RU2616024C1 - Method and device with solid bottom to generate pressure waves in the injection well bore - Google Patents
Method and device with solid bottom to generate pressure waves in the injection well bore Download PDFInfo
- Publication number
- RU2616024C1 RU2616024C1 RU2016114638A RU2016114638A RU2616024C1 RU 2616024 C1 RU2616024 C1 RU 2616024C1 RU 2016114638 A RU2016114638 A RU 2016114638A RU 2016114638 A RU2016114638 A RU 2016114638A RU 2616024 C1 RU2616024 C1 RU 2616024C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- outlet
- inlet nozzle
- cavity resonator
- chamber
- cylindrical chamber
- Prior art date
Links
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims description 11
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 25
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000002779 Morchella esculenta Nutrition 0.000 description 1
- 240000002769 Morchella esculenta Species 0.000 description 1
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007142 ring opening reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK 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 OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK 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
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Nozzles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для очистки от твердых отложений стенок обсадных труб и отверстий перфорации, декольматации призабойной зоны пласта и увеличения подвижности пластовых флюидов.The invention relates to the oil industry and is intended for cleaning from solid deposits of casing walls and perforation holes, decolmatization of the bottomhole formation zone and increasing the mobility of formation fluids.
Известен способ генерирования волн давления в стволе нагнетательной скважины (патент №96118034), при котором устанавливают на конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) гидродинамический генератор (ГГ), закачивают сжимаемую жидкость через НКТ, прокачивают сжимаемую жидкость через ГГ, генерируют колебания давления внутри ГГ и формируют волны давления за ГГ, в стволе нагнетающей скважины.A known method of generating pressure waves in the injection wellbore (patent No. 96118034), in which a hydrodynamic generator (GG) is installed at the end of the tubing, compressible fluid is pumped through the tubing, compressible fluid is pumped through the GG, pressure fluctuations are generated inside the GG and form pressure waves behind the GG in the well of the injection well.
Добывающие нефтяные скважины периодически прочищают от твердых отложений на стенках и в отверстиях перфорации обсадной трубы, прокачивая различные технические сжимаемые жидкости (газ, воздух, пар). При этом замечено, что наличие колебаний давления в прокачиваемом газе способствует достижению лучшего результата.Oil producing wells are periodically cleaned from solid deposits on the walls and in the perforation holes of the casing, pumping various technical compressible fluids (gas, air, steam). It was noted that the presence of pressure fluctuations in the pumped gas helps to achieve a better result.
Наиболее эффективны способы создания колебаний давления в стволе нагнетающей скважины при помощи ГГ, устанавливаемых непосредственно в том месте, где они наиболее востребованы, т.е. на нижнем конце НКТ. При таком способе генерирования колебаний давления, весь газ прокачивается через ГГ, который создает колебания давления в протекающем через него газе, распространяя свое воздействие на прилегающую область.The most effective methods of creating pressure fluctuations in the well bore with the help of GGs 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 gas is pumped through the GG, which creates pressure fluctuations in the gas flowing through it, spreading its effect on the adjacent area.
Жесткая конструкция ГГ и отсутствие движущихся в процессе работы деталей являются их достоинством.The rigid design of the GG and the absence of moving parts during operation are their advantage.
