CC BY
9
УДК 624.042.7
А. А. Капелюховский, A.A. Kapelyukhovskiy, e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОИМПУЛЬСНЫМ ИЗЛУЧАТЕЛЕМ
ЕVALUATION OF SI STAES ABILITY CONTROL SYSTEM OF HYDROPLLSE EMITTER
Оценено влияние протяженности скважины на устойчивость системы автоматического управления частотой излучения гидродинамического вибратора. предназначенной для повышения нефтеотдачи.
Analyzed the effect of the length of the borehole on sustaiuabihty of automatic control system* the radiation frequency of hydro pulse generator to enhance oil recovery.
Ключевые слова: повышение нефтеотдачи скважинный генератор, устойчивость системы управления
Keywords: enhanced oil recovery', borehole oscillator, mstainability of the control system
Для проведения низкочастотного акустического воздействия на прнзабойную зону пласта (ПЗП) с целью повышения нефтеотдачи в настоящее время активно применяются погружные скважинные гидродинамические излучатели (ПИ) различных принципов действия (золотниковые, роторные, шиберно-торцевые. клапанно-ударные и пр.), устанавливаемые на глубине залегания пласта [1]. Результатом работы этих устройств являются возникающие в области затрубного пространства пульсации давления и скорости движения жидкости, способствующие образованию сети микротрещин в пористой среде пласта. В основном, работу подобных гидрогенераторов обеспечивает нагнетающий насос, установленный на устье скважины.
Хотя подобные гидравлические излучающие устройства и могут обеспечивать необходимую мощность излучения при проведении вибросейсмического воздействия (ВСВ) на нефтеносный пласт, их использование до сих пор ограничено. Данный факт связан с тем, что эффективная работа ПИ возможна в узком диапазоне частот, обусловленным необходимостью согласования частоты излучения устройства и доминантной частоты пласта. Согласование частот можно добиться, используя систему автоматического управления частотой излучения гидродинамического вибратора с устья скважины [2], управляя расходом нагнетающего насоса.
Особенностью функционирования системы управления является наличие длинной гидравлической линии, по которой происходит передача изменения расхода рабочей жидкости от устья скважины до ПИ и передача пульсаций давления от забойной части до устья по обсадной трубе к датчику обратной связи.
Полагая, что данная гидравлическая линия способна пропускать весь переносимый прямой волной расход среды, и считая характер гидравлических сопротивлений квазистационарным, удалось сформировать передаточную функцию данного объекта:
WT(p)=e-2TLpj {1)
где К^ = е . Т^ =-, 5 - коэффициент затухания, Ь - глубина скважины, —
скорость распространения волны возмущения, р - комплексная переменная Лапласа.
В качестве ПИ предлагается использовать роторный гидроимпульсный генератор упругих волн [3]. в котором перепад давления создается за счет периодического перекрытия выходных отверстий. Его передаточная функция была определена видом:
•^г(р)= Кг---(2)
ТрР - 2£Тгр + 1
где К - =У0'К1Р-К°-:Г-2В«.Т2=
ц - количество отверстий, перекрывающих давление; ¿Г - рабочий объем гидромотора, приведенный к одном}1 радиану поворота вала; Кп - проводимость отверстий, по которым происходит перетечка жидкости: \г0 — объем полостей гидромотора; Вж — модуль объемной упругости жидкости: I - момент инериии вращающихся частей; К^ - вязкое трение.
Считая коэффициент передачи усилительного звена постоянным на всем рабочем диапазоне, его передаточную функцию определяли как
*т{р) = К.
(3)
Принимая линейность передаточной функции регулятора расхода и факт того, что коэффициент передачи регулятора К р определяется параметрами электропривода и площадью
сечения проходного отверстия, передаточную функцию регулятора расхода принимали вида:
К,
(4)
где Тр — постоянная времени регулятора расхода
В результате структурная схема системы управления была представлена в виде (рис. 1), где е - рассогласование заданной ^ и измеренной ^ частот.
Передаточную функцию разомкнутой системы без звена запаздывания определили выражением
= —-■■■_-л, (5)
р(т_р + 1)(тгУ + 24Тгр+1)'
где объединенный коэффициент передачи системы К = К_ - 1С К]_ ■ Кр.
Рис. 1. Структурная схема системы управления
При передаче возмущений в гидравлических линиях наличие запаздывали! может приводить к потере устойчивости системы. Было проведено исследование влияния времени запаздывания на устойчивость системы автоматического управления частотой излучения П1. Для згого определяли амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики системы соответственно:
А(Ш):
К
■'а2(тр2®2 +11тг4ш4 + 4Тг2£2со2 -2Тг2со2 -г)'
(6)
ф(со)=-—-шс^
1 - 2ТрсТГсо2 -Тг2ю2 Тро) + 2сТго) - ТрТрЮ3
(7)
Система сохраняет устойчивость при времени запаздывания, не превышающего значения [5]
где со^ - частота, соответствующая точке пересечения годографа с окружностью единичного радиуса.
Результаты вычислений значения критического запаздывания при различных значениях передаточного коэффициента К при значениях параметров Т^ =0,1 с, Тг = 0.01с,
= 0.5 приведены на рис. 2.
Рнс.2. Значения критического запаздывания при различных значениям объединенного коэффициента передачи
Видно, что при соответствии значения объединенного коэффипиента передачи определенному значению г система управления устойчива. Так, при значениях К ^ 0.4 система устойчива, если X < 4с. Причем снижение значения объединенного коэффипиента передачи при фиксированном значении времени запаздывания положительно сказывается на устойчивости.
Таким образом, проведенное исследование фактически позволяет при фиксированных значениях параметров системы управления определить глубину скважины, для которой система управления частотой излучения ГП будет функционировать устойчиво.
Библиографический список
1 Кузнецов. О Л Физические основы вибрационного и акустического воздействия на нефтегазовые пласты [Текст] / О. Л. Кузнецов, Э. М. Симкин, Дж. Чнлингар - М : Мир, 2001. -2ö0c.
2. Капелюховский A.A. Система управления частотой излучения погружного гидромеханического вибратора [Текст] / A.A. Капелюховский П Техника и технология современного нефтехимического и нефтегазового производства:: материалы 4-й Междунар. научн.-техн. конф. аспирантов, магистрантов, студентов, творческой молодежи профильных предприятий и организаций, учащихся старших классов. - Омск : ОмГТУ, 2014. - С. 124-125.
3. Пат. 2157452 Российская Федерация, МПК Е21В43/25, E21B2S/Q0. Гидроимпульсный генератор упругих волн [Текст] / Аминев М.Х., Поляков Д.Б.. Шаймарданов Р.Ф.; заявитель Аминев М X. ; патентообладатель Аминев М. X, Поляков Д. Б.. Шаймарданов Р. Ф. — № 98106680/03; заявл. 26.03.1998; опубл. 10.10.2000, Бюл. № 28.
4. Воронов. A.A. Основы теории автоматического управления: Особые линейные и нелинейные системы [Текст] i A.A. Воронов. - М. : Энергоиздат. 1981- 304 с.
