ДонНТУ   Портал магістрів

Чічікало Дмитро Володимирович

Гірничо-геологічний факультет

Кафедра технологія та техніка буріння свердловин

Спеціальність Буріння свердловин

Розробка гідравлічного пристрою для впливу на продуктивний пласт

Науковий керівник: к. т. н., доцент Каракозов Артур Аркадійович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• 1. Обгрунтування теми і назви, актуальність роботи
• 2. Можливі результати, які очікуються при виконанні роботи, їх новизна і значення
• 3. Мета і завдання дослідження
• 4. Аналітичний огляд
• 4.1 Метод кавітаційної регенерації свердловин з приводом від занурювального насоса
• 4.2 Гідравлічний пристрій для вібраційної розглинізації продуктивних пластів з фільтрами малого діаметру
• 5. Опис розробленого механізму
• Висновки
• Перелік джерел

1. Обгрунтування теми і назви, актуальність роботи

Гострий дефіцит питної та технічної води вимагає інтенсифікації розробки підземних джерел.

Продуктивність нових свердловин багато в чому буде визначатися збереженням властивостей водоносних пластів в експлуатаційний період. Основною причиною зниження продуктивності свердловин у процесі їх експлуатації є кольматація (глінізація, заростання відкладеннями) стінок свердловини в інтервалі водоносного пласта і фільтрової частини свердловини. В результаті її проникність знижується, викликаючи зменшення дебіту. За різними даними більше 50 % свердловин передчасно припиняють роботу через кольматациї і замулювання. Продуктивність старих свердловин може відновлюватися і підвищуватися шляхом системного застосування технологій декольматаціі і обробки привибійної зони пластів. Таким чином, вплив на продуктивні пласти і технічні засоби для його здійснення є одними з основних елементів технології видобутку рідких корисних копалин. Тому розробка технічних засобів для впливу на продуктивний пласт є актуальним завданням.

Подібні технічні засоби можуть використовуватися також і при експлуатації нафтових родовищ для збільшення дебіту свердловин.

Робота виконана за заявкою бурового підприємства ВАТ Востокспецсервіс (м. Краснодон) і відповідає пріоритетним науковим напрямкам ДонНТУ.

2. Можливі результати, які очікуються при виконанні роботи, їх новизна і значення

Нові результати:

1. Визначення робочих параметрів гідравлічного пристрою для впливу на продуктивний пласт, виконаного на основі гідроударника подвійної дії.
2. Конструкція гідравлічного пристрою для впливу на продуктивний пласт в гідрогеологічних свердловинах.
3. Рекомендації з технології застосування гідравлічного пристрою для впливу на продуктивний пласт в гідрогеологічних свердловинах.

Значення роботи полягає в розробці практичної конструкції гідравлічного пристрою для впливу на продуктивний пласт і технології його застосування розробленого пристрою в гідрогеологічних свердловинах.

3. Мета і завдання дослідження

Метою роботи є розробка нових технічних засобів і технологій впливу на систему свердловина – продуктивний пласт, що значно підвищують працездатність і продуктивність свердловин на воду.

Основні завдання дослідження:

1. Дослідження і вдосконалення гідровібраційної декольматації свердловин, вибір основних параметрів руйнування глинистих відкладень на стінках свердловин.
2. Розробка конструкції гідравлічного пристрою для впливу на продуктивний пласт з урахуванням гідровібраційного впливу. Виконати 3D – моделювання та робочі креслення розробленого пристрою.
3. Розробити рекомендації з технології застосування розробленого пристрою в гідрогеологічних свердловинах.

4. Аналітичний огляд

Залежно від виявлених причин встановлюють переважаючі причини зниження дебіту, призначають вид ремонтних робіт і приймають технологію їх проведення.

4.1 Метод кавітаційної регенерації свердловин з приводом від занурювального насоса

Даний метод вимагає періодичної, через короткі проміжки часу (до утворення міцного кольматанта) кавітаційної обробки свердловин. Особливо ефективний даний спосіб при кавітаційній обробці з одночасною відкачкою. Поверхня фільтра при кавітаційній обробці практично не зношується. Навпаки, матеріали схильні до наклепу упрочняют свої поверхневі шари за рахунок кавітаційних впливів. Частинки кольматанта порівняно легко відокремлюються і видаляються із свердловини.

Для ефективного використання кавітаційної регенерації необхідно розробити технологію цього методу: встановити швидкість руху води, що забезпечує кавітаційне відновлення, тиск, що розвивається насосом, визначити найбільш раціональні місця установки кавітаторів і розробити найбільш енергетично вигідну конструкцію кавітатора.

Дослідження показали, що високими потенційними можливостями володіє група методів регенерації свердловин профілактичного характеру. Розроблена уточнена систематизація, враховує профілактичні методи регенерації, представлена на мал. 4.1.

