CC BY
46
2. Марцинковский, В. А. Насосы атомных электростанций [Текст] / В. А. Марцинковский, П. Н. Ворона. - М.:Энергоатомиз-дат, 1987. - 256 с. - Режим доступа: http://lib.sumdu.edu.ua/library/DocDescription?doc_id=568
3. Tlumienil pulsacji w systemach hydraulicznych [Text] // Hydraulika i Pneummatyka. - 1997. - Vol. 4. - P. 17-18.
4. Device for tensioning threaded rods: пат. PCT/FR2007/051478 France: MPK B 23 P 19/06, WO 2008/00095 A1 [Text] / Monville J.-M., Loiseau V., Faus J., Alegre M. -AK-TIEBOL AGETSKF Hornsgatan 1, S-415 50. - Goteborg № 0605924; applied 30.06.2006; published 03.01.2008. - Available at: http://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=W02008000995
5. Устройство для сборки и разборки крепежных деталей фланцевых соединений сосудов давления: пат. 2092303 Рос. Федерация: МПК B25 В 29/02, [Текст] / Геймур А. П. - заявитель патентообладатель Особое конструкторское бюро машиностроения. - № 94008246/28 ; заявл. 10.03.1994 ; опубл. 10.10.1997. - Режим доступа: http://bankpatentov.ru/node/304535
6. Flange bolt fastening method and fastening auxiliary device: пат. 08-011063 Japan: МПК B23 P 19/06 [Text] / Yoshida T.; Suwa H. -Hitachi Plant Eng & Constr CoLtd. - № 06-169070; applied 28.06.1994; published 16.01.1996. - Available at: http://www. sumobrain.com/patents/jp/Flange-bolt-fastening-method-auxiliary/JP3467849.html
7. Apparatus for automatically inserting and removing screw-threaded elements into and from tapped bores^^ 5330159 USA: МПК G2 C 13/06 [Text] / Siegfried H. - GEA WENUTEC GMBH, GERMANY. - № US 08/005,560;applied 19.01.1993; published 19.07.1994. - Available at:http://www.google.com/patents/US5330159
8. Коновалов, А. И. Гайковерт нового века [Текст] / А. И. Коновалов // Атомная стратегия. - 2006. - № 22. - C. 33. - Режим доступа: http://www.proatom.ru/files/as22_20_40.pdf
9. Пристрш для створення зусилля при герметизацп фланцевих роз'eмiв корпуав обладнання: пат. 71976 Укра'ша: МПК F16B 1/00 [Текст] / Пащенко В. Д., Пушкар С. Л., Проценко С. В.,Чуйко В. П. - заяв. 20.04.2010; опубл. 10.08.2012. - Бюл. №15. -Режим доступу: http://uapatents.com/6-71976-pristrijj-dlya-stvorennya-zusillya-pri-germetizaci-flancevikh-rozehmiv-korpusiv-obladnannya.html
10. Навроцкий, К. Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов [Текст] / К. Л. Навроцкий. - М.:Машиностроение, 1991. - 384 c. - Режим доступа: http://www.twirpx.com/file/670125/
Представлено експериментальт дослидження роботи гiдродинамiчного пульсатора та визначен-ня iнтенсивностi ультразвукового поля, яке ство-рюеться цим пристроем, та його вплив на параме-три високов'язког нафти Кохатвськогородовища.
У статтi описана вдосконалена конструкция гiдродинамiчного пульсатора, який застосовуеться в технологiчнiй схемi при тдтмант високов'язких нафт з свердловин на денну поверхню
Ключовi слова: нафта, пульсатор, коливання,
ультразвук, ттенсивность, в'язтсть, температура □-□
Представлены экспериментальные исследования работы гидродинамического пульсатора и определения интенсивности ультразвукового поля, создаваемого устройством, и его влияние на параметры высоковязкой нефти Кохановского месторождения.
