RU2610598C2 - Method and device for two-chamber helmholz spray oscillator for generating pressure waves at the bottom hole - Google Patents
Method and device for two-chamber helmholz spray oscillator for generating pressure waves at the bottom hole Download PDFInfo
- Publication number
- RU2610598C2 RU2610598C2 RU2015120396A RU2015120396A RU2610598C2 RU 2610598 C2 RU2610598 C2 RU 2610598C2 RU 2015120396 A RU2015120396 A RU 2015120396A RU 2015120396 A RU2015120396 A RU 2015120396A RU 2610598 C2 RU2610598 C2 RU 2610598C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- frequency
- oscillations
- jet
- hole
- Prior art date
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B28/00—Vibration generating arrangements for boreholes or wells, e.g. for stimulating production
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/003—Vibrating earth formations
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
- F15B21/12—Fluid oscillators or pulse generators
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для очистки стенок скважин и отверстий перфорации от твердых отложений, декольматации призабойной зоны пласта и увеличения подвижности пластовых флюидов.The invention relates to the oil industry and is intended for cleaning the walls of wells and perforation holes from solid deposits, decolmatization of the bottomhole formation zone and increasing the mobility of formation fluids.
Известен способ генерирования волн давления на забое скважины (см. патент №96118034) при их промывке техническими жидкостями, при котором устанавливают на конце насосно-компрессорных труб (НКТ) гидродинамический генератор (IT), закачивают жидкость в НКТ, прокачивают жидкость через ГГ, генерируют колебания давления внутри ГГ и формируют волны давления за ГГ в затрубном пространстве скважины.There is a method of generating pressure waves at the bottom of a well (see patent No. 96118034) when washing with technical fluids, in which a hydrodynamic generator (IT) is installed at the end of the tubing (tubing), the fluid is pumped into the tubing, the fluid is pumped through the GG, generated pressure fluctuations inside the GG and form pressure waves behind the GG in the annulus of the well.
Добывающие нефтяные скважины периодически прочищают от твердых отложений на стенках и в отверстиях перфорации обсадной трубы и устраняют засорение призабойной зоны (декольматируют), закачивая различные технические жидкости. При этом замечено, что наличие колебаний давления в закачиваемой жидкости способствует достижению лучшего результата.Oil production wells are periodically cleaned from solid deposits on the walls and in the perforation holes of the casing and eliminate blockage of the bottomhole zone (decolmate) by pumping various technical fluids. It was noted that the presence of pressure fluctuations in the injected fluid helps to achieve a better result.
Наиболее эффективны способы создания колебаний давления на забое скважины при помощи гидродинамических генераторов, устанавливаемых непосредственно в том месте, где они наиболее востребованы, т.е. на нижнем конце НКТ. При таком способе генерирования колебаний давления вся жидкость прокачивается через гидродинамический генератор, который тем или иным образом создает колебания давления в протекающей через него жидкости, распространяя свое воздействие на прилегающую область. Прокачиваемая жидкость затем поступает в пласт.The most effective methods of creating pressure fluctuations at the bottom of the well using hydrodynamic generators installed directly in the place where they are most in demand, i.e. at the lower end of the tubing. With this method of generating pressure fluctuations, all the fluid is pumped through a hydrodynamic generator, which in one way or another creates pressure fluctuations in the fluid flowing through it, spreading its effect on the adjacent area. The pumped fluid then enters the formation.
Жесткая конструкция струйных генераторов и отсутствие движущихся в процессе работы деталей является их достоинством.The rigid design of the jet generators and the absence of moving parts during operation is their advantage.
Недостаток струйных генераторов вытекает из их достоинства - жесткая конструкция затрудняет их перенастройку на иную резонансную частоту без существенного изменения всей конструкции.The disadvantage of jet generators stems from their dignity - a rigid design makes it difficult to reconfigure to a different resonant frequency without a significant change in the entire design.
Известен способ генерирования волн давления на забое скважины, реализованный в устройстве (см. Morel Th. Экспериментальное исследование осциллятора Гельмгольца, управляемого струей. Перевод ВЦП №В-56251 из J.Fluid Engineering, 1979, 101, IX, №3, 383-390), наиболее близкий по технической сущности и взятый за прототип, при котором устанавливают на нижнем конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) струйный генератор Гельмгольца (СГГ), представляющий собой колебательную систему, возбуждаемую струей протекающей через ней жидкости и состоящую из струйного генератора, расположенного внутри камеры объемного резонатора, при этом генерируют струйным генератором первичные колебания давления определенной частоты в струе жидкости и возбуждают ими колебательную систему, усиливают первичные колебания давления в камере объемного резонатора, частоту собственных колебаний которого настраивают в резонанс с частотой генерации первичных колебаний давления, и создают волны давления на забое скважины.A known method of generating pressure waves at the bottom of the well, implemented in the device (see Morel Th. Experimental study of a Helmholtz oscillator controlled by a jet. Translation of the WCP No. B-56251 from J. Fluid Engineering, 1979, 101, IX, No. 3, 383-390 ), the closest in technical essence and taken as a prototype, in which a Helmholtz jet generator (SGH) is installed on the lower end of the tubing, which is an oscillating system excited by a jet of fluid flowing through it and consisting of a jet generator positioned inside the chamber of the cavity resonator, in this case, primary oscillations of pressure of a certain frequency in the liquid stream are generated by the jet generator and excite the oscillating system by them, amplify the primary oscillations of pressure in the chamber of the cavity resonator, the natural frequency of which is tuned to the resonance with the frequency of generation of the primary pressure oscillations, and pressure waves at the bottom of the well.