Недостаток ГГ вытекает из их достоинства - жесткая конструкция затрудняет их перенастройку на иную резонансную частоту без существенного изменения всей конструкцииThe disadvantage of the GG arises from their dignity - the rigid structure makes it difficult to reconfigure them to a different resonant frequency without a significant change in the entire structure
Известен способ генерирования волн давления в стволе нагнетательной скважины, реализованный в устройстве (патент РФ №2572250), наиболее близкий по технической сущности и взятый за прототип, при котором устанавливают на нижнем конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) струйный генератор Гельмгольца (СГГ), включающий цилиндрическую камеру объемного резонатора и струйный генератор, состоящий из входного сопла в передней крышке, кольца с острой кромкой, выходного отверстия и круглой струи газа, протекающего в цилиндрической камере объемного резонатора через кольцо с острыми кромками между входным соплом и выходным отверстием, представляющий собой акустическую колебательную систему с частотой собственных колебаний, определяемой взаимным расположением ее элементов, а именно цилиндрической камеры объемного резонатора, характеризующейся акустической упругостью Cak, и входного сопла с выходным отверстием, характеризующихся акустическими массами ma1 и ma2 соответственно, при этом формируют за входным соплом круглую струю газа и подают ее в цилиндрическую камеру объемного резонатора, направляют струю газа на острую кромку кольца, генерируют на острой кромке кольца первичные колебания давления и усиливают их амплитуду за счет возбуждения цилиндрической камеры объемного резонатора на частоте собственных колебаний, настроенной в резонанс с частотой генерации первичных колебаний давления, формируют за выходным отверстием волну давления, распространяющуюся по скважине.A known method of generating pressure waves in the injection wellbore, implemented in the device (RF patent No. 2572250), 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, comprising a cylindrical chamber of the volume resonator and a jet generator, consisting of an inlet nozzle in the front cover, a ring with a sharp edge, an outlet and a round jet of gas flowing in the cylindrical chamber of the volume cut it through a ring with sharp edges between the inlet nozzle and the outlet, which is an acoustic oscillating system with a natural frequency determined by the relative position of its elements, namely, a cylindrical chamber of a cavity resonator, characterized by acoustic elasticity C ak , and an inlet nozzle with an outlet, characterized by acoustic mass m a1 and m a2, respectively, the inlet nozzle is formed of a circular gas stream and fed into a cylindrical chamber volume reason Ora, they direct a gas stream to the sharp edge of the ring, generate primary pressure oscillations on the sharp edge of the ring and increase their amplitude by exciting the cylindrical chamber of the volume resonator at the natural oscillation frequency tuned in resonance with the frequency of generation of the primary pressure oscillations, form a pressure wave behind the outlet extending through the well.
Гидродинамические генераторы (ГГ) колебаний давления в потоке жидкости различаются конструктивно, но, как правило, включают в свой состав две основные части: струйный генератор (СГ) и камеру объемного резонатора (КОР), функционирующие относительно самостоятельно. СГ предназначен для преобразования некоторой части кинетической энергии струи в колебательную энергию потока и для генерации первичных колебаний давления в струе. КОР предназначена для увеличения амплитуды первичных колебаний давления. Для усиления первичных колебаний давления необходимо согласовать частоту генерации первичных колебаний давления с частотой собственных колебаний КОР. Иными словами можно сказать так, что две части одного устройства должны быть настроены в унисон для достижения резонанса.Hydrodynamic generators (GGs) of pressure fluctuations in the fluid flow are structurally different, but, as a rule, they include two main parts: a jet generator (SG) and a cavity resonator chamber (CCF), which function relatively independently. SG is designed to convert some part of the kinetic energy of the jet into the vibrational energy of the stream and to generate primary pressure oscillations in the jet. COR is designed to increase the amplitude of the primary pressure fluctuations. To enhance the primary pressure oscillations, it is necessary to coordinate the frequency of generation of the primary pressure oscillations with the frequency of natural oscillations of the BOR. In other words, it can be said that the two parts of the same device must be tuned in unison to achieve resonance.
Наиболее эффективным устройством, служащим для преобразования энергии скоростного напора струи в колебательную энергию потока, является струйный генератор Гельмгольца (СГГ) (Morel Th. Экспериментальное исследование осциллятора Гельмгольца, управляемого струей. Перевод ВЦП №В-56251 из J.Fluid Engineering, 1979, 101, IX, №3, 383-390, приложен. на диске).The most effective device for converting the energy of the high-pressure head of the jet into the vibrational energy of the flow is the Helmholtz (JHG) jet generator (Morel Th. Experimental study of a Helmholtz oscillator controlled by a jet. IX, No. 3, 383-390, attached. To the disk).
