Обоснование параметров и разработка скважинного электромагнитного импульсного виброисточника тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Кордубайло Алексей Олегович

• Кордубайло Алексей Олегович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Кордубайло Алексей Олегович

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР УСТРОЙСТВ ДЛЯ ВИБРОВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

1.1 Поверхностные устройства

1.2 Скважинные виброисточники

1.2.1 Взрывные источники

1.2.2 Невзрывные источники

1.2.2.1 Гармонические виброисточники

1.2.2.2 Гидродинамические виброисточники

1.2.2.3 Механические и гидравлические ударные виброисточники

1.2.2.4 Скважинный электромагнитный импульсный виброисточник. 28 Выводы. Постановка задач

2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО СИЛОВОГО ЭЛЕМЕНТА

2.1 Устройство и принцип работы импульсного СЭ

2.2 Статические характеристики

2.2.1 Определение распорной силы СЭ

2.2.2 Исследование деформаций обсадной трубы

2.3 Динамические характеристики

2.3.1 Определение амплитуды гидравлического импульса в СЭ

2.3.2 Определение модуля объёмной упругости эластичной камеры

2.3.3 Оценка погрешности измерений модуля упругости

2.3.4 Исследование зависимости амплитуды гидравлического импульса от величины предварительного давления в СЭ

2.3.5 Исследование зависимости амплитуды гидравлического импульса от энергии удара по плунжеру СЭ

Выводы

3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО УДАРНОГО УЗЛА

3.1 Устройство и принцип работы электромагнитного ударного узла

3.2 Статические характеристики

3.2.1 Эксперимент и численное моделирование

3.2.2 Анализ влияния конструктивных параметров на тяговые характеристики и компрессионно-вакуумное сопротивление

3.3 Расчёт динамики движения бойка ЭУУ

3.4 Экспериментальное исследование динамических параметров рабочего цикла ЭУУ

3.4.1 Конструктивная схема с неограниченным верхним ходом бойка

3.4.2 Конструктивные схемы с демпфером и с двумя СЭ

3.4.3 Сравнительный анализ конструктивных схем

3.5 Обоснование выбора плотности тока при работе ЭУУ

Выводы

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИННОГО ВИБРОИСТОЧНИКА

4.1 Исследование влияние вибровоздействия на герметичность цементного камня

4.1.1 Обоснование необходимости исследования

4.1.2 Разработка стенда и методики испытаний

4.1.3 Результаты статических испытаний цементного камня

4.1.3 Результаты динамических испытаний цементного камня

4.2 Исследование характеристик сейсмического сигнала от импульсного виброисточника

4.2.1 Лабораторные исследования сейсмического сигнала от импульсного виброисточника

4.2.2 Полевые исследования сейсмических сигналов от импульсного виброисточника

4.2.2.1 Схемы наблюдений

4.2.2.2 Интерпретация результатов

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1. Методика расчёта геометрических параметров гидромеханического импульсного силового элемента скважинного

виброисточника для работы в обсаженных скважинах

Приложение 1. Акт проведения сейсмических испытаний скважинного

электромагнитного импульсного виброисточника

Приложение 2. Справка о внедрении результатов АО «Татойлгаз»

Приложение 3. Справка о внедрении результатов ООО «Криптус»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров и разработка скважинного электромагнитного импульсного виброисточника»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Одной из важнейших проблем нефтедобывающей промышленности является низкий коэффициент извлечения нефти (КИН), который для большинства месторождений не превышает значений 0,3 - 0,4. С целью его повышения используются различные методы увеличения нефтеотдачи (МУН), которые подразделяются на четыре основные группы: тепловые, гидродинамические, физико-химические и биологические. Среди них широкое применение находят виброволновые МУН, основанные на воздействии упругими волнами на продуктивные пласты. Перспективность виброволнового МУН обусловлена сравнительно низкими затратами на реализацию и возможностью комбинирования с другими МУН, повышая их эффективность.

Большой вклад в развитие виброволновых МУН внесли Гадиев С.М., Алексеев А.С., Симкин Э.М., Дыбленко В.П., Ряшенцев Н.П., Симонов Б.Ф., Лопухов Г.П., Сердюков С.В., Савченко А.В. и другие учёные из ведущих научных организаций, таких как, ИФЗ им. О.Ю. Шмидта, ВНИИ им. А.П. Крылова, РГУ им. И.М. Губкина, АзГУ нефти и промышленности, ИГД СО РАН им. Н.А. Чинакала, УГНТУ, КубГУ и других.

Для реализации виброволнового МУН источник упругих колебаний целесообразно располагать в скважине, в непосредственной близости к объекту воздействия. Известны десятки технических решений и конструктивных исполнений устройств для виброволнового воздействия на нефтяные пласты, многообразие которых обусловлено двумя факторами. Во-первых, не разработан универсальный и достаточно точный математический аппарат, описывающий механизм воздействия сейсмических волн на углеводородоотдачу продуктивных залежей. Это делает невозможным выбор оптимальных параметров виброисточников по критерию обеспечения максимальной эффективности вибровоздействия. Во-вторых, существует множество физических принципов генерирования возмущающих усилий (взрыв, механический или гидравлический удар, вращение неуравновешенной массы и другие) и способов их передачи в горную породу, что обуславливает активность изобретательской деятельности. При этом среди известных технических решений

отсутствуют устройства, включающие погружной ударный привод и преобразователь механических импульсов в гидравлические с их дальнейшей передачей на обсадную колонну скважины.

В горном деле известны и другие перспективные направления применения скважинных виброволновых технологий. К ним относится вибровоздействие на угольные пласты с целью ускорения предварительной дегазации, а также методы сейсморазведки, основанные на размещении виброисточников в скважинах.

Вышесказанное обуславливает актуальность проблемы создания скважин-ных источников упругих колебаний и новизну настоящей работы.

Цель работы: обосновать выбор конструктивных и энергетических параметров и разработать скважинный электромагнитный импульсный виброисточник, обеспечивающий вибровоздействие на горную породу через обсадную колонну скважины.

Идея работы заключается в совместном использовании погружного электромагнитного ударного привода и гидромеханического силового элемента для генерирования, преобразования и передачи ударных импульсов на обсадную колонну скважины.

Задачи работы:

1. Определить зависимость амплитуды гидравлических импульсов от предварительного давления рабочей жидкости в силовом элементе.

2. Определить влияние конструктивных параметров электромагнитного ударного узла и плотности тока в его обмотке на ударную мощность и КПД.

3. Установить влияние энергетических параметров виброисточника и длительности импульсного воздействия на герметичность цементного камня скважины.

Методы исследования: анализ и обобщение литературных источников, математическое моделирование рабочих процессов в силовом элементе и электромагнитном ударном узле, экспериментальное определение влияния конструктивных

параметров на характеристики виброисточника, физическое моделирование импульсного воздействия на цементный камень скважины, экспериментальное исследование сейсмического сигнала от виброисточника.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Предварительное давление рабочей жидкости в силовом элементе, при котором достигается максимальная амплитуда гидравлических импульсов находится в пределах 15-20 МПа.

