WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
В.Г. Неволин Опыт применения звукового воздействия в практике нефтедобычи Пермского края Пермь 2008 2 УДК 576.8: 622.276: 620.197: 622.276.43: 622.244.422.063: 622.245.43 Неволин В.Г. Опыт применения звукового воздействия в практике нефтедобычи Пермского края. – Пермь, 2008. – 54c.

В работе рассматриваются экспериментальные и теоретические исследования по использованию гидродинамических излучателей на месторождениях Пермской области, проводимые в ПермНИПИнефть с середины 1970-х годов по настоящее время.

Описаны результаты экспериментов по воздействию гидродинамических излучателей на нефтепромысловые жидкости (сточные и пресные воды, водонефтяные эмульсии, тампонажные материалы) и призабойную зону пласта.

Даются рекомендации по повышению эффективности звукового воздействия.

3 Оглавление Стр Введение. 4 I. Исследуемые устройства. 4 I.1. Механизм работы гидродинамического вибратора. 4 I.2. Механизм работы вихревого гидродинамического 5 излучателя.

I.3. Воздействие излучателей на жидкость. 10 I.4. Звукохимические реакции в воде и водных растворах. 11 II. Подготовка сточных вод. 12 II.1. Влияние вибратора на жизнедеятельность СВБ. 14 II.2. Заводнение пласта. 14 III. Воздействие на буровые растворы. 27 III.1. Результаты производственных испытаний. 29 IV. Освоение скважин. 31 IV.1. Динамические кислотные обработки. 37 V. Изоляция водопритоков. 38 V.1. Экспериментальные работы по селективной изоляции 46 водопритоков в скважинах с акустическим воздействием.

VI. Выводы. 49 VII. Список литературы. 50 4 Введение С середины 1970-х годов на месторождениях Пермской области проводились экспериментальные и теоретические работы по использованию гидродинамических излучателей. Так, в системе ППД использовались пластинчатые [1 - 3] и вихревые излучатели [4 - 6], а при бурении, освоении скважин и изоляции водопритоков – вихревые излучатели [6, 7].

I. Исследуемые устройства I.1. Механизм работы гидродинамического вибратора.

Вибратор гидродинамический представляет собой многопластинчатый гидродинамический излучатель, состоящий из погружённых в жидкость прямоугольных щелевых сопел и заострённых в сторону струи пластин. Схематический вид вибратора изображён на рис. 1.

Рис. 1.1. Схема гидродинамического вибратора:

1 — сопло, 2 - пластина При натекании на пластинку жидкости в ней возбуждаются изгибные колебания, основная собственная частота которых f = h/ L2E /1/ 2, где = 0,n – коэффициент пропорциональности, зависящий от способа крепления пластинки, L и h – длина и толщина пластинки, E – модуль упругости материала пластинки, – плотность материала пластинки. В натекающей струе возникают автоколеf =kV /l бания с частотой, где k – коэффициент пропорциональности, зависяc щий от формы струи, V – скорость струи, l – расстояние между соплом и пластиной. Для возбуждения интенсивных колебаний (т.е. возникновения резонанса) f = f необходимо, чтобы, что легко осуществляется регулировкой скорости n c струи и изменением расстояния между соплом и пластиной [8 - 10].

Пластинчатые излучатели в зависимости от геометрических размеров пластины и упругих её свойств генерируют колебания с частотами 0,05 35 кГц.

Излучение акустических колебаний при работе пластинчатых излучателей осуществляется в основном за счёт пластинки, колеблющейся в направлении, перпендикулярном её плоскости, с максимумом вблизи её свободного конца (рис. 1).

Как показали исследования, генерация акустических колебаний в вязких средах происходит при более высоких скоростях истечения жидкости, причём с увеличением вязкости рабочей жидкости скорости натекания должны возрастать.

Это обусловлено тем, что вязкость стабилизирует набегающий поток жидкости и поэтому возникновения автоколебаний в этой струе жидкости возникает при большей скорости жидкости.

1.2. Механизм работы вихревого гидродинамического излучателя Наиболее широкое распространение на нефтепромыслах нашли вихревые излучатели (генераторы волн давления) [4 - 7] как наиболее неприхотливые, например, к изменению условий закачки, в отличие от пластинчатых излучателей, которые требуют очень тонкой настройки.

Внешний вид излучателя приведён на рис. 1.2.

Генератор представляет собой корпус с цилиндрической камерой (камерой завихрения), с тангенциальным каналом (одним или несколькими) для подачи рабочей жидкости и соплом для выхода рабочей жидкости.

