автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Разработка вибротехники для эффективной закачки жидкости в нефтяной пласт

I г.

то

■ 1

На правах рукописи'

ХАБИБУЛЛИН МАРАТ ЯХИЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ВИБРОТЕХНИКИ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ В НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ

Специальность 05.04.07 - "Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ХАБИБУЛЛИН МАРАТ ЯХИЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ВИБРОТЕХНИКИ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ В НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ

Специальность 05.04.07 - "Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор, заслуженный

^ссийская ДеЯТСЛЬ наукн и тсхники Государственная Российской Федерации, о :опиотека

¡999 I Б.З.Султанов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель Башкортостана

К.Р.Уразаков кандидат технических наук, доцент Р.Н.Сулейманов

Ведущее предприятие: НГДУ " Октябрьскнефть"

АНК Башиефть

Защита диссертации состоится " 28 " июня 1999 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д-063.09.04. при Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ) по адресу: 450062, Уфа-62, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГНТУ

Автореферат разослан "_" мая 1999 г.

Ученый секретарь диссертациошюго совета,

доктор технических наук ^ у/^^^т' И.Г.Ибрагимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. На современном этапе развития нефтяной отрасли главной задачей становится интенсификация добычи нефти на старых месторождениях путем уменьшения' капиталлошюжений, вовлечения в разработку низкопроницаемых пропластков углеводородной залежи, создания и применения высокорентабельных устройств для осуществления данных процессов.

При разработке многопластовой залежи фильтрационные характеристики призабойной зоны пластов изменяются неодинаково. Это приводит к неравномерной выработке залежи,изменению рабочего профиля поиитервалу пласта, прорыву закачиваемой жидкости по более проницаемым интервалам пласта, преждевременной обводненности скважин и непроизводительной закачке рабочего агента.

Одним из перспективных, не требующий значительных дополнительных затрат, методов воздействия на призабойную зону скважин на неоднородные пласты углеводородной залежи является закачка рабочих агентов импульсами давления.

На сегодняшний день существует множество конструкций вибраторов, генераторов, пульсаторов, способных повысить эффективность обработок, однако их разнообразие не способствует правильному подбору определенной конструкции геолого-физико-техническим условиям скважины. Разрабатываемые устройства, в своем большинстве, не подкреплены теоретическими и лабораторными исследованиями, подтверждающими целесообразность их применения и, как следствие, обладают существенными недостатками. В связи с чем, а также наряду с причинами организационного характера промышленное освоение данного метода и его внедрение происходит замедленными темпами.

Диссертация выполнена в соответствии с Межвузовской научно-технической программой ПТ.467.95"Комнлексные решения проблемы разработки, транспорта и глубокой переработки нефти и газа", утвеж-денной приказом Госкомвуза России N»468 от 20.09.96.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. На основе обзора и анализа теоретических исследований совершенствовать и создать новые, принципиально отличные, устройства для гидровибрационного воздействия на призабойную зону эксплуатационных и нагнетательных скважин, изучить процессы, происходящие при этом, с целью выбора оптимального их применения для эффективной закачки жидкости в нефтяной пласт.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.Изучить механизм распространения колебаний закачиваемой жидкости в условиях скважины.

2.Исследовать процессы вытеснения пластовых жидкостей из замкнутых пор при различных законах изменения амплитуды давления жидкости и выбор его оптимального изменения.

3.Проанализировать воздействие на напряженное состояние колонны насосно-компрессорных труб при работе забойных импульсных устройств и поиск его оптимального соотношения.

4.Исследовать параметры распространения волн давления, передаваемых от закачиваемой жидкости, в массиве горной породы.

5.Разработать совершенные конструкции импульсных устройств, исключающих недостатки существующего оборудования аналогичного назначения.

6. Разработать лабораторный стенд, обеспечивающий создание реальных условий процесса закачки рабочих жидкостей и снять стендовые характеристики работы забойных устройств.

7. Провести лабораторно-экспериментальные исследования по влиянию волн давления жидкости на образцы горной породы с целью

согласования с теоретическими исследованиями и оптимизации процесса вибровоздействия.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1.В результате теоретических исследований выявлено, что наиболее оптимальным диапазоном частот для распространения колебаний в массиве горных пород являются значения 100...800 Гц.

2.На разработанной лабораторной установке установлено, что наибольшее количество жидкости, проходящей через образцы пористой среды, достигается в диапазоне частот 600... 1000 Гц. С увеличением глубины проникновения поглощение амплитуды колебания давления соответствует линейному уменьшению, а с увеличением горного давления линейное изменение поглощения искажается. Наименьшее поглощение амплитуды колебаний жидкости характерно для частот в диапазоне 0...1000 Гц.

3.Установлено, что скорость проникновения жидкости в неоднородности при параболическом законе изменения давления возрастает в 2, 23 раза в сравнении с синусоидально — изменяющимся законом и в 1,68 раза по отношению к линейно — изменяющемуся . Предложен способ стационарной закачки жидкости в нагнетательные скважины через скважинный вибратор, установленный на забое скважины.

4.Разработана математическая модель конструкции скважинного вибратора СВ для обработки призабойной зоны скважин и для стационарной закачки жидкости в системе поддержания пластового давления, а также его опытная конструкция. Разработаны и апробированы в лабораторных условиях конструкции устьевого пульсатора, забойного вибратора гидромеханического типа, скважинного гидравлического вибратора, забойного устройства для воздействия на призабойную зону скважины.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработана лабораторная установка и методика проведения лабораторных исследований по изучению влияния

параметров колебания жидкости на характеристики образцов горных пород и по выбору оптимальных параметров разрабатываемых устройств.

Разработан и применен в промысловых условиях скважинный вибратор СВ для разовой обработки призабойной зоны эксплуатационных и нагнетательных скважин в НГДУ "Краснохолмскнефтъ" и для стационарной закачки жидкости в нагнетательные скважины на промыслах НГДУ "Туймазанефть". Экономический эффект от применения скважинного вибратора СВ на промыслах НГДУ "Краснохолмсхнефть" в 1989-90 г.г. составил 8,75 тыс.руб. (в ценах на 01.01.90г.), а в 1994-95г.г. -155,11 млн.руб.(в ценах на 01.01.95г.). Фактический годовой экономический эффект от применения вибратора СВ в двух нагнетательных скважинах НГДУ "Туймазанефть" в 1997-98 г.г. составил 983,4 тыс.руб.( в ценах на 01.01.99г.).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались на республиканских и всесоюзных конференциях:

1. 2-я Всесоюзная научно - техническая конференция "Вскрытие нефтегазовых пластов и освоение скважин". -Ивано-Франковск, 1988 г.