Процесс генерации колебаний давления в СГГ начинается с разгона потока, поскольку амплитуда колебаний давления увеличивается с увеличением величины скоростного напора A~ρυ2/2 струи. Разгон потока осуществляется во входном сопле, которое кроме увеличения скорости служит еще и для формирования круглой струи. Сформированная струя направляется прямо в отверстие кольца и задевает своей возмущенной периферией его острую внутреннюю кромку. Это порождает небольшие локальные возмущения давления в области кольца. Резонатор служит для усиления этих первичных колебаний давления.The process of generating pressure oscillations in the CUG flow begins with acceleration as the amplitude of pressure oscillations increases with increasing magnitude of velocity head A ~ ρυ 2/2 stream. Acceleration of the flow is carried out in the inlet nozzle, which in addition to increasing the speed also serves to form a round jet. The formed jet is directed directly into the hole in the ring and touches its sharp inner edge with its perturbed periphery. This gives rise to small local pressure disturbances in the region of the ring. The resonator serves to amplify these primary pressure fluctuations.
Частота генерации при натекании струи на препятствие определяется скоростью струи W и длиной L ее свободного участка: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 острой кромкой отверстия кольца, а также скоростью струи: чем интервал больше - тем частота ниже, и чем скорость выше - тем частота генерации выше. Крупная камера имеет меньшую частоту собственных колебаний, а меньшая камера – большую.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 edge of the ring opening, 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. A large camera has a lower frequency of natural vibrations, and a smaller camera has a larger one.
Известно, что низкочастотные упругие колебания оказывают более сильное воздействие на отложения в стволе скважины и отверстиях перфорации.It is known that low-frequency elastic vibrations have a stronger effect on deposits in the wellbore and perforation holes.
Недостатком способа, взятого за прототип, является невозможность генерации низкочастотных колебаний давления в скважине без увеличения размеров камеры струйного генератора Гельмгольца.The disadvantage of the method taken as a prototype is the inability to generate low-frequency pressure fluctuations in the well without increasing the size of the chamber of the Helmholtz jet generator.
Известно устройство для генерирования колебаний давления в потоке жидкости (патент US 6029746), представляющее собой полое тело вращения, состоящее из камеры, содержащей входное сопло и выходное отверстие, расположенные с некоторым интервалом.A device is known for generating pressure fluctuations in a fluid flow (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 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 an Helmholtz inkjet generator (SGH) or a Helmholtz inkjet resonator (AWG). In English, the name sounds like "Jet driven Helmholtz oscillator" (JDHO). But in Russian, the term "oscillator" is usually used in radio electronics.
Устройство состоит из двух относительно самостоятельных элементов. Входное сопло, выпускное отверстие и струя газа, протекающая между ними внутри камеры объемного резонатора, образуют собой струйный генератор (СГ) колебаний давления, который функционирует и при отсутствии камеры объемного резонатора (КОР), хотя амплитуда генерируемых первичных колебаний давления весьма невелика. Но если установить струйный генератор внутрь настроенной КОР, то амплитуда первичных колебаний давления многократно увеличится.The device consists of two relatively independent elements. The inlet nozzle, the outlet, and the gas stream flowing between them inside the chamber of the cavity resonator form a jet generator (SG) of pressure oscillations, which also functions in the absence of a chamber of the cavity resonator (RR), although the amplitude of the generated primary oscillations of pressure is very small. But if you install a jet generator inside a tuned CDF, then the amplitude of the primary pressure fluctuations will increase many times.
Резонатор пассивен, он лишь откликается, т.е. усиливает колебания давления, созданные каким-то другим устройством, поскольку заключенный в нем столб газа 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. amplifies the pressure fluctuations created by some other device, since the gas column 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.
Недостатком устройства является оппозитное расположение входного сопла и выходного отверстия в камере объемного резонатора.The disadvantage of this device is the opposite location of the inlet nozzle and outlet in the chamber of the cavity resonator.