2. Для электромагнитных ударных узлов с отношением длины катушки к радиусу бойка в диапазоне 12-25 плотность тока в катушках, при которой обеспечивается эквивалентная ударная мощность 0,90-0,95 от предельной и КПД не менее 0,4, находится в диапазоне 4-4,5 А/мм2.

3. Герметичность цементного камня скважины с обсадной колонной диаметром 127 мм и толщиной стенки 10 мм при воздействии импульсным виброисточником длительностью до 100 часов не нарушается при энергии удара до 230 Дж и частоте импульсов до 3,4 Гц.

Обоснованность и достоверность полученных результатов и положений обеспечивается значительным объёмом экспериментальных исследований с применением сертифицированных датчиков и приборов, применением известных методов измерения и обработки величин, удовлетворительной сходимостью расчётных и экспериментальных данных.

Научная новизна диссертации:

1. Определена зависимость амплитуды гидравлических импульсов от величины предварительного давления рабочей жидкости в силовом элементе.

2. Выявлено, что для электромагнитных ударных узлов с отношением длины катушки к радиусу бойка в диапазоне 12-25 при увеличении плотности тока в обмотках КПД линейно уменьшается, а эквивалентная ударная мощность повышается и асимптотически приближается к предельной.

3. Установлены значения энергии и частоты ударов виброисточника, а также длительности импульсного воздействия, при которых не происходит нарушение герметичности цементного камня скважины.

Личный вклад автора заключается в: установлении теоретических зависимостей характеристик гидромеханического силового элемента и электромагнитного ударного узла от их конструктивных параметров; участии в создании стендов, в проведении, обработке и интерпретации результатов лабораторных и натурных экспериментальных исследований виброисточника; участии в разработке конструкции и создании опытного образца электромагнитного импульсного виброисточника.

Научная значимость исследования заключается в установлении зависимостей энергетических характеристик гидромеханического силового элемента и электромагнитного ударного узла скважинного виброисточника для воздействия на нефтяные пласты от конструктивных параметров виброисточника и определении его максимальных энергетических характеристик при сохранении герметичности цементного камня скважины.

Практическая значимость исследования заключается в разработке методики расчёта геометрических параметров гидромеханического импульсного силового элемента скважинного виброисточника для работы в обсаженных скважинах.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международных и всероссийских научных конференциях: «Проблемы развития горных наук и горнодобывающей промышленности» (Новосибирск, 2016, 2018); «Геодинамика и напряжённое состояние недр земли» (Новосибирск, 2017, 2019); «Интерэкспо ГЕО-Сибирь» (Новосибирск, 2018, 2019, 2020); «19th International Conference of Young Specialist on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices» («Эрла-гол», Республика Алтай, 2018); «Горняцкая смена» (Новосибирск, 2017, 2019); «Информационные технологии в электротехнике и электро-энергетике» (Чебоксары, 2020).

Публикации. Основные результаты исследования отражены в 14-ти печатных работах, опубликованных в рецензируемых научных изданиях, в том числе в 4-х работах, опубликованных в журналах, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получен патент на изобретение.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 121 наименования, 4-х приложений, изложена на 155 страницах машинного текста и содержит 61 рисунок и 3 таблицы.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР УСТРОЙСТВ ДЛЯ ВИБРОВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Добыча и разнообразные технологические операции на месторождениях глу-бокозалегающих полезных ископаемых производятся скважинным методом. Сква-жинные методы добычи нашли широкое распространение, например, при разработке нефтегазовых месторождений, при подземном растворении залежей каменных и калийных солей, при подземном выщелачивании цветных металлов (медь, никель, уран и т.д.), при добыче метана из угольных пластов при проведении их заблаговременной дегазации [5, 14, 28, 47, 54, 82, 107].

В сферах добычи перечисленных полезных ископаемых применяются технологические операции, основанные на воздействии упругими волнами на продуктивные залежи. К таким операциям относятся сейсмическая разведка и работы по реализации виброволнового метода увеличения добычи полезных ископаемых [9, 17, 44, 63].

Перспективным направлением использования вибровоздействия на горные породы является волновой метод увеличения добычи полезных ископаемых. В частности, широко известны работы Алексеева А.С., Симкина Э.М., Гадиева С.М., Дыбленко В.П., Ряшенцева Н.П., Симонова Б.Ф. Лопухова Г.П., Сердюкова С.В., Савченко А.В. и других учёных из ведущих научных организаций, таких как, ИФЗ им. О.Ю. Шмидта, ВНИИ им. А.П. Крылова, РГУ им. И.М. Губкина, АзГУ нефти и промышленности, ИГД СО РАН им. Н.А. Чинакала, УГНТУ, КубГУ и др. по исследованию влияния вибровоздействия на углеводородоотдачу нефтяных пластов и на выделение метана из угольных пластов при проведении предварительной дегазации [25, 63, 68, 84, 115, 117].

Одной из важнейших проблем нефтедобывающей промышленности является низкий коэффициент извлечения нефти (КИН), который на сегодня не превышает значений 0,3 - 0,4. С целью его повышения используются различные методы увеличения нефтеотдачи (МУН), которые подразделяются на четыре основные группы: тепловые, гидродинамические, физико-химические и биологические [4,

43, 59, 114, 116, 118]. Среди них широкое применение находят виброволновые МУН, основанные на воздействии упругими волнами на продуктивные пласты. Перспективность виброволнового МУН обусловлена сравнительно низкими затратами на реализацию и возможностью комбинирования с другими МУН, повышая их эффективность.

Результаты множества теоретических и промысловых исследований устройств и технологий виброволнового воздействия на нефтегазовые месторождения [7, 10, 25, 63, 87, 90] подтверждают эффективность МУН и способствуют его развитию и промышленному внедрению. При этом для реализации виброволнового МУН источник упругих колебаний целесообразно располагать в скважине, в непосредственной близости к объекту воздействия. Известны десятки технических решений и конструктивных исполнений устройств для виброволнового воздействия на нефтяные пласты, многообразие которых обусловлено двумя факторами. Во-первых, не разработан универсальный и достаточно точный математический аппарат, описывающий механизм воздействия сейсмических волн на углеводородоот-дачу продуктивных залежей. Это делает невозможным выбор оптимальных параметров виброисточников по критерию обеспечения максимальной эффективности вибровоздействия. Во-вторых, существует множество физических принципов генерирования возмущающих усилий (взрыв, механический или гидравлический удар, вращение неуравновешенной массы и т.д.) и способов их передачи в горную породу, что обуславливает активность изобретательской деятельности. При этом среди известных технических решений отсутствуют устройства, включающие погружной ударный привод и преобразователь осевых импульсов в радиальные с их дальнейшей передачей на обсадную колонну скважины.

При добыче газоносного угля важной частью работ является его предварительная дегазация. Степень и скорость извлечения метана влияет на эффективность и безопасность очистных работ и ограничивается скоростью фильтрации метана в угле. Теоретические и экспериментальные исследования [46, 48, 68, 84, 93] показывают, что вибровоздействие на угольные пласты является перспективным методом увеличения проницаемости угля и ускорения процесса дегазации.