В статье описана усовершенствованная конструкция гидродинамического пульсатора, который применяется в технологической схеме при поднимании высоковязких нефтей из скважин на дневную поверхность
Ключевые слова: нефть, пульсатор, колебания, ультразвук, интенсивность, вязкость, температура
УДК 622.245.52
|POI: 10.15587/1729-4061.2014.28002]
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬН1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ РОБОТИ Г1ДРОДИНАМ1ЧНОГО ПУЛЬСАТОРА ТА ЙОГО ВПЛИВ НА ПАРАМЕТРИ НАФТИ
Я. Я. Якимечко
Кандидат техшчних наук, доцент Кафедра морських нафтогазових технолопй 1вано-Франмвський нацюнальний техшчний уыверситет нафти i газу вул. Карпатська, 15, м. 1вано-Франмвськ, УкраТна, 76019 E-mail: [email protected]
1. Вступ
Геолопчш ресурси високов'язких нафт i природних бггум1в перевищують ресурси звичайно! нафти. 75 % високов'язких нафт знаходяться на глибинах до 2000 м. Основш ускладнення тд час експлуатацп горизонпв
з високов'язкими нафтами (ВВН) пов'язаш з фiзи-ко-хiмiчними властивостями самих нафт. Зб^ьшення 1х в'язкосп i зниження температури при тдшманш на поверхню та значний вмкт асфальтеносмолопарафь нових речовин призводить до вщчутних втрат тиску у привибшнш зош пласта, стовбурi свердловини, ш-
ё
тенсивного вщкладання густих вуглеводшв на стшках насосно-компресорних труб i, як наслщок, погiршення видобувних можливостей свердловин i збiльшення загальних витрат на експлуатащю таких свердловин. Усунення цих недолшв дало б змогу збiльшити видоб-уток високов'язко' нафти на родовищах Укра'ни. Для цього необхiдно виршити низку задач, якi до сьогод-нiшнього дня практично не виршет.
Однieю iз таких задач е удосконалення технологii видобування та насосного обладнання для тдшмання високов'язкоi нафти iз свердловин, вирiшення якоi е досить актуальним на сучасному етат нафтовилу-чення. Сьогоднi у в«х краiнах свiту ведеться штен-сивний пошук нових технологiй i техшчних засобiв, якi базуються на нових фiзичних явищах i ефектах. Зокрема, створення i дослiдження роботи пульсуючих пристроiв та визначення впливу гiдродинамiчних ко-ливань на зниження в'язкост нафти.
2. Аналiз лiтературних даних и постановка проблеми
В Укра'ш видобування високов'язко' нафти здiй-снюеться свердловинним методом. В роботах вчених I. М. Мщенка i О. Ф. Миронова [1] вiдмiчаеться, що одними з найб^ьш придатними для видобування ВВН е струминш насоси. В цих насосах вщсутш рухомi де-талi, у вставному варiантi вони можуть бути замшеш без тдйому на поверхню насосно-компресорних труб. бдиною проблемою для струминних насосiв е всмок-тування ВВН.
Одним iз шляхiв зменшення негативного впливу високоi в'язкостi нафти на всмоктування и до вхiдноi лiнii насосу, поеднавши роботу струминного насоса iз пульсацшною дiею на високов'язку нафту. Це позитивно вплине на роботу насосу при експлуатацп пласпв з ВВН, як знаходяться на глибинах до 2000 м.
Враховуючи результати проведених стендових ви-пробувань [2], було зроблено висновок про те, що в якост генератора пульсацшних коливань краще використовувати гiдродинамiчний пульсатор. Таю пристроi мають мiнiмальнi габарити i масу, просту конструкцiю, що не мктить жодноi рухомоi детал^ його проточна частина не тддаеться кавiтацiйному руйнуванню, легко монтуеться у струминний апарат.
При проектуваннi гiдродинамiчного пульсатора був проведений аналiз аналогiчних вичизняних та за-рубiжних пристроiв, таких як генератор Гартмашвсь-кого типу, вихровi генератори, гiдроакустичнi ви-промiнювачi з резонуючими стержнями (пластиною, мембраною), пристрой спроектованi на основi трубки Вентурi та iншi.
Були розглянуи гiдроакустичнi генератори [3], принцип ди яких Грунтуеться на змiнi напрямку потоку або на взаемодп двох i бiльше закручених стру-менiв мiж собою. Генерацiя коливань визначаеться нестшюстю обертового струменю, деформащею пери-ферiйного потоку з перюдичною пульсацiею, а також при зриванш обертового потоку iз зрiзу вихщного конусу. Струмiнь рiдини подаеться через тангенщально розташований отвiр (або деюлька отворiв) i приходить в обертовий рух у камерi завихрення, виходячи з неi через звужений вихщний отвiр, збiльшуе обертовий рух i зриваеться з гостроi кромки вихiдного отвору.