Струйные гидродинамические генераторы колебаний давления в потоке жидкости различаются конструктивно, но, как правило, включают в свой состав две основные части: струйный генератор и акустический резонатор, функционирующие относительно самостоятельно. Струйный генератор предназначен для преобразования кинетической энергии потока в колебательную энергию. Акустический резонатор предназначен для избирательного усиления колебаний давления определенной частоты.Hydrodynamic jet generators of pressure fluctuations in the fluid flow are structurally different, but as a rule, they include two main parts: a jet generator and an acoustic resonator, which function relatively independently. The jet generator is designed to convert the kinetic energy of the flow into vibrational energy. An acoustic resonator is designed to selectively amplify pressure fluctuations of a certain frequency.
Процесс генерации колебаний давления в потоке начинается, как правило, с разгона потока, поскольку амплитуда колебаний давления увеличивается с увеличением величины скоростного напора Α~ρυ2/2 струи. Разгон потока осуществляется во входном сопле, которое кроме увеличения скорости служит еще для формирования струи той или иной формы: круглой, плоской, кольцевой. Сформированная струя направляется прямо в выходное отверстие с острыми внутренними кромками. При вытекании через выходное отверстие струя задевает своей возмущенной периферией его острую внутреннюю кромку. Это порождает небольшие локальные возмущения давления в области кромки. Камера-резонатор служит для усиления этих первичных колебаний давления.The process of generating pressure oscillations in the flow begins, usually with dispersal flow since the amplitude of pressure oscillations increases with increasing magnitude of velocity head Α ~ ρυ 2/2 stream. The acceleration of the flow is carried out in the inlet nozzle, which, in addition to increasing the speed, also serves to form a jet of one form or another: round, flat, annular. The formed jet is directed directly into the outlet with sharp internal edges. When flowing through the outlet, the jet touches its perturbed periphery with its sharp inner edge. This gives rise to small local pressure disturbances in the edge region. The resonator chamber is used to amplify these primary pressure fluctuations.
Для усиления первичных локальных колебаний давления внутри камеры-резонатора необходимо согласование частоты генерации первичных колебаний давления с частотой собственных колебаний столба жидкости, заключенного в камере-резонаторе. Иными словами можно сказать так, что две части одного устройства должны быть настроены в унисон для достижения резонанса.To enhance the primary local pressure fluctuations inside the resonator chamber, it is necessary to coordinate the generation frequency of the primary pressure oscillations with the natural oscillation frequency of the liquid column enclosed in the resonator chamber. In other words, it can be said that the two parts of the same device must be tuned in unison to achieve resonance.
Для формирования волнового поля на забое скважин на нижнем конце насосно-компрессорной трубы устанавливают гидродинамический генератор колебаний давления в протекающем потоке жидкости, не имеющий подвижных деталей. Наиболее эффективным устройством, служащим для преобразования энергии скоростного напора потока в колебательную энергию, является струйный генератор Гельмгольца (СГГ).To form a wave field at the bottom of the wells at the lower end of the tubing, a hydrodynamic generator of pressure fluctuations in the flowing fluid stream is installed, which does not have moving parts. The most effective device for converting the energy of the flow velocity head into vibrational energy is the Helmholtz jet generator (GHG).
При прокачивании жидкости через это устройство внутри цилиндрической камеры-резонатора, на выходе из входного сопла, формируется струя, которая протекает в интервале между входным соплом и отверстием с острыми кромками, выполненном в промежуточной крышке, и вытекает наружу через выходное отверстие в присоединенной камере. При попадании на острые кромки отверстия в промежуточной крышке струя задевает своей возмущенной периферией острые края отверстия, и это порождает периодические локальные возмущения давления в прилегающем пространстве. Если частота образования этих возмущений давления совпадает с частотой собственных колебаний неподвижного столба жидкости, заключенного внутри комбинированной камеры-резонатора, то амплитуда колебаний давления многократно увеличивается. Частота генерации при натекании струи на препятствие определяется скоростью струи W и длиной L ее свободного участка:When pumping liquid through this device, a jet is formed inside the cylindrical cavity chamber at the outlet of the inlet nozzle, which flows in the interval between the inlet nozzle and the sharp-edged hole made in the intermediate cap and flows out through the outlet in the attached chamber. If the hole hits the sharp edges of the intermediate cover, the jet touches the sharp edges of the hole with its perturbed periphery, and this gives rise to periodic local pressure disturbances in the adjacent space. If the frequency of the formation of these pressure perturbations coincides with the frequency of the natural oscillations of the fixed column of liquid enclosed inside the combined resonator chamber, then the amplitude of the pressure oscillations increases many times. The generation frequency when a jet flows over an obstacle is determined by the speed of the jet W and the length L of its free section:
где Sh - число Струхаля
Частота генерации определяется длиной свободной струи в интервале между срезом входного сопла и острыми кромками выходного отверстия, а также скоростью струи: чем интервал больше - тем частота ниже, и чем скорость выше - тем частота генерации выше.The generation frequency is determined by the length of the free jet in the interval between the cut of the inlet nozzle and the sharp edges of the outlet, and also by the speed of the jet: the larger the interval, the lower the frequency, and the higher the speed, the higher the generation frequency.
