Генератор коливань

Реферат: Винахід належить до гідродинамічних систем для створення коливань при протіканні флюїдів через нього та може бути використаний у нафтовидобувній галузі для очищення привибійної зони пласта від механічних домішок, за рахунок вихрового імпульсного впливу на пластове середовище при обробці привибійної зони пласта для інтенсифікації припливу нафти, з метою підвищення продуктивності свердловин. Суть винаходу пояснюється тим, що при подачі робочої рідини на вхід генератора через центральний канал муфти, потік розділяється на два потоки, один з яких потрапляє у вихрову камеру через тангенціальні отвори завихрювача, закручується в ній, а інший, через гармонізатор коливань в камеру інжекції. В завихреному потоці створюється зона падіння тиску, за рахунок чого рідина через гармонізатор підсмоктується в камеру інжекції. При зустрічі вихрового і інжекційного потоків вихор розпадається, швидкість рідини падає і рідина далі виштовхується через осьові отвори соплової вихідної частини. Далі кількість рідини у вихровій камері зменшується, що призводить до нового вихроутворення і далі цикл повторюється, створюючи коливальну систему із завихрювача та гармонізатора, як джерела імпульсів. Гармонізатор коливань, який створює упорядкований пульсуючий потік робочої рідини, що виникає при розбитті вихрового потоку підсмоктуючим потоком в камері завихрення, за рахунок своєї деформації створює власні UA 106805 C2 (12) UA 106805 C2 коливання генератора. Таким чином за рахунок високих деформаційних показників, гармонізатор коливань забезпечує розширення діапазону робочих частот, що дозволяє підвищити ефективність імпульсного впливу на привибійну зону пласта. UA 106805 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гідродинамічних систем для створення коливань при протікання флюїдів через нього та може бути використаний у нафтовидобувній галузі для очищення привибійної зони пласта (ПЗП) від механічних домішок, за рахунок вихрового імпульсного впливу на пластове середовище при обробці привибійної зони пласта для інтенсифікації припливу нафти, з метою підвищення продуктивності свердловин. Відомий гідродинамічний генератор коливань (Росія, Пат. № 2267364, С1, В06В 1/20, Дыбленко В.П., Лысенков А.П., Туфанов И.А., Опубл. 2006.01.10, Бюл. № 01), в якому подача рідини відбувається під надлишковим тиском, відбувається її закручування в радіальнощілинній камері і перед стравлюванням направляється в магістраль, яка має свою пружність. Гідродинамічний генератор коливань містить напірну магістраль з робочою рідиною, камеру закручування з торцями, каналами закрутки та соплом. Камера закручування виконана у вигляді радіально-щілинної і має щонайменше один додатковий проточний канал, вхід в який розміщений на радіусі, більшому радіуса сопла, і з'єднаний з магістраллю, а канали закрутки або камера закручування, має напрямні для можливості руху закрученого потоку в сторону входу в додатковий проточний канал. Розташування входу додаткового проточного каналу на радіусі, більшому радіуса сопла, дозволяє регулювати величину тиску і інтенсивність накопичення маси рідини в коливальній системі, яка потім використовується для руйнування вихрового клапана при стравлюванні через сопло. Недоліком цієї конструкціє є наявність додаткового проточного каналу, що призводить до втрати енергії на тертя в цьому каналі та відсутність регулювання величини тиску і інтенсивності накопичення маси рідини в коливальній системі. Відомий гідродинамічний генератор коливань витрати рідини (Росія, Пат. № 102075 F15B 21/12, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт, Семенов В.В., Жданов В.И., Опубл. 10.02.2011, Бюл. № 4), містить корпус з вихровою камерою, вихідне сопло, канали закрутки, виконані в двох площинах перерізу вихрової камери із взаємно протилежною орієнтацією закрутки, магістраль для подачі рідини з обмежувачем витрати, ємність для накопичення рідини і центральне тіло, встановлене всередині вихрової камери. Вихідне сопло виконано у вигляді надзвукового кільцевого сопла. Недоліком даного пристрою є недостатньо висока ефективність перетворення гідравлічної енергії в коливальну через непродуктивні втрати гідродинамічної енергії при використанні взаємно протилежних обертових вихорів. Відомий пристрій для очистки продуктивного пласта (Росія, Пат. № 114999 U1, МПК Е21В 28/00, ЗАО "Бурение Консалтинг Групп", Ганиев Р.Ф., Кузнецов Ю.С., Скворцов Ю.П., Ганиев О.Р, Ганиев С.Р., Кузнецов Р.Ю., Маслов В.В., Артамонов В.Ю., Опубл. 