При цьому виникають пульсацп вихiдного потоку. Для '¿х пiдсилення через центральний отвiр подаеться струмшь, величину якого можна регулювати. Якщо центральний струмiнь змiстити з ексцентриситетом 0,5-1,5 мм, то штенсифжуеться розвиток автоколи-вального процесу, зб^ьшуеться амплiтуда прецесii приосьового потоку, тдвищуеться рiвень пульсацii тиску i швидкосп в периферiйному вихорi i вщповщно росте потужнiсть випромiнюваного поля i к.к.д. генератора.
Виникнення хiмiчних реакцш у полi ультраз-вукових хвиль ткно пов'язане з явищем кавггацп, яка сприяе утворенню порожнин в рщиш з наступ-ним '¿х лусканням i супроводжуеться iнтенсивними гiдравлiчними ударами. Кавiтацiйна порожнина ут-ворюеться всередиш рiдини при умовi, що тиск зни-жуеться до величини, яка е меншою за межу мщност цiеi рiдини [4-6].
Також був розглянутий гiдродинамiчний випромь нювач вихрового типу [7], в якому створювались обертовi потоки рвдини в протилежних напрямах. Для цього ви-користовувались цилшдричний корпус i приспоаблен-ня для створення обертових потоюв рiдини, викона-не у виглядi цилiндричних коаксиально розташованих елементiв, яю утворюють кiльцевi зазори на виход^ а зi сторони входу виконаш гвинтовi канали. Цi гвинтовi канали виконаш на складних цилшдричних елементах i мають протилежний напрямок. Також цилiндричнi елементи мають конiчну форму. Таю пристро' випробо-вувались у лабораторних умовах i хоча отримаш хорошi результати, потрiбно i надалi проводити дослiдження i пробувати використовувати '¿х на практицi.
3. Цшь i задачi дослiдження
Цiллю дослщження е визначення iнтенсивностi генеруючого поля, яке створюеться гiдродинамiчним пульсатором та його вплив на зниження в'язкосп та зб^ьшення температури високов'язких нафт.
Задачами, що виршувались для досягнення ще' цiлi, були:
- проаналiзувавши позитивнi та негативнi сторони кнуючих генераторiв, створити удосконалену кон-струкцп гiдродинамiчного пульсатора, який би ство-рював iнтенсивнiсть поля великого значення;
- розробити схему i виготовити стенд для прове-дення експериментальних дослщжень удосконалено' конструкцп гiдродинамiчного пульсатора.
4. Матерiали i методи дослщжень роботи гiдродинамiчного пульсатора
Для удосконалення конструкцп гiдродинамiчного пульсатора використовуемо конусоподiбну вихрову камеру з тангенцiальними каналами i з внутрiшньою поверхнею корпусу, виконаною у виглядi гвинтово' по-верхнi для бiльшого завихрення потоку рщини. Щоб збiльшити iнтенсивнiсть генеруючого поля та утворен-ня перюдично зривно' кавiтацii з швидким лусканням кавиацшних каверн, було запропоновано дифузор iз ступiнчатими гострими кромками i кутом розкриття бiльше 300 (рис. 1).
Для зменшення витрат робочо! рiдини потрiбно зменшити дiаметр сопла критично! частини. Осюльки ця величина гранична i залежить вiд очищення робочо! рiдни (практично використовуються фiльтри з дiаметрами не бiльшими як 2,5 мм), то дiаметр сопла можна брати не менше 3 мм, бо сопло може засмиитися тском, окалиною i т. п. шламом, який проскочить через ф^ьтр. Тому було запропоновано використовувати дифузор з дiаметром сопла критично! частини бшьше 3 мм, а також пружинний стержень меншого дiаметру шж дiаметр сопла, що буде створювати кiльцеву шдли-ну з площею поперечного перерiзу приблизно рiвною критичному. Наявшсть пружинного стержня iнiцiюe утворення спiралеподiбного вихрового шнура, який обертаючись навколо стержня деформуе периферш-ний потж, викликаючи в ньому перюдичт пульсацii швидкостi i тиску, що призводить до зб^ьшення штен-сивност генеруючого поля.
