Генератор колебаний с двумя напорными вихревыми ступенями противоположной закрутки

Эксплуатация гидродинамических скважинных генераторов колебаний выявляет определенный набор требований к ре­жимным параметрам и расходным диапазонам двухступенча­тых форсунок, которые должны обеспечить наиболее эффек­тивное применение для различных промысловых условий и категорий скважин. Сюда входят и конструктивные требова­ния по адаптации конструкций к набору промысловых типо­размеров колонн скважин и НКТ, в том числе и к колоннам с уменьшенными диаметрами для вторых стволов скважин, и требования обеспечения эффективной генерации колебаний в достаточно широком изменении расходно-напорных характе­ристик нагнетания рабочей жидкости. Конструкция вихревой форсунки должна обеспечить функционирование ряда гидро­динамических генераторов, отличающихся геометрическими размерами и рабочими расходно-напорными характеристика­ми, предназначенными для эффективного осуществления ши­рокого набора технологических операций, таких как сов­местная работа со скважинным струйным насосом, вибропен­ное воздействие, виброволновое воздействие в сочетании с закачкой реагента в пласт, длительная работа в скважине при пониженных расходах нагнетания и др.

С целью увеличения расхода через центробежную форсунку при сохранении ее радиальных размеров можно использовать форсунку с двумя соплами и общей камерой закручивания, схема которой показана на рис. 7.1.10. Такая конструкция по-

Рис. 7.1.10. Схема двухсопло-вой двухступенчатой цен­тробежной форсунки гидро­динамического генерато­ра колебаний

зволяет в два раза увеличить расход жидкости при сохранении прежних типоразмеров и одновременно уменьшить вязкостные потери на трение.

В ходе проведения стендовых исследований двухсопловых форсунок получены экспериментальные расходные характери­стики, представленные на рис. 7.1.11. Там же для сравнения показана расходная характеристика обычной двухступенчатой форсунки. Как следует из представленных кривых, у двухсо-пловой форсунки участок характеристики с отрицательным гидравлическим сопротивлением по диапазону изменения рас­хода имеет большую ширину, а кривая перепада давления на этом участке спадает с большей крутизной, что обеспечивает более устойчивый и высокоамплитудный режим генерации

Рис. 7.1.11. Расходная ха­рактеристика двухсопловой (кривая 2) и обычной (кри­вая 2) двухступенчатой центробежной фор­сунки

Рис. 7.1.12. Схема истече­ния жидкости из двухсту­пенчатой форсунки с двумя поясами тангенциальных каналов первой ступени

колебаний.

Дальнейшее повышение эффективности работы вихря как рабочего элемента гидродинамического генератора достигает­ся использованием в первой ступени центробежной форсунки двух поясов тангенциальных каналов с взаимно противопо­ложным завихрением жидкостных потоков. Схема работы та­кого элемента генератора показана на рис. 7.1.12.

Поступающая в первую высоконапорную ступень из нагне­тательной магистрали жидкость разделяется на две части -расход Qu поступает на первый пояс тангенциальных каналов, а расход Qn - на второй пояс подобных каналов. Расположе­ние поясов каналов обеспечивает противоположную закрутку образующихся в камере закручивания жидкостных вихрей.

На рис. 7.1.13 приведены расчетные и полученные в ходе стендовых исследований кривые расходных характеристик двухвихревой центробежной форсунки со значением геомет­рической характеристики для каналов первого пояса А\ = 7 и диаметром сопла 8 мм, с перепадом давления на первой ступени 0,3 МПа, степенью закрытия форсунки 1,7. Кри­вые построены для различных соотношений f = f₁Jf_zz пло­щадей сечений тангенциальных каналов первого и второго

Д/>₂,МПа

0,4

0,6 Q,m3Ic

Рис. 7.1.13. Расчетные (штриховые линии) и экспериментальные расходные харак­теристики двухступенчатой центробежной форсунки с двумя поясами тан­генциальных каналов в первой ступени. Значение F :

1, Г - 0,0; 2, 2' - 0,25; 3, У - 0,5; 4, 4' - 1,0

поясов.

