Разработка вибрационного стенда для изучения влияния упругих колебаний на скорости фильтрации газа Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 534.232

РАЗРАБОТКА ВИБРАЦИОННОГО СТЕНДА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВЛИЯНИЯ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ НА СКОРОСТИ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗА

Леонид Алексеевич Рыбалкин

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, аспирант, младший научный сотрудник, тел. (383)335-96-42, e-mail: [email protected]

Аркадий Николаевич Дробчик

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, младший научный сотрудник, тел. (383)335-96-42, e-mail: [email protected]

Работа посвящена разработке вибрационного стенда для изучения влияния упругих колебаний на скорости фильтрации газа через проницаемую горную породу. Керн горной породы помещают в специальную камеру, где контролируя всестороннее и осевое сжатие, проводят осевую фильтрацию газа. Далее помещают камеру в поле упругих колебаний, получают зависимости проницаемости от интенсивности вибрационного воздействия.

Ключевые слова: вибровоздействие, проницаемость, упругие колебания, горные породы.

DEVELOPMENT OF A VIBRATION STAND TO STUDY THE ELASTIC OSCILLATION EFFECT ON GAS FILTRATION RATE

Leonid A. Rybalkin

Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Research Student, Junior Researcher, tel. (383)335-96-42, e-mail: [email protected]

Arkady N. Drobchik

Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Junior Researcher, tel. (383)335-96-42, e-mail: [email protected]

The paper focuses on development of the vibration stand to study the elastic oscillation effect on gas filtration rate through permeable rocks. Rock core specimen is placed into a special chamber where axial gas filtration proceeds under control of triaxial and axial compression. Further the chamber is placed into the elastic oscillation field. The relationship of permeability vs. the vibration intensity effect is established.

Key words: vibration effect, permeability, elastic oscillations, rocks.

Повышение эффективности предварительной дегазации угольных пластов предполагает интенсификацию десорбции метана, что экономически оправданно только при использовании малоэнергетических нетепловых физических воздействий. Одним из перспективных методов является воздействие на углепородный массив вибросейсмическими колебаниями [1 - 4].

В настоящей статье рассматривается разработка вибрационного стенда для изучения влияния упругих колебаний на скорости фильтрации газа через проницаемую

горную породу. Стенд состоит из двух частей: источника колебаний и специальной камеры.

В качестве источника колебаний (рис. 1) используется пьезокерамический излучатель со следующими характеристиками:

Рис. 1. Схема пьезокерамического излучателя:

1 - платформа излучателя; 2 - втулка; 3 -пьезокерамические элементы; 4 - штифт; 5 - втулка стягивающая; 6 - корпус с креплениями под анкер; 7 - разъем питания;

8 - кольца диэлектрические

- Расчетная амплитуда колебаний ~0.1тт при напряжении в пике 2-4кВ

- Максимальное усилие ~ 2000-3000 кг

- Частоты от 200 Гц до 10 кГц

- Вес излучателя 114кг

- Вес управляющего блока 35-40кг.

- Напряжение питания 220В

- Имеется внутренний генератор

- Платформа: диаметр 25см, 50см.

Схема работы излучателя основана на колебательном контуре. Энергия курсирует из дросселя в излучатель, путем управления тиристорным мостом генератора. Далее электрическое поле поступает к набору пьезокерамических элементов, что приводит к относительным изменениям их линейных размеров. Амплитуда колебаний регистрируется геофонами.

Камера (рис. 2) позволяет осуществлять осевую фильтрацию газа через проницаемую горную породу. Исследование проницаемости горных пород позволяет получить эмпирические данные по абсолютной и фазовой проницаемости. Проведение таких исследований позволяет своевременно получить данные скорости фильтрации газа метана в уголепородном массиве, скорости оттока пластовых вод, необходимых для проведения гидравлического разрыва пласта[5 - 11], постановки барьерных экра-нов[12] в горных выработках. Пневматическая линия включает два газовых баллона с редукторами для контроля давления в линиях осевого сжатия, всестороннего сжатия и непосредственно осевой фильтрации. Выход газа из камеры осуществляется в мерный сосуд с водой. Изменение столба жидкости регистрируют с помощью оптических датчиков.

