Гідроударний пристрій

1.Гідроударний пристрій, оснаще ний нерухомою і рухомою частинами, пружиною зворотного хо ду і радіальним клапаном, який відрізняється тим, що він оснаще ний вузлом регульованого порогу, до складу якого вхо дять плунжер, ролики, розміще ні в радіальних отворах плунжера, плоскі пружини, встановлені в осьових пазах і в прото чці плунжера з можливістю притискання роликів до 2 (19) 1 3 41639 4 ном. Згідно із теорією спектрів [5] імпульс (гідроув) технологія створення гідроудару є складдар є імпульсом тиску рідини) можна одержати із ною і дорогою. набору неперервних коливань, нижня границя Недолік (а) пояснюється наступним. З енеряких умовно дорівнює частоті повторення імпульгетичної точки зору гі дроудар буде тоді дава ти сів. Амплітуда коливання найнижчого по часто ті найбільший ККД, коли його енергія буде засвоюприблизно дорівнює амплітуді імпульса, а ампліватись тим об'ємом пласта, або привибійної зони туди вищи х га рмонік обернено пропорціональні пласта (ПЗП), які необхі дно обробити гі дроуданомеру гармоніки. Значна доля енергії вміща єтьром. Чим більше енергії буде проходити в інші ся в коливаннях, період яких приблизно в 4 рази об'єми, які не підлягають обробці, тим меншим більший фронту імпульса. Відомо [6], що фі зико-буде ККД гідроудару. Радіуси закольматованих хі мічний ефект впливу коливань на тіло і затуханзон складають: до 10см, коли закольматована ня коливань у ті лі приблизно пропорціональні ближня ПЗП, і до 500см, коли закольматована квадрату ча стоти коливання. Зміна форми імпуближня і середня зони пласта. Діапазон частот льсу приводить до зміни вмісту ви сокочастотних коливань, які майже повністю затуха ють на таких коливань, на зміни віддалей, на які поши рюються віддалях, можна ограничити ве личинами ці коливання з врахуванням поглинань, а це, 200кГц...500кГц. Періоди цих коливань складають свою чергу, приводить до зміни долі енергії, засвідповідно 5...2000мкс. Вихо дячи з цих міркувань воюваної в об'ємах, які підляга ють обробці. З і застосовуючи теорію спектрів, оцінимо орієнтовврахуванням сказаного неоднорідність діафрагм но, наскільки параметри коливань, створюваних приводить до настабільності результатів робіт по ГП по [2] відповідають згаданим даним. Насадка очистці ПЗП. цього ГП починає руха тись при мінімальному пеНедоліки (в) і (г) визвані необхі дністю проверевищен ні сили гідравлічного тиску над силою дення багатократних повторних заряжань ГП діапружини і над силою тертя. Із практики відомо, фрагмами і кульками, що можна зробити лише що час на ростання тиску до 20МПа у НКТ під діпри виконанні дороги х повторних спуско-підйомєю насосно-компресорного агрегату лежить в діаних операцій, а також забрудненням вибою кульпазоні від одиниць, або десятків секунд до хвиликами і частинами діафрагм. ни (залежно від стану свердловини і типу агрегаГП по [2] складається з корпуса, в середину ту). То му швидкість руху насадки може бути оціякого запресована втулка, а на кінці закріплено нена десятками, або, в гіршому ви падку, одиниперехідники для з'єднання з НКТ. В середині втуцями см/сек. При діаметрі радіального отвора в лки розміщено з можливістю осьового перемі1см час повного відкривання отвору, або довжищення пустотілу насадку. На одному із кінців втуна фронту гідроудару можуть бути оціненими в 1 лки виконано упор, на обох її кінцях –посадочні секунду, що приблизно відповідає частоті 0,25Гц місця – верхнє і нижнє – під кульки, які можуть пенеперервного синусоїдального коливання. Співсрекривати, вн утрішній осьовий отвір втулки. Між тавляючи цей результат із сказаним вище, можна кінцем насадки і упором втулки розміще на пружисказати, що крути зна фронту гідроудару, ство рюна. В корпусі, втулці і в насадці виконано радіальваного ГП по [2], в 2000...800000 раз гірше (більні отвори, які при осьових