Известно устройство для генерирования волн в стволе нагнетательной скважины, наиболее близкое по технической сущности и взятое за прототип (патент РФ №2572250) в виде струйного генератора Гельмгольца (СГГ), включающего: цилиндрическую камеру объемного резонатора с двумя параллельными крышками - передней и задней; входное сопло, расположенное в передней крышке; кольцо, установленное на радиальных стойках на оси цилиндрической камеры объемного резонатора в интервале между крышками, и выходное отверстие; в котором входное сопло соединяют с НКТ, а выходное отверстие направляют в скважину.A device for generating waves in an injection wellbore is known that is closest in technical essence and is taken as a prototype (RF patent No. 2572250) in the form of a Helmholtz jet generator (SGH), including: a cylindrical cavity cavity chamber with two parallel covers — front and back; inlet nozzle located in the front cover; a ring mounted on radial struts on the axis of the cylindrical chamber of the cavity resonator in the interval between the covers, and an outlet; in which the inlet nozzle is connected to the tubing, and the outlet is directed into the well.
В стволе скважины, на нижнем конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) смонтировано устройство, представляющее собой струйный генератор Гельмгольца (СГГ), хотя в тексте патента он так не называется. СГГ состоит из камеры объемного резонатора (КОР) с двумя крышками, в которых установлены входное сопло и выходное отверстие с острыми кромками. Входное сопло выполнено в передней крышке (по потоку), а выходное отверстие в задней. Входное сопло и выходное отверстие выполнены соосно и строго напротив друг друга.In the wellbore, at the lower end of the tubing (tubing), a device is installed, which is a Helmholtz jet generator (SGH), although it is not called that in the text of the patent. The SGH consists of a cavity resonator chamber (CDF) with two caps, in which an inlet nozzle and an outlet with sharp edges are installed. The inlet nozzle is made in the front cover (downstream), and the outlet in the back. The inlet nozzle and the outlet are coaxially and strictly opposite to each other.
Недостатком 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, скоростью струи, вытекающей из входного сопла, а с другой стороны, способностью объемного резонатора усиливать первичные колебания давления на частоте собственных колебаний.The disadvantage of this 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 speed of the jet flowing from the inlet nozzle, and on the other hand, by the ability of the volume resonator to amplify the primary pressure oscillations at the natural frequency.
Можно акустическую колебательную систему, принятую за прототип, представить в виде механической колебательной системы, в которой камера резонатора объемом Vк, характеризующаяся акустической упругостью Cak, заменяется пружиной с механической жесткостью k, а входное сопло и выходное отверстие, характеризующиеся акустическими массами ma1 и ma2 соответственно, заменяются грузиками с массами m1 и m2. Частота собственных колебаний этой системы высока вследствие того, что грузики расположены на обоих концах пружины.The acoustic vibrational system adopted for the prototype can be represented as a mechanical vibrational system in which the resonator chamber of volume V k , characterized by the acoustic elasticity C ak , is replaced by a spring with mechanical rigidity k, and the inlet nozzle and outlet, characterized by acoustic masses m a1 and m a2, respectively, are replaced by weights with masses m 1 and m 2 . The natural frequency of this system is high due to the fact that the weights are located at both ends of the spring.
Частота собственных колебаний этой системы определяется выражениемThe natural frequency of this system is determined by the expression
После обратной подстановки акустических параметров это выражение будет выглядеть следующим образом:After reverse substitution of acoustic parameters, this expression will look as follows:
где с - скорость звука в среде; ℓ1 и ℓ2 - длины отверстий; S1 и S2 - площади их поперечных сечений.where c is the speed of sound in the medium; ℓ 1 and ℓ 2 are the lengths of the holes; S 1 and S 2 - the area of their cross sections.
Из формулы (3) следует, что существенным недостатком этого устройства является невозможность уменьшить частоту резонанса представленной колебательной системы без увеличения объема камеры резонатора или длины отверстий.From formula (3) it follows that a significant drawback of this device is the inability to reduce the resonance frequency of the presented oscillatory system without increasing the cavity chamber volume or the length of the holes.
Целью настоящего изобретения является генерирование низкочастотных колебаний без увеличения объема камеры резонатора и длин входного сопла и выходного отверстия.The aim of the present invention is to generate low-frequency oscillations without increasing the volume of the cavity chamber and the lengths of the inlet nozzle and outlet.
