О влиянии динамики столба жидкости в скважине на подачу пульсационного насоса

Каракозов А.А.
Источник: Сборник трудов кафедры ТТГР - Донецк: ДонНТУ, 2006.

При бурении в условиях водопоглощений на труднодоступ­ных и отдаленных от природных водоемов объектах ведения работ целесообразно применять способ местной промывки скважин, создаваемой пневматическим погружным пульсационным насосом (ППН). Применение этого устройства не тре­бует наличия в скважине большого столба жидкости, что вы­годно отличает его от эрлифтного насоса.
При эксплуатации ППН наблюдается колебание уровня жид­кости в скважине, причем амплитуда колебания во многом зависит от скважности перебуриваемых пород.
Теоретически было установлено, что амплитуда колебания уровня жидкости существенно влияет на подачу пульсационного насоса в течение его рабочего цикла. Возможность прогнози­рования изменения расхода промывочной жидкости с учетом динамики столба жидкости в скважине имела большое значе­ние при разработке технологии промывки скважин с помощью.
Тем не менее в по­левых условиях изме­рить изменение подачи ППН весьма сложно, поэтому с целью под­тверждения теоретиче­ских предпосылок осте­пени влияния динами­ки столба жидкости в скважине на подачу пульсационного насоса были проведены экспе­риментальные исследо­вания. Для этого раз­работан лабораторный стенд. В цир­куляционную систему стенда входят: насос­ная часть ППН, на­гнетательный шланг, диафрагма, имеющая калиброванное отвер­стие, гидравлическое сопротивление которого обеспечивает потерю напора в манифольдной линии, аналогич­ную потерям при ими­тируемых условиях бу­рения, напорная колон­на, высота столба жидкости в которой со­ответствует заглубле­нию цилиндра ППН под уровень жидкости в скважине.
Колонна заполнялась водой по отдельной линии. Подвод жидкости на всас пульсационного насоса осуществляется от колонны по гибкому шлангу. С целью предотвращения излива жидкости из напорной колонны после отсоединения от циркуляционной системы пульсационного насоса была предусмотрена установка запорных кранов. Пневматический насос подвешивался в вертикаль­ном положении на крюке электрической грузовой тали и подключался к циркуляционной системе и линии привода с помощью быстроразъемных соединений. Привод пульсационного насоса осуществлялся от компрессора типа С-728 по шлангу. Расход жидкости определялся по величине перепада давления на диафрагме с помощью тензометрических датчи­ков. Расход сжатого воздуха контролировался с помо­щью расходомера тахометрического типа и регулировался вентилем. Давление сжатого воздуха и уровень жидкости в колонне измерялись манометрами. Процессы изме­нения давления сжатого воздуха в насосной части регистриро­вались тензодатчиком .
Регистрация моментов перестановки клапанов воздухорас­пределительного механизма ППН, необходимая для фиксации начала этапов заполнения и вытеснения рабочего цикла пульсационного насоса, осуществлялась специально сконструирован­ным индукционным датчиком. С целью определения влияния угла наклона скважины на надежность работы ППН использо­вался поворотный штатив.
Учитывая, что в процессе вытеснения жидкости из цилиндра пульсационного насоса при эксплуатации его в реальных усло­виях уровень в скважине колеблется, поэтому трудно устано­вить объемное соотношение между количеством жидкости, уходящим в зоны поглощения и идущим на повышение уровня в скважине. Моделировалось два случая. Первый случай (с неподвижным уровнем), когда весь вытесненный из цилиндра ППН объем жидкости уходит в трещины зоны поглощения. Второй случай (с подвижным уровнем), когда весь вытесненный объем жидкости идет на повышение уровня жидкости в сква­жине. С целью возможности моделирования указанных экспери­ментальных случаев колонна в верхней ее части оборудова­лась баком, емкость которого намного больше объема цилиндра пульсационного насоса. При имитации первого случая заполнялась колонна вместе с баком. Тогда при работе ППН колебания уровня в баке практически отсутствовали из-за несоизмеримости его емкости с объемом насосной части ППН. Второй случай имитировался путем заполнения только колонны.
Экспериментально были полученные циклограммы изменения расхода промывочной жидкости на этапе вытеснения рабочего цикла ППН соответственно при неподвижном уровне жидкости в скважине Q компрессора = 0,0125 м3/с. с целью точного определения моментов начала вытеснения и заполнения одновременно с осциллографированием давления производилась запись перемещения клапанов воздухораспределительного механизма.
Амплитуда колебания свободной по­верхности жидкости в напорной колонне при проведении экспе­римента с имитацией подвижного уровня составляет всего 0,59 м и тем не менее динамика водяного столба сказывается на ин­тенсивности расхода промывочной жидкости. Таким образом, подтвердились теоретические предпосылки о существенном влия­нии динамики столба жидкости на подачу пульсационного насоса.