СПОСОБ И СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА КОЛЕБАНИЙ ДАВЛЕНИЯ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ
TEST METHOD AND BENCH OF HYDROMECHANICAL GENERATOR OF PRESSURE OSCILLATIONS IN FLUID FLOW

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и служит для объективной оценки работоспособности генераторов колебаний давления в потоке жидкости проточного принципа действия.
Известен способ испытания гидравлического генератора колебаний давления, ближайший по технической сущности и взятый за прототип, реализованный в стенде (см. Гадиев С.М. Использование вибраций в добыче нефти. М., Недра, 1977 г., стр.13), включающий подачу жидкости в магистраль стенда с генератором колебаний давления и физической моделью пласта; формирование колебаний давления в магистрали стенда; вытеснение жидкостью остаточной нефти, содержащейся в модели пласта, и измерение количества вытесненной из модели нефти.
Вытесняющую жидкость подают под некоторым избыточным давлением в магистраль стенда, где она протекает через модель пласта. Колебания давления формируют в боковой магистрали стенда, где установлен генератор и отсутствует движение жидкости. Жидкость через генератор не прокачивают, а сам генератор электромеханического принципа действия. Колебания давления распространяются в жидкости по всей магистрали стенда и воздействуют на модель пласта.
В качестве вытесняющей жидкости применяют слабоподсоленную воду. При проведении опытов фиксируют момент появления вытесняющей жидкости из модели пласта. Определяют количество безводного и водного нефтепродукта, кроме того, устанавливают продолжительность получения нефтепродукта без вытесняющей жидкости и вместе с этим реагентом. На основании опытных данных подсчитывают содержание воды и нефтепродуктов в порах по отношению к объему пор и устанавливают нефтеотдачу модели.
Недостатком способа испытания гидравлического генератора колебаний давления, взятого за прототип, является отсутствие протекания жидкости через участок магистрали, в которой устанавливают генератор, и невозможность испытания гидромеханических генераторов проточного принципа действия.
Известен стенд для испытания гидравлического генератора колебаний давления, содержащий систему принудительной подачи жидкости в магистраль стенда; генераторы колебаний давления, установленные сбоку и под моделью продуктивного пласта; отводящую магистраль с измерительными приборами (см. труды Института проблем нефти и газа. Исследование влияния упругих возмущений на фильтрацию флюидов через пористые среды: (результаты лаб. экспериментов) / П.Э.Аллакулов, В.Н.Белоненко, С.Н.Закиров и др. М., 1991. С.71-72. Шифр РНБ: 93-4/1435).
Жидкость подается в магистраль стенда из вытеснительной системы, в которую подается вытесняющий газ из баллона высокого давления. Жидкость продавливается через модель пласта, которая жестко связана с электродинамическими генераторами колебаний. Модель пласта представляла собой металлическую трубу, на торцах которой и в середине трубы на боковой поверхности устанавливались специальные фланцы для размещения электромеханических излучателей. Набивка модели производилась мелкозернистым кварцевым песком и заполняется нефтью по специальной технологии.
К недостаткам стенда относится невозможность проведения испытаний генераторов при высоком давлении жидкости в магистрали стенда.
Известен стенд для испытания гидравлического генератора колебаний давления, ближайший по технической сущности и взятый за прототип (см. Гадиев С.М. Использование вибраций в добыче нефти. М., Недра, 1977 г., стр.13), содержащий систему принудительной подачи жидкости; магистраль с датчиками давления и пульсаций давления; генератор колебаний давления и модель продуктивного пласта, представляющую собой полый цилиндр, наполненный пористой средой, содержащей остаточное количество нефти.
Ёмкость с вытесняющей жидкостью установлена выше модели пласта, и движение жидкости по магистрали стенда осуществляется за счет гравитационных сил. Модель пласта установлена в основной магистрали стенда, и вытесняющая жидкость прокачивается через модель при перепаде давления, соответствующем перепаду высоты между моделью и емкостью с вытесняющей жидкостью. В боковом участке магистрали, заполненном жидкостью, расположен электромеханический генератор колебаний. Но жидкость через боковой участок с генератором не протекает. Генерируемые колебания давления распространяются через неподвижную жидкость и далее по всей проточной магистрали стенда.
Модель продуктивного нефтяного пласта представляет собой отрезок нержавеющей трубы, заглушенный с обоих торцев и заполненный породой. Порода, заполняющая модель, представляет собой кварцевый песок определенной мелкости помола, характеризующийся необходимыми величинами пористости и проницаемости. Модель заполняется нефтью по специальной технологии, а затем нефть вытесняется жидкостью в мерную мензурку при определенном перепаде давления между входом и выходом модели. Известен поровый объем модели пласта. Количество нефти, закаченной в модель, известно, замеряется количество вытесненной нефти и вычисляется количество нефти, остающейся в порах модели пласта. После этих приготовлений включается генератор колебаний давления, через модель с остаточным содержанием нефти прокачивается жидкость в мерную мензурку в количестве одного порового объема и в мерной мензурке замеряется количество нефти, довытесненной с помощью колебаний давления.
Недостатком стенда, взятого за прототип, является расположение генератора в боковом участке магистрали и невозможность прокачивания жидкости через генератор.
Технический результат достигается за счет того, что в способе испытания гидромеханического генератора колебаний давления в потоке жидкости, включающем подачу жидкости в магистраль стенда с генератором колебаний давления и физической моделью пласта;  формирование колебаний давления в магистрали стенда; вытеснение жидкостью остаточной нефти, содержащейся в модели пласта, и измерение количества вытесненной из модели нефти, весь объем жидкости подают последовательно через генератор колебаний и модель пласта, а периодическое прерывание подачи жидкости через генератор производят с помощью электропривода.