Рекомендованим критерієм оперативного управління явищем кавітаційної обробки свердловини є швидкість течії рідини в віброгенераторі, яка визначається розрахунковим шляхом.

Явище кавітації в потоці рідини, що протікає крізь гідродинамічний кавітатор, зможе початися при досягненні тиску всередині кавітатора, близького до величини тиску насиченої пари. Досягти цього можна при певному значенні швидкості рідини. Так як кавітаційний потік води всередині кавітатора не є суцільним середовищем, а являє собою водо-повітряно-парову систему, то до нього не застосовні класичні рівняння гідромеханіки суцільних середовищ.

Проводилися рядом дослідників (А. Д. Башкатова, В. С. Алексєєвим, В. Т. Гребенникова та ін.) Експериментальні вимірювання та аналітичні рішення свідчать про змінності швидкості (витрати) води по довжині фільтра.

Причому максимум витрати води припадає на верхню частину фільтра. Причиною цього є прийняття потоком енергетично найбільш вигідною форми і шляхи руху (по мінімуму гідравлічних опорів).

Однак, дані вимірювання справедливі тільки для напірних водоносних горизонтів при установці насоса над фільтром. У разі безнапірних горизонтів дані вимірювання не справедливі. Епюри розподілу витрат по довжині фільтра матимуть інший характер. Зміниться при цьому і положення рекомендуємо зони установки віброгенератора.

Вирішальну роль при цьому також місце установки джерела депресії – погружного насоса. Базові технологічні схеми установки заглибних насосів залежно від геолого-гідрогеологічних умов наведені на мал. 4.2. Для кожної схеми побудована епюра витрати води (виходячи з мінімуму гідравлічних опорів фільтраційного потоку).

Ступінь впливу кольматаціонних процесів в прифильтровой області на дебіт свердловини і динамічний рівень води буде максимально проявляти себе в зонах найбільших водопритоков. Саме поблизу цих зон і слід встановлювати кавітаційні генератори. Ефективність їх регенеруючого впливу в цьому випадку буде найбільшою.

4.2 Гідравлічний пристрій для вібраційної розглинізації продуктивних пластів з фільтрами малого діаметру

Винахід відноситься до технічних засобів разглинизации продуктивних пластів, розкритих обертальним бурінням свердловин малого діаметру з промиванням глинистим розчином і з встановленням фільтрів зменшеного порівняно зі свердловиною діаметру. Може бути використане при освоєнні гідрогеологічних та геотехнологічних свердловин.

Технічний результат полягає в можливості здійснювати розглинізацію продуктивних пластів, розкритих свердловинами малого діаметру, з фільтрами малого діаметра, при розташуванні їх на великих глибинах, з одночасним поліпшенням очищення свердловин від шламу.

Це досягається тим, що в пристрій для вібраційної розглинізації водоносних шарів, що включає занурюваний в свердловину на бурильних трубах генератор ударних імпульсів – пневмоударнік або гідроударник – і вібраційний вузол, що складається з центральної труби, жорстко з’єднаної з ковадлом машини, закріплених на ній дискових мембран, стрижнів, за допомогою яких до корпусу машини приєднаний нерухомий елемент вібраційного вузла, при цьому центральна труба з мембранами виконана з можливістю зворотно-поступального переміщення і подпружинена щодо корпусу машини, додатково включена занурювана в свердловину до рівня гідроударника труба, для подачі стисненого повітря, а вібраційний вузол має діаметр менше діаметра гідроударника, з можливістю занурення в порожнину фільтра, його нерухомий елемент розташований вище пакета дискових мембран і виконаний у вигляді жорсткого диска.

Винахід відноситься до технічних засобів разглинизации продуктивних пластів, розкритих обертальним бурінням свердловин малого діаметру з промиванням глинистим розчином і з встановленням фільтрів зменшеного в порівнянні зі свердловиною діаметру. Може бути використане при освоєнні гідрогеологічних та геотехнологічних свердловин.

5. Опис розробленого механізму

Розроблено пристрій для розглинізації продуктивних пластів, яке включає в себе гідроударник і приєднується вібраційний вузол.

До складу гідроударника входить розподільний перехідник 1 з впускним 2 і випускним 3 отворами. Розподільчий перехідник 1 з’єднаний корпусом 4 з верхнім 5 і нижнім 6 ковадлами, а кожухом 7 – з нижнім ковадлом 6. До розподільного перехідника 1 приєднана клапанна коробка 8 з циліндром 9. У клапаннії коробці 8 також розміщений впускний клапан 10. У середині циліндра 9 розміщений поршень 11, в якому встановлений випускний клапан 12 з пружиною 13, з’єднаний з впускним клапаном 10 штовхачем 14. Поршень 11 з’єднаний з бойком 15 в нижній частині якого виконаний шток 16, встановлений в нижньому ковадлі 6, в якому виконаний радіальний канал 17, з’єднаний з зазором між корпусом 4 і кожухом 7.