Известно, что низкочастотные упругие колебания оказывают более сильное воздействие на продуктивный пласт и содержащиеся в нем флюиды воды и углеводородов. Но конструкция струйных резонаторов не позволяет осуществить генерирование низкочастотных колебаний давления в протекающей жидкости при большом перепаде давления на устройстве и большой скорости струи внутри устройства.It is known that low-frequency elastic vibrations have a stronger effect on the reservoir and the water and hydrocarbon fluids contained in it. But the design of the jet resonators does not allow the generation of low-frequency pressure oscillations in the flowing fluid with a large pressure drop across the device and a high speed of the jet inside the device.
Недостатком способа генерирования колебаний давления, взятого за прототип, является невозможность использования высокоскоростной струи для достижения высокой амплитуды при генерировании колебаний давления с низкой частотой.The disadvantage of the method of generating pressure fluctuations, taken as a prototype, is the inability to use a high-speed jet to achieve high amplitude when generating pressure fluctuations with a low frequency.
Известно устройство для генерирования колебаний давления в потоке жидкости (см. патент US 6029746), представляющее собой полое тело вращения, состоящее из камеры, содержащей входное сопло и выходное отверстие, расположенные соосно, с некоторым интервалом.A device is known for generating pressure fluctuations in a fluid flow (see US Pat. No. 6,029,746), which is a hollow body of revolution consisting of a chamber containing an inlet nozzle and an outlet located coaxially at a certain interval.
Это устройство авторы изобретения называют струйным генератором Гельмгольца (СГГ), или же струйным резонатором Гельмгольца (СРГ). В английском языке это название звучит, как "Jet driven Helmholtz oscillator" (JDHO). Но в русском языке термин "осциллятор" используют, обычно, в радиоэлектронике.The inventors call this device a Helmholtz inkjet generator (SGH), or a Helmholtz inkjet resonator (AWG). In English, this name sounds like "Jet driven Helmholtz oscillator" (JDHO). But in Russian, the term "oscillator" is used, usually in radio electronics.
Устройство состоит из двух относительно самостоятельных элементов. Входное сопло, струя жидкости и выпускное отверстие образуют собой струйный генератор колебаний давления, который функционирует и при отсутствии камеры-резонатора, хотя амплитуда генерируемых первичных колебаний давления весьма невелика. Но если установить входное сопло и выходное отверстие внутрь настроенной камеры-резонатора, то амплитуда первичных колебаний давления многократно увеличится, хотя камера-резонатор станет усиливать столь же добросовестно любые колебания давления соответствующей частоты, приходящие извне.The device consists of two relatively independent elements. The inlet nozzle, the liquid stream and the outlet form a jet oscillator of pressure oscillations, which also functions in the absence of a resonator chamber, although the amplitude of the generated primary pressure oscillations is very small. But if you install the inlet nozzle and the outlet inside the tuned resonator chamber, the amplitude of the primary pressure fluctuations will increase many times, although the resonator chamber will amplify any pressure fluctuations of the corresponding frequency coming from the outside in the same good faith.
Резонатор пассивен, он лишь откликается, т.е. усиливает колебания давления, созданные каким-то другим устройством, поскольку заключенный в нем столб жидкости почти неподвижен. Генератор активен, он сам создает колебания давления, поскольку в его составе имеется высокоскоростная струя, располагающая для этого запасом кинетической энергии.The resonator is passive, it only responds, i.e. enhances the pressure fluctuations created by some other device, because the column of liquid enclosed in it is almost motionless. The generator is active, it itself creates pressure fluctuations, since it contains a high-speed jet, which has a kinetic energy reserve for this.
Известно устройство для генерирования волн давления на забое скважины (см.патент US 4041984), наиболее близкое по технической сущности и взятое за прототип, разработанное на базе струйного генератора Гельмгольца (СГГ) и установленное на нижнем конце канала насосно-компрессорной трубы (НКТ), состоящее из камеры объемного резонатора с двумя параллельными крышками, внутри которой расположен струйный генератор, состоящий из входного сопла, выполненного в одной крышке, выходного отверстия, выполненного соосно входному соплу в другой крышке, и струи жидкости, протекающей внутри камеры объемного резонатора между входным соплом и выходным отверстием, в котором входное сопло соединено с каналом НКТ, а выходное отверстие направлено на забой скважины.A device for generating pressure waves at the bottom of the well (see patent US 4041984), the closest in technical essence and taken as a prototype, developed on the basis of the Helmholtz jet generator (SGH) and installed on the lower end of the channel of the tubing, consisting of a cavity resonator chamber with two parallel caps, inside of which there is a jet generator, consisting of an inlet nozzle made in one cap, an outlet made coaxially with the inlet nozzle in another cap, and and the fluid flowing inside the cavity of the chamber between the inlet nozzle and the outlet, wherein the inlet nozzle is connected to the CNT channel and the outlet directed to the borehole bottom.
На нижнем конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) смонтировано устройство, представляющее собой установленный в направлении "по-потоку" струйный генератор Гельмгольца, хотя в тексте патента он так не называется. Струйный генератор Гельмгольца представляет собой осесимметричное тело и состоит из: полой цилиндрической камеры с двумя крышками, в которых расположены входное сопло (в передней "по потоку" крышке) и выходное отверстие с острыми кромками (в задней "по потоку" крышке). Устройство генерирует колебания давления в протекающем потоке закачиваемой в пласт жидкости и формирует на выходе волновое поле, распространяющееся в затрубном пространстве скважины и далее в призабойной зоне продуктивного пласта.A device is mounted on the lower end of the tubing (tubing), which is a Helmholtz jet generator installed in the “downstream” direction, although it is not called that in the text of the patent. The Helmholtz inkjet generator is an axisymmetric body and consists of: a hollow cylindrical chamber with two caps, in which an inlet nozzle (in the front "downstream" cover) and an outlet with sharp edges (in the rear "downstream" cover) are located. The device generates pressure fluctuations in the flowing stream of the fluid injected into the formation and generates a wave field at the outlet that propagates in the annulus of the well and then in the bottomhole zone of the reservoir.