2. Республиканская научно-техническая конференция "Проблемы нефти и газа". - Уфа, 1988 г.

3. Республиканская научно-техническая конференция "Диагностика, ресурс и прочность оборудования для добычи и переработки нефти". -Уфа, 1989 г.

Основные результаты теоретических, лабораторных исследований и промысловых работ обсуждались на техсоветах НГДУ "Туймазанефть", "Арланнефгь", "Краснохолмскнефтъ" АНК "Башнефть" и научно-технических Советах института ВНИИГИС г. Октябрьский.

ПУБЛИКАЦИИ. Результаты исследований опубликованы в 11 печатных работах и защищены 5 авторскими свидетельствами на изобретение

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введении, 5 глав, выводов и списка литературы. Она изложена на 149 страницах, включая 31 рисунок, 12 таблиц и 92 наименования литературы. В диссертации имеются 8 приложений на 11 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ приведен обзор и анализ работы устройств для импульсной закачки жидкости в скважину, для обработки их призабой-ной зоны с целью повышения нефтеотдачи в эксплуатационных скважинах и увеличения приемистости в нагнетательных скважинах. Проанализированы полученные теоретические, лабораторные и промысловые результаты. Значительный вклад в обоснование данного метода и разработку устройств внесли С. М. Гадиев, О. Л. Кузнецов, Р. А. Максутов, Б. 3. Султанов, М.Л. Сургучев, Э. М. Симкин, Э. А. Ахмепшт, А. III. Янтурин и другие исследователи. Рассмотрены вопросы анализа механизмов влияния вибрации процессы закачки жидкостей в нефтеносные пласты, на свойства жидкостей.

На основе подробного обзора существующих конструкций импульсных устройств приводится их подробная классификация по месту расположения, по величине создаваемой частоты импульсов, по принципу действия. Из приведенной классификации видно, что наибольшей универсальностью обладают гидромеханические и электрогидравлические конструкции, которые находят большее применение как универсальные устройства, позволяющие добиваться необходимых частот и амплитуд колебания жидкости.

Рассмотренные устройства обладают рядом недостатков, которые сдерживают широкое применение данного метода. Эффективность работы существующих устройств существенно снижается из-за отсутствия обоснования оптимальных законов изменения колебаний давления, необходимой надежности, значительной потери гидравлической энергии.

Так по результатам обзора и анализа работы существующих устройств, теоретических исследований в данной области предлагается: изучить механизм распространения колебаний закачиваемой жидкости в условиях скважины, исследовать процессы вытеснения пластовых жидкостей из замкнутых пор нри различных законах изменения амплитуды давления жидкости и выбрать его оптимальное изменение, проанализировать воздействие на напряженное состояние колонны насосно - компрессорных труб при работе забойных импульсных устройств, исследовать параметры распространения волн давления, передаваемых от закачиваемой жидкости, в массиве горной породы, разработать лабораторный стенд, обеспечивающий создание реатьных условий процесса закачки рабочих жидкостей и снятие стендовых характеристик разрабатываемых устройств, провести лабораторно-экспсримснтальные исследования по влиянию волн давления жидкости на образцы горной породы, разработать новые эффективные импульсные устройства с учетом теоретических и лабораторных исследований.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена теоретическим исследованиям и обоснованиям создания эффективных технических средств для импульсной закачки жидкости. Проверено исследование распространения гидроакустических колебаний жидкости в условиях скважины. Приводятся полученные графические зависимости амплитуды давления от глубины скважины колебаний с различными частотами при рабочем давлении на устье

1,4 ■ 107н/м2. Для частот, не превышающих 20 Гц, потери в амплитуде давления вследствие диссипативных процессов составляет порядка 17 % до глубины скважины в 2000 м, а при более высокочастотных колебаниях наблюдается значительное затухание.

На основании исследования напряженного состояния колонны на-сосно-компрессорных труб при работе импульсных устройств на забое

скважины были иолучекы выражения динамических перемещений произвольно выбранной точки при вынужденных колебаниях колонны труб

С , Е V-Г('т + 2 2 —--яп»а*)яп—, (1)

и растягивающих напряжений, возникающих в колонне

<2)

где Ну - площадь вибратора, на которую действует амплитуда изменения давления;

а - коэффициент поглощения ;

л - произвольная точка на длине колонны НКТ;

Б - площадь поперечного сечения труб;

/ - длина колонны НКТ с учетом удлинения ;

» _ 17111 ■

' 21 '

а - скорость распространения звука в трубах;

При анализе получешшх выражений установлено, что применение забойных вибраторов с большей площадью сопротивления потоку жидкостной струи уменьшает надежность колонны НКТ, причем это зависит прямопропорционалыю как от конструктивных особенностей импульсных устройств, так и ог расхода нагнетаемой жидкости в пласт,а также надежность колонны НКТ повышается в 1,8 раза при использовании пакера для оборудования забоя. Исследовался механизм вытеснения пластового флюида водой под действием переменного давления нагнетания.В результате решения данной задачи были получены выражения для скорости проникновения жидкости в неоднородности:

и среднего за цикл перетока жидкости в одном направлении:

2 а

1

и --

(4)

где а - коэффициент, характеризующий интенсивность обмена жидкостью между системой блоков и системой трещин;

¡х - вязкость нефти ;

/1 - период времени, соответствующий моменту повышения давления ;

Т - период цикла изменения давления ;

($2 - упругоемкость блоков.