В области сейсмической разведки актуальным направлением является развитие и совершенствование технологий вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и межскважинного сейсмического просвечивания (МСП). Становлением и развитием которых занимались Гальперин Е.И., Фролова Р.М., Быков И.А., Тихонова И.Н., Дитмар П.Г., Рослов Ю.В., Корнеев В.А. и другие учёные [15, 16, 50, 67, 110, 120-121]. Методы основаны на размещении сейсмоприёмников и/или сейсмоисточников в скважинах, что позволяет максимально приблизить измерительную аппаратуру к объекту исследования.

В описанных сферах для достижения максимальной эффективности целесообразно источник колебаний располагать в скважине в непосредственной близости к объекту воздействия или исследования. Это обуславливает актуальность создания скважинных источников упругих колебаний.

1.1 Поверхностные устройства

Развитие технических средств в областях сейсморазведки и волнового метода воздействия на месторождения полезных ископаемых началось с устройств, располагаемых на дневной поверхности. Причём до 1970-х гг. применялись, в основном, взрывные способы создания упругих волн. В дальнейшем они были заменены на более безопасные импульсные и гармонические источники [16].

Для проведения сейсморазведочных работ широкое распространение получили электромагнитные импульсные сейсмоисточники «Енисей» (рисунок 1.1.1), «Геотон» и др., развивающие усилие на излучающую плиту от 60 до 1000 кН и выполненные на базе грузовых автомобилей, на санях, либо на воздушных подушках для работы на водной поверхности [23, 102, 112].

Устройство и принцип действия сейсмоисточника описаны на примере санного «Енисей СЭМ-100» (рисунок 1.1.2) [23].

Сейсмоисточник включает днище 1, корпус 2, закрытый крышкой 15. На днище установлены 4 цилиндрические стойки 3, на которых смонтированы приг-

рузы 4 с индукторами 5 электромеханического преобразователя индукционно-ди-намического типа. Индуктор содержит кольцевую обмотку возбуждения 6 магнитного поля преобразователя. Якорь 7 электромеханического преобразователя расположен под обмоткой 6 и закреплен на переходной пластине 8, прикрепленной к днищу 1. Вершины стоек 3 соединены перекладиной 9. Над стойкой расположена пластина 10, соединенная шпильками 11 с пригрузом 4. В пластину 10 уперт шток 13 демпфера, корпус 12 которого расположен внутри верхней части полой стойки 3 и опирается на упор стойки через пружину 14. По краям полозов саней помещены балки 16, соединенные с полозом амортизаторами 17.

Рисунок 1.1.1 - Сейсмоисточник «Енисей» П 12 13 10 9 15

Рисунок 1.1.2 - Устройство «Енисей СЭМ-100»

В исходном положении полозы саней расположены на грунте. По сигналу с сейсмостанции в обмотки возбуждения 6 индукторов 5 всех четырех электромеханических приводов подается импульс тока необходимой величины и длительности. Вокруг обмотки 6 каждого привода создается магнитный поток, который проходит между обмоткой возбуждения и якорем. Это приводит к созданию между якорем и витками обмотки пондеромоторной расталкивающей их силы. Через плиту 8 сила воздействует на днище 1 полоза, который смещается вниз и создает деформацию грунта. После окончания действия силы полоз за счет реакции сжатого грунта перемещается вверх и происходит процесс его затухающих колебаний на грунте. Деформация грунта сопровождается формированием в нем сейсмической волны. Под действием этой же силы индуктор 5 с обмоткой возбуждения 6 и пригруз 4 ускоряются вверх и поднимаются на величину Н. При этом перемещается и пластина 10, и упертый в нее шток 13 демпфера. Затем груз под действием силы тяжести и силы релаксации демпфера медленно перемещается вниз до начального положения. После его опускания рабочий цикл может быть повторён.

Описанный тип импульсных сейсмоисточников предназначен для единичных силовых воздействий с поверхности Земли при проведении сейсморазведоч-ных работ. Для реализации технологий виброволнового МУН согласно результатам теоретических и экспериментальных исследований вибровоздействие следует осуществлять на частотах, близких к частоте собственных колебаний геофизической среды. Это ведёт к возникновению резонансных явлений в нефтяном коллекторе и высвобождению внутренней энергии, накопленной в геосреде в виде напряжённо-деформированного состояния. Высвобождение энергии ведёт к перестройке структуры коллектора, формированию новых путей фильтрации флюида и вовлечению в разработку слабо дренируемых участков пласта [17, 63].

В рамках этой концепции сотрудниками Института горного дела СО РАН совместно с НПО «Элсиб» ОАО разработаны и испытаны мощные гармонические виброисточники (рисунок 1.1.3) с амплитудой вынуждающей силы до 600 кН при частотах 8 - 12 Гц [63].

Рисунок 1.1.3 - Гармонический виброисточник ИГД СО РАН Виброисточник представляет собой смонтированную на предварительно подготовленной поверхности земли массивную опорную плиту, к верхней поверхности которой закреплён корпус дебалансного блока. В корпусе установлен набор дебалансных валов, попарно связанных между собой зубчатыми передачами. Связь валов между собой необходима для того, чтобы центробежные силы, возникающие при вращении дебалансов, суммировались в вертикальном направлении и уравновешивали друг друга в горизонтальной плоскости. Привод дебалансных валов осуществляется одним или несколькими электродвигателями, получающими питание от блока питания и управления.

В целях повышения эффективности виброобработки на промыслах использовались не единичные источники, а сейсмические комплексы, включающие несколько виброисточников для охвата волновым полем значительного участка или даже всего месторождения.

Опытно-промышленные работы, проводимые более десяти лет на различных нефтяных месторождениях, показали высокую эффективность установок при обработке залежей на глубине до 1,5 - 2 км. При этом наиболее успешные результаты были получены на месторождениях «Правдинское» в 1994 г., «Северо-Салымское» в 1995 г., «Суторминское» в 1996 г., где объём дополнительной добычи составлял

80 - 150% от текущей добычи при существенном снижении обводнённости продукции. По остальным месторождениям объём дополнительно добытой нефти составил до 30 - 50 % от текущей добычи [63, 64].

При этом технологии воздействия на глубокозалегающие полезные ископаемые поверхностными виброисточниками имеют ряд существенных недостатков:

- необходимость использования мощных, громоздких и дорогостоящих поверхностных виброисточников;

- большое затухание энергии сейсмических волн в поверхностных слоях Земли;

- низкая эффективность вибровоздействия при обработке месторождений, залегающих глубже 1 - 1,5 км вследствие рассеяния энергии.

Понимание этих проблем ещё в 1980-х гг. привело к созданию научно-технического направления - скважинные источники упругих колебаний.

1.2 Скважинные виброисточники

Скважинные источники упругих колебаний в процессе работы располагаются максимально близко к объекту воздействия, что обуславливает возможность получать наиболее точные данные о размерах, структуре и свойствах объекта при проведении скважинных сейсморазведочных работ и обеспечивать максимальную энергоэффективность виброволновых технологий интенсификации добычи полезных ископаемых.

При этом создание скважинных виброисточников является крайне сложной научно-технической задачей, вследствие ограниченных диаметральных и линейных габаритов, требований к термо- и баростойкости глубинного оборудования, необходимости совмещения с традиционными технологиями разработки нефтегазовых месторождений во избежание нарушения производственных процессов и простоев скважин и дорогостоящего оборудования и т.д.