Робоча рiдина через патрубок 1 потрапляе у вхщ-нi тангенцiальнi отвори 5 в юльцеву конусоподiб-ну камеру завихрення 3, де потж рiдини тд дiею центробiжноi сили сильно закручуеться та шщже виникнення прецесуючого вихрового ядра, яке скру-чуеться по довжит струменю. Рухаючись по стш-ках кругово! конусоподiбноi камери вiд перерiзу з бiльшим дiаметром до перерiзу з меншим дiаметром, закручений струмшь збiльшуе свою швидкiсть руху. Зб^ьшення швидкостi руху означае збiльшення кь нетично! енергii струменя. За законом збереження енергп зростання кiнетичноi енергп неминуче викли-че падiння потенцшно! енергii, а роль потенцiйноi енергп в потощ робочо! рiдини виконуе тиск. Таким чином, чим меншим буде дiаметр, тим вищою в ньому буде швидюсть руху закрученого струменю i тим нижче впаде тиск. Як пльки тиск у своему падшт наблизиться за величиною до тиску насичених парiв почнеться бурхливе пароутворення. Тобто, почнеться холодне адiабатне китння рiдини. Цей процес буде супроводжуватися утворенням бульбашок, в сере-дит яких будуть знаходитися пари рiдини. Нижнiй кшець центрального пружинного стержня 2, перебу-ваючи пiд одночасною дiею перепадiв швидкостi закрученого струменя i прецесуючого вихрового ядра, буде здiйснювати поперечнi коливальнi рухи, створю-ючи ще бiльше завихрення та штенсифжуючи утворення парогазових бульбашок або каверн. На виходi з камери завихрення при проходженш рiдини через стутнчатий дифузор 4, дiаметр якого поступово буде зб^ьшуватися i вщповщно швидкiсть руху рiдини буде зменшуватися, а тиск вщповщно зб^ьшувати-меться. Стшки парових бульбашок, в середин яких тиск буде нижчий за атмосферний, почнуть стрiмко рухатися назустрiч один одному. Чим бiльшим буде зовшшнш тиск, тим бiльшим буде сила, яка дiе на стшки, тим б^ьшим буде !х прискорення. Незначна частина пари в об'емi бульбашки буде завжди присут-ня. Юльюсть ii мала, i тому б^ьшу частину процесу лускання пара не здшснюе суттевого спротиву збли-женню стiнок бульбашки. I лише в кшщ, коли об'ем бульбашки складае вщсотки або долi вщсотка вiд ii максимального об'ему, !х тиск за величиною набли-жаеться до зовшшнього тиску на стшки бульбашки. Але осюльки стiнки вже набрали швидюсть та шер-щю, тому зупинити !х неможливо..
Рис. 1. Схема гiдродинамiчного пульсатора: 1 — патрубок; 2 — пружинний стержень; 3 — конусоподiбна камера завихрення; 4 — стутнчатий дифузор; 5 — тангенщальш вхщж канали; I, II — ачення сопла
У результат швидюсний напiр стшок продовжуе стискати бульбашку i вона лускае з виникненням потужних мжропотоюв, як подiбнi до кумулятив-них струмешв. В цей момент на^вання рiдини буде вiдбуватися за рахунок енергп, яка зв^ьняеться при гальмуванш струменя пiд час кавiтацiйних процеав, тобто за рахунок гiдравлiчного тертя.
Одночасно збшьшення тиску призведе до зворот-ного процесу - конденсацп пари. Температура в центрi бульбашки, що луснула, в результат стиснення буде значно перевищувати температуру робочо! рiдини. Це перевищення, на думку деяких дослщниюв, може досягати десятюв i навiть сотень градусiв.
Для проведення дослщжень було спроектовано стенд, який складаеться з таких основних частин: силового модуля, гiдродинамiчного пульсатора, камери, де б дослвджувалися фiзичнi поля, первинних дат-чиюв i вторинно! вимiрювальноi апаратури, необхщ-но! для визначення параметрiв фiзичних полiв.