Выявлеино, что скорость проникновения жидкости в неоднородности при параболическом законе изменения давления возрастает в 2,23 раза в сравнении с синусоидально-изменяющимся законом и в 1,68 раза по отношении к линейно-изменяющемуся давлению, при одинаковом значении частоты колебания жидкости. Проанализировано и приведено сравнение скорости " замены " нефти в блоке водой при циклическом воздействии на пласт со скоростью противоточной капиллярной пропитки на основании которого построены графические зависимости (см. рис.1). В результате видно, что с увеличением частоты колебания закачиваемой жидкости скорость обратной капиллярной пропитки намного меньше скорости внедрения жидкости в неоднородности. Увеличение частоты пульсаций нарушает структуру блоков, в следствии наличия при высоких частотах механоакгивациошшх процессов, тем самым снижая эффект капиллярной пропитки. Для увеличения эффективности вытеснения нефти водой необходимо постепенно увеличивать частоту пульсации закачиваемой жидкости. Приводятся исследования процесса распространения волн давления в структуре горной породы. В результате анализа и изучения системы уравнений, представляющими зависимость дефформаций и напряжений для идеально-упругой среды, относительно

Ь =-;

и-Р 2

скорости изменения деформации были получены выражения, характеризующие параметры проникновения волн в массиве горной породы при условии, что поглощающая среда обязана быть диспергирующей :

гг /в'ъ )

алг У7. У~ч

I - скорость проникновения воды в неоднородности; 2-е учетом упругоемкости породы; 3 - скорость обратной капиллярной пропитки.

Рисунок 4 - График скорости проникновения жидкости в неоднородности и обратной капиллярной пропитки .

фазовая скорость распространения колебаний

-ГА

12

I ^Л «о

'тгщ:;

V «о

коэффициент поглощения

к =

СУ '

где

[/ла' г

а>0 2 — 1 + ц .,1 + —- -г II

М= Л ±2 и;

К-и 1:

(1 + - 2и) '

м ■■

2(1 4. и)

(5)

(6)

Е - модуль упругости исследуемой породы; V - коэффициент Пуассона; р - плотность породы ; соо - относительная частота колебаний. В результате коэффициент поглощения для глинистых сланцев, известняков и песчашжов достигает максимальных значений в области ре-

зонансных частот, причем при дальнейшем увеличении частоты колебаний коэффициент поглощения уменьшается незначительно - такая закономерность характерна для представленных видов пород. Наиболее оптимальным диапазоном частот для распространения колебаний в массиве горных пород являются 100...800 Гц с учетом собственных частот пород.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приводится описание разработанной комплексной лабораторной установки для исследовательской работы по подбору оптимальных параметров разрабатываемых устройств и обоснования теоретических исследований. Данный стенд разработан в лаборатории гидравлических устройств на кафедре нефтепромысловой механики Октябрьского филиала УГ'НТУ и включает в себя испытательную камеру с держателем, манифольдовые линии, систему запорных регулирующих устройств, комплект контрольно-измерительной аппаратуры и поршневой насос. Лабораторио-экспериментальные исследования, проводившиеся на стенде, включали два этапа: а) исследование выходных параметров и соответствующий подбор оптимальных конструктивных размеров разрабатываемых устройств; б) изучение влияния амплитуды колебания давления и частоты импульсов жидкости на проникновение рабочей жидкости в песчанных образцах. При проведении лабораторно-экспери-ментальных работ по второму этапу, исследования проводятся в двух направлениях. В первом направлении исследуются утечки жидкости через образцы при различных режимных параметрах. Во втором направлении лабораторных исследований определялась величина поглощения амплитуды колебания давления. Все исследования проводились поочередно для трех образцов.

В качестве модели пористой среды применяли песок следующего гранулометрического состава: диаметр песчинок в диапазоне 0,21 ...0,42 мм. Для приготовления образцов использовалась форма, внутренние размеры которой: диаметр - 24 мм ; длина - 40 мм. Песок предварительно просеивали, промывали дисцилированной водой и утрамбовывали в форме с помощью пресса с окончательным усилием 1200 н. Исследования проводились потрем

значениям давления в испытательной камере Р = 1,0 ; 1,5 ; 2,0 М 11а, причем при каждом значении давления в испытательной камере создавали следующие значения наружного давления на образцы 1'1 0,5 ; 1,4; 2,3 М11а. Частота колебаний жидкости создавалась с помощью вибраторов, значение которой для всех опытов имела одинаковые величины: /-- 200, 400, 600, 800, 1000, 1200 Гц, причем погрешность составляла не более ± 5%. По экспериментальным данным был проведён регрессионный анализ, на основании каторого были выявлены качественные соотношения между факториальньши и результативными признаками. Для всех трех случаев составлялась матрица полного факторного 'эксперимента 2\ Уравнения регрессии представляли зависимость ц - (р{/, , Рг) в линейном виде. Зависимость коэффициентов регрессии проверялась с помощью / - критерия Стьюдента и ко всех трех случаях сочетание факторов /?' и (¡'¡'г на результативный признак не влияет. Проверку гипотезы об адекватности предложенных моделей производили с использованием /•'- критерия Фишера. Уравнения регрессии имеют следующий вид:

<7г-(-0.000324 + 0,00000983./"» 0,0271 Р 0,0301 Р,- 0,0125 Р-1'г - 0,00000494/-/у-Ю"4 ; ( 7 ) дг - (0,08213 + 0,000021/+ 0,09038Р + 0,09735Рг-

- 0,0447 Р-Рг - 0,000015/-Рг) ■ 10~5 ; ( 8 )

<7г(Ч),78906 4 0,000028/1 0,09696 Р + 0,10805 Р,- 0,0489 /'•// - 0,00002/Рг) IО^1; (9 ).

