Гусак Ольга Василівна

Для створення внутрісвердловинного пульсуючого промивання використаються заглибні пульсаційні насоси, що дозволяють періодично передавати енергію стисненого повітря безпосередньо на витіснення рідини [8, 10]. По розташуванню повітророзподільника в нагнітальній лінії стисненого повітря розрізняють пульсаційні насоси із заглибним і поверхневим повітророзподільниками. На рис. 1 показаний пульсаційний насос ДонНТУ (А.С. № 987173) із заглибним повітророзподільником [4].

Внутрісвердловинне пульсуюче промивання створюється шляхом витиснення рідини із заглибний витискної камери 4 (рис. 2) пульсаційного насоса через нагнітальний клапан 5 на вибій свердловини 8 стисненим повітрям, що подається в неї по колоні бурильних труб 1. Заповнення витискної камери відбувається через всмоктувальний клапан 6 за рахунок гідростатичного тиску стовпа рідини. При цьому циркуляція в просторі від витискної камери до вибою відсутній. Таким чином, подача пульсаційного насоса носить пульсуючий характер. Буровий шлам збирається в зовнішню шламову трубу 9, установлену над колонковою трубою 10 [6].

Внутрісвердловинне пульсуюче промивання застосовується в умовах поглинання очисного агента, характер якого:

- не дозволяє забезпечити систему циркуляції промивної рідини в свердловині з виходом на денну поверхню, при цьому послу розкриття проникної зони спостерігається значне падіння висоти стовпа рідини;

- дає можливість забезпечити систему циркуляції із частковим виходом промивної рідини на денну поверхню, але буравлення з поглинанням очистного агента економічно не вигідно через його дефіцит і проблеми з доставкою на об'єкт бурових робіт.

Застосовуючи технологію буравлення із внутрісвердловинної пульсуючої промивкою, можна вирішити наступні завдання:

1. Пробурити проникну зону, перекрити її й відновити систему циркуляції промивної рідини в свердловині з виходом на денну поверхню.

2. Забезпечити буравлення великого інтервалу свердловині в умовах поглинання промивної рідини (при необхідності з поінтервальним тампонуванням проникної зони) [1, 6].

На кафедрі «Техніка й технологія геологорозвідувальних робіт» розроблена методика розрахунку подачі пульсаційного насоса. Особливістю роботи пульсаційнного насоса є те, що він створює не стаціонарний потік рідини, а пульсуючий [1, 7].

Нестаціонарність потоку рідини спричиняється нестандартний підхід до проектування технологічних параметрів внутрісвердловинного пульсуючого промивання. Причина нестаціонарності полягає в особливостях робочого циклу заглибного пульсаційного насоса.

Робочий цикл пневматичного пульсаційного насоса з заглибним повітророзподільником складається із трьох етапів (рис. 4):

1. Витиснення рідини стисненим повітрям з витискної камери (тривалість етапу - tв).

2. Рух рідини по інерції (тривалість етапу - tи).

3. Заповнення витискної камери за рахунок гідростатичного тиску стовпа рідини (тривалість етапу - tзап).

Сумарний час витиснення tв і руху рідини по інерції tи становить активну частину робочого циклу tа або одну пульсацію. Заповнення витискної камери - пасивна частина робочого циклу tп. За час tп відсутній внутрісвердловинна циркуляція промивної рідини в просторі гідравлічного контуру від вибою шпари до усмоктувальної частини пульсаційного насоса.

При роботі пульсаційного насоса з поверхневим повітророзподільником (рис. 5) робочий цикл складається з 5-ти етапів:

1. Заповнення нагнітальної лінії стисненим повітрям до моменту початку витиснення промивної рідини (тривалість етапу - tзк).

2. Витиснення промивної рідини стисненим повітрям з витискної камери (тривалість етапу - tв).

3. Рух промивної рідини по інерції (тривалість етапу - tи).

4. Вихлоп стисненого повітря з нагнітальної лінії (тривалість етапу - tвв).

5. Заповнення витискної камери за рахунок гідростатичного тиску стовпа рідини (тривалість етапу - tзап).

Кафедрою розроблені диференціальні рівняння, що дозволяють розраховувати подачу пульсаційного насоса на будь-якому етапі стосовно до будь-якої рідини й будь-якої конструкції пульсаційного насоса.

На рис.6 показане тільки одне диференціальне рівняння зміни кінетичної енергії неньютонівської рідини на етапі витиснення робочого циклу пульсаційного насоса із заглибним повітророзподільником, отримане стосовно до нерухомого рівня в свердловині при турбулентному плині рідини [1].

Розрахункові формули, разроблені кафедрою, являють собою диференціальні рівняння другого порядку. Чисельне інтегрування рівнянь дає змінне значення швидкості координати вільної поверхні рідини, що витісняє з витискної камери, що свідчить про мінливість подачі пульсаційного насоса на етапі витиснення робочого циклу і її залежності від великої кількості параметрів, що характеризують положення пульсаційного насоса в гідравлічному контурі свердловині, а так само робітник і очисної агент. Це істотно відрізняє подачу пульсаційного насоса від подачі рідини за допомогою поршневих або плунжерних насосів, при якій забезпечується обраний для конкретних умов буравлення витрата рідини, що не залежить від вищезгаданих параметрів [6].

Для оперативності прогнозування подачі пульсаційного насоса стосовно до реального об'єкта ведення робіт задаються конкретні умови, у рамках яких, розраховуються графічні залежності подачі пульсаційного насоса в спектрі всіх глибин і діаметрів свердловин, а так само очікуваних параметрів промивної рідини й робочого агента й апроксимуються до найближчої стандартної функції. Отримана залежність береться для використання в практичних цілях [6].

Маючи набір отриманих аппроксимованих залежностей, можна оперативно визначати подачу пульсаційного насоса стосовно до всіх можливих умов використання пульсуючого промивання на даному конкретному об'єкті буравлення, тобто прискорити процес прогнозування подачі пульсаційного насоса й застосувати отримані результати на практиці в гірській промисловості.

Література