1.2.1 Взрывные источники

Способ создания сейсмической волны в породном массиве посредством взрыва скважинного заряда твёрдых взрывчатых веществ (далее ВВ) применяется с самых первых научно-исследовательских и промысловых работ по скважинной сейсморазведке и реализации МУН. Благодаря многочисленным достоинствам, к которым относятся: практически неограниченный диапазон мощности воздействия, непосредственное воздействие продуктов взрыва на породу; близость частотного спектра к сейсмическому и т. д., этот способ, практически в неизменном виде, до последнего времени остаётся одним из самых распространенных способов возбуждения продольных и поперечных волн [16, 20, 60].

При этом скважинный взрывной способ возбуждения упругих колебаний имеет ряд существенных недостатков. К ним относятся: высокая опасность взрывных работ для обслуживающего персонала; большая стоимость охраны хранения и транспортировки взрывчатых веществ; необратимые изменения окружающей среды в результате использования мощных зарядов ВВ; трудности накопления результатов отдельных воздействий при уменьшении величины единичных зарядов; низкая производительность и дороговизна подготовительных работ, особенно при повторных воздействиях. Кроме того, применение технологии взрыва зарядов ВВ нецелесообразно для реализации МУН, т.к. мощные единичные воздействия способны нарушить целостность эксплуатационной колонны скважины, что потребует проведения дорогостоящих ремонтных работ, а многократное воздействие зарядами меньшей мощности ведёт к кратному увеличению затрат времени и средств на спускоподъёмные др. технологические операции [69, 70].

С середины 1980-х гг. была создана и получила развитие технология плаз-менно-импульсного воздействия на нефтяные пласты с целью очистки призабой-ной зоны пластов и увеличения нефтеотдачи. О.П. Печерский, Молчанов А.А., Агеев П.Г. и др. разработали высоковольтный плазменно-импульсный генератор [3, 56, 76]. Применение «взрывной» калиброванной проволоки для инициирования

электрического пробоя в междуэлектродном пространстве способствует образованию устойчивой «холодной» плазмы независимо от электропроводности скважин-ного флюида и гидростатического давления окружающей среды. В следствие чего устройство и технологию можно отнести к разряду взрывных. С 2007 г. компания Novas Energy Services осуществляет производство указанных сейсмоисточников (рисунок 1.2.1) и виброволновую обработку нефтяных скважин.

Рисунок 1.2.1 - Плазменно-импульсный сейсмоисточник Работа устройства осуществляется следующим образом. Ток высокого напряжения (3000 - 5000 В) от батареи накопительных конденсаторов подается на электроды, которые замыкаются калиброванным проводником, что приводит к его взрыву и образованию плазмы в замкнутом пространстве.

Во время взрыва запасенная в конденсаторах энергия испаряет материал проводника; образовавшаяся плазма с большой силой воздействует на окружающую среду, происходит повышение давления, плотности и температуры среды, то есть образуется ударная волна.

При взрыве в жидкой среде максимальное давление достигается в момент сжатия среды в ударной волне. При распространении взрывной волны в твердых упругих средах ударный фронт сравнительно быстро исчезает, и взрывная волна

превращается в ряд последовательных колебаний, радиально распространяющихся от скважины вглубь пласта со скоростью упругих волн.

Расширение плазменного канала и его последующее «схлопывание» по периодическому принципу оказывает на призабойную зону пласта и пласт в целом знакопеременные нагрузки. В результате многократного периодического повторения циклов «репрессия - депрессия» ударные гидравлические волны давления распространяются по скелету пласта и его пористой среде и изменяют емкостные и фильтрационные свойства пород.

Процесс образования плазмы сопровождается упругим импульсом длительностью 50 мкс, с частотным спектром от единиц герц до нескольких десятков килогерц, давлением в импульсе более 10 МПа и температурой свыше 25 000 оС.

Результаты промысловых работ на нефтяных месторождениях с применением описанного плазменно-импульсного генератора приведены в работах [13, 21]. Кроме того, в работе [56] говорится о перспективах использования ПИВ генератора для воздействия на угольные пласты при проведении заблаговременной дегазации. При этом к недостаткам устройства и технологии относятся: ограниченная совместимость со штатными технологиями добычи нефти, что обуславливает простой скважины на время проведения работ; большая длительность зарядки конденсаторов (в пределах 3 - 5 с), что не позволяет обеспечивать резонансные режимы колебаний горной породы и источника; знакопеременное динамическое воздействие на цементную крепь скважины, что влечёт риск повреждения цементного кольца, особенно в скважинах на поздних стадиях эксплуатации.

1.2.2 Невзрывные источники

Наиболее перспективным путём устранения недостатков взрывных сейсмических источников является переход на более безопасные невзрывные скважинные источники. К настоящему времени известно несколько десятков различных технических решений в этой области. Такое многообразие устройств обусловлено двумя

факторами. Во-первых, как уже говорилось, отсутствие достаточно точного и универсального математического аппарата, позволяющего описать процессы, происходящие в нефтяных пластах под действием упругих колебаний, что затрудняет выбор оптимальных параметров существующих и вновь создаваемых виброисточников. Во-вторых, многообразие технических способов генерации упругих колебаний (механический удар, вращение неуравновешенной массы, периодическое прерывание потока жидкости под давлением и т.д.).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кордубайло Алексей Олегович, 2021 год

- 160 с.

86. Ряшенцев, Н.П. О проектировании оптимальных ЭМВПД / Н.П. Ряшенцев, Ю.Г. Ямпольский, Ю.И. Кибрик и др. //Физико-техн. проблемы разработки полезных ископаемых. - 1974. - №2. - С. 72-77.

87. Савченко, А.В. Результаты испытаний скважинного сейсмоисточника / А.В. Савченко, Б.Ф. Симонов, Е.Н. Чередников // Интерэкспо Гео-Сибирь. - 2013. -Т. 2, № 3. - С. 113-116.

88. Савченко, А.В. Совершенствование скважинной технологии гидроимпульсного воздействия на горные породы при добыче полезных ископаемых: автореф.

дис. ... канд. техн. наук : 25.00.22; 05.05.06 / Савченко Андрей Владимирович. -Новосибирск, 2009. - 23 с.

89. Савченко, А.В. Сравнительный анализ волновых методов увеличения нефтеотдачи / А.В. Савченко // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2006. - №3. - С. 63-75.

90. Сахаров, В.А. Анализ результатов вибровоздейсвтия на пласт на Центрально-Азнакаевской площади Ромашкинского месторождения / В.А. Сахаров, М.А. Мо-хов // 20 лет РАЕН, Сборник статей. Секция нефти и газа. - М., 2011. - С. 104110.

91. Сергеев, А. Г. Метрология, стандартизация, сертификация / А. Г. Сергеев, М. В. Латышев, В. В. Терегеря. - М. : Логос, 2005. - 560 с

92. Сердюков, С.В. Механизм стимуляции добычи нефти сейсмическими полями малой интенсивности / С.В. Сердюков, М.В. Курленя // Акустический журнал. - 2007. - Т.53. - №5. - С.703-714.