До складу вібраційного вузла входить труба 18 з осьовим каналом 19 і радіальним отвором 20. До труби 18 приєднані дискові мембрани 21, між якими виконані отвори 22. Труба 18 з’єднана зі штоком 16.

Пристрій працює наступним чином. Він спускається в свердловину на бурильних трубах, по яких рідина під тиском подається в розподільний перехідник 1, проходить в впускний отвір 2 і далі через кільцевий зазор між корпусом 4 і циліндром 9 проходить в порожнину циліндра 9 під поршень 11. При цьому впускний клапан 10 закритий, а випускний клапан 12 відкритий. Під дією тиску рідини в подпоршневую порожнини циліндра 9 поршень 11 починає рухатися вгору, при цьому випускний клапан 12 штовхачем 14 спирається у впускний клапан 10 і залишається на місці, що призводить до стиснення пружини 13. Рідина з надпоршневій порожнини циліндра 9 через вихлопні канали клапанної коробки 8 проходить через випускний отвір 3 до кільцевого зазору між корпусом 4 і кожухом 7, а потім через радіальний канал 17 в нижньому ковадлі 6 рідина через отвори 22 в центральній трубі проходить в позатрубному простору свердловини. Поршень 11 продовжує свій рух і завдає удару по випускного клапану 12. При цьому, за рахунок енергії удару і під дією зусилля пружини 13, яке передається штовхачем 14, впускний клапан 10 відкривається. Поршень 11 продовжує свій рух за інерцією, а випускний клапан 12 під дією пружини 13 перекриває вихлопні канали в клапанної коробці 8. Бойок 15 з’єднаний з поршнем 11, рухається разом з ним і завдає удару по верхньому ковадлу 5. Тиск в надпоршневій і подпоршневую порожнинах циліндра 9 стає однаковим, але, за рахунок того, що площа поршня 11 зверху більше ніж його площа знизу на величину площі штока 16, то виникає сила, яка змушує поршень 11 рухатися вниз. При цьому рідина проходить до надпоршневій порожнини циліндра 9 через відкритий впускний клапан 10 і канали у випускному клапані 12. Поршень 11 рухається вниз, а випускний клапан 12 залишається закритим доти, коли поршень 11 завдасть удару по виступу в його нижній частині. Тоді випускний клапан 12 відірветься від клапанної коробки 8 і стане рухатися вниз. При цьому впускний клапан 10 закривається. Поршень 11 продовжує свій рух за інерцією, і бойок 15 завдає удар по нижньому ковадлу 6. Далі цикл роботи пристрою повторюється.

За рахунок того, що вібраційний вузол з’єднаний зі штоком 16, то він має можливість зворотно-поступального переміщення в свердловині. Тим самим він забезпечує генерацію хвиль тиску в рідині, які впливають на стінки свердловини, очищаючи їх від глинистих та інших відкладень. Рідина, яка виходить з отворів 22 також сприяє кращому очищенню стінок свердловини. Ударні імпульси, які передаються на диску мембрани 21, сприяють підвищенню частоти хвиль тиску, що також позитивно впливає на процес розглинізації продуктивних пластів.

Висновки

Проведено огляд існуючих технологій і технічних засобів для боротьби з кольматацією свердловин. На підставі огляду визначено, що роботи проводитимуться в напрямку створення механізмів які об’єднують два види технічних засобів: кавітаційний генератор і пристрій, збудливу коливання тиску рідини в свердловині за допомогою гідроударника. Запропоновано схему пристрою.

Перелік джерел

1. Цейтлин М. Г., Верстов В. В., Азбель Г. Г. Вибрационная техника и технология в свайных и буровых работах. Л.: Стройиздат, 1987.
2. Восстановление дебита водозаборных скважин в процессе их эксплуатации // Материалы VII Международной научно-практической конференции: Наука и нвейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых. М.: МГГРУ, 2005. – С. 294 / соавторы Сердюк Н. И., Хромин Е. Д.
3. Ратов Б. Т., Кудайкулов С. К., Касенов А. К., Федоров Б. В. Устройство для вибрационной разглинизации водоносных пластов Пред. патент №14693. РК.
4. Ратов Б. Т., Федоров Б. В., Танатаров Т. Т. О классификации способов освоения продуктивных пластов // Вестн. Каз НТУ им. К. И. Сатпаева. – 2007. – № 2 (59). – С. 22–25.
5. Дудля Н. А. Проектирование буровых машин и механизмов: учебник для вузов / Н. А. Дудля .– К.: Выща школа, 1990. – 272 с.: ил. + прил. – ISBN 5-11-002313-1.
6. Поляков Г. Д., Булгако Е. С., Шумов Л. А. Проектирование, расчет и эксплуатация буровых установок / К.: Недра, 1983.–317с.: ил. + прил.
7. Гидробур – Патент СССР 07.05.1982 – SU 926210 / База патентов СССР.