Технический результат достигается за счет того, что в способе генерирования низкочастотных волн давления в стволе нагнетательной скважины, при котором устанавливают на нижнем конце насосно-компрессорной трубы (НКТ) струйный генератор Гельмгольца (СГГ), включающий цилиндрическую камеру объемного резонатора и струйный генератор, состоящий из входного сопла в передней крышке, кольца с острой кромкой, выходного отверстия и круглой струи газа, протекающей в цилиндрической камере объемного резонатора через кольцо с острыми кромками между входным соплом и выходным отверстием, представляющий собой акустическую колебательную систему с частотой собственных колебаний, определяемой взаимным расположением ее элементов, а именно: цилиндрической камеры объемного резонатора, характеризующейся акустической упругостью Cak, и входного сопла с выходным отверстием, характеризующихся акустическими массами ma1 и ma2 соответственно, при этом формируют за входным соплом круглую струю газа и подают ее в цилиндрическую камеру объемного резонатора, направляют струю газа на острую кромку кольца, генерируют на острой кромке кольца первичные колебания давления и усиливают их амплитуду за счет возбуждения цилиндрическую камеру объемного резонатора на частоте собственных колебаний, настроенной в резонанс с частотой генерации первичных колебаний давления, формируют за выходным отверстием волну давления, распространяющуюся по скважине, круглую струю газа, после протекания через кольцо с острой кромкой и возбуждения первичных колебаний давления, поворачивают внутри цилиндрическую камеру объемного резонатора и направляют в обратную сторону, в выходное отверстие, усиливают амплитуду первичных колебаний давления за счет возбуждения цилиндрическую камеру объемного резонатора на низкой частоте собственных колебаний, определяемой расположением и входного сопла, и выходного отверстия с одной стороны цилиндрическую камеру объемного резонатора, и формируют за выходным отверстием, в стволе нагнетательной скважины, волну низкой частоты.The technical result is achieved due to the fact that in the method of generating low-frequency pressure waves in the injection wellbore, in which a Helmholtz jet generator (SGH) is installed at the lower end of the tubing, including a cylindrical cavity cavity chamber and a jet generator consisting of the inlet nozzle in the front cover, the sharp-edged ring, the outlet and a round gas jet flowing in the cylindrical chamber of the cavity resonator through the ring with sharp edges between odnym nozzle and the outlet, which is an acoustic vibrational system natural frequency determined by the mutual arrangement of its elements, namely: a cylindrical chamber of the cavity resonator, characterized by an acoustic elasticity C ak, and the inlet nozzle to the outlet, characterized by the acoustic mass m a1 and m a2, respectively, while forming a round gas stream behind the inlet nozzle and feeding it into the cylindrical chamber of the volume resonator, directing the gas stream to the sharp edge of the rings, generate primary pressure oscillations on the sharp edge of the ring and increase their amplitude due to the excitation of the cylindrical chamber of the volume resonator at the natural oscillation frequency tuned to the resonance with the frequency of generation of primary pressure oscillations, form a pressure wave propagating through the borehole, a circular gas stream , after flowing through a ring with a sharp edge and excitation of primary pressure oscillations, they turn inside the cylindrical chamber of the cavity resonator and direct them to The reverse side, into the outlet, is amplified by the amplitude of the primary pressure oscillations due to the excitation of the cylindrical chamber of the cavity resonator at a low natural frequency, determined by the location of both the inlet nozzle and the outlet on one side of the cylindrical chamber of the cavity, and formed behind the outlet in the barrel injection well, low frequency wave.
В устройстве для генерирования волн давления в стволе нагнетающей скважины в виде струйного генератора Гельмгольца (СГГ), включающего: цилиндрическую камеру объемного резонатора с двумя параллельными крышками - передней и задней; входное сопло, расположенное в передней крышке; кольцо, установленное на радиальных стойках на оси цилиндрической камеры объемного резонатора в интервале между крышками, и выходное отверстие; в котором входное сопло соединено с НКТ, а выходное отверстие направлено вниз по скважине, выходное отверстие выполнено сбоку от входного сопла, в передней крышке или корпусе цилиндрической камеры объемного резонатора.In a device for generating pressure waves in an injection wellbore in the form of a Helmholtz jet generator (SGH), comprising: a cylindrical cavity resonator chamber with two parallel covers — front and back; inlet nozzle located in the front cover; a ring mounted on radial struts on the axis of the cylindrical chamber of the cavity resonator in the interval between the covers, and an outlet; in which the inlet nozzle is connected to the tubing, and the outlet is directed down the well, the outlet is made to the side of the inlet nozzle, in the front cover or body of the cylindrical chamber of the cavity resonator.