93. Сердюков, С.В. Скважинный вибрационный источник для сейсмического воздействия на призабойную зону породного массива / С.В. Сердюков, Л.А. Рыбал-кин, П.А. Дергач, А.С. Сердюков, А.В. Азаров // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2016. - №5. - С. 197-204.

94. Симонов Б.Ф., Электромагнитные молоты для морского нефтегазопромысло-вого строительства / Б.Ф. Симонов, В.С. Вовк, Ю.В. Погарский, А.И. Кадышев // РЯОнефть. Профессионально о нефти. - 2019. - №2. - С.59-65.

95. Симонов, Б.Ф. Имитационное моделирование рабочего процесса электромагнитного привода скважинного виброисточника / Б.Ф. Симонов, В.Ю. Нейман, Л.А. Нейман, А.О. Кордубайло // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2020. - №3. - С.120-130.

96. Симонов, Б.Ф. Импульсный линейный электромагнитный привод для сква-жинного виброисточника / В.Ю. Нейман, А.С. Шабанов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2017. - №1. - С.118-126.

97. Симонов, Б.Ф. Рабочие процессы в импульсном линейном электромагнитном приводе скважинного виброисточника / Б.Ф. Симонов, В.Ю. Нейман, А.О. Кор-дубайло, А.Е. Полищук // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2018. - №1 - С.71-78.

98. Симонов, Б.Ф. Экспериментальные исследования эффективности излучения скважинного импульсного виброисточника / Б.Ф. Симонов, В.Н. Опарин, А.О. Кордубайло, В.И. Востриков // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2019. - №8. - С.180-189.

99. Симонов, Б.Ф., Расчет исходных данных для проектирования электромагнитов молота простого действия / Б.Ф. Симонов, А.И. Кадышев, Н.А. Бритков // Сборник научных трудов под общ. ред. Н.П. Ряшенцева «Импульсные линейные электромагнитные машины»:- Новосибирск: Изд-во ИГД СО АН СССР, 1991. -С. 14-18.

100. Славин С. Силовой элемент / С. Славин // Техника молодёжи. - 1986. - №9.

- С. 4-7.

101. Сливинская, А.Г. Электромагниты и постоянные магниты / А.Г. Сливинская.

- М.: Энергия, 1972. - 248 с.

102. Смирнов, В.П. Электромагнитные источники сейсмических колебаний ряда "Енисей СЭМ, КЭМ" / В.П. Смирнов // Приборы и системы разведочной геофизики. - 2003. - № 1. - С. 21-25.

103. Стружанов, В.В. Теория упругости: основные положения: учеб. пособие / В. В. Стружанов, Н. В. Бурмашева. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2019. — 204 с.

104. Толкачев, Г.М. Оценка упругопрочностных свойств цементного камня там-понажного материала, предназначенного для цементирования скважин / Г.М. Толкачев, В.А. Асанов, А.А. Фохт // Вестник Пермского государственного исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. - 2013. - Т.12. - №8. - С. 35-40.

105. Угаров, Г.Г. Тенденции развития и применения ручных ударных машин с электромеханическим преобразованием энергии / Г.Г. Угаров, В.Ю. Нейман //Изв. ВУЗов. Электромеханика. - 2002. - №2. - С. 37-43.

106. Флянтиков А.Д. Обоснование конструктивных и энергетических параметров скоростного скважинного дебалансного виброисточника / А.Д. Флянтиков, А.В. Савченко, М.Н. Цупов, Д.С. Евстигнеев // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. - 2019. - №2. - С. 272-277.

107. Халезов, Б.Д. Кучное выщелачивание медных и медно-цинковых руд / Б.Д. Халезов. - Екатеринбург: Уральский центр академического обслуживания, 2013. - 332 с.

108. Хасаншин, Р.Н. Опыт работы по ликвидации заколонных перетоков на нагнетательных скважинах ПАО «Газпром нефть» / Р.Н. Хасаншин // Нефть. Газ. Новации. - 2019. - №7. - С.16-18.

109. Чебунин А.Ф. Гидропривод транспортных и технологических машин: учеб. пособие / А.Ф. Чебунин. - Чита: ЗабГУ, 2012. - 135 с.

110. Чугаев, А.В. Скважинные сейсмические исследования при изучении водозащитной толщи на аварийном участке верхнекамского месторождения калийных солей / А.В. Чугаев // Горное эхо. - 2019. - Т.77. - №4. - С92-100.

111. Шабанов, А.С. Пути решения проблемы повышения эффективности ЛЭМД в приводе прессового оборудования / А.С. Шабанов, Ф.Э. Лаппи, В.А. Аксютин, О.Э. Пауль // Сборник материалов V Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс: актуальные и перспективные направления будущего». Новосибирск. 2017. - С.57-60.

112. Щадин, П.Ю. Характеристики волнового сейсмического поля, возбуждаемого импульсными источниками «Енисей» / П.Ю. Щадин // Технологии сейсморазведки. - 2013. - №4. - С. 74-80.

113. Щитников, А.А. Передача сообщений через горные породы сейсмическими волнами: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 01.04.03 / Щитников Александр Александрович. - Красноярск, 2017. - 24 с.

114. Bern A. Status of electromagnetic heating for enhanced heavy oil/bitumen recovery and future prospects / A. Bera, T. Babadagli // Areview. Applied Energy. - 2015. - Vol. 151. — P. 206 - 226. doi.org/10.1016/j.apenergy. 2015.04.031.

115. Beresnev I. The mechanism of recovery of residual oil by elastic waves and vibrations // SEG / Houston 2005 Annual Meeting, p. 1386-1390.

116. Esmaeilzadeh P. Wettability alteration of carbonate rocks from liquid-wetting to ultra gas-wetting using TiO2, SiO2 and CNT nanofluids containing fluorochemicals, for enhanced gas recovery / P. Esmaeilzadeh, M. T. Sadeghi, Z. Fakhroueian, A. Bah-ramian and R. Norouzbeigi // J. Natural Gas Sci. and Eng. - 2015. - Vol. 26. — P. 1294 - 1305. doi.org/10.1016/j.jngse.2015.08.037.

117. Roberts P.M. Laboratory observations of altered porous fluid-flow behavior in Be-rea sandstone induced by low-frequency dynamic stress stimulation // Acoustical Physics. - 2005. -vol. 51. - Suppl. №1. - p.140-148.

118. Sheng J. J., Leonhardt B., and Azri N. Status of polymer-flooding technology, J. Canadian Petroleum Technology. - 2015. - Vol. 54, No 2. — P. 116 - 126. doi.org/10.2118/174541-PA.

119. Simonov, B.F. Optimization of Vibratory Source Electromagnetic Drive Operating Process / B.F. Simonov, V.Yu Neyman, A.O. Kordubailo // 19th International Conference of Young Specialist on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM 2018. - P. 759-762.

120. Xian, X.D. An ultrasonic vibration-based test system for the study of coalbed gas / X.D. Xian, W.R. Shi // Journal of Chongqing University. - 2008. - Vol. 31. - № 6. - P. 667-671.