Силовий модуль стенду мае насос, який забезпечуе витрати, в середньому 0,210-3 м3/с при тиску 10 МПа через сопло з площею поперечного перерiзу приблизно 7,510-6 м2. Це може би бути насос плунжерного, шиберного, роторного або шестерневого типу. Також по-трiбний електродвигун з потужшстю до 3 кВт i числом обертв приблизно 50 с-1 (3 000 об/хв). Електродвигун i насос повинш бути змонтоваш на спiльнiй рамi та з'ед-нанi мiж собою муфтами. Обов'язково повинно бути заземлення. Схема лабораторного стенду зображена на рис. 2, 3.
Гiдравлiчну частину стенду зроблено з замкнутим циклом, наприклад: робоча рщина з техшчно! емност через всмоктувальну лiнiю потрапляе в насос, звщти в нагнiтальну лшш i через витратомiр i фшьтр подаеть-
ся в пдродинамшний пульсатор, який розташований в камер1 досл1джень, заповненш р1диною, зв1дки через вих1дну лш1ю в1дпрацьована р1дина повертаеться в техшчну емшсть.
Рис. 2. Схема лабораторного стенду для визначення
штенсивност енергетичного поля, створюваного гiдродинамiчним пульсатором: 1 — гiдродинамiчний пульсатор; 2 — металева камера; 3 — кришка камери; 4 — перехщник; 5 — гвинт стопорний; 6 — манометр; 7 — рама; 8 — електродвигун; 9 — поршневий насос; 10 — муфта; 11 — всмоктувальна лЫя; 12 — нагштальна л^я; 13 — клема заземлення; 14 — магштострикцшний датчик; 15 — осцилограф; 16 — капсула з високов'язкою нафтою
(як правило електричний), зручний для передач! по лш1ях зв'язку на вторинш прилади для подальшого перетворення, реестрацп 1 обробки, щоб отримати результат у форм1 вим1ряно1 ф1зично1 величини в функцп часу.
Рис. 3. Фотографiя лабораторного стенду для дослщження роботи гiдродинамiчного пульсатора
Для камери (техшчно' емност1), в якш працюе при-стрш-пульсатор, необх1дно розрахувати максимально допустимий тиск за формулою:
Р = к Р ,
тах н К
(1)
де кн =1,5 - коефщ1ент надшносп; Рк - тиск в камера Па.
Напруження, як виникають у камера ок визна-чаються з формули юльцевих рад1альних 1 осьових напружень:
о. = о =
тах вн
28
Ф.],
(2)
де Dвн - внутр1шнш д1аметр камери, м; 8 - товщина стшки камери, м; [ор ] - допустим! напруження при розтягу для матер1алу камери, Па.
Досл1дження на лабораторному стенд1 проводити-ся в два етапи. Перший - це визначення параметр1в енергетичного поля, створюваного пдродинам1чним пульсатором при р1зних початкових умовах, тобто при заданих тиску 1 витрат1 на вход1 в пдродинам1ч-ний пульсатор та виб1р оптимальних режим1в роботи пульсатора. Другий етап - це вивчення впливу енерге-тичних пол1в, створюваних пдродинам1чним пульсатором, на зниження в'язкост1 та зб1льшення темпера-тури асфальтеносмолопарафшово' нафти при робот пульсатора на оптимальних режимах.
Для визначення синерпчно' дИ енергетичного поля, створюваного пдродинам1чним пульсатором, потр1бно окремо визначити д1ю енергетичного поля, а пот1м як поб1чних, теплового поля 1 явища кав1тацп. Для цих щлей потр1бно мати первинш датчики (вим1рювальш перетворювач1) - пристро', як сприймають вим1рюва-ний параметр 1 перетворюють його у вих1дний сигнал
¡нтенсившсть ультразвукового поля може бути об-числена за формулою
I = 2гс-А2Рр-с,
(3)
де А0 - ампл1туда змщень, м;f - частота коливань, с-1; р - густина середовища, кг/м3; с - швидюсть звуку в цьому середовишд, м/с.
Густину середовища 1 швидюсть звуку в ньому можна взяти табличними або обчислити за в1домими формулами.
Також штенсившсть поля, створюваного пдроди-нам1чним пульсатором, можна визначити через добу-ток поб1чних величин, користуючись формулою
I =
PQ
(4)
де Р - тиск у сопл1, Па^ - витрати р1дини через сопло, м3/с; S - площа поперечного перер1зу сопла, м2.
Значить для вим1рювання цих величин потр1бно мати на стенд1 манометри або датчики тиску 1 витра-том1р.
