CC BY
42
УДК 624.024.7
Ю. А. БУРЬЯН В. Н. СОРОКИН А. А. КАПЕЛЮХОВСКИЙ А. С. БЕКШЕНЁВ
Омский государственный технический университет
'Закрытое акционерное общество «Пирс», г. Омск
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (06 08 00881а).
ВИБРОУДАРНЫЙ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ ИМПЛОЗИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР
В статье рассмотрена возможность построения имплозионного генератора с гидравлическим приводом. Определен режим работы привода при подаче давления с устья скважины.
Ключевые слова: имплозия, автоколебания, генератор, давление, скважина.
В настоящее время для создания локального гид-роразрыва пласта применяю тся гидрогенераторы многоразового действия с использованием :>ффекта имплозии |2|, в которых подъем плунжера генератора осуществляется системой штанг или тросом с поверхности. Существенным недостатком такого способа подъема плунжера является большая его трудоёмкость и невозможность использования в наклонных и горизонтальных скважинах. В работе [3| предложен способ подъёма плунжера имплозионного генератора с помощью силового гидропривода, расположенного на уровне пласта, давление рабочей жидкос ти, для работы которого подаётся насосом с устья скважины. В развитие припщии подъёма плунжера гидроприводом в работе рассмотрена возможностьс<»здания автоколебательного режима его работы. 11риподъёмеплуп жера основная нагрузка Гиа привод составляет величину F = Рск • SЛ|, где a — давление в скважине на глубине установки генератора, 51М — эквивален тная площадь плунжера, а при опускании в основном из-за дрс »ссели рова ния ж> 1дк< >сти.
11ринципиалы1ая схема имплозионного гидрогенератора с гидроприводом показана на рис. I.
Давление с устья скважины подаётся по насосно-компрессорпым трубам (НКТ) до гидроцилиндра 3 и концевой золотниковый переключатель 2 в нижнем положении поршня 4 подаёт давление Рп под поршень, а при верхнем положении поршня — над поршнем. Работа имплозионного гидрогенератора происходи т, согласно [2], следующим образом: при подъёме плунжера 9 со скоростью - I м/с из нижнего положения клапан 11 закрывается и вимплозиопной камере!)длиной образуется вакуум, после выходе плунжера из имплозионной камеры в зону окон 6 под действием скважиппого давления жидкость со скоростью 120-150 м/с (в зависимости от Р ( и /„J обрушивается вниз, отжимает клапан 11 и создает гидроудар с ампли тудой 100-120 МПа. Импульс давления при гидроударе через окна 13 и перфорацию 1-1 и обсадной трубе воздействует на нефтеносный пласт, образуя систему трещин, что в итоге приводит к увеличению притока нефти в призабойную зону пласта.
В рассматриваемом устройстве цикл движения поршня силового гидроцилиндра периодически должен повторяться, вследствие изменения, концевым золотниковым переключа телем 2 направления дви-
Рис. 1. Схема имплозионного генератора с гидравлическим приводом: l.k - длина имплозионной камеры; Лц - длина силового цилиндра; - давление н 11KII, подающееся насосом с устья; Ргн - скважниное давление; I - НКТ; 2 - концевой выключатель; 3 - гидроцилиидр; 4 - поршень гидроцилиндра; 5 - сальник; 6 - окна для входа жидкости; 7 - шток; II - имилозионная камера;!) - плунжер; 10 - корпус имплозионного генератора; 11 - клапан; 12 - обсадная груба;
13 - окна для выхода жидкости; I I - перфорация
жения рабочей жидкости.
Для определения режима рабо ты автоколебательного имплозионмого генератора будем н первом приближении полагать, что золотниковый переключатель обеспечивает подвод давления Рк в гидроцилиндр без потерь, а линия слива жидкости в межтрубное пространство происходит мере:» дроссель, параметры которого буду т определят!, скорости подъема и опускания плунжера имплозионного устройства, который штоком связан с поршнем силового гидро-цилиндра.
