WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

По результатам расчета на рис.2 представлены зависимости давления во внутренней полости от коэффициента заполнения газогенерирующей части устройства. Показано, что для исключения возможности проникновения скважинной жидкости во внутреннюю полость необходимо по известному значению гидростатического давления в зоне обработки скважины Ргст определять предельные минимальные значения коэффициентов заполнения газогенерирующей части Кзап.min для различных компоновок устройства.

Рис.1. Комплексное устройство для кумулятивной перфорации и газодинамической обработки ПЗП: 1 – перфораторная часть; 2 – кумулятивные заряды; 3 –газогенерирующая часть; 4 – твердотопливные заряды.

Фактическое значение коэффициента заполнения газогенерирующей части для выбранной к применению компоновки устройства должно быть больше соответствующего предельного минимального значения Кзап.min. Показано, что в момент окончания работы кумулятивных зарядов во внутренней полости одновременно реализуются следующие параметры продуктов детонации - давление не менее 17,51МПа и температура не менее 2380К. В качестве твердотопливных зарядов в комплексном устройстве могут использоваться как заряды из баллиститных ракетных твердых топлив, так и заряды из смесевых твердых топлив. Для воспламенения твердотопливных зарядов необходимо и достаточно одновременное выполнение двух условий:

давление окружающей среды должно быть не менее 4МПа для баллиститных топлив и не менее 0,5МПа для смесевых топлив;

температура окружающей среды должна быть не менее 456 К для баллиститных топлив и не менее 553 К для смесевых топлив.

Показано, что в выбранных компоновках комплексного устройства в момент окончания работы кумулятивных зарядов во внутренней полости выполняются условия, достаточные для воспламенения твердотопливных зарядов (по давлению и температуре окружающей среды) продуктами детонации кумулятивных зарядов и детонирующего шнура.

Во второй главе описаны физические процессы, происходящие при комплексном воздействии на ПЗП. Они представлены в виде последовательности следующих основных физических процессов:

а) кумулятивной перфорации скважины установленными в перфораторной части кумулятивными зарядами;

б) воспламенения твердотопливного заряда газогенерирующей части продуктами детонации детонирующего шнура и кумулятивных зарядов;

в) газодинамического воздействия комплексным устройством на ПЗП, включающего:

работу газогенерирующей части до момента достижения в скважине давления, не превышающего давления разрыва пласта;

работу газогенерирующей части в период времени, когда давление в скважине превышает давление разрыва пласта;

газодинамическое воздействие на ПЗП в период времени после окончания работы твердотопливного заряда газогенерирующей части.

Процесс кумулятивной перфорации скважины при применении комплексной технологии практически не отличается от процесса перфорации штатным корпусным кумулятивным перфоратором ПК105-7. Поэтому физико-математическая модель процесса кумулятивной перфорации скважины комплексным устройством в диссертационной работе не рассматривается.

Время воспламенения установленного в газогенерирующей части комплексного устройства твердотопливного заряда определяется временем от начала образования на поверхности твердотопливного заряда локальных очагов горения до момента, соответствующего состоянию, когда твердотопливный заряд воспламенится полностью по всей поверхности горения. Особенностью комплексного устройства является то, что твердотопливный заряд установлен в герметичной полости, наполненной атмосферным воздухом. Это позволяет рассматривать процесс воспламенения твердотопливного заряда комплексного устройства аналогичным процессу воспламенения твердотопливного заряда ракетного двигателя. Определение расчетным путем времени воспламенения твердотопливного заряда является сложной теоретической и прикладной задачей, решение которой должно включать учет неравномерности распределения давления и температуры во внутреннем объеме комплексного устройства в период времени работы кумулятивных зарядов, учет физической природы твердого топлива и неравномерности прогрева поверхности горения твердотопливного заряда и другое. Время воспламенения твердотопливного заряда по аналогии с твердотопливными ракетными двигателями определяется при отработке комплексного устройства в скважине по результатам измерения зависимости давления во внутренней полости устройства или в зоне обработки скважины от времени работы устройства.

В результате работы комплексного устройства в скважине образуется газовый пузырь, изменяющий свой объем преимущественно вверх в зависимости от давления продуктов сгорания твердотопливного заряда, текущего барического состояния и движения скважинной жидкости. В период работы комплексного устройства, когда давление в скважине будет превышать давление разрыва пласта, изменение объема газового пузыря под действием давления продуктов сгорания твердотопливного заряда будет происходить как вследствие деформации и движения скважинной жидкости, так и вследствие наличия процесса трещинообразования в продуктивном пласте. Процесс трещинообразования представлен состоящим из следующих основных процессов:

образования в продуктивном пласте нарушений - нераскрытых трещин, которые образуются под действием давления продуктов сгорания твердотопливного заряда при заполнении ими пробитых перфорационных каналов;

раскрытия и роста в продуктивном пласте трещин под действием давления продуктов сгорания твердотопливного заряда, которые поступают через пробитые перфорационные каналы в пласт.

Указанные основные процессы трещинообразования в продуктивном пласте зависят от интенсивности газодинамического воздействия продуктов сгорания твердотопливного заряда на пласт, а именно от величины давления и скорости его изменения (градиента давления) в газовом пузыре. Для образования нарушений в продуктивном пласте необходимы более высокие градиенты давления, чем для раскрытия и роста трещин. Величина градиента давления и характер его изменения, а также расход продуктов сгорания через перфорационные каналы в продуктивный пласт определяют количество и размеры трещин в пласте.

