Удосконалення технічних засобів імпульсно-хвильової дії на нафтогазоносні пласти

Abstract

Дисертація присвячена проблемі удосконалення та дослідження технічних засобів імпульсно-хвильової дії на нафтогазоносні пласти. Обгрунтовано розроблення та запропоновано нову конструкцію гідравлічного генератора імпульсно-хвильової дії на нафтогазоносні пласти. В результаті моделювання процесів, які виникають в генераторі при його роботі, отримано залежність сумарного звукового опору конструкції з отворами від значень її конструктивних та механічних параметрів. Розроблено експериментальну установку для дослідження робочих характеристик генератора при зміні фізичних параметрів його робочих елементів. Розроблено методику проведення досліджень генератора безпосередньо в свердловині та при дії на пласт з використанням імітатора пласта. Отримано графіки акустичного тиску, температури та гідравлічних коливань при роботі генератора, наведено залежності, що характеризують зміну цих параметрів. Отримано аналітичні залежності частоти та амплітуди імпульсів генератора від фізичних параметрів генератора (довжини клапану та ваги шатуна). Розрахунки за розробленими аналітичними залежностями мають високий ступінь кореляції з результатами експериментів (більше 0,85). Нова конструкція гідравлічного генератора імпульсно-хвильової дії на нафтогазоносні пласти успішно пройшла дослідно-промислові випробування на свердловинах Яксманіца-33, 8-Старий Самбір, 1-Семаківська та ін. як при освоєнні свердловин так і при інтенсифікації видобування вуглеводнів.

Диссертация посвящена проблеме усовершенствования и исследования технических средств импульсно-волнового воздействия на нефтегазоносные пласты. В работе проведено исследование современного состояния методов и средств повышения производительности нефтегазовых скважин в целом и технологии импульсно-волнового воздействия на пласт в частности. В диссертационной работе решена научно-техническая задача в области разработки и исследования специального технологического оборудования -разработана новая конструкция технического средства импульсно-волнового воздействия на нефтегазоносные пласты, которое дает возможность сделать управляемым процесс импульсно-волнового воздействия на пласт и повысить производительность нефтегазовых скважин. Описана работа гидравлического генератора в скважине. Основное влияние на продуктивный пласт осуществляет энергия гидродинамических пульсаций жидкости, в связи с чем гидравлический генератор размещается в зоне перфорации. При этом отверстия перфорации снижают звуковой сопротивление конструкции. В результате моделирования процессов, возникающих в гидравлическом генераторе импульсно-волнового воздействия при его работе (акустические, гидродинамические и тепловые процессы), предложено при расчете звукового сопротивления системы «скважина - продуктивный пласт» учитывать наличие отверстий перфорации. Соответствующие изменения внесены в формулу для расчета суммарного звукового сопротивления конструкции. На частоту и амплитуду работы генератора влияет значительное количество факторов, аналитически связать которые между собой достаточно сложно, поэтому исследование рабочих характеристик генератора осуществлено экспериментальным путем с применением теории планирования эксперимента. Разработана экспериментальная установка для исследования рабочих характеристик генератора при изменении геометрических размеров его элементов. Разработана методика проведения исследований генератора непосредственно в трубе и при воздействии на пласт с использованием имитатора пласта. Разработана измерительная схема экспериментальной установки. На экспериментальной установке измерялись: температура рабочей жидкости; акустический отзыв (вибрация) внешней поверхности рабочей камеры, в которой находился рабочий элемент гидравлического генератора; перепад давления на рабочей камере; расход рабочей жидкости; колебания давления жидкости в трубопроводе после рабочей камеры; уровень в емкости для подачи фильтровальной жидкости; электронные весы для взвешивания емкости с фильтровальной жидкостью. Кроме того, во времени снималась общая тепловая картина экспериментальной установки. Для измерения акустического отзыва (вибрации) использовался электретный микрофон цифрового диктофона и пьезомикрофон. Полученные данные с микрофонов, для извлечения полезных данных, обрабатывались с помощью быстрого преобразования Фурье. Спектральные составляющие акустических сигналов от гидравлического генератора импульсно-волнового воздействия имели частоты от 10 Гц до 8 кГц. При этом частоты от 10 до 60 Гц отвечают за частоту опрокидывания клапана, а высокие частоты - это субгармонических составляющие, которые сопровождают процесс опрокидывания. Их амплитуда зависит от имеющихся резонансов в конструкции генератора. Из анализа изменения температуры определена эффективность гидравлического генератора при нагревании жидкости. За нулевой уровень эффективности выбрано изменение температуры при движении жидкости без размещения генератора в трубопроводе. Эффективность работы генератора было видно в течение всего времени его работы, поскольку разница температур постоянно росла. Для оценки гидродинамических пульсаций использовано датчик давления ИДТ-8. Датчик давления работл в комплекте с генератором сигналов (синусоидального типа), усилителем мощности и трансформаторным блоком, который согласовывал входное сопротивление датчика и выходное сопротивление усилителя. Гидродинамические пульсации также на чисто качественном уровне фиксировались двумя пружинными манометрами. При изменении расхода частотный спектр гидродинамических пульсаций генератора составлял от 25 до 100 Гц. В результате исследований были получены типичные графики акустического давления, температуры и гидравлических колебаний при работе генератора, приведены зависимости, характеризующие изменение этих параметров. Получены аналитические зависимости частоты и амплитуды импульсов генератора от физических параметров генератора (длины клапана и веса кривошипа). Полученные расчеты по разработанным аналитическим зависимостям имеют высокую степень корреляции с результатами экспериментов (более 0,85). Усовершенствованная конструкция импульсно-волнового воздействия на нефтегазоносные пласты успешно прошла опытно-промышленные испытания на скважинах Яксманица-33, 8-Старый Самбир, 1-Семакивська и др. как при освоении скважин, так и при интенсификации добычи углеводородов. Приведенные схемы, на которых показано широкие возможности при применении данной технологии: работа на скважинах под давлением, с использованием колонны гибких труб, насосных агрегатов или компрессорных установок. Как показала практика, использование струйных насосов сразу после обработки пласта гидравлическим генератором значительно повышает эффективность проводимых работ. Промышленные испытания разработанного гидравлического генератора подтвердили его эффективность и перспективность широкого внедрения в нефтегазодобывающей практике.

The thesis is devoted to the study and improvement of pulse-wave action devices on the oil and gas saturated layers. Justified the development and new design of hydraulic generator pulse-wave impact on oil and gas saturated layers was proposed. As the result of processes simulation occurring in the generator when it is operating, the dependence of the total sound resistance in generator with the holes on the values of its structural and mechanical parameters was developed. An experimental setup for studying the performance of the generator in case of changing physical parameters of its work items was developed. The method of the directly generator research in the well and when exposed to formation using the layer simulator was developed. The acoustic pressure, temperature and hydraulic vibration during generator operation was obtained, the dependences describing the variation of these parameters. Obtained analytical dependence of the frequency and amplitude of the pulse generator on its physical parameters (length and weight of the valve rod) was obtained. Calculations by the developed analytical dependences have a high correlation degree with the experimental results (more than 0.85). The new design of hydraulic pulse-wave action generator on the oil and gas saturated layers has been successfully pilot-scale tested on wells Yaksmanitsa-33, 8-Staryj Sambir, 1-Semakivska and others as well development and the intensification of the hydrocarbons production.