Одним из недостатков устройства является невозможность генерировать низкочастотные колебания давления с большой амплитудой в протекающем потоке жидкости. Причина этого недостатка заключается в том, что амплитуда колебаний давления определяется, с одной стороны, способностью объемного резонатора усиливать первичные колебания давления на частоте собственных колебаний, но, с другой стороны, амплитуда колебаний очень сильно зависит от скорости струи, вытекающей из входного сопла. Скорость струи или величина скоростного напора ρν2/2, где ρ - местная плотность рабочего тела и ν - скорость струи, представляет собой запас кинетической энергии струи, который с той или иной эффективностью можно преобразовать в струйном генераторе в колебательную энергию струи. Чем выше скорость струи, тем больше ее работоспособность и тем большую амплитуду колебаний давления можно обеспечить.One of the disadvantages of the device is the inability to generate low-frequency pressure fluctuations with a large amplitude in the flowing fluid stream. The reason for this drawback is that the amplitude of the pressure fluctuations is determined, on the one hand, by the ability of the cavity resonator to amplify the primary pressure oscillations at the natural frequency, but, on the other hand, the amplitude of the oscillations very much depends on the speed of the jet flowing from the inlet nozzle. Jet velocity or speed pressure value ρν 2/2 where ρ - density of the working fluid spot and ν - jet velocity is a supply of kinetic energy of the jet, which from varying efficiency can be converted into the jet stream generator into vibrational energy. The higher the speed of the jet, the greater its operability and the greater the amplitude of pressure fluctuations can be ensured.
Но, вместе с тем, при увеличении скорости струи неотвратимо увеличивается частота генерации первичных колебаний на острой кромке выходного отверстия в соответствии с формулой (1). Разгоняя поток во входном сопле, мы повышаем амплитуду колебаний давления в струе, но одновременно и повышаем частоту генерации, Следовательно, мы вынуждены настраивать частоту собственных колебаний резонатора на высокую частоту первичной генерации, т.е. уменьшать его объем, что приводит к снижению эффективности усиления первичных колебаний и уменьшению амплитуды колебаний давления в потокеBut, at the same time, with an increase in the jet velocity, the frequency of the generation of primary oscillations on the sharp edge of the outlet opening inevitably increases in accordance with formula (1). By accelerating the flow in the inlet nozzle, we increase the amplitude of the pressure fluctuations in the jet, but at the same time increase the generation frequency. Therefore, we are forced to tune the resonator natural oscillation frequency to a high primary generation frequency, i.e. reduce its volume, which leads to a decrease in the efficiency of amplification of primary oscillations and a decrease in the amplitude of pressure fluctuations in the flow
Из этого следует, что существенным недостатком этого устройства является отсутствие возможности увеличивать скорость струи с целью увеличения амплитуды колебаний давления без повышения частоты генерации.From this it follows that a significant drawback of this device is the inability to increase the speed of the jet in order to increase the amplitude of the pressure fluctuations without increasing the generation frequency.
Целью настоящего изобретения является:The aim of the present invention is:
Обеспечение генерирования низкочастотных колебаний на забое скважины высокоскоростной струей за счет формирования колебательной системы со струйной генерацией, способной эффективно преобразовывать кинетическую энергию высокоскоростной струи в колебательную энергию низкочастотных колебаний давления.Ensuring the generation of low-frequency oscillations at the bottom of the well with a high-speed jet due to the formation of an oscillatory system with jet generation, capable of effectively converting the kinetic energy of a high-speed jet into the vibrational energy of low-frequency pressure oscillations.
Технический результат достигается за счет того, что в способе генерирования волн давления на забое скважины, при котором устанавливают на нижнем конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) струйный генератор Гельмгольца (СГГ), представляющий собой колебательную систему, возбуждаемую струей протекающей через ней жидкости и состоящую из струйного генератора, расположенного внутри камеры объемного резонатора, при этом генерируют струйным генератором первичные колебания давления определенной частоты в струе жидкости и возбуждают ими колебательную систему, усиливают первичные колебания давления в камере объемного резонатора, частоту собственных колебаний которого настраивают в резонанс с частотой генерации первичных колебаний давления, и создают волны давления на забое скважины, согласно изобретению устанавливают за камерой объемного резонатора еще одну камеру с отверстием и формируют, таким образом, колебательную систему, имеющую три частоты собственных колебаний, не соответствующих частотам собственных колебаний ее отдельных элементов, настраивают частоту генерации первичных колебаний давления на высшую частоту собственных колебаний колебательной системы, при этом возбуждают колебательную систему на всех остальных собственных частотах и генерируют колебания давления на низшей частоте собственных колебаний.The technical result is achieved due to the fact that in the method of generating pressure waves at the bottom of the well, in which a Helmholtz jet generator (SGH) is installed at the lower end of the tubing, which is an oscillating system excited by a stream of fluid flowing through it and consisting from a jet generator located inside the chamber of the cavity resonator, in this case primary pressure fluctuations of a certain frequency in the liquid stream are generated by the jet generator and excite them The primary system is amplified by primary pressure fluctuations in the chamber of the cavity resonator, the natural frequency of which is adjusted to resonance with the frequency of generation of the primary pressure oscillations, and pressure waves are generated at the bottom of the well. According to the invention, another chamber with an opening is installed behind the chamber of the cavity resonator and form Thus, an oscillatory system having three frequencies of natural oscillations that do not correspond to the frequencies of natural oscillations of its individual elements is tuned to the generation frequency primary pressure fluctuations at the highest natural frequency of the oscillating system, the oscillating system is excited at all other natural frequencies and generating pressure fluctuations at the lowest natural frequency.