После окончания работы твердотопливного заряда газогенерирующей части комплексного устройства газодинамическое воздействие на прискважинную зону пласта будет продолжаться до момента прекращения изменения барического состояния скважинной жидкости.

В соответствии с изложенной качественной картиной физических процессов, протекающих в комплексном устройстве, скважине и пласте, разработана физико-математическая модель газодинамического воздействия комплексным устройством на ПЗП, как элемента комплексной технологии. Исходя из законов сохранения массы и энергии газового пузыря, получены основные уравнения внутренней баллистики, позволяющие определить давление и температуру газов, образуемых твердотопливным газогенерирующим устройством в скважине, в любой момент осуществления технологии обработки. Разработанная физико-математическая модель определяет взаимосвязь параметров рабочего процесса в комплексном устройстве с параметрами скважины и пласта и позволяет определить давление и температуру в обрабатываемой зоне скважины не только в любое время работы газогенерирующей части комплексного устройства, но также в течение некоторого времени после окончания его работы.

Основные уравнения физико-математической модели газодинамического воздействия на ПЗП отражают газодинамическое воздействие как взаимосвязь двух основных протекающих в скважине процессов – газообразования, определяемого горением твердотопливного заряда, и изменения объема газового пузыря, определяемого сжимаемостью, движением скважинной жидкости и трещинообразованием в продуктивном пласте.

На процесс газообразования оказывают влияние давление в газовом пузыре, характеристики твердого топлива и величина поверхности горения твердотопливного заряда. На процесс изменения объема газового пузыря оказывают влияние давление в газовом пузыре, изотермический коэффициент сжимаемости скважинной жидкости, масса скважинной жидкости, геофизические характеристики продуктивного пласта.

Интенсивность процесса газообразования, динамика газодинамического воздействия в целом и продолжительность действия давления газового пузыря на продуктивный пласт зависят от режима горения твердотопливного заряда. Поэтому выбор марки (типа) твердого топлива и конструкции твердотопливного заряда является основным фактором, определяющим работу комплексного устройства и следовательно, всей комплексной технологии воздействия на пласт в конкретных геолого-технических и геолого-физических условиях скважины.

Физико-математическая модель газодинамического воздействия представлена в виде блок-схемы. Сравнение расчетных параметров газодинамического воздействия на пласт с фактическими приведено для комплексного устройства ПГК-102. Согласование расчетного и фактического давлений в скважине удовлетворительное (рис.3).

Проведен анализ изменения давления в газовом пузыре при газодинамическом воздействии на ПЗП комплексным устройством и представлены конструкции твердотопливных зарядов, обеспечивающие различные режимы их горения. Для зарядов предложенных конструкций по разработанной физико-математической модели работниками проектных геофизических организаций может производиться расчет параметров газодинамического воздействия комплексным устройством на ПЗП для конкретных геолого-технических и геолого-физических условий скважины. По результатам расчетов выбираются оптимальные параметры газодинамического воздействия и компоновка твердотопливного заряда.

Обоснована необходимость определения скорости горения твердых топлив при давлениях, характерных для условий нефтяных и газовых скважин. Для расчетов внутрибаллистических параметров работы твердотопливных газогенерирующих устройств в скважинах необходима зависимость скорости горения твердотопливного заряда от давления – «закон» скорости горения твердого топлива при давлениях до 100 МПа и более.

Проведено экспериментальное определение скорости горения твердых топлив в сосуде постоянного объема (СПО) с учетом тепловых потерь. Получены зависимости скорости горения твердых топлив от давления при высоких значениях последнего, характерных для условий нефтяных и газовых скважин, для следующих марок баллиститных ракетных твердых топлив (БРТТ) и смесевых твердых топлив (СТТ), применяемых в различных газогенерирующих устройствах (таблица 1).

Таблица 1 – Зависимости скорости горения от давления

Марка твердого топлива

Зависимость скорости горения от давления при номинальной температуре

(U в мм/с, Р в кгс/см2)

Диапазон давлений в СПО, кгс/см2

Примечание

РСИ-60

U(Р)=2,1Р0,36

200

U(Р)=2,6+0,057Р

200

РНДСИ-5КМ

U(Р)=0,508Р0,655

100-180

U(Р)=3,402+0,0749Р

100-530

U(Р)=0,3501Р0,7518

100-530

РБФ

U(Р)=0,388Р0,254

100-180

U(Р)=9,13Р0,0582

100-180

РБ-1

U(Р)=0,41Р0,82

200-3460

РБ-2

U(Р)=0,16Р0,94

200-3616

ВИК-2Д

U(Р)=0,31Р0,87

200-3650

РАМ-10К

U(Р)=138,3+0,058P

1400-4170

10% Al

РАМ-12К

U(Р)=2,4+0,06P

160-450

12% Al

ДГ-2

U(Р)=0,049Р

200-2000

ДГ-3

U(Р)=0,053Р

200-2000

ДГ-4

U(Р)=0,059Р

200-2000

ТБП1

U(Р)=0,079Р

500-1500

ТСП-200

U(Р)=0,061Р

500-1500

РСИ-60, РНДСИ-5КМ, РБФ, РБ-1, РБ-2, ВИК-2Д - баллиститные ракетные твердые топлива.

РАМ-10К, РАМ-12К - баллиститные ракетные твердые топлива металлизированные с содержанием порошка Al соответственно 10% и 12%.

ДГ-2, ДГ-3, ДГ-4 - метательные твердые топлива для мощных артиллерийских систем.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»