20.04.2012, Бюл. № 11), що характеризується тим, що містить встановлений на колоні насосно-компресорних труб порожнистий об'ємний башмак з виносними каналами в його корпусі, і герметично з'єднаний з ним, порожнистий об'ємний хвильовий генератор з ексцентрично розташованими і діаметрально протилежно спрямованими вхідними каналами на його бічній поверхні для створення вихрового руху в порожнині генератора, з'єднаною відповідно з порожниною башмака і його виносними каналами. Башмак містить кільцеву манжету і виконаний з напірним каналом для регулювання підтиску манжети, причому основу башмака виконано з центральним наскрізним отвором разом із приймальною трубою, яка з'єднана з виносними каналами башмака. Основними недоліками є те, що потік робочої рідини, який надходить у вхідні канали створює навантаження на гідравлічну систему, що може призвести до їх деформації. Найбільш близьким за технічною суттю є забійний генератор віброакустичних коливань (Росія, Пат. 2176726 С1, Е21В 43/25, ООО "ЮганскНИПИнефть", Атнабаев З.М., Баграмов К.А., Дьячук И.А., Пестрецов Н.В., Репин Д.Н., Репин Н.Н., Хасанов М.М, Янкин Б.Д., Опубл. 10.12.2001), який встановлюється в сідло, закріплене в муфті між різьбовими кінцями НКТ, і складається з вихрової камери із сердечником та каналами для введення рідини у вихрову камеру, джерела імпульсів, який являє собою товстостінну посудину з інертним газом під високим тиском, розташовану у верхній частині генератора, і еластичного елемента для розділення рідини і газу. Еластичний елемент виконаний з маслобензостійкої еластичної полімерної плівки і розташований в камері акумуляції тиску. Товстостінна посудина з інертним газом під високим тиском має підпружинений клапан, який автоматично відкривається в його донній частині, з'єднаний з еластичним елементом, а вихрова камера виконана з декількох елементів, що утворюють канали для введення рідини у вигляді вхідних отворів прямокутного перетину. 1 UA 106805 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Робоча рідина подається по насосно-компресорних трубах на вибій до встановленого там у муфти пристрою, де вона розділяється на два нерівномірних потоки Q1| і Q2, причому Q1>Q2. За рахунок більш низького гідравлічного опору спочатку потоком Q1, який надходить до кільцевого каналу вихрової камери через вхідні отвори, створюється закручений потік рідини і перешкоджає надходженню рідини через з'єднувальні отвори з камери акумуляції тиску. У міру наростання тиску в камері тиску відбувається стиснення інертного газу в еластичному елементі з відкритим нижнім кінцем від об'єму V1, відповідного початкового тиску, до об'єму V2, відповідного критичного тиску, при якому відбувається зрив закрученого потоку Q1 в кільцевому каналі потоком Q2. При цьому тиск у камері акумуляції тиску знижується до початкового, а газ в еластичному елементі відповідно збільшується в об'ємі до значення V1. Результатом цього є виникнення імпульсу тиску на виході з корпусу вихрової камери. Далі процес повторюється. Основним недоліком даного пристрою є наявність камери з еластичним елементом під тиском, яка являє собою джерело небезпеки при транспортуванні. Задачею винаходу є створення пристрою для інтенсифікації притоку нафти, підвищення продуктивності нафтової свердловини та створення надійної, працездатної конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що генератор коливань, який змонтований на колоні насосно-компресорних труб, містить вхідну муфту, соплову вихідну частину та коливальну систему, яка складається із завихрювача та джерела імпульсів, згідно винаходу новим є те, що як джерело імпульсів використаний гармонізатор коливань, який складений з корпусу, кривої плоскої пружини, запірного елемента та напрямного штока, а для завихрення потоку робочої рідини використаний завихрювач з тангенціальними отворами. Для спрацювання гармонізатора необхідна умова перепаду тисків на вході та виході з гармонізатора, яка досягається за рахунок завихрення потоку робочої рідини у вихровій камері, який надходить з тангенціальних отворів завихрювача, та відповідно створення зони пониженого тиску в камері інжекції, яка послідовно з'єднана з вихровою камерою. Саме для регулювання величини тиску і інтенсивності накопичення маси рідини в коливальній системі використовується гармонізатор коливань, який стабілізує процес періодичних гармонічних коливань, створюючи репресію в зоні продуктивного пласта, що призводить до очищення від кольматуючих часток привибійної зони в інтервалі продуктивного пласта. Разом з тим гармонізатор, встановлений перпендикулярно руху потоку робочої рідини, тим самим розвантажуючи гідравлічну систему. Підвищення надійності забезпечується за рахунок досягнення мінімальної