121. Yu G. VSP using multimode optical fibers in a hybrid wireline / G. Yu, Y Z. Chen, X. M. Wang, O. H. Zhang, Y P. Li, B. Y Zhao, J. J. Wu, and Greer J. Walkaway // The Leading Edge. - 2016. - Vol. 35, No 7. — P. 615 - 619. doi.org/10.1190/tle35070615.1.

МЕТОДИКА

расчёта геометрических параметров гидромеханического импульсного силового элемента скважинного виброисточника для работы в обсаженных скважинах

Ответственный исполнитель: А.О. Кордубайло

Новосибирск - 2021

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................................3

1 ОБЛАСТЬ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ....................................................................3

2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ......................................................................................................................4

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОГО ЭЛЕМЕНТА................................................................................................................4

3.1 Расчётная схема....................................................................................................................................4

3.2 Определение длины клиньев и пуансонов......................................................................5

3.2 Определение диаметра и хода плунжера..........................................................................6

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..........................................11

ВВЕДЕНИЕ

В горном деле распространены технологические операции, основанные на воздействии упругими волнами на горную породу. К ним относятся виброволновой метод увеличения нефтеотдачи, вибровоздействие на угольные пласты с целью ускорения процесса предварительной дегазации и скважинные методы сейсмической разведки, а именно: вертикальное сейсмическое профилирование и межсква-жинное сейсмическое просвечивание [1,2]. Для этих целей могут быть использованы скважинные импульсные виброисточники на основе гидромеханических силовых элементов (далее - СЭ) [3]. СЭ предназначен для механического крепления виброисточника в произвольном интервале скважины и передачи ударных импульсов на обсадную колонну скважины. Величина статической распорной силы и амплитуда гидравлических импульсов, действующих на обсадную колонну, определяются предварительным давлением рабочей жидкости в СЭ, энергией удара по плунжеру и геометрическими параметрами конструктивных элементов СЭ [4,5].

Цель расчёта - определить значения геометрических параметров гидромеханического импульсного СЭ скважинного виброисточника, а именно: длины клиньев, длины пуансонов и диаметра плунжера, при которых обеспечивается требуемое статическое и импульсное воздействие на обсадную колонну скважины.

1 ОБЛАСТЬ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ

Разработанная методика может быть использована для расчёта основных геометрических параметров СЭ при проектировании скважинных импульсных виброисточников, предназначенных для работы в обсаженных скважинах, для вибровоздействия на продуктивные пласты горных пород, либо скважинных методов сейсморазведки. Расчётные зависимости применимы для СЭ на базе эластичных камер из резины маки 3826 ТУ 2512-046-00152081-2003 или аналогов, усечённых клиньев и пуансонов для обсадных колонн скважин диаметром в диапазоне от 70 до 200 мм.

2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Исходными данными к расчёту являются: Допустимая статическая распорная сила на обсадную колонну - Ер тах, Н; Требуемая энергия удара по плунжеру СЭ со стороны ударного узла - Еуд, Дж; Требуемая длительность ударного импульса, передаваемого в горную породу - ДЬ, с. Исходные данные определяются технологическим назначением виброисточника и должны предоставляться заказчиком проектировочных работ.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОГО ЭЛЕМЕНТА 3.1 Расчётная схема

1 - эластичная камера; 2,3 - нижний и верхний ниппели; 4 - пуансон; 5 - клин; 6,7 -крышки; 8 - плунжер; 9 - корпус плунжера; 10 - уплотнение; 11 - головка; 12 - обсадная труба Рисунок 1 - Схема к расчёту геометрических параметров СЭ

3.2 Определение длины клиньев и пуансонов

Распорная сила Рр, действующая на обсадную трубу, с учётом давления внешней среды в скважине должна быть не более допустимой:

Рр = Ро^ЛКК + Ь2) - рСр{а1п — 2Ь1П + с1ккп) < Рртах, (1)

где Рр - распорная сила, Н; р0 — давление рабочей жидкости в камере СЭ, МПа; — проекция длины контакта камеры с клином на ось, перпендикулярную движению клина, мм; к2 — проекция длины контакта камеры с пуансоном на ось, перпендикулярную движению пуансона, мм; кп — коэффициент преобразования силы в паре клин-пуансон; рср —давление внешней среды, МПа; а — ширина пуансона, мм; 1П —длина пуансона, мм; Ь —ширина внутренней кромки пуансона, мм; с — ширина торца клина, мм; 1к — длина клина, мм.

Коэффициент преобразования силы кп определяется геометрией контактной пары клин-пуансон и при угле клина 600 определяется:

_(^(а/2) — /зт(а/2)) (2)

кп = (Бт(а/2) + /соз(а/2)У

где а - угла клина, а = 600; f — коэффициент трения в паре пуансон-клин, f =

0,12 — 0,15.

Параметры а, с — задаются конструктивно. Параметры к1,к2,Ь —вычисляются аналитически, либо графическим построением поперечного сечения СЭ. Наружную поверхность пуансонов целесообразно выполнять по цилиндрической поверхности с радиусом, равным внутреннему радиусу обсадной трубы, для обеспечения наибольшей площади контакта.

Для скважин глубиной до 500 м (с давлением внешней среды до 5 МПа) допускается применять конструкцию с грузонесущими пуансонами. При этом длина пуансонов определяется:

1п = 1к + (100 ^ 120мм), (3)

где 100 + 120мм - расстояние, под узлы осевого крепления пуансонов.

В этом случае длина клиньев 1к определяется:

^ _ Ру тах+И0Рср(а-2Ь) (4)

к р(к±кп+Ь2)-Рср(скп+а-2ЬУ

При расчёте 1к давление р0 в эластичной камере СЭ целесообразно назначать из диапазона 15 - 20 МПа.

При проектировании виброисточника для глубоких скважин (более 500 м) с давлением внешней среды рср на глубине работы виброисточника свыше 5 МПа, целесообразно применять конструкцию СЭ с равной длиной клиньев и пуансонов (1к = ^п). Это обеспечивает минимальное сопротивление внешней среды при раз-движении пуансонов. Длина клиньев и пуансонов в этом случае определяются:

^ __Рр тах (5)

К Ро(Ь1кп+Ь.2)-Рср(скп+а-2ЬУ

При расчёте 1К давление р0 в эластичной камере СЭ целесообразно так же назначать из диапазона 15 - 20 МПа, но при увеличении давления внешней среды рср свыше 10 МПа необходимо выполнять условие (6):

Ро = Рср + (5 + 7МПа). (6)

Условие (6) необходимо выполнять для гарантированного раздвижения пуансонов в скважине и обеспечения надёжного контакта с обсадной колонной в процессе вибровоздействия.

3.3 Определение диаметра плунжера

Для определения диаметра плунжера необходимо знать величину гидравлического импульса Др, возникающего в СЭ под действием удара по плунжеру с энергией Еуд.

