импульсная установка содержит колонну НКТ1 и установленный на ней струйный аппарат с активным соплом 2, камерой смешения 3, диффузором 4 и каналами подвода активной 5 и пассивной 6 сред. Установка дополнительно снабжена пакером 7, центральным обратным клапаном 8, гидроимпульсным устройством 9, находящимся на колонне НКТ 1 ниже пакера 7, системой обратных периферийных клапанов 10, расположенной на колонне НКТ / между гидроимпульсным устройством 9 и пакером 7, и блокирующей вставкой 11. При этом центральный обратный клапан 8 размещен в последней, и блокирующая вставка 11 установлена с возможностью замены на депрессионную вставку 12, а активное сопло 2 со стороны входа в него перекрыто блокирующей вставкой 11 ти открыто для подвода активной среды при установке депрессионной вставки 12, которая перекрывает поперечное сечение колонны НКТ 1.
Установка работает следующим образом. По колонне НКТ 1 в насосно-эжекторную установку под давлением подают активную жидкую среду (воду, солевой раствор и т.п.). Под рабочим давлением активная среда по колонне НКТ 1, преодолевая центральный обратный клапан 8, поступает в гидроимпульсное устройство 9. На этом этапе работы установки блокирующая вставка 11, предварительно установленная в колонне НКТ 1, препятствует поступлению активной среды в каналы подвода активной 5 и пассивной 6 сред. Одновременно с этим под действием давления активной среды закрыт проход через систему обратных периферийных клапанов 10. Пакер 7 не распакерован, т.е. находится в транспортном состоянии, и не препятствует перетеканию между подпакерной и надпакерной зонами. В гидроимпульсном устройстве 9 поток активной среды преобразуется в скоростной горизонтальный поток с полостями и кавитационными кавернами, воздействующий на пласт. Схлопывание полостей и каверн в зоне пласта сопровождается звуковыми волнами и сильными гидравлическими ударами с возникновением вибрации, что создает высокую разрушающую силу в пласте и способствует отделению кольматирующих частиц.
153
Рис. 4.11. Схема насосно-эжекторной скважинкой импульсной установки в период управляемого кавитационно-волнового воздействия на ПЗС
/ - колонна НКТ; 2 - сопло; 3 - камера смешения; 4 - диффузор, 5, б - каналы подвода сред: 5 - активной, 6 - пассивной; 7 - пакер, S - центральный обратный клапан, 9 - гидроимпульсное устройство, 10 - система обратных периферийных клапанов, 11 -блокирующая вставка, 12 - депрессионная вставка, 13 - пласт
По окончании обработки пласта производят нагнетание в затрубное пространство колонны НКТ 1 активной жидкой среды, вследствие чего открывается система обратных периферийных клапанов 10 и потоком активной среды блокирующая вставка 11 выносится из колонны НКТ Л
154
12
рис 4.12. Схема насосно-эжек-торной скважинной импульсной установки в период воздействия да ПЗС управляемыми циклическими депрессиями
Условные обозначения те же, что и карие. 4.11
при этом центральный обрат-
ный клапан 8 находится в за-
крытом положении. Вместо
блокирующей вставки сбра-
сывают в НКТ и устанав-
ливают в УГИС-6М депрес-
сионную вставку 12, которая
перекрывает поперечное про-
странство колонны НКТ / в
зоне между каналами подво-
да активной 5 и пассивной 6
сред. Далее производят уста-
новку пакера, т.е. разобщают
пространство с внешней сто-
роны колонны НКТ 1 на под-
пакерную и надпакерную зо-
ны. Таким образом, установку
переводят в состояние, пока-
занное на рис. 4.12. Затем
активную жидкую среду по
колонне НКТ 7 и далее че-
рез канал 5 подвода активной
среды подают в активное соп-
ло 2 струйного аппарата. Ак-
тивная среда, истекая из соп-
ла 2, увлекает в камеру сме-
шения 3 из подпакерной зоны
пассивную среду (смесь жид-
кости пласта и кольматирую-
Щих частиц). Из камеры сме-
шения 3 смесь активной и
пассивной сред поступает в диффузор 4 и далее, истекая в затрубное
пространство в надпакерную зону, выносится на поверхность.
4-б- РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПУЛЬСАТОРОВ
и ТАНДЕМНОЙ УСТАНОВКИ
по паРаметР°в пульсаторов и тандемной установки выполнялись
методике Б.Ф. Лямаева [168] для гидроструйных насосов и уста-°к. Как показывает анализ этих результатов, ротационный пуль-
155
Таблица 4 Параметры работы ротационного пульсатора (без струйного насоса)
Параметр Единица измерения Значение
Исходные данные
м
МПа
м
МПа
кг/м3
кг/м3
МПа
Глубина погружения пульсатора Давление на устье Динамический уровень Давление силового насоса (НС) Плотность рабочей жидкости Плотность пластовой жидкости Давление перед соплом
Параметры наземной насосной станции
Потребный расход жидкости м3/с
Рабочее давление наземной НС МПа
Параметры пульсатора
Расход через пульсатор м3/с
Коэффициент расхода пульсатора д.е.
