Динамика работы штангового насос-пульсатора для волнового воздействия на продуктивный пласт Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622.235

Е.Н. Чередников, А.В. Савченко ИГД СО РАН, Новосибирск

ДИНАМИКА РАБОТЫ ШТАНГОВОГО НАСОС-ПУЛЬСАТОРА ДЛЯ ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ

Для волнового воздействия на нефтяные пласты с целью увеличения нефтеотдачи наиболее перспективны системы, основанные на использовании скважинных погружных штанговых насосов [1]. Сами по себе эти насосы, основанные на принципе возвратно-поступательного движения плунжера в цилиндре, обладает способностью генерировать переменные усилия, действующие в системе. Однако в реальных условиях при существующих скоростях перемещения плунжера эти усилия незначительны и в максимуме оцениваются в 5-12 % [2] от тягового усилия привода.

Реализация известных способов основывается на общем принципе, заключающемся в следующем. В обсаженную скважину на насоснокомпрессорных трубах (НКТ) устанавливают цилиндр с размещенным внутри него плунжером, связанным тягой с приводом возвратно-поступательного перемещения. При движении плунжера вверх происходит всасывание жидкости в подшгунжерную полость и сжатие ее в надплунжерной полости. Перед подходом плунжера к крайнему верхнему положению по гидравлическому каналу производится сброс находящейся под повышенным давлениием жидкости из надплунжерной полости в подплунжерную. Образовавшаяся при этом ударная волна передается на пласт, вызывая в нем упругие колебания.

Идеология скважинного возбуждения сейсмических волн в продуктивном пласте заключается в следующем.

Если в скважине образовать полости (камеры) с различным давлением, а затем резко впустить жидкость из камеры высокого давления в камеру с низким давлением, то в последней образуется гидродинамический импульс давления потока жидкости. Обусловленная действием этого импульса переменная сила, переданная через механический или гидравлический волновод и излучатель в продуктивный пласт, вызовет в нем сейсмические колебания.

Существенным недостатком указанных способов являются ударнодинамические нагрузки на тягу и привод, обусловленные действием отраженной волны, возникающей после создания импульса давления жидкости в подплунжерной полости и передаваемой на плунжер. Наличие ударно-динамических нагрузок приводит к разрушению тяги и нарушению работоспособности привода. На практике это вынуждает снижать энергетический потенциал волновых воздействий.

При создании насос-пульсаторных систем для возбуждения волновогх процессов в продуктивном пласте, наоборот, на первое место выходит вопросы динамики воздействия создаваемых импульсов давления жидкости на элементы конструкции.

Техническая задача, заключается в повышении мощности волнового воздействия на продуктивный пласт за счет исключения ударно-динамических нагрузок на оборудование для его осуществления.

Поставленная задача решается тем, что в способе волнового воздействия на продуктивный пласт, включающем установку в заполненной жидкостью скважине связанного с внешним приводом посредством тяги плунжерного штангового насоса, создание в скважине изолированных камер, периодическое изменение давления в отдельных камерах при возвратнопоступательном перемещении плунжера и последующее сообщение между собой камер с различным давлением жидкости, осуществляют после полного снятия нагрузки на привод возвратно-поступательного движения плунжера.

Сообщение камер с различным давлением жидкости между собой после полного снятия нагрузки на привод позволяет существенно повысить мощность волнового воздействия на продуктивный пласт, используя широко применяемое в практике нефтедобычи оборудование. При этом исключаются ударно-динамические воздействия на оборудование, возникающие при создании гидравлического импульса.

Сущность предлагаемого способа поясняется рис. 1, где приведен график 1 перемещения h плунжера за время цикла. Графики 2 и 3 показывают характер изменения усилия R в тяге в сечении на уровне устья скважины соответственно для известных и предлагаемого способов.

Яшах Я, кН

Рис. 1

В крайнем нижнем положении плунжера усилие R в тяге равно весу плунжера и тяги в жидкости. При начале движения плунжера вверх усилие R возрастает на вес кольцевого столба жидкости в НКТ над плунжером и силы трения в парах плунжер-цилиндр и тяга-НКТ, а далее возрастает за счет повышения давления в надплунжерной камере. Это усилие преодолевается силой тяги привода. В известных способах волнового воздействия этот процесс прерывается в точке 5 (график 2) хода, соответствующей моменту впуска высоконапорной жидкости из надплунжерной камеры в подплунжерную, когда в последней образуется ударная волна, передаваемая на продуктивный пласт. Одновременно возникает отраженная волна, действующая на плунжер и тягу вверх. За счет этого усилие в тяге резко снижается, а затем - скачкообразно увеличивается до значения Ктах при изменении направления движения отраженной волны после достижения устья скважины. В реальных условиях время действия этого двойного импульса составляет доли секунды и совершается до подхода плунжера к крайнему верхнему положению. Поэтому тяга в верхнем сечении и привод полностью воспринимают эти ударно-импульсные воздействия, что отрицательно сказывается на их долговечности.

В предлагаемом техническом решении (график 1) процесс движения плунжера до крайнего верхнего положения не сопровождается сообщением камер с различным давлением и, следовательно, появлением ударных волн. После прохода плунжером крайнего верхнего положения (точка 4 графика 1) плунжер начинает двигаться вниз под действием собственного веса и веса тяги в жидкости и усилие R в тяге снижается. Этому способствуют еще и силы трения. Только при подходе плунжера к положению, соответствующему точке 6 графика 3, происходит сообщение камер с различным давлением и возникновение импульсов прямой и отраженной волн, но их действие на тягу значительно ниже, чем при ходе плунжера вверх, а на привод это усилие вообще не передается благодаря наличию гибкой связи тяги с приводом.

На основе выполненных исследований и разработок поданы 3 патентные заявки, по которым получены положительные решения.

Использование предлагаемого способа позволит максимально повысить мощность волнового воздействия на продуктивный пласт при сохранении работоспособности и повышении долговечности используемого

оборудования.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Савченко А.В. Сравнительный анализ волновых методов увеличения нефтеотдачи / А.В. Савченко //ФТПРПИ. - 2006. - №3.

2. СердюковС.В. Гидромеханический пульсатор давления для скважинного волнового воздействия на продуктивные нефтяные пласты / С.В.Сердюков, Е.Н.Чередников // Динамика и прочность машин. 2-я междунар. конф. - Т. 1. -Новосибирск: ИГД СО РАН, 2003.

© Е.Н. Чередников, А.В. Савченко, 2007