Генератор работает следующим образом [11-17]. При подаче жидкости через тангенциальное отверстие 2 диаметром d (см. рис. 1.3) внутри камеры завихрения 3 и выходного сопла 4 генератора образуется система двух закрученных потоков. По Рис. 1.2. Схематическое изобрапериферии камеры движется так называежение вихревого генератора:

мый первичный вихрь (I), имеющий в попеL и D – длина и диаметр вихревой речном сечении форму кольца с наружным камеры; d и l – диаметр и длина радиусом R = D/2 и внутренним r. Этот поm входного тангенциального отверстия ток состоит из рабочей жидкости, подаваемой в генератор. Приосевую область вихревой камеры занимает вторичный вихрь (II), вращающийся как квазитвёрдое тело.

Он образуется вследствие вовлечения в движение первичным потоком жидкости из окружающей среды, в которую происходит истечение жидкости из генератора.

Опыт показывает, что в случае незатопленного истечения струи жидкости (например, при истечении её в газообразную среду) движение устойчиво и пульсации давления и скорости в потоке отсутствуют. Если же истечение закрученной струи затопленное, т.е. рабочая жидкость в вихревой камере и вещество окружающей среды имеют одну и ту же физическую природу, то в потоке генерируются регулярные пульсации давления, частота и амплитуда которых зависит от скорости истечения и геометрических параметров камеры завихрения, её конструкции и формы сопла. В окружающей среде пульсации давления фиксируются как звук дискретного тона и значительной интенсивности.

Оказалось, что при затопленном истечении (например, вода в воду) вторичный поток отклоняется от оси вихревой камеры и совершает регулярное прецессионное движение вокруг неё. При этом амплитуда смещения оси вторичного вихря увеличивается с ростом длины вихревой камеры. Отклонение вторичного потока относительно равновесного состояния вызывает определённую деформацию первичного потока на границе их сопряжения.

Рис. 1.3. Схема течения закрученного потока в камере гидродинамического генератора волн давления:

1 – корпус, 2 – входные (тангенциальные) отверстия, 3 – вихревая камера, 4 – сопло Причиной автоколебаний в закрученном потоке жидкости являются колебания скорости и давления в первичном потоке (вихре), вызванные периодической деформацией его границ вторичным вихрем, совершающим прецессионное вращательное движение относительно оси камеры. Развитие прецессий вторичного вихря становится возможным только тогда, когда распределение в нём вращательной составляющей скорости в той или иной степени соответствует закону вращения твёрдого тела, т.е. u/ r=const (u – тангенциальная составляющая скорости вторичного вихря, r – текущий радиус вихря). В этом случае количество энергии вращения, передаваемой от первичного вихря к вторичному вихрю, становится настолько значительным, что часть её преобразуется в энергию поперечных колебаний.

Как показали исследования вихревого излучателя, существует минимальLMIN ная длина вихревой камеры, в пределах которой вторичный вихрь не успевает принять вращательное движение по всему поперечному сечению, а отсюда не возникает его прецессионное движение и, как следствие, не возникает излучения звука. Значение этой длины определяется интенсивностью закрутки жидкости, т.е. зависит от величины, где n – число входных отверA=D D-d /ndLLMIN стий. Отсюда следует, что колебания возникают только при. С увеличением длины камеры интенсивность колебаний возрастает, достигая максимальноL=LOPT го значения при некоторой длине, а затем уменьшается. Значение веLOPT личины также определяется интенсивностью закрутки потока А.

На рис. 1.4 приведена зависимость минимальной и оптимальной относительных длин вихревой камеры. В качестве единицы длины выбран диаметр вихревой камеры.

Рис. 1.4. Зависимость минимальной (1) и оптимальной (2) относительных длин вихревой камеры от степени закручивания потока А Экстремальный характер зависимости интенсивности излучения звука от продольного размера вихревой камеры не нашёл пока убедительного физического объяснения. Предположения о возможности акустического резонанса не подтвердились.

LOPT / D Величина не зависит ни от скорости истечения жидкости из генератора, ни от скорости звука в рабочем теле (при Рис. 1.5. Зависимость интенсивности звука (1) продувании моделей излучателя и давления на оси камеры Р (2) от ОС водой с истечением в воду макотносительной длины вихревой камеры симальная интенсивность звука была зарегистрирована при той же длине камеры, что и при продувании её воздухом с истечением в воздух). По всей вероятности, максимум излучения связан с особенностями гидродинамического взаимодействия вихрей, интенсивность которого зависит от длины камеры и степени закрученности первичного вихря, что косвенно подтверждается однозначностью связи степени разряжения в приосевой области с интенсивностью излучения. Как следует из рис. 1.5, в области оптимальной генерации звука наблюдается минимум давления Р на оси камеры. А его величина, как известно, ОС зависит в первую очередь от интенсивности взаимодействия вихрей [12].