кількості рухомих деталей. Суть винаходу пояснюється кресленням, де на Фіг. 1 зображено генератор коливань, на Фіг. 2 - виносний елемент А Фіг. 1, на Фіг. 3 - розріз Б-Б Фіг. 1, а на Фіг. 4 - розріз В-В Фіг. 1. Генератор коливань складається з вихідної муфти 7 (фіг. 1), яка приєднана до колони НКТ 17, до муфти накручений корпус 1 генератора коливань, який сполучений з вхідною муфтою 4, яка в свою чергу приєднана до колони НКТ і генератор коливань опускають в свердловину. Генератор коливань містить гармонізатор 3, в корпусі 8 (фіг. 2) якого встановлена з можливістю переміщення на ущільнюючих кільцях крива плоска пружина 9, що має форму зігнутої пластини (фіг. 3), для зниження динамічних навантажень на пружину в момент її спрацювання, яка підтиснута запірним елементом 10, у вигляді зрізаного конуса та зацентрована за допомогою напрямного штока 11. В корпусі гармонізатора створено вхідні отвори для подачі робочої рідини через напрямний шток в гармонізатор. Гармонізатор коливань вмонтований за допомогою різьбового з'єднання в корпус генератора коливань до сердечника 13, що містить канали для введення рідини в камеру інжекції 15. На сердечнику послідовно змонтовано завихрювач 2 з тангенціальними отворами 12 (фіг. 4). Сердечник являє собою суцільний елемент подібний до вала змінного діаметра, на якому з нижнього кінця закручується потік робочої рідини, і для центрування закріплений гайкою до соплової вихідної частини 5 з протилежної сторони. Таким чином, між завихрювачем та сердечником створена вихрова камера 14. До завихрювача послідовно приєднана різьбовим з'єднанням соплова вихідна частина з осьовими отворами 6, яка закріплена в нижній частині корпуса генератора коливань. Генератор коливань працює в такий спосіб. Генератор коливань опускають в свердловину до рівня перфораційних отворів на задану глибину напроти об'єкта обробки. Після установки генератора коливань в привибійній зоні, підключають насосний агрегат 16 (фіг. 1) та подають робочу рідину по насосно-компресорних трубах (НКТ) 17 на вхід генератора через центральний канал муфти 4. Далі потік розділяється на два потоки, один з яких потрапляє у вихрову камеру 14 через тангенціальні отвори 12 завихрювача 2, закручується в ній, а інший, через гармонізатор коливань 3 в камеру інжекції 15. В завихреному потоці створюється зона падіння тиску, за рахунок чого рідина через 2 UA 106805 C2 5 10 15 гармонізатор підсмоктується в камеру інжекції. При зустрічі вихрового і інжекційного потоків вихор розпадається, швидкість рідини падає і, у відповідності до закону Бернуллі, тиск у вихровій камері піднімається і рідина виштовхується через осьові отвори 6 соплової вихідної частини 5. Далі кількість рідини у вихровій камері зменшується, що призводить до нового вихроутворення і далі цикл повторюється, створюючи коливальну систему із завихрювача та гармонізатора, як джерела імпульсів. Після обробки нижнього об'єкта генератор коливань переміщують на вище розміщений об'єкт, шляхом його підйому з НКТ до нової заданої точки і, після закінчення обробки всіх об'єктів, витягують його з свердловини і здійснюють промивку свердловини до вибою. Завдяки геометрії генератора коливань створюється турбулізаційний потік робочої рідини, який створює потужні нелінійні коливання тиску в пластовому середовищі для інтенсифікації припливу нафти. Інтенсивність коливальної дії на середовище залежить від ефективності перетворення енергії потоку робочої рідни, що проходить через генератор коливань, в енергію коливань, та в першу чергу, пов'язана з амплітудою та частотою, яка задається гармонізатором коливань. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 1. Генератор коливань, який змонтований на колоні насосно-компресорних труб, містить вхідну муфту, соплову вихідну частину та коливальну систему, яка складається із завихрювача та джерела імпульсів, який відрізняється тим, що як джерело імпульсів використаний гармонізатор коливань, який складений з корпусу, кривої плоскої пружини, запірного елемента та напрямного штока, для регулювання величини тиску і інтенсивності накопичення маси рідини в коливальній системі, а для завихрення потоку робочої рідини використаний завихрювач з тангенціальними отворами для виконання необхідної умови перепаду тисків на вході та виході з гармонізатора для його спрацювання та, відповідно, створення зони пониженого тиску в камері інжекції, яка послідовно з'єднана з вихровою камерою. 2. Генератор коливань за п. 1, який відрізняється тим, що завихрювач виконаний із зносостійкого матеріалу. 3 UA 106805 C2 4 UA 106805 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5