переміщеннях насадки ше) оптимальної. При таких параметрах гі дроудавідносно втулки можуть співпадати, або бути перу основна доля його енергії буде засвоюватись рекритими. ГП обладнано також зворотними кла(затухати) не в межах зони, яку необхідно обропанами, які під дією зовнішнього тиску можуть вібити, а за її межами. Таким чином, якщо ККД оцідкривати потік рідини із міжтрубного простору в нити ві дношенням долі енергії, засвоюваної обросередину НКТ. блюваним об'ємом, до всієї, енергіі, створюваної В початковому стані насадка під дією пружиГП, то прихо димо до висновку, що ККД ві домого ни знахо диться у верхньому положенні, радіальні ГП є низьким. Крім того, отвір клана є малим, що отвори перекриті насадкою, зворотні клапани петакож зменшує енергію гідроудару. Не долік (в) рекриті підпружиненими кульками, нижній осьовизваний необхідністю засто совувати додаткове вий клапан перекритий кулькою, верхній осьовий обладнаня - азотну установку з компресором і наотвір відкритий (кульки нема). Для проведення сосний агрегат; технологічний цикл є складним, уда рів ГП опускають у свердлови ну на колоні бо передбачає додаткову закачку га зу, стравлюНКТ. Нижче ГП розміща ють пакер і фільтр. Рідиваня його в атмосферу, закачку робочої рідини, ну із міжтрубного простору ви даляють через звододатковий підйом кульки на поверхню і скиданротні клапани у НКТ, за качуючи газ. Перекриваня її із поверхні в посадочне гніздо. ють верхній клапан, кидаючи з устя свердловини В склад ГП по [3] входить корпус, кулька і (з поверхні землі) кульку, після чого збільшують пружина. Осьовим отвором клапана корпус з'єдтиск в НКТ. При цьому насадка іде вниз, радіальнано з джерелом тиску, а радіальними отворами ні отвори з'єднують міжтрубний простір, де тиск є – з оброблюваним об'ємом. Кулька притиснута до низьким, із підпакерним просто ром, де він є висоосьового отвору корпуса пружиною і перекриває ким. В результі рідина перетікає із підпакерного його. Коли тиск на вході ГП стає більшим сили простору в міжтрубний простір, а на пласт діє пружини, кулька відкриває отвір. При певній вели"миттєва" депресія, або гідроудар. Для повторенчині витрати рідини тиск падає, кулька знову пеня удару необхі дно підняти на устя вехню кульку, рекриває клапан, цикл повторюється, а ГП праа тоді повторити весь процес. цює в режимі неперервних коливань. Недоліки ГП по [2]: Недоліки ГП по [3]: а) ККД гі дроудару є низьким; а)дуже малий ресурс ГП – приблизно 5 хвиб) сила гідроудару не регулюється; лин; 2 5 41639 6 б)мала амплітуда коливань – до 2,75МПа (розворотна пружина 10. Захи сний кожух 11 служить змах– 5,5МПа [3]). для захи сту дета лей ГП при транспортуванні. Між ГП по [4] складається з патрубка, стакана, заторцями вала і корпуса закріплена твердосплавкріпленого в патрубку, підпружинених пустотілих на трубка 12. На валу ви конано проточку 13 під золотників і підпружинених кульових запорних ролики 7. В плунжері 6 і в корпусі 2 виконано отелементів, розміщених в осьових каналах ста кавори 14 і 15 клапана. Плоскі пружини 8 зафі ксона. Золотники і стакан виконані з радіальними кавані в пазах 16 і в проточці 17 плунжера, до ролиналами. В початковому стані радіальні канали зоків їх притискає задавальна гайка 9. На хвосто вилотника і стакана співпадають, канали патрубка і ку 3 виконано конічні посадочні місця 18. Різьбозолотника перекриті кульками. ГП опускають у ва частина 19 на валу 1 служить для приєднання свердлови ну на колоні НКТ, заглуше ній знизу і ГП до зовнішніх меха нізмів і для кріплення кожусполученій з підпакерною зоною. В середині коха. лони створюють надлишковий тиск, під дією якого При нульовому перепаду ти сків плунжер під кульки відкривають канали від патрубка в затруб. дією пружини 10 зворотного хо ду на ходиться у Підчас перетоку рідини на золотниках створюєтьверхньому