Число рабочих отверстий (дюз) шт.
Суммарная площадь отверстий мм2
Диаметр отверстий (дюз) мм
Скорость жидкости в дюзе м/с
Расчет потерь давления в НКТ на входе
Шероховатость поверхности НКТ мм
Внутренний диаметр НКТ мм
Проходное сечение НКТ мм2
Скорость жидкости в НКТ м/с
Критерий Рейнольдса
Гидравлический радиус мм
Показатель степени
Коэффициент потерь
Потери напора м
Потери давления МПа
Расчет потерь давления в НКТ на выходе
Внутренний диаметр обсадной колонны мм
Наружний диаметр НКТ мм
Длина труб м
Диаметр муфты мм
Длина муфты мм
Суммарная длина муфт м
Площадь проходного сечения мм2
Скорость жидкости в зазоре м/с
Площадь проходного сечения по муфте мм2
Скорость в районе муфты м/с
Гидравлический радиус на входе мм
Гидравлический радиус на выходе мм Показатель степени Коэффициент сопротивления на входе
1200
О
О
65
1060-
1060
6,3
0,00175 6,5
0,00175
0,85
2
19,06
3,48
91,83
0,01
59
2733,97
0,64
37765,58
14,75
0,14
45,60
16,03
0,16
121,7
73
1084,8
89
96
115,2
7447,06
0,23
5411,31
0,32
12,18
8,18
0,14
44,33
156
Таблица 4.1 (окончание)
Параметр Единица измерения Значение
Показатель степени 0,14
Коэффициент сопротивления на входе 44,33
Показатель степени 0,14
Коэффициент сопротивления на выходе 41,85
Потери на длине труб м 2,50
Потери на муфтах м 0,84
Потери напора при нагнетании НС м 3,34
Расчет вращающего момента (без учета сопротивления)
Разнос сопел мм 60
Сила реакции струи кг 5,11
Вращающий момент кг м 0,31
Таблица 4.2
Параметры работы пульсатора со струйным насосом (компоновка со сдвоенной НКТ: наружная - 3", внутренняя - 3/2")
Параметр Единица измерения Конструктивные варианты
1 2 3 3'
Внутренний диаметр колонны НКТ Плотность рабочей (и пластовой) жидкости
Исходные данные
121,7 121,7
кг/м
м МПа
1060
1300
1060
1300
0,0017361 0,0012731 0,0009838 32,0 17,5 10,5
Глубина погружения
пульсатора
Давление на устье
Динамический уровень м
Расход через струйный М3/с
насос
Давление силового МПа
насоса (НС)
Расчет режима струйного насоса (СИ)
Расход инжектируе- м3/сут
мой жидкости
Давление перед соплом МПа
СН
Давление, развиваемое МПа СН
Напор СЩраспола- м
гаемый напор СН)
Максимальный напор м СН
121,7 1060
1300
о о
121,7 1060
1300
о о
0,0009838 10,5
165 2,92 5,73 550,9743 1101,949 121 1,66 3,14 301,7944 603,5888 93,5 9,60 1,88 181,1588 362,3176 93,5 9,60 1,88 181,1588 362,3176
157
Таблица 4.2 (продолжение)
Параметр Единица измерения Конструктивные варианты
1 2 3 3'
1,1 1,1 1,1 1,1
0,2 0,2 0,2 0,2
0,4 0,4 0,4 0,4
0,9 0,9 0,9 0,9
мм мм 3,188613 6,377225 3,184402 6,368803 3,184402 6,368803 3,203288 6,406576
кВт
4,394988 2,038600 2,038600 10,94149
535,8443 299,1505 180,5352 180,5352
Конструктивные параметры СИ (оптимальный режим)
Отношение диаметров 222
сопла и камеры смешения СН Оптимальный коэффициент инжекции СН Относительный напор СН
Максимальный напор СН
Коэффициент расхода сопла СН Диаметр сопла Диаметр камеры * смешения
Гидравлическая мощность СН
Условие работоспособности струйного насоса с учетом потерь в НКТ Номинальный запас по м -15,1300 -2,64394 -0,623623 -0,623623
напору СН (на номинальном расчетном режиме >0) Запас по максимальному напору
Параметры наземной насосной станции Потребный расход жидкости
Гидравлическая мощность НС
Расход через пульсатор
Коэффициент расхода пульсатора Число рабочих отверстий (дюз) Суммарная площадь отверстий Диаметр отверстий (дюз)
Скорость жидкости в дюзе
Рас
Шероховатость поверхности НКТ Внутренний диаметр внутренней НКТ
м3/сут 315 231 178,5 178,5
кВт 118,9263 47,69439 22,11285 22,11285
м3/сут 156,75 114,95 88,825 88,825
0,78 0,78 0,78 0,78
шт. 3 3 3 2
мм2 10,00458 9,913124 9,886958 9,886958
мм 2,060601 2,051161 2,048452 2,508831
м/с 181,3405 134,2099 103,9822 103,9822