Пор1внюючи отримаш результати, обчислеш за формулами (3) 1 (4), можна 1з б1льшою достов1рш-стю говорити про штенсившсть енергетичного поля, створюваного пдродинам1чним пульсатором, 1 легше визначити оптимальш режими його роботи.
Щоб визначити теплове поле, потр1бно вим1рювати р1зницю температур на вход1 в пдродинам1чний пульсатор 1 на виход1 з нього. Для цього можна використа-ти скляш р1динш термометри (спиртов! або ртутш), електроконтактш термометри типу ТПК з рухомим контактом, також термоелектричш перетворювач1 або як '¿х ще називають термопари типу ТМК (м1дь-копель)
S
або типу ТХК (хром-копель). Але при визначеш цих параметрiв потрiбно враховувати час i об'ем рiдини, який на^вався за даний перiод часу.
Швидюсть поширення ультразвуку в матерiально-му середовищi визначаеться такими його характеристиками, як пружшсть i густина. Але при пiдвищеннi деякого граничного для даного середовища значення iнтенсивностi ультразвуку i при переходi ввд поширення коливань мало! амплгтуди до коливань кiнцевоi амплiтуди в полi ультразвукових коливань все бшьшу роль починають вiдiгравати нелiнiйнi ефекти. Пору-шення принципу суперпозицii хвильового процесу призводить до виникнення нових фiзичних явищ -тиску випромшювання, акустичних потокiв i найваж-лившого прояву дп потужного ультразвуку на рщи-ну - акустично! кавгтаци.
Пiд час кавiтацii в рщиш виникають i ростуть парогазовi бульбашки, якi нелiнiйно пульсують i лускаються з утворенням ударних хвиль i куму-лятивних струменiв. Поширення потужного ультразвуку кшцево! амплiтуди в рщиш з розвитком кавiтацiйних явищ супроводжуеться перебпом ряду фiзико-хiмiчних процеав, якi мають велике практичне значення - дегазацп, емульгування, коагуляцii, дис-пергування та iн.
Так як уже вщомо, що утворення кавиацп залежить i вiд в'язкостi рщини, в якiй розповсюджуються коли-вання, то бажано було б провести дослщження, вико-ристовуючи в якост робочо! рiдини легку малов'язку нафту. Тому що для видобування високов'язких нафт уже використовують легку нафту як розчинник. А вивчивши дiю гiдродинамiчного пульсатора, в якому як робочу рвдину використовувати мало в'язку нафту при оптимальних режимах роботи, можна добитися значного зниження в'язкост важких асфальтеносмо-лопарфiнових нафт.
Дослщження проводились на лабораторному стенда який складаеться з металево! камери (техшчно! ем-ностi) для дослвджень фiзичних полiв, створюваних за допомогою гiдродинамiчного пульсатора; гiдравлiчна частина стенду була зроблена iз замкнутим циклом -робоча рвдина подавалась з техшчно! емностi через насос на гiдродинамiчний пульсатор i в металеву камеру, звщки через вихщну лiнiю рiдина поверталась в тех-нiчну емнiсть. Для вимiрювання температури викори-стовувались склянi спиртовi термометри. В якост тд-дослiдноi нафти використовували високов'язку нафту з Кохашвського родовища.
Для визначення тиску в соплi використали рiвнян-ня Бернуллi [8] для двох поперечних «чень 1 i 2, прове-дених в усталеному потощ реальноi рщини
5. Результати дослiджень iнтенсивностi ультразвукового поля, створюваного гiдродинамiчним пульсатором
На лабораторному стендi було проведено ряд до-слiдiв для визначення штенсивност ультразвукового поля (рис. 2). Результати випробувань зведено в табл. 1.