положенні, ролики – у проточці 13 вася надлишок тиску, під дією якого золотники прила, а отвори 14 і 15 клапана перекриті. хо дять в рух і перекривають радіальні канали із Для створення гідроударів ГП 20 опускають у НКТ в затруб. При цьому "миттєво" зростає тиск в свердлови ну 21 (рис. 2), у посадочне гніздо 22 підпакерній, зоні і створюється гідроударна хвиСН 23, закріпленого на колоні НКТ 24. При цьому ля, яка поширюється вздовж свердловини і, частодне із посадочних місць 18 хвосто вика сідає на ково, у пласт. посадочне місце СН, а ГП перекриває порожнину Недоліки ГП по [4] : НКТ. Нижче СН міжтрубний простір перекривають а) ККД гі дроудару є низьким; пакером 25. Осьовий внутрішній отвір хвосто виб) сила гідроудару не регулюється. ка, корпуса і нижній торець плунжера з'єднані із Недолік (а) пояснюється тими ж причинами, підпакерною зоною, верхня частина плунжера – із що і в ГП по [2]. Ни зький ККД ГП по [4] має ще однадпакерною зоною. З допомогою насосно-компну ві д’ємну сторону. У зв’язку з низьким ККД силу ресорного агрегату 26 піднімають тиск в НКТ, в гідроударів або час очистки треба збільшувати. результаті чого починає працювати СН 23. При Але гі дроудар впливає і на обсадну колону і на роботі СН зростає перепад тисків між надпакерцементне кріплення колони, що не є бажаним. І ною і підпакерною зонами і на поверхнях плунженавпаки: при високому ККД більша доля енергії ра. Сила, яка діє на плунжер, дорівнює добуткові уда ру буде засвоєна об'ємом пласта, або привирізниці тисків на площу нижньої, то рцевої поверхбійноі зони пласта, які необхі дно обробити, і, ві дні плунжера. Через стінки отворів 16 ця наростаповідно, менша доля буде розсіюватись вздовж юча сила діє на ролики 6. Діаметри роликів більколони і в її кріпленні, і тим менший буде від'ємші глибини проточки 13, тому ство рюється сила, ний вплив удару на колону і на її кріплення. Тому яка виштовхує ролики із проточки. Вишто вхуванзбільшення ККД (скороченя фронту уда ру) дозвоню роликів проти діють плоскі пружини. Коли вишляє зменшити від'ємний вплив удару на свердлотовхуюча сила стає більшою сили пружин, ролики вину. вискакують на поверхню трубки, а плунжер під діНедолік (б) пояснюється наступним. Для очиєю перепаду тисків руха ється в напрямку хво стостки свердловин із різною стелінню забруднення і вика до зіткнення з демпфером 5, переборюючи різними типами колекто рів потрібні енергіі ударів при цьому значно меншу силу сти скання пружини різних рівнів. У ГП по [4] не передбачено пристзворотного хо ду, си лу те ртя роликів і гідродинарою для регулювання енергії уда ру. Цю енергію в мічний опір. В крайньому нижньому положенні даному ГП задає сила, необхі дна для деформації плунжера отвори клапана співпадуть, і клапан бупружини в момент відкриття клапану, але в ГП не де відкритий. При цьому об'єми рідин із над- і підпередбачено спеціалізова ного вузла регулюванпакерного просторів з'єднаються. На протязі коня сили пружини. Задавати мінімально необхі дну роткого часу в підпакерній зоні тиск різко підскоенергію удару необхі дно ще з міркувань зменчить, в надпакерній – різко понизиться. Різкі зміни шення від'ємного впливу гі дроудару на обладнантисків – фронти – ство рюють сфе ричну гі дроуданя свердловини. рну хви лю, яка буде поширюватись вздовж стовВ основу ви нахо ду поставлено задачу регубура свердловини і в радіальних напрямках, лювання енергії, гі дроудару, збільшення ККД і навпливаючи в тому числі і на пласт. Після відкридійності пристрою. вання отворів клапана тиски в над- і підпакерній Ця ціль досягається оснащенням ГП вузлом зонах короткочасно вирівнюються, тому пружина регульованого порогу, ви користанням у вузлі позворотного хо ду пересуне плунжер назад в почарогу змінних, найбільш нагружених деталей, приткове положення, а ролики під тиском плоских данням їм спеціальної