Проанализировав экспериментальные и расчетные графические зависимости, было выявлено, что с увеличением частоты колебания жидкосга увеличивается количество жидкости, проходящей через образец пористой среды, причем наибольшее значение <у достигает в диапазоне частот 600... 1000Гц. При проведении лабораторных исследований по второму этапу амплитуду изменения давления жидкости

записывали после каждого образца при давлении жидкости до образцов 2,0 МГ1а, частота колебаний жидкости 1000 Гц, а значения наружного давлений на образцы составляли 1,0 ; 2,0 ; 3,0 МГТа. Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что с увеличением глубины проникновения колебаний поглощение амплитуды колебания давления соответствует линейному уменьшению, а с увеличением горного давления линейное изменение поглощения искажается. При изменении значений частоты колебания жидкости с другими постоянными параметрами (Р =2,0МПа, Рг =1,5 МПа ) достигнуто, что наименьшее поглощение характерно для частоты колебания в диапазоне 0... 1000 Гц. В результате, наиболее оптимальным диапазоном частот колебания жидкости при ее постоянной закачке в нагнетательной скважине будет 600...800 Гц.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена разработке и исследованию работы новых конструкций импульсных устройств. Учитывая недостатки устройств, приведенных в первом разделе, разработана наиболее оптимальная конструкция сюзажинного вибратора СВ гидромеханического типа ( А. С. № 1503384 ), который состоит из корпуса, размещенного в верхней части сопла и направляющего аппарата с центральным проходным каналом прямоугольного поперечного сечения, стакана, установленного в нижней части корпуса, прерывателя потока в виде балансира прямоугольного продольного сечения, установленного на опоре скольжения, которая делит балансир на два плеча. Нижнее большее плечо образует во внутренней части корпуса две полости. Внутренняя поверхность корпуса в поперечном сечении имеет форму прямоугольника, на меньших сторонах которого размещены радиальные отверстия. Жидкость через направляющую обтекает верхнее плечо балансира и вследствие турбулентности его потока совершает колебания. При достижении нижнего плеча крайнего левого положения в этой полости создается высокое давление, а в другой полости - низкое. Затем балансир перемещается в обратном

направлении и значения давлений меняются местами. Таким образом, жидкость попеременно воздействует на забой импульсами. Разработанная конструкция позволяет увеличить надежность устройства за счет исключения ударных нагрузок, увеличить коэффициент полезного действия за счет уменьшения потерь энергии импульсного давления и направленного действия потока жидкости. Математический аналог скважинного вибратора представлен на рис.2 и представляет собой физический маятник с вязким демпфированием. С учетом непропорциональности между восстанавливающей силой балансира в положение равновесия и углом его отклонения нелинейное дифференциальное уравне!ше будет иметь вид:

где й!' - перепад давления жидкости, срабатываемый в вибраторе ;

Б - площадь поверхности балансира, на которую действует перепад давления ;

Рисунок 2 -Математическая модель скважинного вибратора СВ. Решая данное выражение как задачу о свободных колебаниях и применяя метод усреднения Ритца, основанный на том, что среднее значение возможной работы за цикл полагается равным нулю, получено уравнение для угла поворота балансира:

1-<р I (пщ1 \-APSl) *т <р 0 ,

(10)

/

0 = arcsm

(И)

\

у

где Ь - удвоенная амплитуда отклонения нижней точки балансира ; к — длина балансира ;

По результатам расчета построена теоретическая зависимость изменения амплитуды давления на выходе из вибратора (см.рис.З).

1 - при 0=15 л/с; 2 - при О = 10 л/с; 3 - при Q = 5 л/с. Рисунок 3 - Изменение амплитуды колебания давления на выходе из вибратора со стороны одной полости в зависимости от расхода жидкости.

Для скважин, глубиной до 1200 м, разработан устьевой пульсатор для обработки призабойной зоны пласта ( A.C. № 1501600 ), который включает в себя приводной и усилительный цилиндры, соединенные между собой с помощью обводной трубы, соединительную трубу, к которой присоединен трансформатор давления. Оба цилиндра содержат поршни и пружины. У обводной трубы имеются входной патрубок с обратным клапаном и выходной патрубок, непосредственно связанный с устьевой арматурой скважины. Внутри цилиндров находится масло, утечки которого компенсируются трансформатором давления. В результате

Р

,2 = ч , АУ5

/ ml

- S

исследований выявлено, что при условии размещения пульсатора на устье скважины для более эффективного воздействия на пласт необходимо использовать низкочастотные колебания жидкости, а в скважинах глубшюй более 1200 м высокочастотные пульсаторы целесообразно размещать в призабойной зоне.

Разработаны также забойные конструкции импульсных устройств. Устройство для воздействия на призабойную зону скважины ( A.C. № 1518491 ) состоит из полого корпуса с уступом и переводником, втулки, подвижно размещенный в корпусе полый поршень, стакан с радиальными и осевыми каналами и клапанный узел. В поршне выполнен радиальный сквозной канал, который сообщает полости над и под поршнем между собой. Клапанный учел выполнен в виде пластины с конусным осевым отверстием, шарами и фиксатором. При подаче жидкости в полость корпуса поршень начинает перемещаться вниз, перекрывая канаты стакана, а пластина под действием шаров перемещается вправо и конусное осевое отверстие совпадает с полостью поршня и жидкость поступает в стакан. Под действием реактивной силы и вследствие замкнутости полости стакана поршень перемещается вверх и жидкость импульсно истекает через канаты в стакане. Данное устройство полностью исключает ударные нагрузки на его элементы. Принципиальным отличием обладает следующая конструкция. Устройство для воздействия на призабойнзто зону скважин ( A.C. Na 1538589 ) состоит из корпуса, установленного в нем направляющего аппарата, переводника для соединения с колонной труб. В корпусе расположен балансир, размещенный на опоре скольжения и имеется канат для сообщения внутренней части корпуса с забоем скважины. Направляющий аппарат имеет два, симметрично расположенных, отверстия равного диаметра. Устройство исключает возможность ударных нагрузок, имеет малую металлоемкость и не позволяет заклиниваться рабочему

органу за счет механических примесей. Следующим представителем конструкций балансирного типа является устройство для воздействия на призабойную зону скважины ( A.C. № 1613584 ). Данное устройство обеспечивает свободный доступ геофизических приборов к забою скважины после каждого цикла обработки призабойной зоны. Устройство состоит из корпуса, установленного в нем направляющего патрубка, днища и переводника для соединения устройства с колонной труб. В корпусе между направляющим патрубком и днищем размещены два балансира, которые установлены на опорах скольжения. Балансиры имеют меньшие верхние и большие нижние плечи и выполнены в поперечном сечении в форме ромба. В нижней части корпуса расположены на одном уровне левый и правый радиальные канаты. За счет разности длин Ш1еч балансиров их нижние концы перемещаются к центральной оси корпуса. В следующий момент времени происходит перекрытие потока жидкости и нижние концы балансиров начинают перемещаться к периферии. Таким образом, в закачиваемой жидкости создаются импульсы колебания давления. При прекращении закачки жидкости в пласт балансиры устанавливаются в вертикальное положение и обеспечивается свободный проход измерительных геофизических приборов к забою скважины.