В устройстве для генерирования волн давления на забое скважины, разработанном на базе струйного генератора Гельмгольца (СГГ) и установленном на нижнем конце канала насосно-компрессорной трубы (НКТ), состоящем из камеры объемного резонатора с двумя параллельными крышками, внутри которой расположен струйный генератор, состоящий из входного сопла, выполненного в одной крышке, выходного отверстия, выполненного соосно входному соплу в другой крышке, и струи жидкости, протекающей внутри камеры объемного резонатора между входным соплом и выходным отверстием; в котором входное сопло соединено с каналом НКТ, а выходное отверстие направлено на забой скважины, к крышке с выходным отверстием пристыкована снаружи вторая камера с отверстием и таким способом образована единая колебательная система, состоящая из двух сообщающихся камер с тремя отверстиями: из которых первое отверстие - это входное сопло струйного генератора, второе отверстие - это выходное отверстие струйного генератора и третье отверстие - это отверстие во второй камере.In the device for generating pressure waves at the bottom of the well, developed on the basis of the Helmholtz jet generator (SGH) and installed on the lower end of the channel of the tubing, consisting of a cavity resonator chamber with two parallel covers, inside of which there is a jet generator, consisting of from an inlet nozzle made in one cap, an outlet made coaxially with an inlet nozzle in another cap, and a jet of liquid flowing inside the cavity cavity chamber between the inlet nozzle and the outlet bottom hole; in which the inlet nozzle is connected to the tubing channel, and the outlet is directed to the bottom of the well, the second chamber with the hole is docked to the cover with the outlet, and a single oscillatory system is formed in this way, consisting of two communicating chambers with three holes: of which the first hole is this is the inlet nozzle of the jet generator, the second hole is the outlet of the jet generator and the third hole is the hole in the second chamber.
Предложенный способ позволяет эффективно преобразовывать кинетическую энергию высокоскоростной струи в колебательную энергию низкочастотных колебаний давления.The proposed method allows you to effectively convert the kinetic energy of a high-speed jet into the vibrational energy of low-frequency pressure fluctuations.
На фиг. 1 изображена схема устройства, включающего струйный генератор и резонирующую систему, состоящую из двух сообщающихся камер с тремя отверстиями.In FIG. 1 shows a diagram of a device including a jet generator and a resonating system consisting of two interconnected chambers with three holes.
На фиг. 2 представлена схема механического аналога акустической колебательной системы.In FIG. 2 is a diagram of a mechanical analogue of an acoustic oscillatory system.
Сущность предложенного изобретения состоит в следующем.The essence of the proposed invention is as follows.
Для генерирования низкочастотных колебаний давления в протекающий через струйный генератор жидкости, в соответствии с формулой (1), следует: а) увеличивать интервал между входным соплом и выходным отверстием, б) уменьшать скорость струи.In order to generate low-frequency pressure oscillations into the fluid flowing through the jet generator, in accordance with formula (1), one should: a) increase the interval between the inlet nozzle and the outlet, b) reduce the speed of the jet.
Но уменьшение скорости струи приводит к резкому снижению амплитуды колебаний давления, вследствие уменьшения скоростного напора. Увеличение длины свободной струи также приводит к уменьшению ее скорости вследствие размывания.But a decrease in the jet velocity leads to a sharp decrease in the amplitude of pressure fluctuations due to a decrease in the pressure head. An increase in the length of the free jet also leads to a decrease in its velocity due to erosion.
Для сохранения высокой скорости струи при ее натекании на острую внутреннюю кромку выходного отверстия и обеспечения высокой амплитуды колебаний давления интервал между крышками камеры-резонатора следует проектировать небольшим. Соответственно и объем первой камеры также будет небольшим и она станет резонировать на высокой частоте.To maintain a high speed of the jet when it flows onto the sharp inner edge of the outlet and to ensure a high amplitude of pressure fluctuations, the interval between the caps of the resonator chamber should be designed small. Accordingly, the volume of the first camera will also be small and it will resonate at a high frequency.