Др =

ч

^ЕудЛудКмКк.ср. | 2

+ Р5- Ро, (7)

^мО^к.ср. + Уко^м

где Др — амплитуда импульса давления, МПа; Еуд - энергия удара, Дж; Т]уд — обобщённый КПД передачи энергии (отражает учёт формы соударяющихся поверхностей, потери на трение в уплотнении и т.д.), = 0,85 — 0,9; р0 —предварительное

давление в СЭ, р0 = 15 -20 МПа; Ум0, Кк0 - объёмы рабочей жидкости (масла) и эластичной камеры в упругой системе СЭ при давлении р0, см3; Км —объёмный модуль упругости масла, МПа; Ккср. —усреднённый объёмный модуль упругости камеры в интервале давлений от р0 до р0 + Ар, МПа.

Объёмы рабочей жидкости и эластичной камеры в упругой системе:

4 ^м

п^Кл — йКоо), Г 2ро

(1—Ь (9)

где йк0, с1к1 - внутренний и внешний диаметры эластичной камеры в недеформиро-ванном состоянии, см; 1к — длина клина, см; У^ —объём масла, закачанного в СЭ для раздвижения пуансонов до упора в обсадную трубу, см3; Кк —модуль упругости камеры при давлении р0, МПа.

Ум.3. = №и — 5по)1к, (10)

где 5п1,5п0 —площади поперечного сечения полости, ограниченной внутренними поверхностями клиньев и пуансонов в деформированном состоянии (5п1) и неде-формированном состоянии (5п0), см2; 1к — длина клиньев, см.

Площади 5п1,5п0 целесообразно определять путём графических построений поперечного сечения СЭ при нахождении пуансонов в начальном положении и при раздвижении пуансонов до упора в обсадную трубу.

Усреднённый объёмный модуль упругости камеры в интервале давлений от Ро до ро + Ар.

КкП + КкЛ

Кк.ср.= к0 + к1, (11)

где Кк0 —объёмный модуль упругости камеры при давлении в СЭ р0; Кк1 — то же при давлении в СЭ р = р0 + Ар.

Для определения Кк0) ^^рекомендуется использовать эмпирическую зависимость модуля упругости камеры от давления в СЭ (рисунок 2).

Решение зависимости (7) ведётся методом последовательных приближений. На начальном этапе Кк ср задаётся равным Кк0. Рассчитывается Ар и определяется

Ккср для интервала давления от р0 до р0 + Ар. Затем повторно рассчитывается Ар.

Процедура повторяется до удовлетворительной сходимости двух последних расчётных значений Ар.

600

ей

£ 400

о о и

С

д 200

Ч

ч о

10 20 30

Давление в камере , МПа

40

Рисунок 2 - Зависимость модуля упругости камеры от давления в СЭ В момент касания бойка ударного узла с плунжером они начинают совместное равнозамедленное движение по инерции в сторону внедрения в СЭ.

Кинематика совместного движения бойка с плунжером описываются уравнением (12):

I2

кп + у0Ь + а—= 0, 2

(12)

где кп -ход плунжера, м; у0 —начальная скорость совместного движения бойка с плунжером, м/с; t —интервал времени с момента касания бойка и плунжера до их остановки, с; а —ускорение движения, м/с2.

Величину кп рекомендуется выбирать из диапазона 30 - 150 мм в зависимости от желаемой длительности ударного импульса, передаваемого в горную породу А1 . Большие значения кп следует принимать для обеспечения большей А^

Начальная скорость совместного движения у0 по закону сохранения импульса:

ШбУуд

Уо =

тб + тп'

(13)

0

0

где тб —масса бойка ударного узла, кг; тп —масса плунжера, тп = 0,2 — 0,3 кг; ууд —скорость удара бойка по плунжеру СЭ, м/с.

2 Е

уд (14)

тб

N

Рекомендуется массу бойка тб выбирать из условия обеспечения скорости удара ууд в диапазоне 3 - 6 м/с.

При проектировочном расчёте допускается пренебречь потерями энергии в СЭ при внедрении и обратном выдвижении плунжера. Это значит, время внедрения плунжера с момента удара бойка до полной остановки бойка с плунжером в нижней мёртвой точке определяется:

^ (15)

где А —требуемая длительность одного ударного импульса, передаваемого на обсадную колонну скважины.

Из уравнений (12) и (15) определяется требуемая величина ускорения движения плунжера с бойком при внедрении в СЭ:

2( УоАг — Ьп)

а=—2—. (16) Ф2

Сила сопротивления внедрению плунжера для обеспечения требуемой величины ускорения:

2( УоАг — Ьп)

Р = (тб + тп)-2-. (17)

А)2

При внедрении плунжера в СЭ сила сопротивления F определяется величиной гидравлического давления в эластичной камере СЭ и площадью поперечного сечения тела плунжера:

пё2

Р = Рср^, (18)

где рср —значение среднего давления в эластичной камере при внедрении плунжера, йп-диаметр плунжера.

Среднее давление при внедрении плунжера:

Рср=Р0+^. (19)

Диаметр плунжера йп, требуемый для формирования в СЭ импульса гидравлического давления амплитудой Ар и длительностью А^

йп =

\

4(тб + ™-п)-2--™

(А-)2 (20)

™(Ро + АГ)

Длительность импульса А1 целесообразно выбирать в диапазоне 10-100 мс для обеспечения технологически реализуемых величин йп и кп.

Изложенная методика позволяет производить расчёт и обоснованный выбор основных геометрических параметров СЭ для скважинных виброисточников, обеспечивающих: допустимую статическую распорную силу на обсадную колонну -Ер тах; преобразование и передачу требуемой энергии удара со стороны ударного узла - Еуд; требуемую длительность ударного импульса, передаваемого в горную породу - А^

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Опарин, В.Н. Геомеханические и технические основы увеличения нефтеотдачи пластов в виброволновых технологиях / В.Н. Опарин, Б.Ф. Симонов, В.Ф. Юшкин, В.И. Востриков, Ю.В. Погарский, Л.А. Назаров — Новосибирск: Наука, 2010. — 404 с.

Ошкин, А.Н. Межскважинное сейсмическое просвечивание — опыт, методология, аппаратура / А.Н. Ошкин, Р.Ю. Ермаков, Н.А. Рагозин, В.И. Игнатьев // Приборы и системы разведочной геофизики. — 2016. — № 3. — С. 37-47.

3. Пат. 85552 РФ, МПК Е21С 37/10 (2006.01). Гидрораскалывающее устройство / Лебедев Ю.А.; заявитель и патентообладатель Лебедев Ю.А.; заявл. 01.04.2009; опубл. 10.08.2009; Бюл. №22. - 17 с.: ил.

4. Кордубайло, А.О. К расчёту распорной силы гидравлического силового элемента для скважинного виброисточника / А.О. Кордубайло, Б.Ф. Симонов, Ю.В. Погарский // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. - 2016. - Т.3. - №2 - С.98-101.

5. Кордубайло А.О. Увеличение эффективности волнового воздействия на нефтяной пласт скважинным сейсмоисточником / А.О. Кордубайло // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. - 2017. - №3. - С.137-142.

АКТ

от «су » О

Об'

20/?

г.

УТВЕРЖДАЮ: Вр. и.о. директора Алтае-Саянского филиала ФИЦ ЕГС^AJk-K^M.H.

'манов A.A.