Результаты, приведённые на рис. 1.4 - 1.5, получены в эксперименте, который проводился на модели излучателя с D = 16 мм, степень закручивания потока А изменялась в пределах 1,75 20, а относительная длина вихревой камеры плавно менялась от 0 до 10. Перепад давления на излучателе при работе с воздухом составил 0,98 ·105 Н/м2.

Кроме того, оказалось, что увеличение длины вихревой камеры против оптимальной приводит к снижению суммарной акустической мощности, поскольку с её увеличением монотонно снижается частота колебаний вследствие увеличения потерь момента скорости. Причём скорость снижения частоты тем больше, чем выше степень закручивания потока. Это связано с тем, что с увеличением степени закручивания увеличивается путь, на котором поток взаимодействует со стенками камеры, а, следовательно, возрастают потери на трение.

Акустическая мощность увеличивается пропорционально расходу жидкости, проходящей через генератор.

Сужение выходного сопла вихревой камеры позволяет увеличить частоту излучения звука, но при этом значительно снижается акустическая мощность и к.п.д. генератора. Увеличение частоты объясняется тем, что при сужении сопла значительно возрастает тангенциальная составляющая скорости в потенциальном первичном вихре. Это, в свою очередь, увеличивает скорость прецессии вторичного вихря. В то же время повышенный уровень скорости наряду с возросшим относительным размером пограничного слоя приводит к росту потерь на трение о стенки сопла, в результате чего снижается к.п.д. Мощность же излучения звука при этом снижается в основном за счёт снижения расхода жидкости, проходящей через генератор, вследствие уменьшения диаметра выходного отверстия вихревой камеры [11 - 17].

Поскольку по сути, как уже говорилось выше, причиной звуковых колебаний является прецессионное вращательное движение вторичного вихря, то в работах [18 - 22] исследуется возможность усиления прецессионного вращения вторичного вихря и тем самым увеличения звуковой мощности излучателя. Так, в работе [18] усиление прецессии вызывают кольцевым дефлектором, расположенным на выходе вихревой камеры и наклонённым под углом (20 35 о) к оси вихревой камеры. Такие же функции выполняет и просто косой с углом 10 55 о срез сопла [19]. Аналогичной же цели посвящено и другое устройство [20], где повышение интенсивность прецессии обусловлено установленным на расстоянии 0,8-1D от среза турбулизатором. Эффективным методом усиления интенсивности генерируемого звука является закрепление на торцевой стенке соосно с вихревой камерой конического тела [22]. В работе [23] для случая двух параллельно расположенных излучателей предложен способ увеличения амплитуды прецессионных колебаний и тем самым усиления звукового излучения за счёт гидродинамического взаимодействия выходящих из вихревых камер этих генераторов вращающихся навстречу друг другу потоков жидкости.

Изучение вихревого излучателя на стендах в ПГТУ и УНИ показало [6, 7], что существует несколько режимов его работы, отличающихся скоростью истечения жидкости через тангенциальные отверстия в генераторе.

Так, при малых скоростях движения среды генератор не излучает звуковых волн. При скоростях движения жидкости 15 20 м/с появляются звуковые колебания малой амплитуды, вызванные чисто гидродинамическими причинами (гидродинамический шум). При скоростях движения жидкости более 20 м/с наблюдается быстрый рост звукового давления (см. рис. 1.6).

Зависимость частоты излучения генератора от скорости движения более сложная. Так, при скоростях движения жидкости менее 70 м/с наблюдается линейный рост частоты излучения генератора. Рост скорости движения от 70 до 80 м/с приводит к скачкообразному (почти в два раза) изменению звуковой частоты излучателя (см. рис. 1.7). Это подтверждается и результатами исследования, приведёнными в работе [24].

Результаты, приведённые на рис. 1.6 и 1.7, получены при изучении генератора с параметрами D = 30 мм; L = 100 мм; d = 5 мм и числом входных отверстий n = 2.

Рис. 1.6. Зависимость амплитуды звукового давления от расхода жидкости Рисунок 1.7. Зависимость частоты излучения от расхода проходящей через генератор жидкости I.3. Воздействие излучателей на жидкости При работе излучателя наряду с генерацией звуковых волн наблюдаются и кавитационные явления.

Резкое понижение давления в жидкости, приводящее к кавитации, может вызываться как чисто гидродинамическими эффектами вследствие, например, закона Бернулли (так называемая гидродинамическая кавитация), так и за счёт звуковых волн (акустическая кавитация).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.