Для того чтобы можно было высокоскоростной струей генерировать низкочастотные колебания, снаружи к крышке с выходным отверстием первой камеры пристыковывают вторую камеру с отверстием. Эти две камеры: первая камера с генерирующей системой - сопло - струя - острая кромка и вторая камера образуют единую колебательную систему, состоящую из двух камер и трех отверстий, из которых одно отверстие в промежуточной крышке является общим. Частота собственных колебаний всей системы в целом определяется не только размером первой камеры, внутри которой расположен струйный генератор, но также размером присоединенной камеры и размерами всех отверстий. Можно проектировать размер первой камеры совсем небольшим и интервал между крышками первой камеры также проектировать небольшим, исходя из нужд генерации колебаний давления с высокой амплитудой. После настройки частоты генерации можно за счет изменения размера второй камеры либо диаметра отверстия в ней восстановить необходимый акустический размер и согласовать частоту собственных колебаний системы с частотой генерации первичных колебаний давления.In order to be able to generate low-frequency oscillations with a high-speed jet, a second chamber with an aperture is docked to the lid with the outlet of the first chamber from the outside. These two chambers: the first chamber with the generating system - nozzle - jet - sharp edge and the second chamber form a single oscillatory system consisting of two chambers and three holes, of which one hole in the intermediate cover is common. The frequency of natural vibrations of the entire system as a whole is determined not only by the size of the first chamber, inside which the jet generator is located, but also by the size of the attached chamber and the dimensions of all the holes. You can design the size of the first chamber very small and the interval between the covers of the first chamber can also be designed small, based on the needs of the generation of pressure fluctuations with high amplitude. After adjusting the generation frequency, it is possible, by changing the size of the second chamber or the diameter of the hole in it, to restore the necessary acoustic size and coordinate the natural frequency of the system with the frequency of generation of the primary pressure oscillations.
Для наглядности можно заменить эту акустическую колебательную систему ее механическим аналогом и исследовать ее методами, применяемыми в теории колебаний, где камеры представлены в виде пружин с жесткостью k1 и k2, а отверстия представлены в виде грузиков с массами m1, m2 и m3 (см. фиг. 2).For clarity, you can replace this acoustic oscillatory system with its mechanical analog and study it with methods used in the theory of oscillations, where the chambers are presented in the form of springs with stiffness k 1 and k 2 , and the holes are presented in the form of weights with masses m 1 , m 2 and m 3 (see FIG. 2).
Частотное уравнение представленной колебательной системы будет выглядеть следующим образом,The frequency equation of the presented oscillatory system will look as follows,
где ω - частота собственных колебаний системы.where ω is the natural frequency of the system.
Представленное уравнение имеет три действительных корня, а колебательная система имеет три частоты собственных колебаний: высшую ω3, среднюю ω2 и низшую ω1. Все три частоты равноправны. Колебательная система усиливает одновременно колебания на трех частотах. В отличие от высших гармоник, которые можно подавить отдельно от основной частоты колебаний, здесь колебания всех трех частот гармонически взаимосвязаны.The presented equation has three real roots, and the oscillatory system has three frequencies of natural vibrations: the highest ω 3 , the average ω 2 and the lowest ω 1 . All three frequencies are equal. The oscillatory system amplifies simultaneously oscillations at three frequencies. Unlike higher harmonics, which can be suppressed separately from the fundamental frequency of oscillations, here the oscillations of all three frequencies are harmoniously interconnected.
Объем комбинированной камеры-резонатора рассчитывают таким образом, чтобы высшая частота собственных колебаний, заключенного в ней столба жидкости, была равна частоте генерации первичных колебаний давления на острой кромке. Обычно частота генерации первичных колебаний давления известна, это та самая величина, которая требуется нефтяникам для выполнения очистки ремонтируемой скважины. При известном перепаде давления между входом и выходом устройства и, соответственно, скорости струи определяется соответствующая длина струи. После этого остается привести высшую частоту собственных колебаний комбинированной камеры-резонатора в соответствие с частотой генерации первичных колебаний давления. Величина входного сопла, при известном перепаде давления на устройстве, определяется из уравнения Бернулли - G=ρWF, отверстие в промежуточной крышке следует выполнять на 20% больше, а размер отверстия в третьей крышке может быть очень свободным. При помощи размера третьего отверстия можно регулировать низшую частоту собственных колебаний системы, не нарушая работу струйного генератора.The volume of the combined cavity chamber is calculated in such a way that the highest frequency of natural vibrations contained in the liquid column is equal to the frequency of generation of the primary pressure oscillations on the sharp edge. Typically, the frequency of generation of primary pressure fluctuations is known, this is the very amount that oil workers need to clean up a well being repaired. With a known pressure drop between the input and output of the device and, accordingly, the jet velocity, the corresponding jet length is determined. After this, it remains to bring the higher frequency of the natural oscillations of the combined resonator chamber in accordance with the frequency of generation of the primary pressure oscillations. The size of the inlet nozzle, with a known pressure drop across the device, is determined from the Bernoulli equation - G = ρWF, the hole in the intermediate cover should be 20% larger, and the size of the hole in the third cover can be very free. Using the size of the third hole, you can adjust the lowest frequency of the natural oscillations of the system, without disrupting the operation of the jet generator.
В предлагаемом способе генерирования колебаний давления в потоке жидкости, прокачиваемой через струйный генератор Гельмгольца, заложена возможность настраивать частоту генерации первичных колебаний давления fг на острой внутренней входной кромке отверстия в промежуточной крышке, при неизменной скорости струи W, за счет перемещения самой крышки вдоль оси струи и изменения длины струи LC. При этом расстояние между крышками первой камеры-резонатора L можно изменять в широком интервале, а низшую частоту собственных колебаний комбинированной системы настраивать затем путем изменения объема второй камеры и размера третьего отверстия.In the proposed method for generating pressure fluctuations in the fluid flow pumped through the Helmholtz jet generator, it is possible to adjust the frequency of generation of the primary pressure fluctuations f g on the sharp inner inlet edge of the hole in the intermediate cap, at a constant jet velocity W, by moving the cap along the axis of the jet and changes in jet length L C. In this case, the distance between the covers of the first resonator chamber L can be changed over a wide interval, and then the lower frequency of the natural oscillations of the combined system can be adjusted by changing the volume of the second chamber and the size of the third hole.