Как следует из представленных результатов, двухвихревая центробежная форсунка обеспечивает высокоамплитудную генерацию упругих колебаний в достаточно широком расход­ном диапазоне рабочей характеристики.

На основе использования подобного гидравлического вих­ревого элемента авторами разработаны новый способ возбуж­дения колебаний и гидродинамический генератор колебаний типа ГД2В с повышенной эффективностью генерации в широ­ком диапазоне изменения напорно-расходных параметров на­гнетания рабочей жидкости [136].

Исследования генераторов типа ГД2В проводились на про­мысловом стенде, построенном на базе НГДУ "Елховнефть" АО "Татнефть". Описание стенда и его технических возмож­ностей приведено в разделе 7.1. Стендовые испытания показа­ли высокую работоспособность устройств, устойчивую работу в широком диапазоне изменения расхода и давления нагнета­ния рабочей жидкости, начиная со сравнительно малых на­чальных значений. Как и ожидалось, в генераторе после не­скольких часов испытаний не были обнаружены следы суще­ственного износа или разрушения, а также изменения его ра­бочих характеристик, что указывает на его высокую надеж­ность и долговечность. Впоследствии при скважинных про­мысловых исследованиях это также подтвердилось. Испыта­ния показали, что при соответствующей настройке генератор продуцирует колебания, амплитуда и частота которых изме­няются в зависимости от перепада давления, что позволяет осуществить авторегулирование виброволнового воздействия при проведении обработки ПЗП в зависимости от глубины ее загрязненности.

На рис. 7.1.14 показан внешний вид генератора ГД2В-3, наиболее часто используемого в технологии виброволнового и депрессионно-химического воздействий (ВДХВ). В отличие от всех других известных устройств генератор типа ГД2В при меньших расходах и перепадах давления продуцирует с ис­пользованием резонансных систем более высокие амплитуды

Рис. 7.1.14. Внешний вид скважинного генератора колебаний ГД2В-3 220

колебаний давления (см. табл. 7.1.1), т.е. обладает максималь­ным гидравлико-акустическим КПД. Это позволяет весьма эф­фективно использовать данную конструкцию для осуществле­ния широкого набора технологических операций виброволно­вого воздействия при совместной работе с другими потреб­ляющими гидравлическую энергию устройствами, например струйными насосами. При этом параметры оборудования мо­гут настраиваться с использованием компьютерной програм­мы на оптимальную работу под каждую скважино-пластовую систему.

Данная конструкция позволила создать нормальный ряд ге­нераторов различного технологического назначения и разных мощностей, позволяющий в зависимости от степени сложно­сти и категории объекта осуществлять рациональные техноло­гические режимы.

Технические характеристики генераторов типа ГД2В пред­ставлены в табл. 7.1.2.

Относительно малые рабочие расходы и перепад давления при продуцировании достаточно мощных колебаний позволяют эффективно использовать генераторы типа ГД2В-2 для реге­нерации фильтров водозаборных скважин и повышения их продуктивности с использованием простых насосов или на­сосных агрегатов.

Применение генераторов ГД2В-3 в технологии ВДХВ по­зволяет привлекать для обработки глубоких скважин одну еди­ницу насосной техники агрегатов 4АН-700 или СИН-31 вместо двух-трех (при использовании генераторов типа ГЖ), а сква­жины глубиной 1200-1500 м могут обрабатываться с привле­чением 2-3 единиц менее дефицитных и затратных агрегатов типа ЦА-320, применение которых для осуществления техно­логии ранее было невозможно. Тем самым обработка скважины существенно упрощается и удешевляется, снижаются трудоза­траты, повышается рентабельность внедрения технологии.

С использованием одновременно двух генераторов данного типа, а также генераторов ГД2В-2 проводят обработку пластов толщиной 40-50 м и более, протяженных участков горизон­тальных скважин одновременно в двух-трех точках, что со­кращает трудозатраты, сроки ремонта скважины и повышает рентабельность обработок.

Таблица 7.1.2