СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРУШАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ КАВИТАЦИИ В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к области горного дела и предназначена для исследования влияния эффекта кавитации на процесс разрушения призабойной зоны скважины в процессе ее бурения, сохранение естественной проницаемости фильтров и прифильтровых зон гидрогеологических скважин и для решения других технологических задач, имеющих место в горно-буровой отрасли.
Известна гидродинамическая кавитационная труба разомкнутого типа, по сути, стенд для гидродинамических испытаний, включающий кавитационную трубу, кавитатор, насос, связанный всасывающим шлангом с зумпфом, заполненным жидкостью, а нагнетательным - с кавитатором, дроссель-регулятор, установленный на линии сброса жидкости из кавитационнной трубы в зумпф (SU 685943).
Известный стенд позволяет осуществлять в расширенном диапазоне регулирование параметров потока жидкости в рабочем участке кавитационной трубы и достичь низких чисел кавитации. Однако он не приспособлен для размещения в его кавитационной трубе образцов горной породы и бурового фильтра для исследования влияния эффекта кавитации на процесс разрушения призабойной зоны скважины и, в частности, гидрогеологической.
Известен стенд для исследования стационарных процессов в трубопроводных гидротранспортных установках, по сути, разрушающего действия кавитации, включающий герметичную кавитационную трубу, кавитатор, выполненный с возможностью изменения своего критического сечения, насос, связанный всасывающим шлангом с зумпфом, заполненным жидкостью, а нагнетательным - с кавитатором, дроссель-регулятор, установленный на линии сброса жидкости из кавитационнной трубы в зумпф, и средства контролирования давления жидкости в самой герметичной кавитационной трубе (SU 1346541).
Недостатком известного стенда является отсутствие у него возможности размещения в его герметичной кавитационной трубе образцов горной породы и бурового фильтра для исследования влияния эффекта кавитации на процесс разрушения призабойной зоны скважины и, в частности, гидрогеологической, поскольку он предназначен для исследования процесса диспергирования частиц материала суспензии.
Полезная модель решает задачу получения эффекта кавитации для исследования разрушающего действия кавитации в призабойной зоне скважины путем обеспечения возможности размещения в герметичной кавитационной трубе стенда образцов горной породы и бурового фильтра.
Решение задачи и получение технического результата обеспечивается тем, что известный стенд для исследования разрушающего действия кавитации, включающий герметичную кавитационную трубу, кавитатор, средство изменения критического сечения кавитатора, насос, связанный всасывающим шлангом с зумпфом, заполненным жидкостью, а нагнетательным - с кавитатором, дроссель-регулятор, установленный на линии сброса жидкости из кавитационнной трубы в зумпф, и средства контролирования давления жидкости в герметичной кавитационной трубе, в соответствии с полезной моделью снабжен приспособлением для крепления исследуемых образцов горной породы и бурового фильтра и средством контролирования давления жидкости на входе в кавитатор, герметичная кавитационная труба выполнена со съемным фланцем, приспособление для крепления исследуемых образцов горной породы и бурового фильтра и кавитатор закреплены в съемном фланце, средство изменения критического сечения кавитатора выполнено в виде съемных втулок.
В данном конкретном случае средства контролирования давления жидкости представляют собой манометры.
На чертеже представлена схема стенда для исследования разрушающего действия кавитации в призабойной зоне скважины.
Стенд включает герметичную кавитационную трубу 1 со съемным фланцем 2, имеющим, показанное условно, приспособление 3 для крепления исследуемых образцов горной породы и бурового фильтра, В съемном фланце 2 закреплен кавитатор 4. Средство изменения критического сечения кавитатора 4 выполнено в виде съемных втулок. Насос 5 связан всасывающим шлангом 6 с зумпфом 7, заполненным жидкостью. Нагнетательным шлангом 8 насос связан с кавитатором 4. Дроссель-регулятор 9 установлен на линии сброса жидкости из кавитационнной трубы в зумпф 7. Средства контролирования давления жидкости на входе в кавитатор 4 и в самой герметичной кавитационной трубе 1 представляют собой манометры 10.
Работа стенда осуществляется следующим образом. Исследуемый образец горной породы при помощи приспособления 3 прикрепляют к предварительно демонтированному съемному фланцу 2 с таким расчетом, чтобы кавитатор 4, который закреплен также в съемном фланце, был расположен в требуемом соответствующем положении. Устанавливают съемный фланец 2 с закрепленными на нем образцом горной
породы и кавитатором 4 на место. Включают насос 5, жидкость по всасывающему шлангу 6 поступает в насос 5 и далее по нагнетательному шлангу 8 попадает в кавитатор 4 и в герметичной кавитационной трубе 1 воздействует на исследуемый образец горной породы. Управляя дросселем-регулятором 9 и контролируя давление манометрами 10, устанавливают необходимый режим воздействия на исследуемый образец.
Пример реализации полезной модели. В качестве приспособления, имитирующего призабойный участок буровой скважины, использована герметичная кавитационная труба диаметром 210 мм, толщиной стенки 7 мм и длиной 1,8 м, имеющая с одной торцевой части съемный фланец. Использован насос НБ-3-160/63. Кавитатор представляет собой трубку Вентури, оборудованную съемными втулками, изменяющими критическое сечение кавитатора. Диаметры втулок подбирались таким образом, чтобы в сочетании с дискретным количеством жидкости, подаваемой насосом НБ-3-160/63, в критическом сечении кавитатора создавались скорости движения жидкости, обеспечивающие падение давления до величин, сопоставимых с давлением насыщенного пара при котором происходит зарождение кавитационных пузырьков. В качестве исследуемых образцов горной породы использовались асбестоцементные блоки, которые закреплялись на бетонном основании. В теле асбестоцементного блока выбуривался цилиндр, имитирующий стенки скважины. Цилиндр имел следующие размеры:
- внутренний диаметр 76 мм;
- наружный диаметр 168 мм;
- длину 190 мм.
Внутренний диаметр цилиндра обеспечивает беспрепятственную установку кавитатора, а наружный - крепление образца в кавитационной трубе. Длина образца ограничивалась размерами блока и возможностью его разрушения при подготовке посредством выбуривания.
На основании данных, полученных в результате экспериментов с использованием стенда получен вывод о принципиальной возможности создания эффекта кавитации в условиях близких к условиям призабойной зоны буровой скважины.