форми, використанням вупружин знову заскочать в проточку. Отвори клазлів з малим гідравлічним опором. пана знову будуть закриті, а тиск в НКТ знову буНа рис. 1 приведена конструкція пропоноваде зростати. Якщо на вході і вихо ді плунжера пеного ГП, на рис. 2 – компоновка обладнання для репад тисків повторно стане більшим порогу, ГП роботи ГП в све рдловині. спрацює повторно. Таким чином ГП буде працюВ склад нерухомої частини ГП вхо дять: вал 1, вати неперервно в автоматичному режимі, періокорпус 2, хво стовик З, упорна гайка 4, демпфери дично створюючи гідроударні імпульси до тих пір, 5. В склад рухомої частини вхо дять: плунжер 6, поки різниця тисків на кінцях плунжера буде періролики 7, плоскі пружини 8, задавальна гайка 9, одично нароста ти до величини, більшої порогу 3 7 41639 8 (доки буде працювати насосно-компресорний агожна досягти значно коротшого фронту імпульса регат). Поріг задають, покручуючи гайку 9. При (на 2...3 порядки коротшого ніж у прототипі) і розцьому міняється довжина робочої части ни пруширити спетр коливань. Це дає такі переваги: жин між роликими і гайкою і сила притискання розбільшується ККД (більша доля енергії ликів. Залежно від робочої довжини пружин ГП поглинається ближньою найбільш забрудненою спрацьовує при більшо му, або меншому перепазоною); ду (порогу) гідравлічних тисків. Вузол порогу доззменшується негативний вплив гідроударів воляє утримувати клапан ГП повністю закритим на обладнання свердловин (за рахунок високого при зростанні перепаду тиску на торцях плунжеККД можна досягти доброї очистки при меншій ера від нуля і до заданого порогу і ві дкривати кланергіі). пан з великою швидкістю при величині перепаду, Пропонований ГП має ще одну перевагу: в більшій заданого порогу. При цьому фронт імпуньому помилка відпрацювання порогу (затримка льсів, створюваних пропонованим ГП є значно на спрацюваня) є незначною і на порядки меншокоротшим ніж в імпульсах, ство рюваних прото тию ніж у прототипі, що пояснюється пом [4]. Відомо [5], що чим коротший імпульс, тим короткочасністю процесу розблокування більший вміст у ньому вищи х га рмонік, а ефектиплунжера і високою швидкістю v його р уху. Так на вність очистки ПЗП пропорційна квадрату часто ти віддалі 5см від проточки для приведених вище гармоніки [6]. Тому імпульси, ство рюва ні проподаних v = 151м/с. нованим ГП значно краще очи щають ПЗП. Вузол Iз (5) видно, що для зменшення часу t відкррегулювання дозволяє задавати перепад тиску, ивання отвору необхідно зменшувати масу m при якому ство рюється гідроудар. Амплітуди рухомоі частини, розмір отвору d L і збільшувати складових коливань в спектрі імпульса пропорсилу F. Для зменшення маси необхідно зменційні порогу спрацювання, їх енергія пропорційна шувати об'єм плунжера, а саме площу перерізу і квадрату амплітуди, а вміст вищих га рмонік залейого довжину. Зменшення діаметра D ограничуєжить від порогу. ться міркуваннями міцності і зменшенням сили F; Тому вузол задавання порогу до зволяє задавибрана трубчата форма плунжера дозволяє при вати енергію удару і вміст вищи х га рмонік. Можмінімальній масі досягати ви сокої стійкості форми ливість міняти ве личину енергіі і спектр імпульса (при дії перпадів тиску). Взаємне розміщення ппри високій крутизні фронту гі дроудару (порівняорогового вуз ла і клапана вибрано із міркувань но з прото типом) є ще одною перевагою пропономінімальної довжини плунжера. Для збільшення ваного ГП, бо дозво ляє задавати радіус об'єму, сили F необхідно збільшувати площу перерізу на який в основному будуть впливати уда ри. плунжера, на яку діє перепад тисків. З ростом зоВисока крутизна фронту, створюваного провнішнього діаметра D росте сила F, але росте понова ним ГП, підтверджується наступним. Присмаса плунжера і гідродинамічний опір рухові рікорення g, з яким руха ється плунжер під дією подини в