Устройство для генерирования волн давления на забое скважины (см. фиг. 1) состоит из двух камер-резонаторов с тремя крышками. Первая камера-резонатор 2 представляет собой трубу, заглушенную с обоих торцов плоскими крышками, установленными параллельно друг другу и перпендикулярно оси камеры-резонатора. В первой (по потоку) крышке камеры установлено входное сопло 1, представляющее собой небольшой кусок трубы определенного проходного сечения с плавной входной кромкой и острой выходной кромкой на плоском торце. Во второй (по потоку) крышке камеры 3 (промежуточной) выполнено круглое отверстие 4 соосно входному соплу 1. К промежуточной крышке пристыкована снаружи еще одна камера-резонатор 5 с крышкой. Вторая камера-резонатор также выполнена из трубы, а в третьей крышке выполнено круглое отверстие 6. Объем второй камеры-резонатора значительно превышает объем первой камеры-резонатора. Диаметр отверстий также увеличивается по потоку: отверстие во второй крышке выполнено с острой внутренней кромкой и примерно на 20% больше отверстия в первой крышке. Отверстие в третьей крышке большего размера, по сравнению с отверстием в промежуточной крышке. Третьей крышки может вообще не быть в рассматриваемой колебательной системе.A device for generating pressure waves at the bottom of the well (see Fig. 1) consists of two resonator chambers with three covers. The first resonator chamber 2 is a pipe plugged at both ends with flat caps mounted parallel to each other and perpendicular to the axis of the resonator chamber. An inlet nozzle 1 is installed in the first (downstream) chamber lid, which is a small piece of a pipe of a certain bore with a smooth inlet edge and a sharp outlet edge on a flat end. In the second (downstream) cover of the chamber 3 (intermediate), a round hole 4 is made coaxially with the inlet nozzle 1. Another resonator chamber 5 with a cover is docked to the intermediate cover from the outside. The second resonator chamber is also made of pipe, and a round hole 6 is made in the third lid 6. The volume of the second resonator chamber is significantly larger than the volume of the first resonator chamber. The diameter of the holes also increases with the flow: the hole in the second cover is made with a sharp inner edge and is approximately 20% larger than the hole in the first cover. The hole in the third cover is larger compared to the hole in the intermediate cover. The third cover may not exist at all in the considered oscillatory system.
Осевой интервал между входным соплом и отверстием в промежуточной крышке согласован со скоростью струи, а они вместе задают частоту генерации и согласованы с высшей частотой собственных колебаний системы.The axial interval between the inlet nozzle and the hole in the intermediate cap is consistent with the jet velocity, and together they set the generation frequency and are consistent with the highest natural frequency of the system.
Устройство установлено на нижнем конце НКТ и его входное сопло соединено с каналом НКТ, а выпускное отверстие направлено на забой скважины.The device is installed at the lower end of the tubing and its inlet nozzle is connected to the tubing channel, and the outlet is directed to the bottom of the well.
Работает устройство для генерирования волн давления на забое скважины следующим образом. При подаче в НКТ ремонтируемой скважины технической жидкости вся подаваемая жидкость протекает через первую камеру-резонатор 2. Жидкость прокачивается через входное сопло 1 устройства, и при этом на выходе из устройства формируется осесимметричная струя с возмущенной периферией. От острой выходной кромки входного сопла отрываются с равными интервалами вихреподобные кольцевые структуры подобно каплям, падающим с носика крана в ванной комнате, увлекаются струей и ударяются об острую кромку отверстия 4 в промежуточной крышке 3. Далее струя беспрепятственно протекает через вторую камеру-резонатор и вытекает через отверстие 6 на забой скважины.A device for generating pressure waves at the bottom of the well as follows. When a technical fluid is supplied to the tubing of the well being repaired, all the supplied fluid flows through the first resonator chamber 2. The fluid is pumped through the inlet nozzle 1 of the device, and an axisymmetric jet with a perturbed periphery is formed at the outlet of the device. Vortex-like ring structures are torn off from the sharp exit edge of the inlet nozzle at equal intervals, like droplets falling from the spout of the faucet in the bathroom, carried away by the jet and hit the sharp edge of the hole 4 in the intermediate cover 3. Then, the stream flows freely through the second resonator chamber and flows through hole 6 on the bottom of the well.
