Разработка скважинных дебалансных виброисточников и стендов для их исследования Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.235

РАЗРАБОТКА СКВАЖИННЫХ ДЕБАЛАНСНЫХ ВИБРОИСТОЧНИКОВ И СТЕНДОВ ДЛЯ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

Андрей Владимирович Савченко

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, зав. НИЦ, тел. (383)217-01-26, e-mail: sav@eml.ru

Вячеслав Петрович Ступин

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин), 630008, Россия, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, 113, кандидат технических наук, доцент, тел. (383)266-38-63, e-mail: smae@sibstrin.ru

Роман Александрович Тюгаев

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин), 630008, Россия, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, 113, студент-магистрант (1-й курс), тел. (999)450-91-29, e-mail: tyugaevroman@gmail.com

Андрей Александрович Сергеев

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин), 630008, Россия, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, 113, студент-магистрант (1-й курс), тел. (923)125-12-28, e-mail: inox-93@mail.ru

Рассмотрены различные способы создания погружных виброисточников и показаны области их применения. Предложен скважинный дебалансный виброисточник, способный работать в жидкости, содержащей механические примеси. Разработан стенд для исследования его параметров в условиях, приближенных к реальным.

Ключевые слова: скважина, виброисточник, дебаланс, стенд.

DOWNHOLE UNBALANCE VIBRATION EXCITERS AND RELATED TEST BENCHES

Andrei V. Savchenko

Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Candidate of Engineering Sciences, Head of R&D Center, tel. (383)217-01-26, e-mail: sav@eml.ru

Vyacheslav P. Stupin

Novosibirsk State Architecture and Construction University, 630008, Russia, Novosibirsk, 113 Leningradskaya Str., Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, tel. (383)266-38-63, e-mail: smae@sibstrin.ru

Roman A. Tyugaev

Novosibirsk State Architecture and Construction University, 630008, Russia, Novosibirsk, 113 Leningradskaya Str., Student-Candidate for a Master's Degree, tel. (999)450-91-29, e-mail: tyugaevroman@gmail.com

Andrei A. Sergeev

Novosibirsk State Architecture and Construction University, 630008, Russia, Novosibirsk, 113 Leningradskaya Str., Student-Candidate for a Master's Degree, tel. (923)125-12-28, e-mail: inox-93@mail.ru

In focus of the paper are the methods to engineer downhole vibration exciters and their application areas. The authors propose a borehole unbalanced vibration exciter capable of operation in liquid with mechanical impurities. The bench for testing the exciter parameters under close-to-reality conditions is developed.

Key words: borehole, vibration exciter, eccentric mass, test bench.

В процессе эксплуатации нефтяного месторождения происходит постепенное снижение дебитов добывающих скважин, одной из причин этого является снижение проницаемости призабойной зоны скважины вследствие ее колмата-ции. Для очистки призабойной зоны скважины применяются различные методы и устройства [1], такие как химическая обработка пласта, акустическое и гидродинамическое воздействия. Применение всех этих методов является дорогостоящим и требует выведения скважины из эксплуатации.

Скважинные гидроударные генераторы, разработанные в ИГД СО РАН [2], оказывают волновое воздействие на призабойную зоны пласта с целью ее очистки и продолжают непрерывно откачивать нефть.Генераторы успешно применяются на нефтяных месторождениях Россиии показали свою высокую надежность, на данный момент срок службы этого оборудования превышает два с половиной года с сохранением стабильной подачи встроенного насоса.

Применение такого типа генераторов возможно в скважинах, эксплуатируемых штанговыми глубинными насосами, доля которых в Российской федерации составляет 60 % всех добывающих скважин.

Для обработки призабойной зоны скважин, эксплуатируемых погружными винтовыми или центробежными электронасосами, доля которых составляет более 27 % [3] добывающих скважин, в Институте горного дела им. Н.А. Чинака-ла СО РАН разработан скважинный дебалансный виброисточник, отличительной особенностью которого является возможность его работы в водонефтяной смеси с содержанием механических примесей. Разработанный тип вибратора может использоваться на месторождениях добычи углеметана, разрабатываемых скважинным способом с дневной поверхности.

В ходе проектирования был проведен анализ основных схем построения погружных дебалансных виброисточников (рис. 1), произведены расчеты основных параметров, рассмотрены особенности их работы в различных средах.