Предложенный способ позволяет уменьшить частоту собственных колебаний камеры объемного резонатора без увеличения ее объема и увеличения длины входного сопла и выходного отверстия.The proposed method allows to reduce the frequency of natural oscillations of the chamber of the cavity resonator without increasing its volume and increasing the length of the inlet nozzle and outlet.
На фиг. 1 изображена схема устройства с входным соплом и выходным отверстием, выполненными в передней крышке.In FIG. 1 shows a diagram of a device with an inlet nozzle and an outlet made in the front cover.
На фиг. 2 представлена схема механического аналога акустической колебательной системы, взятой в качестве прототипа.In FIG. 2 shows a diagram of a mechanical analogue of an acoustic oscillatory system, taken as a prototype.
На фиг. 3 представлена схема механического аналога предложенной колебательной системы.In FIG. 3 presents a diagram of a mechanical analogue of the proposed oscillatory system.
Сущность предложенного изобретения состоит в следующем.The essence of the proposed invention is as follows.
Механический аналог акустической колебательной системы, принятой за прототип, с оппозитным расположением входного сопла и выходного отверстия в корпусе камеры, частота собственных колебаний которой вычисляется по формуле (3), изображен на фиг. 2. Частота собственных колебаний механической колебательной системы вычисляется по формуле (2).The mechanical analogue of the acoustic oscillatory system adopted for the prototype, with the opposite arrangement of the inlet nozzle and outlet in the camera body, the natural frequency of which is calculated by the formula (3), is shown in FIG. 2. The frequency of natural vibrations of a mechanical oscillatory system is calculated by the formula (2).
Механический аналог акустической системы с односторонним расположением входного сопла и выходного отверстия представлен на фиг. 3. Расчет частоты собственных колебаний такой системы пока не завершен. Проведены экспериментальные исследования различных конструкций акустической системы с двумя горлами. На фиг. 4 изображена амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) акустической системы, взятой за прототип, а на фиг. 5 изображена АЧХ акустической системы, представляющей изобретение.A mechanical analogue of a speaker system with a one-sided arrangement of the inlet nozzle and outlet is shown in FIG. 3. The calculation of the frequency of natural oscillations of such a system has not yet been completed. Experimental studies of various designs of an acoustic system with two necks have been carried out. In FIG. 4 shows the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the speaker system, taken as a prototype, and in FIG. 5 shows the frequency response of a speaker system of the invention.
При визуальном сравнении расположения резонансных пиков амплитуды на этих чертежах становится очевидным, что резонанс акустической системы, составляющей изобретение, имеет место быть на частоте 149 Гц, в то время как резонанс акустической системы, взятой за прототип, имеет место быть на частоте 155 Гц.When visually comparing the location of the resonance amplitude peaks in these drawings, it becomes apparent that the resonance of the speaker system constituting the invention takes place at a frequency of 149 Hz, while the resonance of the speaker system taken as a prototype takes place at a frequency of 155 Hz.
Экспериментальные исследования СРГ показали, что частота собственных колебаний камеры с односторонним расположением входного сопла и выходного отверстия ниже, по сравнению со случаем оппозитного расположения двух отверстий с той же площадью. Рассмотрение формулы (3) приводит такому же результату. Одностороннее нагружение пружинки двумя грузами в механическом аналоге приводит к тому же результату.Experimental studies of the AWG showed that the frequency of natural oscillations of the chamber with a one-sided arrangement of the inlet nozzle and outlet is lower compared to the case of the opposite arrangement of two holes with the same area. The consideration of formula (3) leads to the same result. One-sided loading of a spring with two loads in a mechanical analogue leads to the same result.