Таблиця 1
Результати лабораторних дослщжень штенсивносп ультразвукового поля, створюваного гiдродинамiчним пульсатором
Площа поперечного Тиск в нагштальнш лши, Па -106 Об'ем рщини з Час, за який витжае даний об'ем рщини, с 1нтен-сившсть ультразвукового поля,
перершу сопла, м2-10-6 сопла пульсатора, м3 -10-3
Вт/м2 -103
0,62 9 1,153
0,67 10 1,120
7,06 0,118 0,74 11 1,121
0,69 10 1,153
0,68 10 1,136
1,3 7 54.18
7,06 2,06 1,6 1,28 9 6 51,64 62,45
1,38 7 57,49
0,86 6 234,26
4,15 6,81 0,99 0,96 6 6 270,36 262,87
0,98 6 266,95
Високов'язка нафта Кохашвського родовища помь щалася в контейнер i пiсля цього пiддавалася обробцi пдроакустичним полем, створеним пульсатором. Вна-слщок чого в'язкiсть нафти з 147 мПа-с знизилась до 18 мПа-с. В той самий час температура обробленоi нафти пiдвищилась з 15 °С до 58 °С за пiвгодини.
Iнтенсивнiсть ультразвукового поля визначаеться [8] за формулою
I = Р и , (6)
де Р - тиск в нагштальнш лшп, Па; и - швидкiсть витжання рiдини з сопла, м/с;
и = (7)
S
де Ц - витрати рвдини через сопло пульсатора, м3/с; S - площа поперечного перерiзу сопла, м2;
а=V, ^ t
(8)
Р1 + а1
ри
ср1
+ =Р2 + а
2
Р' и2р2
+ РgZ2 +ДР12, (5)
де V - об'ем рвдини, яка витiкае iз сопла кавиатора, м3; t - час, за який витжае даний об'ем рщини, с.
де Р - статичний тиск, Па; иср - середня швидюсть в даному сiченнi, рiвна вiдношенню секундноi об'емноi витрати до плошд сiчення, м/с; р - густина ро6очо! рь дини, кг/м3; z - висота сiчення струменю над умовним рiвнем, м; а1 - поправочний коефiцiент на нерiвномiр-нiсть розповсюдження швидкостi по «ченню 1 i 2; Др12 - втрата тиску мiж сiченнями 1 i 2, зв'язана з ро-ботою сил тертя.
6. Обговорення результаив лабораторних випробувань штенсивноси ультразвукового поля, створюваного гiдродинамiчним пульсатором
Лабораторними дослiдженнями гiдродинамiчного пульсатора було встановлено характер витжання ро-6очо! рiдини з пристрою. Потж, потрапляючи через тангенцiальнi отвори в камеру закручування, набувае
вщцентрового прискорення ^ витiкаючи з великою швидюстю через сопло пульсатора, створюе гщроаку-стичне поле [9].
Оптимальний режим роботи гiдродинамiчного пульсатора (табл. 1) виникае при площд поперечного перерiзу сопла 4,15 м2-10-6, тиску в нагнiтальнiй лiнii 6,81 МПа та iнтенсивностi ультразвукового поля 234,26-266,95 Вт/м2-103. Тобто при меншому дiаметрi сопла створюеться бiльше значення штенсивност поля.
В'язкiсть Коханiвськоi нафти шсля оброблення гiдроакустичним полем у порiвняннi з початковим значенням з 147 мПа-с по завершеннi дослщжень зни-зилась до 18 мПа-с.
В той же час температура нафти за час проведення дослщу збiльшилась: початкове значення було 15 °С, а по завершенш дослiджень воно становило 58 °С. Це сввд-чить про те, що частина енергп гiдроакстичного поля трансформуеться у тепло. Шд час роботи гiдродинамiч-ного пульсатора виникають швидкоплинш градiенти тиску i проходить руйнування мехашчно' структури високов'язко' i вiдбуваеться перехiд неньютонiвськоi рь дини в ньютонiвську, що пiдтверджуеться результатами експерименпв, якi наведенi у роботах [10-17].
7. Висновки
На осшж проведених експериментальних дослвд-жень встановлено можливкть виникнення пульсацiй i коливань тиску у потощ робочо' рщини при и проход-женнi через гiдродинамiчний пульсатор.
За допомогою спроектованого i виготовленого стенду вдалося визначити штенсившсть гвдроакустичного поля, величина якого е достатньою для зниження в'язкостi високов'язко' нафти (з 147 мПа^с до 18 мПа-с), що дозволяе без проблем всмоктувати нафту у забiрну лшж струминних насоав.
Найбiльш значущим ефектом вщ роботи пдроди-намiчного пульсатора е перехiд неньютонiвськоi нафти в ньютошвську за рахунок руйнування мехашчно' структури нафти, що призводить до зб^ьшення тем-ператури нафти.