Виброисточник дебалансного типа (рис. 1.а) создает гармонические колебания за счет вращениягруза со смещенным центром тяжести, передача создаваемого усилия происходит через подшипниковые узлы, в результате чего подшипники и вал испытывают повышенную нагрузку, что ведет к увеличению габаритных размеров такого источника.

1-г>,-<8 к

Ъ

Рис. 1. Схемы погружных виброисточников:

а - дебалансного типа; б - дебаланс с обкаткой по корпусу; в - дебаланс со свободным концом

Дебалансный источник с обкаткой по корпусу (рис. 1.б), создает гармонические колебания за счет обкатки роликом, закрепленным на валу, по внутренней стенке корпуса, передача импульса происходит через корпус установки. Данный источник обладает высокими энергетическими показателями. Однако, наличие дополнительных подшипников, расположенных на ролике и работающих на повышенной частоте, также снижает надежность системы и увеличивает ее габариты. При попадании жидкости в генератор исчезает контакт ролика с корпусом, что приводит к резкому падению создаваемой силы или полному ее отсутствию.

Дебалансный виброисточник со свободным концом (рис. 1.в), создает гармонические колебания за счет обкатки ступени внутренней частью полого конуса, закрепленного на валу через податливое шарнирное соединение. Данная конструкция обладает наименьшими габаритными размерами корпуса и позволяет получить высокочастотные излучения при значительно меньшей скорости вращения двигателя, при работе в жидкости также исчезает контакт ступени с конусом, что приводит к полному отсутствию создаваемой силы.

В Институте горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН разработан стенд (рис. 2, 3) для исследования параметров скважинного дебалансного генератора в условиях приближенным к натурным, а именно повышенным пластовым давлению и температуре, наличию в жидкости механических примесей.

Рис. 2. Внешний вид стенда

Рис. 3. Измерительная схема стенда

С точки зрения безопасности проведения эксперимента испытательный стенд располагается в отдельной комнате, по периметру которой установлен металлический каркас, который используется в качестве надежного крепления виброисточника. На испытательном стенде вертикально устанавливается генератор и присоединяется к электродвигателю. На корпус источника крепится трехкомпонентный датчик вибрации, регистрирующий горизонтальные и вертикальные колебания.

На внешней стороне корпуса источника установлены три датчика температуры (рис. 3), по два в верхней и нижней части генератора для измерения температуры на уровне подшипников, и два по центру источника для измерения температуры корпуса генератора, что также позволяет отслеживать изменение температуры при заполнении внутренней поверхности корпуса генератора жидкостью. На корпусе генератора установлены нагревательные элементы с терморегулятором позволяющие моделировать температурные условия расположения генератора в пластовых условиях.

Увеличение нагрузки на вал источника в следствии заполнения внутреннего объема генератора жидкостью отслеживается по изменению потребляемого тока двигателя привода генератора.

Показания со всех датчиков вводятся на аналого-цифровой преобразователь и передаются для дальнейшей записи и обработки в компьютер. При превышении предельных значений вибрации на корпусе генератора или нагрузки на привод происходит аварийное отключение электроэнергии для предотвращения разрушения частей генератора и лабораторного стенда.

Для определения ресурса установки и времени наработки на отказ отдельных ее узлов, на валу двигателя устанавливается счетчик числа оборотов, который после остановки и отключения питания стенда сохраняет свое значение.

Созданный стенд позволяет исследовать основные режимы работы погружных дебалансных генераторов, не прибегая к дорогостоящим измерительным операциям на скважинах, что позволяет избежать возникновения аварийных режимов на нефтепромысле.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований № 15-05-08824а.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. В. И. Клишин, Л. В. Зворыгин, А. В. Лебедев, А. В. Савченко. Проблемы безопасности и новые технологии подземной разработки угольных месторождений // Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т горного дела. - Новосибирск: Издательский дом «Новосибирский писатель», 2011. - 524 с., илл.

2. Пат. №2490422 РФ, МПК Е21В28/00 Е21В43/25 Установка для импульсного воздействия на продуктивный пласт / Опарин В. Н., Симонов Б. Ф., Савченко А. В. - Опубл. 20.08.2013. - Бюл. №2

3. Сайт НГФР [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ngfr.ru/ngd.html?neft14

© А. В. Савченко, В. П. Ступин, Р. А. Тюгаев, А. А. Сергеев, 2016