Гусак Ольга Васильевна

Для создания внутрискважинной пульсирующей промывки используются погружные пульсационные насосы, позволяющие периодически передавать энергию сжатого воздуха непосредственно на вытесняемую жидкость [8, 10]. По расположению воздухораспределителя в нагнетательной линии сжатого воздуха различают пульсационные насосы с погружным и поверхностным воздухораспределителем. На рис.1 показан пульсационный насос ДонНТУ (А.С. № 987173) с погружным воздухораспределителем [4].

Внутрискважинная пульсирующая промывка создается путем вытеснения жидкости из погружной вытеснительной камеры 4 (рис.2) пульсационного насоса через нагнетательный клапан 5 на забой скважины 8 сжатым воздухом, подающимся в нее по колонне бурильных труб 1. Заполнение вытеснительной камеры происходит через всасывающий клапан 6 за счет гидростатического давления столба жидкости. При этом циркуляция в пространстве от вытеснительной камеры до забоя отсутствует. Таким образом, подача пульсационного насоса носит пульсирующий характер. Буровой шлам собирается в наружную шламовую трубу 9, установленную над колонковой трубой 10 [6].

Внутрискважинная пульсирующая промывка применяется в условиях поглощения очистного агента, характер которого:

- не позволяет обеспечить систему циркуляции промывочной жидкости в скважине с выходом на дневную поверхность, при этом после вскрытия проницаемой зоны наблюдается значительное падение высоты столба жидкости;

- дает возможность обеспечить систему циркуляции с частичным выходом промывочной жидкости на дневную поверхность, но бурение с поглощением очистного агента экономически не выгодно по причине его дефицита и проблем с доставкой на объект буровых работ.

Применяя технологию бурения с внутрискважинной пульсирующей промывкой, можно решить следующие задачи:

1. Пробурить проницаемую зону, перекрыть ее и восстановить систему циркуляции промывочной жидкости в скважине с выходом на дневную поверхность.

2. Обеспечить бурение большого интервала скважины в условиях поглощения промывочной жидкости (при необходимости с поинтервальным тампонированием проницаемой зоны) [1, 6].

В настоящее время на кафедре «Техника и технология геологоразведочных работ» разработана методика расчета подачи пульсационного насоса. Особенностью работы пульсационного насоса является то, что он создает не стационарный поток жидкости, а пульсирующий [1, 7].

Нестационарность потока жидкости обуславливает нестандартный подход к проектированию технологических параметров внутрискважинной пульсирующей промывки. Причина нестационарности заключается в особенностях рабочего цикла погружного пульсационного насоса [9].

Рабочий цикл пневматического пульсационного насоса с погружным воздухораспределителем состоит из трех этапов (рис. 4):

1. Вытеснение жидкости сжатым воздухом из вытеснительной камеры (продолжительность этапа - tв).

2. Движение жидкости по инерции (продолжительность этапа - tи).

3. Заполнение вытеснительной камеры за счет гидростатического давления столба жидкости (продолжительность этапа - tзап).

Суммарное время вытеснения tв и движения жидкости по инерции tи составляет активную часть рабочего цикла tа или одну пульсацию. Заполнение вытеснительной камеры – пассивная часть рабочего цикла tп. За время tп отсутствует внутрискважинная циркуляция промывочной жидкости в пространстве гидравлического контура от забоя скважины до всасывающей части пульсационного насоса.

При работе пульсационного насоса с поверхностным воздухораспределителем (рис. 5) рабочий цикл состоит из 5ти этапов:

1. Заполнение нагнетательной линии сжатым воздухом до момента начала вытеснения промывочной жидкости (продолжительность этапа – tзк).

2. Вытеснение промывочной жидкости сжатым воздухом из вытеснительной камеры (продолжительность этапа - tв).

3. Движение промывочной жидкости по инерции (продолжительность этапа – tи).

4. Выхлоп сжатого воздуха из нагнетательной линии (продолжительность этапа – tвв).

5. Заполнение вытеснительной камеры за счет гидростатического давления столба жидкости (продолжительность этапа – tзап).

Кафедрой разработаны дифференциальные уравнения, позволяющие рассчитывать подачу пульсационного насоса на любом этапе применительно к любой жидкости и любой конструкции пульсационного насоса.

На рис. 6 показано только одно дифференциальное уравнение изменения кинетической энергии неньютоновской жидкости на этапе вытеснения рабочего цикла пульсационного насоса с погружным воздухораспределителем, полученное применительно к неподвижному уровню в скважине при турбулентном течении жидкости [1].

Расчетные формулы, разработанные кафедрой, представляют собой дифференциальные уравнения второго порядка. Численное интегрирование уравнений дает переменное значение скорости координаты свободной поверхности жидкости, вытесняемой из вытеснительной камеры, что свидетельствует о непостоянстве подачи пульсационного насоса на этапе вытеснения рабочего цикла и ее зависимости от большого количества параметров, характеризующих положение пульсационного насоса в гидравлическом контуре скважины, а так же рабочий и очистной агент. Это существенно отличает подачу пульсационного насоса от подачи жидкости посредством поршневых или плунжерных насосов, при которой обеспечивается выбранный для конкретных условий бурения расход жидкости, не зависящий от вышеназванных параметров [6].

Для оперативности прогнозирования подачи пульсационного насоса применительно к реальному объекту ведения работ задаются конкретные условия, в рамках которых, рассчитываются графические зависимости подачи пульсационного насоса в спектре всех глубин и диаметров скважин, а так же ожидаемых параметров промывочной жидкости и рабочего агента и апроксимируется к ближайшей стандартной функции. Полученная зависимость берется для использования в практических целях [6].

Имея набор полученных аппроксимированных зависимостей, можно оперативно определять подачу пульсационного насоса применительно ко всем возможным условиям использования пульсирующей промывки на данном конкретном объекте бурения, т.е. ускорить процесс прогнозирования подачи пульсационного насоса и применить полученные результаты на практике в горной промышленности.

На сайте представлена статья канд. тех. наук Н.Т. Филимоненко на тему "К вопросу повышения надежности пульсационного насоса" УДК 622.243.14.