Были проведены исследования частоты собственных колебаний камеры объемного резонатора с двумя крышками. Камера представляла собой алюминиевую трубу диаметром D=78 мм и длиной L=280 мм. Передняя и задняя крышки были выполнены из листового оргстекла толщиной 10 мм. Диаметр всех отверстий был одинаков и составлял d=13 мм.Investigations were made of the natural frequency of the cavity resonator chamber with two covers. The chamber was an aluminum pipe with a diameter of D = 78 mm and a length of L = 280 mm. The front and back covers were made of plexiglass 10 mm thick. The diameter of all holes was the same and amounted to d = 13 mm.
В первом случае камера имела два оппозитных отверстия d13×10 мм, выполненных по центру крышек. Результаты измерения частоты собственных колебаний этой системы представлены на фиг. 4. Во втором случае камера имела два отверстия d13×10 мм, выполненных в передней крышке. Смещение центра второго отверстия от оси камеры 22 мм. Результаты измерения частоты собственных колебаний этой системы представлены на фиг. 5. На чертежах видно, что во втором случае частота собственных колебаний камеры объемного резонатора с двумя отверстиями в передней крышке ниже.In the first case, the chamber had two opposite holes d13 × 10 mm, made in the center of the covers. The results of measuring the natural frequency of this system are shown in FIG. 4. In the second case, the camera had two holes d13 × 10 mm made in the front cover. The offset of the center of the second hole from the axis of the chamber is 22 mm. The results of measuring the natural frequency of this system are shown in FIG. 5. The drawings show that in the second case, the natural frequency of the chamber of the cavity resonator with two holes in the front cover is lower.
Вышеизложенное позволяет нам утверждать, что одностороннее расположение входного и выходного отверстий позволяет уменьшить частоту собственных колебаний проточного резонатора без увеличения объема камеры и длины отверстий.The above allows us to argue that the one-sided arrangement of the inlet and outlet openings allows us to reduce the frequency of natural oscillations of the flow resonator without increasing the volume of the chamber and the length of the holes.
Устройство для генерирования низкочастотных волн давления в стволе нагнетающей скважины (см. фиг. 1) состоит из цилиндрического корпуса 1, передней плоской крышки 2, глухой задней крышки 3, входного сопла 4 в передней крышке, выходного отверстия 5, выполненного также в передней крышке, и кольца с острой кромкой 6. Кольцо установлено на радиальных стойках прямо напротив входного сопла. Между соплом и кольцом выдерживается строго определенный интервал.A device for generating low-frequency pressure waves in the injection wellbore (see Fig. 1) consists of a cylindrical body 1, a front
Камера объемного резонатора представляет собой трубу, заглушенную с обоих торцов плоскими крышками, установленными параллельно друг другу и перпендикулярно оси камеры-резонатора. В первой (по потоку) крышке камеры выполнено входное сопло, представляющее собой небольшой кусок трубы определенного проходного сечения с плавной входной кромкой и острой выходной кромкой на плоском торце. Также в передней крышке, в произвольном месте, выполнено и выходное отверстие. Задняя (по потоку) крышка камеры представляет собой глухое днище.The chamber of the cavity resonator is a tube plugged at both ends with flat caps mounted parallel to each other and perpendicular to the axis of the cavity chamber. An inlet nozzle is made 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. Also in the front cover, in an arbitrary place, an outlet is made. The back (downstream) chamber cover is a blind bottom.
Диаметр выходного отверстия примерно на 25% больше диаметра входного сопла. Входное сопло и выходное отверстие могут располагаться в произвольном месте передней крышки. Вероятно, входное сопло целесообразно располагать на оси передней крышки, а выходное отверстие удалять от него как можно дальше. Возможно, целесообразно выполнять выходное отверстие, даже, в корпусе камеры, вблизи с выходной крышкой, но этот вопрос нами еще не изучен.The diameter of the outlet is approximately 25% larger than the diameter of the inlet nozzle. The inlet nozzle and outlet may be located at any place in the front cover. It is likely that the inlet nozzle should be placed on the axis of the front cover, and the outlet should be removed as far from it as possible. It may be advisable to make an outlet, even in the camera body, close to the outlet cover, but we have not yet studied this issue.
Устройство установлено на нижнем конце НКТ и его входное сопло соединено с каналом НКТ, а выпускное отверстие направлено вниз, вдоль скважины.The device is installed on the lower end of the tubing and its inlet nozzle is connected to the tubing channel, and the outlet is directed down along the well.