В этой же главе приводятся результаты стендовых испытаний разработанных устройств. При сопоставлении теоретических и лабораторных результатов относительная погрешность для двухбалансирной конструкции вибратора составила ± 16%. Для вибратора СВ относительная погрешность составляет ±6,1% и для выбора оптимальной конструкции этого устройства необходимо : значение верхнего плеча балансира должно быть 60 мм, а расход рабочей жидкости - 15... 20 л/с.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ описаны результаты промыслового испытания вибратора СВ в эксплуатационных и нагнетательных скважинах в НГДУ " Арланнефть ", НГДУ " Краснохолмскнефть"', НГДУ " Туймазанефть" АНК" Башнефть". В результате его применения в 1989-90 г.г. для разовой обработки в 7 нагнетательных и 1 эксплуатационной скважинах НГДУ " Краснохолмскнефть" годовой экономический эффект составил 8,75 тыс.руб. ( в ценах 1990 года). В 1994-95 г.г. также в НГДУ " Краснохолмскнефть'" при разовой обработке призабойной зоны 6 нагнетательных и 1 эксплуатационной скважин получен годовой экономический эффект 155,11 млн.руб. ( в ценах 1995 года). В результате стационарной установки двух вибраторов на забое нагнетательных скважин в НГДУ'' Туймазанефть'" в течении 1998 года и постоянной закачки жидкости через mix в системе поддержания пластового давления позволило достигнуть увеличения притока нефти в эксплуатационных скважинах. Дополнительная добыча нефти в 1997-98 г.г. за 16 месяцев составила 5185,6 т , a i олово и экономический эффект от внедрения вибраторов составил 983,4 тыс.руб.

ВЫВОДЫ

1. В результате проведенного обзора существующих конструкций импульсных устройств и приведенной их общей классификации выявлено, что наибольшей универсальностью обладают гидромеханические и электрогидравлические конструкции, а скорость проникновения жидкости в неоднородности при параболическом законе изменения амплитуды давления на выходе возрастает в 2,23 раза в сравнении с синусоидально-изменяющимся законом и в 1,68 раза по отношению к линейно-изменяющемуся.

2. Теоретически доказано, что с увеличением частоты колебания закачиваемой жидкости скорость обратной капиллярной пропитки намного меньше скорости внедрения жидкости в

неоднородности, но нарушается структура блоков. Поэтому наиболее оптимальным диапазоном частот для распространения колебаний в горной породе является 100...800 Гц с учетом собственных частот рассматриваемых пород ( известняки, песчаники ).

3. Разработана универсальная комплексная лабораторная установка по подбору оптимальных параметров разрабатываемых устройств и по исследованию влияния параметров колебания жидкости на характеристики образцов горных пород. На основании обобщения всех полученных лабораторных результатов доказано, что наиболее оптимальное воздействие при закачке импульсной жидкости в системе поддержания пластового давления соответствует диапазону частот 600...800 Гц.

4. Разработаны следующие устройства гидромеханического типа: устьевой пульсатор для обработки призабойной зоны пласта (A.C. № 1501600 ), устройство для воздействия на призабойную зону скважины (A.C. № 1518491 ), забойного вибратора с одноплечим балансиром ( A.C. № 1538589 ), скважинный гидравлический вибратор с двумя рабочими органами (A.C. № 1613584 ), с учётом теоретических и лабораторных исследований наиболее оптимальная конструкция скважинного вибратора СВ ( A.C. № 1503384 ) для стационарной установки на забое нагнетательной скважины и предложена его математическая модель.

5. В результате применения для разовой обработки эксплуатационных и нагнетательных скважин скважинного вибратора СВ в 1989-90 г.г. в НГДУ «Краснохолмскнефть» годовой экономический эффект составил 8,75 тыс. руб. (в ценах 1990 г.), а в 1994-95 г.г. в том же НГДУ - 155,11 млн. руб. (в ценах 1995 г.). В результате стационарной установки в двух нагнетательных скважинах № 12 и

№272 скважшшых вибраторов СВ в НГДУ «Туймазанефть» за 1998 г. годовой экономический эффект составил 983,4 тыс. руб.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих публикациях:

1. Султанов Б.3., Фионов А.И., Габдрахимов М.С., Гуторов Ю.Л., Хабибуллин М.Я. Устьевой пульсатор для обработки призабойной зошл пласта. А.С.№1501600 (СССР), МКИ Е21 В 43/25, опубл. в Б.И.№30, за 1989 г.

2. Султанов Б.3.,Хабибуллин М.Я., Бадретдинов З.Х., Габдрахимов М.С. Скважинный вибратор.А.С.№1503384(СССР),МКИ Е21 В43/00,опубл. в Б.И.№31 за 1989г.

3. Султанов Б.З., Хабибуллин М.Я., Габдрахимов М.С. Устройство для воздействия на призабойную зону скважин. A.C. 1538589, МКИ Е21 В 43/00, опубл. в Б.И.№3 за 1990г.

4. Султанов Б.З., Хабибуллин М.Я., Габдрахимов М.С. Новые технические средства для воздействия на призабойную зону при освоении скважин. - В сб.: Тезисы доклада к 2-ой Всесоюзной научно - технической конференции «Вскрытие нефтегазовых пластов и освоение скважин». - г. Ивано - Франковск, 1988 г., с. 176- 177.

5. Хабибуллин М.Я., Габдрахимов М.С. Оптимальный выбор пульсирующего воздействия на призабойную зону скважин. - В сб.: Тезисы доклада к республиканской научно-технической конференции «Проблемы нефти и газа». — г. Уфа, 1988 г., с. 53.