просторі між ГП і внутрішнім діаметром роговоі сили F, ви значимо за формулою НьютоНКТ(на вході клапана). Для зменшенн діаметра d на: необхідно зменшити діаметр осьового отвору в g=F/m. (1) корпусі. При цьому також буде зростати гідродде F=P*S, (2) инамічний опір на ви ході клапана. Ріст опору Р - перепад тисків на плунжері; приведе до затягування фронту. З врахуванням 2 2 S~0, 8 (D -d ) - площа нижнього торця плунскладності форм кострукцій розрахунок гідржера; одинамічного опору є недоцільним, а величини D D i d- зовнішний і внутрішний діаметри торця і d в пропонованому ГП вибрані конструк тивно, плунжера. виходячи з мінімально допустимої міцності Для реальних даних, наприклад: Р=400атм; конструкції ГП і очікуваної довжини фронту t. Для D=5,5см і d=4см, F=4560 кгс. Якщо при цьому зменшення гідродинамічного опору площа отв2 m=0,5кг, то g=2280см/с . орів клапана вибрана максимально великою з Час t прохо дження шляху до вжиною L=5 CM врахуванням мінімально допустимої міцності рухомою части ною визначимо за формулою для плунжера і корпуса, а кромки отворів згладжені. рівномірно прискореного руху Відношення сили F до сили тертя роликів по 2 L=gt /2. (3) поверхні трубки тим більше, чим остріший край тЗвідки орця трубки (чим менший радіус перехода від циліндричної поверхні до торцевоі поверхні), томt= 2 L / g = . (4) у то рець тр убки повинен бути гострим. Під дією сРозмір отвору клапана вздовж осі труби или F ролики перекочуються через кромку тр убкL=L5-L4=5-4=1 см. и. Острі краї кромки мать малу площу. При цьому Час d t відкривання отвору розміром L визначимо за формулою t=t5-t 4= 2 m / F * ( L5 - L4 ) нагрузки на кромку можуть перевищувати поріг текучості металу, і кромка буде притуплюватись. В таких умовах найкраща форма поверхні роликів – ввігнутий циліндр із діаметром кривизни близьким до зовнішнього діаметра трубк и. Така кривизна перетворює теоретичну точку контактування в лі нію, а реально збільшує площу котактування, зменшує локальні контактні тиски і притуплювання кромки. Застосування змінної трубки із твердого матеріалу збільшує її ресур с за р = 0,0034с (5) Період гармоніки, яка відповідає цьому фр онту, Т~4t = 0,0136 с, що дорівнює частоті 1/0,0136=73 Гц. Якщо m=1кг, то t=0,0049с. Як видно з допомогою пропонованого ГП м 4 9 41639 10 ахунок твердості і заміни затупленої частини на шения производительности скважин. – Самара. – незатуплену шляхом повороту трубки вздовж її 1996. дуги і осі. Для реставрації трубки достатньо 2. Устройство УСМД2-114 для создания мнозаточити кромки її проточки. Досвід багатократнгократных высоких давлений на пласт. Техничесого використання на свердловинах пропкое описание и инструкция к эксплуатации. СКТБ онованого ГП навіть з роликами лінійної цилі«НЕДРА». – Ива но-Франковск. – 1988. ндричної форми показує, що ресурс нереста3. Дыбленко В.П. и др. Повыше ние продуктиврованої трубки достатній для очистки 10...15 свности и реанимация скважин с применением вивердловин. Ці дані підтверджують довговічність броволнового воздействи я. М., Недра. – 2000. роботи пропонованого ГП. Замість роликів можна 4. Бурнашов Л.Д., Шмырин В.Г. Устройство застосувати і інші елементи, наприклад, кульки. для воздействия на призабойную зону скважин. Пропонований ГП може працювати також і без АС 1 615 341. МКИ Е 21 В 43/25. БИ 1990. СН в колоні НКТ, оснащеній на рівні пласта поса5. Ан дре Арго. Ма тематика для радиоинжедочним гніздом, якщо створювати простором тиск неров. М. На ука. – 1065. з допомогою насосно-компресорного агрегату. 6. Кузнецов О.Л., Ефи мова С.А. Применение Джерела інформації: ультразвука в нефтяной промышленности. М. Не1. Кудынов В.Й., С учков Б.М. Ме тоды повыдра. – 1983. 5 11 41639 12 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул. Сім’і Хохлови х, 15, м. Київ, 04119, Україна Тел.: (+38044) 456-2090 6