Vi Ol

г. Горно-Алтайск испытаний скважинного

проведении полевых сейсмических электромагнитного импульсного виброисточника в ближней и дальней зоне. Испытания проводились в период с 27.04. по 30.04.2017 г. на полигоне в окрестностях г. Горно-Алтайск, Республика Алтай.

1 Объект испытания

Объектом исследования является прототип скважинного виброисточника на базе гидромеханического силового элемента (СЭ) и электромагнитного ударного узла (ЭУУ), разработанный ИГД СО РАН, совместно с ПАО "Силэн Сейсмоимпульс". Технические характеристики виброисточника представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Параметр: Значение

Энергия удара бойка ЭУУ, Дж 150-170

Масса бойка ЭУУ, кг 14

Частота ударов ЭУУ, Гц 1,5-2

Статическое давление в СЭ, МПа 20

Амплитуда импульсов в СЭ, МПа 12-14

Габаритный диаметр виброитсочника, мм 110

2 Цель проведения испытаний

Измерение сейсмических сигналов от скважинного гидроимпульсного сейсмоисточника в ближней и дальней зоне и установление зависимости амплитуды сигнала от расстояния.

3 Условия испытаний

Излучение скважинного импульсного виброисточника осуществлялось последовательно с двух пунктов возбуждения. Пункт возбуждения 1 (далее -ПВ1) располагался на берегу реки Катунь на открытом гранитном массиве. Пункт возбуждения 2 (далее - ПВ2) располагался в нагорном гранитном карьере рядом с отвесной скалой высотой 5-7 м. В точках ПВ1 и ПВ2 пробурены скважины глубиной 0,5 м и диаметром 120 мм, в которых устанавливались силовые элементы виброисточника.

В качестве регистрирующей аппаратуры использовалась отечественная цифровая аппаратура Байкал 8.1 производства ФИЦ ЕГС РАН. Установка сейсмических датчиков производилась в пробуренных отверстиях на открытых участках гранитного массива посредством цементного раствора на удалениях 100 м, 250 м, 1100 м,1200 м от ПВ1 и 150 м, 220 м от ПВ2. На расстоянии 7 км от ПВ2 находилась сейсмостанция «Горно-Алтайск».

На ПВ1 и ПВ2 было произведено 15 сеансов импульсного воздействия соответственно, каждый длительностью 1 минута; перерыв между сеансами составлял приблизительно 5 минут.

4 Результаты испытаний

В результате проведённых исследований на ПВ 1 получена диаграмма направленности излучения скважинного импульсного виброисточника, которая представляет собой эллипс, длинная ось (в направлении раздвижения пуансонов) которого в 1,5 раза превышает короткую.

Путём накопления спектра от 15 сеансов работы виброисточника на ПВ1 подтверждена дальность прохождения сигнала на расстояние 1 200 метров в частотных диапазонах 60 — 200 Гц.

На ПВ 2 подтверждено прохождение чётких сигналов на расстояние 220 метров с видимыми вступлениями и отдельно взятыми ударными импульсами в ближней зоне. В дальней зоне в частотном диапазоне 1 - 200 Гц подтверждена дальность передачи сейсмоимпульсов на расстоянии 7 километров с нечетко различимыми отдельными ударами и вступлениями.

5 Вводы и рекомендации

В результате работ установлена экспериментальная зависимость амплитуды сейсмического сигнала расстояния между источником и приёмником и зарегистрировано прохождение сигнала на расстояние до 7 км.

Рекомендации:

1. Провести дополнительные эксперименты по регистрации сейсмоисточника в ближней и дальней зоне с нескольких точек размещения источника.

2. При проведении экспериментов обеспечить отсутствие дополнительных источников промышленных помех (ЛЭП, автотранспорт, поезда...), а также ветровые помехи. Выполнять эксперименты по регистрации желательно в ночной период.

От ФИЦ ЕГС РАН: _ /? „ Л

Зам. директора АСФ ФИЦ ЕГС РАН, к.г.-м.н.^"5'ц Соловьев В.М.

Электроник 1к АСФ ФИЦ ЕГС РАН ; Антонов И.А.

От ИГД СО РАН:

Зав. лаборатории СЭМИС, д.т.н. ^Зелл^^ Симонов Б.Ф. м.н.с. лаборатории СЭМИС ^^г^ Кордубайло А.О.

СПРАВКА

о внедрении результатов диссертационной работы Кордубайло А.О.

АО «Татойлгаз» — одна из ведущих инновационных нефтедобывающих компаний Республики Татарстан. На сегодняшний день АО «Татойлгаз» применяет прогрессивные научные разработки и технологии в поиске, добыче и подготовке нефти, внедряет современные системы сбора и анализа промысловых данных. Накоплен опыт в области разработки трудноизвлекаемых запасов нефти и стимуляции притока в осложненных геологических условиях, а также применения различных методов повышения нефтеотдачи пластов (ПНП). Одним из перспективных ПНП является метод виброволнового воздействия на пласты. Причём для получения максимальной эффективности метода целесообразно источник колебаний располагать в скважине, в непосредственной близости к объекту вибровоздействия.

Диссертационная работа Кордубайло А.О. посвящена разработке сква-жинного электромагнитного импульсного виброисточника. В диссертации обоснованы параметры узлов виброистоника, обеспечивающие максимальные энергетические характеристики устройства. Особенностью разработки является возможность установки виброисотчника в скважине на любой необходимой глубине. Это позволяет максимально приблизить источник колебаний к объекту воздействия и осуществлять передачу энергии на пласт. При этом экспериментально на стенде было установлено, что импульсное воздействие от созданного виброисточника не приводит к потере герметичности цементного камня скважины.

Результаты работы Кордубайло А.О. используются для подготовки к проведению опытно промышленных испытаний скважинного электромагнитного импульсного виброисточника на Урмышлинском месторождении АО «Татойлгаз».

Заместитель генерального директора -главный инженер АО «Татойлгаз»

. Гиматдинов

СПРАВКА

о внедрении результатов диссертационной работы Кордубайло А.О.

Кордубайло Алексей Олегович является ведущим исполнителем разработки скважинного электромагнитного импульсного виброисточника, предназначенного для вибровоздействия на нефтяные пласты с целью повышения их нефтеотдачи. Работа выполняется в ООО «Криптус» при участии Института горного дела СО РАН.

В результате работы Кордубайло А.О. выполнены расчеты конструктивных параметров и проектирование электромагнитного ударного узла и гидромеханического силового элемента, при которых достигаются максимальная амплитуда гидравлических импульсов в силовом элементе (до 18-20 МПа) и близкая к предельной (0,92-0,94 от предельной) эквивалентная ударная мощность при сохранении высокого КПД ударного узла (более 0,4).

Проведены стеновые исследования рабочих процессов на физических моделях и опытном образце скважинного электромагнитного импульсного виброисточника. Проведены полевые испытания опытного образца виброисточника.

Результаты исследований Кордубайло А.О. приняты к внедрению в ООО «Криптус». На их основе спроектирован и изготовлен опытно-промышленный образец скважинного электромагнитного импульсного виброисточника, предназначенный для проведения промысловых испытаний в ООО «Татойлгаз» технологии внутрискважинного вибросейсмического воздействия на нефтяные пласты месторождения.