6. Султанов Б.З., Хабибуллин МЛ., Габдрахимов М.С. О вытеснении нефти водой под действием переменного давления нагнетания- Депошфовано во ВНИИОЭНГ, Биб. указатель ВИНИТИ "Депонированные научные работы" , 1988 г.- №6 (200), с. 142.

7. Габдрахимов М.С., Архипенко А.Ю., Хабибуллин М.Я. О распространении гидроакустических колебаний жидкости в условиях скважины. - Депонировано во ВНИИОЭНГ, Биб. указатель ВИНИТИ "Депонированные научные работы", 1988 г.- №6 (200), с.142.

8. Хабибуллин МЛ., Габдрахимов М.С., Султанов Б.З., Фионов А.И.. Устройство для воздействия на призабойную зону скважины. A.C. № 1518491( СССР), МКИ Е 21 В 43/00, опубл. в БИ № 40 за 1989г.

9. Хабибуллин М.Я. Напряженное состояние колонны насосно-компрессорных труб при работе забойных вибраторов - В сб. : Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики. -г.Уфа :Изд-во Уфим. нефт. ин-та , 1989 г., с. 28-33.

10. Султанов Б.З., Хабибуллин М.Я., Габдрахимов М.С. Повышение эффективности процесса гидроимпульсного воздействия на призабойную зону скважин. - В сб. : Тезисы доклада к республиканской научно-технической конференции " Диагностика, ресурс и прочность оборудования для добычи и переработки нефти". -г.Уфа: Изд-во Уфим. нефт. ин-та, 1989 г., с. 52.

11. Хабибуллин М.Я., Султанов Б.З. Совершенствование оборудования для гидроимпульсной обработки призабойной зоны нефтяных скважин. - В сб.: Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики. - г.Уфа : Изд-во Уфим. нефт. ин-та, 1989 г., с.33-39 .

12. Султанов Б.З., Хабибуллин М.Я., Габдрахимов М.С.,Гуторов Ю.А. Устройство для воздействия на призабойную зону скважин. A.C. № 1613584 ( СССР), МКИ Е 21 В 43/00 , опубл.в БИ № 46 за 1990 г.

13. Хабибуллин М.Я. Теоретические исследования оптимального диапазона частот гидроимпульсного воздействия. - сб.: Нефть и газ 97 :

Проблемы добычи, транспорта, хранения и переработки. - г.Уфа : Изд-во УГНТУ, 1997 г., с.40-44.

14. Хабибуллин М.Я. Лабораторно-экспериментальные исследования оптимального диапазона частот гидроимпульсного воздействия. - В сб. : Нефть и газ 97: Проблемы добычи, транспорта, хранения и переработки. - г.Уфа : Изд-во УГНТУ , 1997 г., с. 44-47.

15.ХабибуллинМ.Я.Определение основных параметров работы скважин-ного балансирного вибратора.- В сб.: Нефть и газ: Проблемы добычи, транспорта,хранения и переработки. - г.Уфа : Изд-воУ ГНТУ, 1998 г., с.46-51.

16. Хабибуллин М.Я. Теоретические исследования вытеснения нефти водой, с циклически изменяющейся амплитудой давле!шя. -В сб. : Нефть и газ : Проблемы добычи, транспорта, хранения и переработки. - г.Уфа : Изд-во УГНТУ, 1998 г., с. 52-59.

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Уфимский государственный нефтяной технический университет

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА ВИБРОТЕХНИКИ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ В НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ

Диссертация

на соискание ученной степени кандидата технических наук

Специальность 05.04.07 - Машины и агрегаты нефтяной

и газовой промышленности

Соискатель :

М.Я.ХАБИБУЛЛИН

Научный руководитель

Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, д.т.н., профессор, Б.З.СУЛТАНОВ

УФА 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

С.

ВВЕДЕНИЕ 4

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ УСТРОЙСТВ ПО ВИБРАЦИОННОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ ЖИДКОСТЬЮ НА НЕФТЕНОСНЫЕ ПЛАСТЫ 7

1.1. Обзор конструкций средств для импульсной закачки

жидкости в скважину 7

1.2. Анализ работы устройств и полученные результаты 15

1.3. Возможные пути совершенствования импульсных устройств

и постановка задач исследований 18

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СОЗДАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ . .. 21

2.1. Исследование процесса распространения гидроакустических колебаний жидкости в условиях скважины 21

2.2. Исследование напряженного состояния колонны насосно-компрессорных труб при работе импульсных устройств на

забое скважины 25

2.3. Исследование механизма вытеснения пластового флюида

водой под действием переменного давления нагнетания 32

2.4. Исследование процесса распространения волн давления в структуре горной породы 43

3. ЛАБОРАТОРНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ УСТРОЙСТВ 53 3.1. Разработка комплексной лабораторной установки для

исследовательской работы по подбору оптимальных параметров разрабатываемых устройств и обоснования теоретических исследований 53

с.

3.2. Методика проведения лабораторных исследований 56

3.3. Лабораторно-экспериментальные исследования механизма изменения импульсных параметров жидкости на образцах

горных пород 60

4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ

КОНСТРУКЦИЙ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ 69

4.1. Создание устройств для воздействия на призабойную зону скважин жидкостью с колебаниями давления 69

4.2. Исследование теоретических зависимостей параметров

работы разработанных конструкций 90

4.3. Стендовые испытания разработанных устройств 102

5. ВНЕДРЕНИЕ И ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ СКВАЖИННОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВИБРАТОРА 108

5.1. Промысловые испытания вибратора в эксплуатационных и нагнетательных скважинах 108

5.2. Анализ полученных результатов 117 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 138 ЛИТЕРАТУРА 140 ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

В процессе эксплуатации производительность добывающих и нагнетательных скважин снижается вследствии выпадания в призабойной зоне парафина, смол, асфальтенов, а также при внесенных с технической жидкостью и закачиваемым агентом инородных материалов. При разработке многопластовой залежи единым фильтром фильтрационные характеристики призабойной зоны пластов изменяются неодинаково. Так, более проницаемые участки пластов, где происходит вымывание и одновременный эффективный вынос закупоривающих частиц с продукцией, вырабатываются и обводняются значительно быстрее. Это приводит к неравномерной выработке залежи, изменению рабочего профиля по интервалу пласта, прорыву закачиваемой жидкости по более проницаемым интервалам пласта, преждевременной обводненности скважин и непроизводительной закачке рабочего агента.