потерь д| мм юления в НК1 0,02 Г при нагнета! 0,02 1ииСН 0,012 0,012
мм 40,3 40,3 40,3 40,3
158
Таблица 4.2 (окончание)
Параметр Единица измерения Конструктивные варианты
1 2 3 У
. ------------- • -------- Расчет потерь давления в НКТ при нагнетании СН
Проходная площадь мм2 1275,557 1275,557 1275,557 1275,557
внутренней НКТ
Скорость жидкости во м/с 2,858228 2,096034 1,619662 1,619662
внутренней НКТ
Критерий Рейнольдса 1 15186,6 84470,16 65272,40 65272,40
Гидравлический мм 10,075 10,075 10,075 10,075
радиус
Показатель степени 0,1431428 0,1431428 0,1431428 0,1431428
Коэффициент потерь 43,15168 43,15168 43,15168 43,15168
Потери напора м 566,1044 304,4383 181,7824 181,7824
Потери давления МПа 5,66 3,04 1,82 1,82
Расчет потерь давления в НКТ на входе
Внутренний диаметр мм 76 76 76 76
наружной НКТ
Наружний диаметр мм 50,3 50,3 50,3 50,3
внутренней НКТ
Длина труб м 1175,2 1175,2 1175,2 1175,2
Диаметр муфты мм 56 56 56 56
Длина муфты мм 96 96 96 96
Суммарная длина муфт м 124,8 124,8 124,8 124,8
Площадь проходного мм2 2549,332 2549,332 2549,332 2549,332
сечения
Скорость жидкости м/с 1,430113 1,048750 0,8103976 0,8103976
между НКТ
Площадь проходного мм2 2073,451 2073,451 2073,451 2073,451
сечения по муфте
Скорость в районе м/с 1,758341 1,289450 0,9963930 0,9963930
муфты
Гидравлический радиус мм 6,425 6,425 6,425 6,425
зазора между НКТ
Гидравлический радиус мм 5 5 5 5
между НКТ и муфтой
Показатель степени (для 0,1432875 0,1432875 0,1432875 0,1432875
трубы)
Коэффициент сопро- 40,41482 40,41482 40,41482 40,41482
тивления (для трубы)
Показатель степени (для 0,1433551 0,1433551 0,1433551 0,1433551
муфты)
Коэффициент сопро- 38,97450 38,97450 38,97450 38,97450
тивления (для муфты)
Потери на длине труб Потери на длине муфт Потери напора на входе м м м 229,0331 50,80300 279,8361 123,1689 27,32073 150,4896 73,54508 16,31341 89,85849 73,54508 16,31341 89,85849
СН
159
сатор (табл. 4.1) обеспечивает достаточно высокие скорости жидкости в дюзе (91,8 м/с) и коэффициент расхода жидкости (0,85) при давлении насосного агрегата 6,5 МПа, причем потери напора составляют лишь 16м. Очевидно, применение ротационных пульсаторов способствует более высокому качеству обработки ПЗС. Анализ результатов расчета тандемной установки пульсатор-струйный насос (табл. 4.2) свидетельствует о ее работоспособности и о преимуществе варианта с ротационным пульсатором.
4.7. СХЕМА РОТАЦИОННОГО ОЧИСТИТЕЛЯ СКВАЖИНЫ СО СТРУЙНЫМ АППАРАТОМ (РОС)
Ротационные пульсаторы часто называют ротационными очистителями (РО). Для принудительной эвакуации продуктов очистки из зоны обработки разработан агрегат РО со встроенным высоконапорным струйным аппаратом (СА). В комбинированном устройстве (РОС) одновременная работа двух функционально независимых модулей - ротационного очистителя и струйного аппарата - обеспечивается за счет соответствующего разделения потока активной (рабочей) жидкости, подаваемой с поверхности силовым насосом высокого давления. Разделение потока происходит в самом устройстве, а подача суммарного активного потока и эвакуация отработанного — по сдвоенной (концентричной) колонне НКТ без пакерования или иного разделения затрубного пространства скважины, т.е. устройство независимо (относительно, с учетом его поперечного габарита) от конструкции и состояния скважины (угла наклона, диаметра и состояния поверхности колонны).
По своей конструкции РОС отличается от тандемной скважинной струйной установки тем, что вместо обычного пульсатора используется ротационный. Кроме того, в одной из конструкций РОС имеется встроенный отсечной клапан, позволяющий отключать ротационный пульсатор и создавать достаточно глубокую депрессию на пласт.

На главную страницу