Схемы подачи давления рабочей жидкости и дросселирование лини и слива золотниковым переключателем для Л»Ух направлений движения поршня показаны на рис. 2.
Дифференциальные уравнения движения поршня с учетом массы подвижных час тей и условия равенства расходов с учетом сделанных выше допущений и в предположении мгновенного переключения линией давления и слива из-за малости хода золотника переключателя будут иметь вид для схемы «а» (рис. 2)
«ж — модуль объёмной упругости жидкости; т,, т, — коэффициенты расхода. Если полагать, ч то Рм — давление превышения над скважинным давлением, то можно принять, что Р = 0. 15 нервом приближении можно пренебречь сжимаемостью жидкости н величиной вязкого трения « Ьу », а если учесть, что уравнения движения штока гидро-цилиндра при движении вверх и вниз отличаются в основном диаметрами дросселей и величиной Р, то для получения диаграммы движения необходимо найти общее решение системы уравнения
1пУ = 5(Ри-Р)-/П
где Р — давление под поршнем.
После преобразования системы (3) получим
Бл ., Я/», Р
У + —ЗГТ'Г= ~ ■■ шБ /I т т
(3)
(4)
my + by = S(P„-P,)-F.,
для схемы «б» (рис. 2)
-ту-Ьу = -S(Plt - Р,) I F,,
(1)
(2)
где/» - масса подвижных частей; S - S - S ;
II ИИ1
S1( — площадь силового цилиндра; Sim — площадь ш тока;
b — вязкое трение при движении поршня и плунжера;
SA„„ S„e — площадьпроходного сечения дросселя I и 2;Л
V — объём полос ти силового гидроцилиидра; P> t, Р . — силы сопротивления движению поршня;
Введем обозначения
у У , =о; ^-/•)- = /,
»'•V/' "'
тогда уравнение (4) примет вид:
Представим уравнение (5) в виде V = (С'-У'')-а,
' Ле С =--.
В соответствии с |2) запишем (6) в виде
(1У и
СУ
(5)
(61
(7)
1 1-L
1 1 II 1 -— Л, Др\ р v_ у а' -►
1 1
Л \ 1
1
Р->
Др2
Рея
Рп
f*
а)
о)
Рис. 2.
откуда после интегрирования получим
— Сп 2 с
с+ V
c-V
А
= a-t + —, с
181
где А — постоянная интегрировании.
11олагаи. что V < С, вместо (!!) можно записать
ЦигкЛ) ,
V - С-----
еА"г'-Л) И*
или, вводя гиперболический тангенс
е +1
окончательно запишем
V =c-ih(ac t I А).
(<Н
Если учесть, что при I = О, V = 0, то А = 0 и для скорости Vимеем
V = ctli(ac-t).
НО)
Можно видеть, ч то при / —> V —> С, т.е. С имеет смысл предельной скорости Vm:
(II)
Для оптимальной работы импло знойного генера-
тора согласно 111 скорость поды1 ма плунжера должна Vm бы ть Vm > 1 м/с.
Второй интеграл выражения (9) буде т име ть вид |'2|:
у = -fnch(c-at) + Р, а
112)
где — постоянная ин тегрирования. Если при I = 0, у = 0, то |S = 0 и
у = — < n-ch(a-ct). а
ИЗ)
Исключая время из (10) и (13) для выражения скорости, получим:
V -csj 1-е "Г
(M)
11олучеппые выражения II1), (13), (14) позволяю'!' най ти зависимость У(у) при известных параметрах т, ц, Я, Р п 5Л|1 или при заданном значении Уга найти требуемое значение5 и, следовательно, диаметре^,.
Мри попадании плунжера в зону окоп для входа жидкости сопротивление Р прак тически мгновенно уменьшается до нуля, и скорость движения плунжера возрастает до значения
V,......=c-th(act + A),
(15)
где А определяется из выражении V =c(th А),
Рис. 5.
Рис. li.