В промысловой практике по интенсификации добычи нефти путем перераспределения отбора из вскрытых перфорацией пластов, применяют методы селективного воздействия на призабойную зону продуктивного пласта ( гидропескоструйные, гидромониторные и термогазотермические обработки; закачка органических и неорганических растворителей, кислот и т.д. ), что требует специального оборудования и материалов, при этом, как правило, не достигается минимально ожидаемая эффективность воздействия, и, кроме того, ведет к длительному простою скважин в ремонте.

Одним из перспективных, не требующий значительных дополнительных затрат, методов воздействия на призабойную зону скважин и на неоднородные пласты углеводородной залежи является закачка рабочих агентов импульсами давления. На сегодняшний день существует множество конструкций вибраторов, генераторов, пульсаторов, способных повысить эффективность обработок, однако их разнообразие не способствует правильному подбору определенной конструкции геолого-физико-

техническим условиям скважины. Разрабатываемые устройства, в своем большинстве, не подкреплены теоретическими и лабораторными исследованиями, подтверждающими целесообразность их применения и, как следствие, обладают существенными недостатками. В связи с чем, а также наряду с причинами огранизационного характера промышленное освоение данного метода и его внедрение происходит замедленными темпами.

Учитывая вышеизложенное, существует необходимость совершенствования и создания новых, принципиально отличных, устройств для гидровибрационного воздействия на призабойную зону эксплуатационных и нагнетательных скважин, изучения процессов, происходящих при этом, с целью выбора оптимального применения их, упорядочение существующих конструкций и детального проведения лабораторных исследований как разработанных устройств, так и влияния параметров воздействия на образцы горной породы.

Настоящая диссертационная работа посвящена изучению процессов распространения волн давления жидкости в условиях скважин, в неоднородных пластах и в горной породе с учетом различных законов изменения давления, исследованию напряженного состояния колонны насосно-компрессорных труб, созданию новых конструкций устройств для вибрационного врздействия и обоснованию их основных параметров на основе лабораторных исследований. В работе изложены результаты лабораторных экспериментов с применением скважин ного вибратора по изучению параметров проникновения жидкости через образцы горной породы и распространению волн давления в них, результаты промысловых испытаний разработанной конструкции.

Работа выполнена под руководством заслуженного деятеля науки и техники РФ, д.т.н., профессора Б.З.Султанова, которому автор приносит глубокую признательность и благодарность.

Кроме того, автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность д.н н., профессору М.С.Габдрахимову за ценные советы и помощь, оказанную при выполнении исследований.

Значительная помощь при проведении лабораторных исследований и промысловых экспериментов была оказана со стороны зав. лабораторией Г.Г.Калашникова.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ УСТРОЙСТВ ПО ВИБРАЦИОННОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ ЖИДКОСТЬЮ НА НЕФТЕНОСНЫЕ ПЛАСТЫ

1.1. Обзор конструкций средств для импульсной закачки жидкости в скважину

В основу виброволнового воздействия вложено использование упругой волны, излучаемой на устье или непосредственно на забое скважины, для возмущения состояния среды в течение определенного времени ( перемещения частиц среды в волне ). Величина амплитуды смещения и колебательная скорость частиц среды зависят от амплитуды и интенсивности источника возмущения. В горных средах при удалении от источника упругой волны на десятки метров и более амплитуды частиц среды малы и после прохождения волны каждая частица жидкости практически возвращается в исходное положение, а энергия упругой волны передается массиву горной породы, в результате чего происходит передача колебательного движения от горной породы движущейся жидкости, но с меньшей амплитудой. Таким образом, происходит постоянный переход кинетической энергии жидкости в потенциальную энергию породы и наоборот. Имеются экспериментальные подтверждения о разрушении структуры жидкости не только при стационарном течении с большим перепадом давления, но и при распространении импульсов давления с амплитудой, превышающей определенную величину. Для аномальных нефтей она составляет 1,5 ... 2 МПа, что на порядок ниже давления, при котором происходит трещинообразование пород, следовательно, эффект от виброволнового воздействия может быть получен при относительно невысоких перепадах давления в амплитуде за счет преодоления начального напряжения сдвига и снижения эффективной вязкости нефтей [59].

В ряде исследований, проведенных учеными, выявлены закономерности влияния упругого волнового поля на процесс фильтрации однородных

жидкостей в пласте, которая выявляется в увеличении ее скорости из-за разрушения геологической структуры жидкости ( вязкость, поверхностное натяжение и т.д. ) [17], из-за массопереносов в насыщенной пористой среде [22], [60], [67]. При изучении влияния вибрации на улучшение фильтрационных свойств нефтяного коллектора в работах [21], [47] было обнаружено, что эффективность вытеснения при воздействии вибрации увеличивается на 10 ... 15 %, а его продолжительность в три раза меньше продолжительности вытеснения без вибрации. Для более качественного исследования данного процесса Гадиевым С.М. рассматривается последовательное движение двух разноцветных несмешивающихся вязких жидкостей в плоском горизонтальном капилляре, ограниченным колеблющимися пластинками [22]. В результате чего определяется зависимость коэффициента вытеснения от частоты колебания пластин, на основании которой утверждается, что с увеличением частоты колебаний коэффициент вытеснения растет и при значении частоты 800 Гц имеет наибольшее значение, а при дальнейшем увеличении частоты, коэффициент вытеснения уменьшается. Причем данный вывод качественно согласуется с опытными данными.

Многочисленные экспериментальные исследования фильтрации были проделаны на моделях пористых сред. В работе [84] отмечается увеличение относительной скорости фильтрации воды или нефти через песчаник при интенсивности акустического поля в несколько сотен киловатт на 1 м2 в зависимости от температуры жидкости, причем увеличение скорости фильтрации до 18 раз авторы пытаются объяснить радиоционным давлением, создаваемым акустическим полем, и увеличением при нагреве числа пор. С нагревом среды снижается вязкость нефти, что влечет за собой уменьшение критического диаметра поры.