Работает устройство для генерирования волн давления в затрубном пространстве скважины следующим образом. При подаче в НКТ ремонтируемой скважины технической сжимаемой жидкости вся подаваемая жидкость протекает через камеру объемного резонатора. При этом на выходе из сопла формируется круглая струя жидкости 7, которая устремляется в сторону глухого днища, задевает по пути острые кромки кольца и поворачивает обратно, поскольку выходное отверстие для нее предусмотрено на той же стороне, откуда осуществляется подача. Далее струя вытекает через выходное отверстие в межтрубное пространство скважины.A device for generating pressure waves in the annulus of a well operates as follows. When a technical compressible fluid is supplied to the tubing of the well being repaired, all the supplied fluid flows through the cavity chamber. At the same time, a circular jet of liquid 7 is formed at the exit from the nozzle, which rushes towards the blank bottom, touches the sharp edges of the ring along the path and turns back, since the outlet for it is provided on the same side from which the feed is made. Further, the jet flows through the outlet into the annulus of the well.
При взаимодействии струи с внутренней острой кромкой кольца генерируются слабые возмущения давления в окружающем пространстве. Частота их генерации совпадает с частотой собственных колебаний камеры, и акустическая колебательная система резонирует на этой частоте. Волна давления распространяется по скважине и через перфорационные отверстия - в призабойное пространство.When the jet interacts with the inner sharp edge of the ring, weak pressure disturbances are generated in the surrounding space. The frequency of their generation coincides with the frequency of the natural oscillations of the chamber, and the acoustic vibrational system resonates at this frequency. The pressure wave propagates through the well and through the perforations into the bottom hole.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016114638A RU2616024C1 (en) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | Method and device with solid bottom to generate pressure waves in the injection well bore |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016114638A RU2616024C1 (en) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | Method and device with solid bottom to generate pressure waves in the injection well bore |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2616024C1 true RU2616024C1 (en) | 2017-04-12 |
Family
ID=58642363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016114638A RU2616024C1 (en) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | Method and device with solid bottom to generate pressure waves in the injection well bore |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2616024C1 (en) |
Citations (5)
| 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 |
| 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 |
-
2016
- 2016-04-14 RU RU2016114638A patent/RU2616024C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| 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 |
| 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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7722316B2 (en) | Acoustic viscous damper for centrifugal gas compressor | |
| US20090008088A1 (en) | Oscillating Fluid Flow in a Wellbore | |
| Raman et al. | Active flow control using integrated powered resonance tube actuators | |
| RU2616024C1 (en) | Method and device with solid bottom to generate pressure waves in the injection well bore | |
| RU2369734C1 (en) | Facility for wave treatment of payout bed | |
| RU2572250C2 (en) | Method and device with ring for generation of pressure waves at bottom of well | |
| RU2610598C2 (en) | Method and device for two-chamber helmholz spray oscillator for generating pressure waves at the bottom hole | |
| Abdrashitov et al. | Effect of nozzle shape on amplitude of well acoustic emitter generation | |
| 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 | |
| Abdrashitov et al. | Short cylindrical nozzles in a jet-driven Helmholtz oscillator | |
| RU2637008C2 (en) | Method and device for jet honeycomb 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 | |
| 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 | |
| RU2544200C2 (en) | Method and device for generating wave field at injector bottomhole with automatic tuning of generation resonant mode | |
| 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 | |
| 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 | |
| RU2399746C1 (en) | Device for wave processing of productive formations | |
| RU8407U1 (en) | PRODUCTIVE LAYER DEVICE | |
| RU2135736C1 (en) | Gear to treat productive stratum | |
| RU85581U1 (en) | PRODUCTIVE LAYER DEVICE | |
| RU2015123226A (en) | METHOD AND DEVICE FOR COMBINING STEAM-GRAVITATIONAL DRAINAGE (SAGD) WITH VIBRO-WAVE INFLUENCE ON PRODUCTIVE LAYER UNDER CONDITIONS OF HORIZONTAL WELLS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210415 |