При взаимодействии струи с внутренней острой кромкой отверстия в промежуточной крышке 3 генерируются слабые возмущения давления в окружающем пространстве. Частота их генерации совпадает с высшей частотой собственных колебаний всей системы, и система резонирует на этой частоте. Колебательная система приходит в возбужденное состояние и гудит на всех собственных частотах. Наиболее ценными для использования на забое скважины при ее обработке являются колебания давления, соответствующие низшей частоте собственных колебаний системы.When the jet interacts with the inner sharp edge of the hole in the intermediate cover 3, weak pressure disturbances are generated in the surrounding space. The frequency of their generation coincides with the highest frequency of natural vibrations of the entire system, and the system resonates at this frequency. The oscillatory system comes into an excited state and buzzes at all natural frequencies. The most valuable for use in the bottom of the well during its processing are pressure fluctuations corresponding to the lowest frequency of the natural oscillations of the system.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015120396A RU2610598C2 (en) | 2015-05-28 | 2015-05-28 | Method and device for two-chamber helmholz spray oscillator for generating pressure waves at the bottom hole |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015120396A RU2610598C2 (en) | 2015-05-28 | 2015-05-28 | Method and device for two-chamber helmholz spray oscillator for generating pressure waves at the bottom hole |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015120396A RU2015120396A (en) | 2016-12-20 |
| RU2610598C2 true RU2610598C2 (en) | 2017-02-14 |
Family
ID=57759182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015120396A RU2610598C2 (en) | 2015-05-28 | 2015-05-28 | Method and device for two-chamber helmholz spray oscillator for generating pressure waves at the bottom hole |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2610598C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108979605A (en) * | 2018-09-18 | 2018-12-11 | 中国石油集团西部钻探工程有限公司 | The method of impulse wave heavy crude producing device and impulse wave heavy crude producing |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4000757A (en) * | 1975-12-04 | 1977-01-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | High gain fluid amplifier |
| US4041984A (en) * | 1976-07-01 | 1977-08-16 | General Motors Corporation | Jet-driven helmholtz fluid oscillator |
| RU2023147C1 (en) * | 1991-02-15 | 1994-11-15 | Государственное малое предприятие "Мухит" при Азербайджанском индустриальном университете | Downhole hydrodynamic oscillator |
| RU2065921C1 (en) * | 1993-10-27 | 1996-08-27 | Николай Александрович Петров | Device for treating drilled holes |
| RU2369734C1 (en) * | 2008-02-29 | 2009-10-10 | Казанский научный центр Российской Академии Наук, государственное учреждение (КазНЦ РАН) | Facility for wave treatment of payout bed |
| RU2464456C2 (en) * | 2010-12-03 | 2012-10-20 | Учреждение Российской академии наук Казанский научный центр РАН | Method and device to generate pressure oscillations in fluid flow |
-
2015
- 2015-05-28 RU RU2015120396A patent/RU2610598C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4000757A (en) * | 1975-12-04 | 1977-01-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | High gain fluid amplifier |
| US4041984A (en) * | 1976-07-01 | 1977-08-16 | General Motors Corporation | Jet-driven helmholtz fluid oscillator |
| RU2023147C1 (en) * | 1991-02-15 | 1994-11-15 | Государственное малое предприятие "Мухит" при Азербайджанском индустриальном университете | Downhole hydrodynamic oscillator |
| RU2065921C1 (en) * | 1993-10-27 | 1996-08-27 | Николай Александрович Петров | Device for treating drilled holes |
| RU2369734C1 (en) * | 2008-02-29 | 2009-10-10 | Казанский научный центр Российской Академии Наук, государственное учреждение (КазНЦ РАН) | Facility for wave treatment of payout bed |
| RU2464456C2 (en) * | 2010-12-03 | 2012-10-20 | Учреждение Российской академии наук Казанский научный центр РАН | Method and device to generate pressure oscillations in fluid flow |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015120396A (en) | 2016-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3181221U (en) | Apparatus for implementing a method for generating pressure pulsations | |
| RU2610598C2 (en) | Method and device for two-chamber helmholz spray oscillator for generating pressure waves at the bottom hole | |
| RU2572250C2 (en) | Method and device with ring for generation of pressure waves at bottom of well | |
| RU2369734C1 (en) | Facility for wave treatment of payout bed | |
| RU2616024C1 (en) | Method and device with solid bottom to generate pressure waves in the injection well bore | |
| RU2544201C2 (en) | Method and device for generating wave field at injector bottomhole with automatic tuning of generation constant frequency | |
| RU2653205C2 (en) | Method and device of jet combined parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole | |
| RU2789492C1 (en) | Method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation | |
| RU2637008C2 (en) | Method and device for jet honeycomb parametrical gun for pressure waves generating and modulating in the injection well hole | |
| RU2478438C2 (en) | Method of combined device to generate pressure oscillation in fluid flow | |
| RU2670623C9 (en) | Method and device of borehole acoustic radiator with a smooth nozzle input for generating waves of pressure in annulus of injection well | |
| RU2637009C2 (en) | Method and device of jet parametrical gun with two toroidal chambers for pressure waves generating and modulating in the injection well hole | |
| RU2705126C1 (en) | Method of generating pressure waves in the annular space of an injection well and a jet acoustic radiator with a short nozzle and a slot resonator for its implementation | |
| RU2352373C2 (en) | Multiphase fluid feeding and dispensing nozzle | |
| CN210058655U (en) | Oscillating self-priming nozzle | |
| RU2005135582A (en) | METHOD FOR HYDROCAVITATION TREATMENT OF PRODUCTIVE STRESSES AND FILTERS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| RU2544200C2 (en) | Method and device for generating wave field at injector bottomhole with automatic tuning of generation resonant mode | |
| RU2576736C2 (en) | Method and device generating pressure waves in well annulus | |
| CN104453786A (en) | Annular cavity type fluid sonic wave generator | |
| Michael et al. | Numerical simulation of jet flow impinging on a shielded Hartmann whistle | |
| RU2610045C2 (en) | Method and device for alignment of steam assisted gravity drainage with vibration-wave effect on productive formation in horizontal wells | |
| RU2574889C2 (en) | Method and device for oil extraction at low formation pressure | |
| RU2540746C2 (en) | Method and device for wave field generation at injector bottomhole with permanent rate of generation at changeable formation pressure | |
| RU85581U1 (en) | PRODUCTIVE LAYER DEVICE | |
| Pozdeeva et al. | Acoustic relaxation of the hydro-mechanical system under critical expiration of swirl flow |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170529 |