В стенде, содержащем систему принудительной подачи жидкости; магистраль с датчиками давления и пульсаций давления; генератор колебаний давления и модель продуктивного пласта, представляющую собой полый цилиндр, наполненный пористой средой, содержащей остаточное количество нефти, в магистрали стенда последовательно установлены генератор колебаний давления и модель пласта, а генератор колебаний давления выполнен с электроприводом, который присоединен через редуктор к хвостовику вращающегося вала, причем модель пласта установлена горизонтально.
Предложенный способ испытания генератора колебаний давления состоит в следующем.
Существует целый класс генераторов колебаний давления в потоке жидкости, в которых вытесняющая жидкость является одновременно еще и активным агентом, энергия которого используется в генераторе для создания колебаний давления в потоке жидкости. Жидкость протекает через внутренние каналы генератора, и кинетическая энергия потока используется для создания колебаний давления в магистрали за генератором. Энергия к потоку жидкости в генераторах этого типа не подводится. Колебания давления формируются в генераторах за счет прерывания потока жидкости, т.е. в устройствах срабатывается скоростной напор потока.
Обычно в лабораторных стендах для генерации колебаний давления в потоке вытесняющей жидкости используют устройства, к которым подводится электрическая энергия. Эти устройства преобразуют электрическую энергию в механический толчок, сообщаемый стенке трубы и таким образом осуществляется накачка потока дополнительной энергией в виде всплесков давления потока жидкости. Такие устройства могут устанавливаться в боковом отводе магистрали, поскольку колебания давления распространяются в жидкости по всей магистрали стенда.
Стенды, предназначенные для испытаний генераторов электромеханического принципа действия, отличаются от стендов, предназначенных для испытаний генераторов гидромеханического принципа действия, величиной давления жидкости, прокачиваемой через генератор. Для эффективной работы генераторов электромеханического принципа действия нет необходимости поддерживать высокое давление прокачиваемой жидкости, поскольку энергия, необходимая для создания колебаний давления в потоке, подводится извне в виде электрической энергии и преобразуется в электромеханическом генераторе в механическую форму в виде ударов по объему рабочей жидкости, например по стенке сосуда, в котором содержится жидкость, или же по поршню, воздействующему на жидкость для создания толчков, и т.д. Происходит накачка энергии в поток.
2
Для эффективной работы генераторов гидромеханического принципа действия необходимо прокачивать рабочую жидкость со значительным давлением, поскольку в гидромеханическом генераторе может быть преобразована в колебания давления только то количество энергии, которое содержится в потоке жидкости. Накачка энергии извне в той или иной форме не происходит. В гидромеханическом генераторе преобразуется в колебания давления тем большая величина энергии потока, чем больший перепад давления на нем обеспечивается. Другими словами, в колебания давления можно преобразовать только величину скоростного напора жидкости (ρν/2).
Для лабораторных стендов с электромеханическими генераторами колебаний давления в потоке жидкости приемлемо прокачивать вытесняющую жидкость через генератор самотеком из резервуара, установленного выше генератора. Это существенно упрощает конструкцию стенда. Для стендов с гидромеханическими генераторами необходимо предусматривать насос высокого давления, для прокачивания вытесняющей жидкости через генератор.
Для объективной оценки работоспособности генератора в лабораторных условиях моделируют такие условия, при которых вытесняют нефть из настоящего пласта. Для этого изготавливают модель продуктивного пласта, заполненную породой с содержанием нефти, и продавливают через нее при определенном перепаде давления вытесняющую жидкость. После прекращения выхода нефти включают генератор колебаний давления в потоке вытесняющей жидкости и замеряют количество довытесненной из модели нефти.
Вытесняющую жидкость подают насосом в магистраль стенда, где она последовательно протекает через датчик давления и генератор колебаний давления, а потом через датчик пульсаций давления и модель пласта. Вся жидкость собирается на выходе из модели в мерную мензурку. Новым является последовательная подача всего объема вытесняющей жидкости сначала через генератор колебаний, а затем через модель пласта.
Предложенный способ испытания генератора позволяет  проводить испытания на стенде проточных гидромеханических генераторов колебаний давления в потоке жидкости, а прерывание прокачки жидкости через генератор выполнять равномерно с помощью электропривода.
На фиг.1 представлена схема стенда для испытаний гидравлических генераторов колебаний давления в потоке жидкости.
Стенд для испытания гидродинамического генератора колебаний давления в потоке жидкости состоит из следующих элементов: гидродинамического генератора колебаний давления (1) (см.фиг.1), датчика давления и пульсаций давления (2) и модели продуктивного пласта (3). Также в магистрали стенда перед генератором установлен подающий насос, а за моделью пласта расположена мерная мензурка. Подвижный вал генератора своим хвостовиком присоединен к электродвигателю.
Испытания выполняются следующим образом. Насос подает вытесняющую жидкость в магистраль стенда, которая через входной штуцер корпуса генератора поступает в канал втулки. В то же время электродвигатель приводит во вращение подвижный вал генератора. При вращении подвижного вала сквозной радиальный канал периодически совмещается с каналами втулки и обеспечивает прерывистое проталкивание жидкости через генератор. Измерительные приборы, установленные в магистрали стенда за генератором, позволяют измерить и записать в память компьютера гидродинамические параметры потока жидкости, а именно давление в потоке, частоту и амплитуду колебаний. Затем жидкость подается в модель продуктивного пласта, где передает породе с вкраплениями нефти импульсы давления. За моделью пласта жидкость с вытесненной нефтью собирается в мерную мензурку, время заполнения которой контролируется с помощью секундомера. Поровый объем модели рассчитывается до проведения испытания и в течение одного испытания через модель прокачивается количество жидкости, равное одному поровому объему модели. После проведения испытания проводится обработка и анализ полученных результатов.