В другой работе [53] исследовалось течение различных жидкостей -полярных и неполярных, диэлектриков и электриков - в акустическом поле интенсивностью 1,9 кВт/м2, частотой 17 кГц. Значительное увеличение

скорости фильтрации было замечено для жидкостей с большим дипольным моментом или с малой электропроводностью. Повышение интенсивности поля вызывает увеличение скорости фильтрации при том же значении гидродинамического давления. Однако при фиксированном значении интенсивности поля существует оптимальный перепад гидродинамического давления.

Во всех перечисленных выше исследованиях источник упругого поля и образец помещали в жидкость на некотором расстоянии друг от друта. Это обстоятельство и то, что используемые интенсивности поля велики, не позволяют сделать однозначного вывода о влиянии его на фильтрацию в породе.

Однако экспериментальные исследования, проведенные на установках, в которых источник колебаний помещали непосредственно в пористую среду, также показали изменение скорости фильтрации [31]. Использовали акустическое поле частотой 57 кГц, интенсивностью 0,8 ... 1,2 кВт/м . Для фильтрации в песке пористостью 32 ... 38 % брали водопроводную или дисцилированную воду, растворы поверхностно-активных веществ, керосин, смесь керосина с автолом. Измеряли относительную скорость фильтрации в акустическом поле в зависимости от градиента давления. При совпадении направлений фильтрации и распространения упругой волны отмечалось повышение скорости фильтрации у всех жидкостей. В случае противоположных направлений фильтрации и распространения упругой волны в углеводородных жидкостях скорость фильтрации увеличивалась на 30 % при уменьшении у остальных жидкостей.

Авторы приведенных выше работ в основном объясняют свои выводы следующим положением: вовлечение в струйное движение пристеночного слоя жидкости при ламинарном течении в ядре потока и увеличение интенсивности вихревого движения в периферийных застойных зонах пор породы, т.е. акустическое поле должно способствовать развитию обтекаемого струйного течения в застойной зоне, что в свою очередь

приводит к увеличению охвата поры течением и, следовательно, повышению проницаемости породы [40].

В работе [67] на основе изучения обширного материала, накопленного в этой области, дается следующее объяснение. Для импульсного воздействия на неоднородный, неравномерно, заводненный пласт, перепады давления между различными нефтенасы щенны ми и заводненными зонами и слоями, между различными каналами и потоками жидкости будут попеременно изменяться по величине и направлению, в результате чего будут создаваться условия для непрерывного перемещения нефти из застойных зон и каналов в зоны активного дренирования. При возникновении переменных по знаку перепадов давления между зонами и потоками, обладающих различной нефтенасыщенностыо, будут возникать благоприятные условия для вытеснения нефти за счет капиллярного эффекта. Такое утверждение объясняется и авторами работ [26], [67].

При изучении влияния колебаний на реологические свойства жидкостей Домбровским П.И. основное внимание было уделено изменению вязкости [25]. В результате воздействия колебаниями ультразвуковых частот на чистые углеводородные жидкости их вязкость снизилась, за исключением бензола ( что объясняется возникновением кавитации ). При использовании колебаний звуковых частот также было получено снижение вязкости на 1 ... 2 %. Причем такое изменение вязкости чистых углеводородных жидкостей автор объясняет погрешностью опытов.

Автором работы [21] был разработан стенд для изучения изменения вязкости жидкости при воздействии на нее вибрацией. Колебания создавали электромеханическим способом в диапазоне частот 20 ... 80 Гц при амплитуде 0 + 4 мм. Так, после шестичасового озвучивания трансформаторного масла вязкость в среднем снижается на 15 ... 18 %, которая восстанавливалась через 18 ч. После нескольких дней воздействия первоначальная вязкость уже не восстанавливалась. Было выявлено, что темп падения вязкости для всех частот колебаний примерно одинаков, но с

увеличением амплитуды колебаний вязкость изменяется более значительно. Исследования проводились и на высокочастотной установке с диапазоном частоты колебания 20 ... 20000 Гц. В результате чего, отмечается, что на изменение вязкости до и после вибрации не влияют ни частота вибрации, ни температура окружающей среды.

Для осуществления вибрационного воздействия в настоящее время существует множество различных конструкций как у нас в стране, так и за рубежом. С характерными особенностями каждого устройства можно подробно ознакомиться в работах [16], [22], [40]. Проведем некоторую классификацию существующих устройств:

1.1.1. по месту расположения _:_=_устьевые;

- забойные;

1.1.2. по величине создаваемой частоты импульсов

- низкочастотные (1 ... 20 Гц );

- средней частоты (20 ... 1000 Гц);

- ультразвуковые ( более 1 кГц );

1.1.3. по принципу действия

- механические;

- гидравлические;

- гидромеханические;

- электрогидравлические.

В устройствах механического типа создание импульсов в жидкости осуществляется за счет возвратно-поступательного перемещения с дополнительным приводом энергии рабочего органа ( колонна труб, пластины и т.д. ). Частота создаваемых импульсов колеблется в низкочастотном диапазоне.

Принцип действия гидравлических устройств основан на самопрерывании потока закачиваемой жидкости, т.е. принцип жидкостного свистка. Как правило они создают ультразвуковые колебания.

Гидромеханические устройства основаны на использовании кинетической энергии закачиваемой жидкости и передачи ее рабочему органу, который создает колебания в жидкости ( золотник, шарик, пластина и т.д. ). Частота колебаний жидкости в данных устройствах может достигаться в любом диапазоне.

В электрогидравлических устройствах происходит преобразование электрической энергии в энергию колебания жидкости, в основном, за счет эффекта магнитострикции, пьезоэффекта, эффекта Юткина. Диапазон частот в таких устройствах колеблется в пределах 1 ... 100000 Гц.

Из приведенной классификации видно, что наибольшей универсальностью обладают гидромеханические и электрогидравлические конструкции, которые находят большее применение. Рассмотрим вкратце частовстречаемые конструкции.

Наиболее известная конструкция гидромеханического типа является вибратор конструкции д.т.н. С.М.Гадиева типа ГВЗ, основными элементами которого являются: золотник, установленный на опоре качения, и корпус с радиальными отверстиями. О