Рис. 2. Камера для осевой фильтрации газа:

1 - линия пневмоцилиндра; 2 - пневмоцилиндр; 3 - подвижный шток; 4 - линия выхода газа в мерный сосуд; 5 - неподвижный шток; 6 - линия всестороннего сжатия образца; 7 - линия подачи газа для фильтрации

Работа стенда осуществляется следующим образом. Камеру закрепляют на платформе излучателя таким образом, чтобы направление фильтрации совпадало с направлением деформации пьезоэлектрических элементов или же было перпендикулярно ему. Образец помещают в резиновую оболочку и закрепляют между двух штоков камеры. Задают всестороннее и осевое сжатие образца внутри камеры. На генераторе источника настраивают амплитуду и частоту импульсов. Начинают фильтрацию газа через горную породу. После того, как с помощью редуктора будет выставлено необходимое значение перепада давления в линии фильтрации, включают излучатель. Параметры вибрационного поля, приложенного к камере, контролируют с помощью геофонов. Линия выхода газа из образца находится вне поля источника и выведена в мерный сосуд с водой, к стенкам которого на равном расстоянии установлены оптические датчики. Регистрация времени фильтрации осуществляется автоматически по показаниям оптических датчиков.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Курленя М.В., Сердюков С.В. Реакция флюидов нефтепродуктивного пласта на вибросейсмическое воздействие малой интенсивности // ФТПРПИ. - 1999. - № 2. - С. 11-17.

2. Сердюков С.В., Рыбалкин Л.А., Азаров А.В., Дергач П.А., Сердюков А.С. Скважинный вибрационный источник для сейсмического воздействия на призабойную зону породного массива // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -2016. -№ 5. - С. 186-204.

3. Рыбалкин Л.А., Азаров А.В., Сердюков А.С. Дебалансный источник для вибрационного воздействия на массив горных пород и результаты его стендовых испытаний // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. -2016. -№ 3. -Т 2. -С. 151-157.

4. Рыбалкин Л.А., Сказка В.В. Численное исследование ближней зоны излучения скважинного дисбалансного вибросейсмического источника // Проблемы геологии и освоения недр: Труды XX Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых. Том II; Томский политехнический университет. - Томск: издательство Томского политехнического университета. - 2016. - С. 855-857.

5. Колыхалов И.В., Патутин А.В. О развитии трещин при множественном направленном гидроразрыве пласта химически активными составами // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2016. - № 3. - С. 63-69.

6. Леконцев Ю.М., Патутин А.В., Сажин П.В., Темиряева О.А. Комбинированное устройство для проведения направленного гидроразрыва // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2016. - № 3. - С. 90-94.

7. Сердюков С.В., Шилова Т.В., Рыбалкин Л.А. Скважинный прибор для измерения газоотдачи и фильтрационных свойств угольного пласта // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2016. -№ 3. - С. 192-199.

8. Сердюков С.В., Курленя М.В., Патутин А.В., Рыбалкин Л.А., Шилова Т.В. Экспериментальная проверка способа направленного гидроразрыва горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -2016. -№ 4. - С. 3-11.

9. Сердюков С.В., Курленя М.В., Патутин А.В. К вопросу об измерении напряжений в породном массиве методом гидроразрыва // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -2016. -№ 6. - С. 6-14.

10. Сердюков С.В., Дегтярева Н.В., Патутин А.В., Шилова Т.В. Технический комплекс для множественного локального гидроразрыва породного массива в необсаженных скважинах, // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -2016. -№6. - С.180-186.

11. Курленя М.В., Патутин А.В., Рыбалкин Л.А., Сердюков С.В., Шилова Т.В. Лабораторные исследования направленного гидроразрыва с касательным нагружением стенок скважины //Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. -2016. -№ 3. -Т 1. -С. 103-107.

12. Курленя М.В., Сердюков С.В., Шилова Т.В., Патутин А.В. Разработка и исследование химических составов для создания противофильтрационных экранов в породном массиве //Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. -2016. -№ 3. -Т 1. -С. 108-113.

© Л. А. Рыбалкин, А. Н. Дробчик, 2017