Сукупшсть цих факторiв робить можливим за-стосування гiдродинамiчного пульсатора в техно-логiчнiй схемi для пiднiмання високов'язких нафт iз свердловин на денну поверхню шляхом зростання швидкоси вщкачування високов'язко' нафти на ден-ну поверхню.
Лиература
1. Федоткин, И. М. Исследование кавитации в технологических процессах [Текст] / И. М. Федоткин, А. Ф. Немчин. - К.: Вища школа, 1984. - 175 с.
2. Якимечко, Я. Я. Стендов! випробування пдродинам1чного пристрою-пульсатора та його вплив на параметри товарно! нафти [Текст] / Я. Я. Якимечко // Нафтова i газова промисловють. - 2009. - № 5-6. - С. 29-30.
3. Фридман, В. М. Ультразвуковая химическая аппаратура [Текст] / В. М. Фридман. - М.: Машиностроение, 1967. - 300 с.
4. Фем'як, Я. М. Пщвищення ефективност руйнування прських порщ [Текст] / Я. М. Фем'як, Р. С. Яремшчук, Я. Я. Якимечко // Нафтова i газова промисловють. - 2001. - №2. - С. 16-17.
5. Френкель, Я. И. Кинетическая теория жидкостей [Текст] / Я. И. Френкель. - М.- Л.: Издательство АН СССР, 1959. - 359 с.
6. Яремшчук, Р. С. Руйнування прських порщ при каштацшному буршш свердловин [Текст] / Р. С. Яремшчук, Я. М. Фем'як, Я. Я. Якимечко // Розвщка та розробка нафтових i газових родовищ. - 1вано-Франювськ: 1ФДТУНГ, 2000. - Вип. 36, Т. 2. - С. 33-37.
7. Агранат, Б. А. Ультразвуковая технология [Текст] / Б. А. Агранат. - М.: Металлургия, 1974. - 505 с.
8. Сургучов, М. Л. Гидродинамическое, акустическое, тепловое циклические воздействия на нефтяные пласты [Текст] / М. Л. Сургучов, О. Л. Кузнецов, Э. М. Симкин. - М: Недра, 1975. - 185 с.
9. Антонов, А. Н. Пульсации давления при струйных и отрывных течениях [Текст] / А. Н. Антонов, В. М. Купцов, В. В Комаров. -М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.
10. Шандровський, Т. Р. До проблеми створення насоав для шдшмання iз свердловин високов язких нафт [Текст] / Т. Р. Шан-дровський, Я. Я. Якимечко // Нафтова i газова промисловють. - 1999. - № 2. - С. 41-44.
11. Вахитов, Г. Г. Использование физических полей для извлечения нефти из пластов [Текст] / Г. Г. Вахитов, Э. М. Симкин. - М.: Недра, 1985. - 231 с.
12. Симкин, Э. М. Виброволновые и вибросейсмические методы воздействия на нефтяные пласты [Текст] / Э. М. Симкин, Г. П. Лопухов // Нефтепромысловое дело: обзор. информ. - М., 1985. - Вып. 15. - 32 с.
13. Taleyarkhan, R. P. Evidence for nuclear emissions during acoustic cavitation [Text] / R. P. Taleyarkhan, C. D. West, J. S. Cho, R. T. Lahey (jr), R. I. Nigmatulin, R. C. Block // Science. - 2002. - P. 1868-1873. doi:10.1126/science.1067589.
14. Сиротюк, М. Г. Экспериментальные исследования ультразвуковой кавитации [Текст] / М. Г. Сиротюк; под общ. ред. В. Я. Ро-зенберга // Мощные ультразвуковые поля. - М.: Наука, 1968. - С. 167-220.
15. Симкин, Э. М. Влияние акустического поля на реологические свойства нефтей [Текст] : Тр. ин-та / Э. М. Симкин, Л. В. Соколов. - М., ВНИИЯГГ, 1981. - С. 60-63.
16. Сургучев, М. Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов [Текст] / М. Л. Сургучев. - М.: Недра, 1985. - 308 с.
17. Ефимова, С. А. Регулирование эффективной теплопроводности коллекторов в акустическом поле [Текст] / С. А. Ефимова, М. Л. Сургучев и др. // Нефтяное хозяйство. - 1975. - № 4. - С. 52-55.
