RU2785232C1 - Device and method for hydrodynamic purification of surfaces of equipment, parts, and intervals in perforation in well - Google Patents
Device and method for hydrodynamic purification of surfaces of equipment, parts, and intervals in perforation in well Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785232C1 RU2785232C1 RU2022124635A RU2022124635A RU2785232C1 RU 2785232 C1 RU2785232 C1 RU 2785232C1 RU 2022124635 A RU2022124635 A RU 2022124635A RU 2022124635 A RU2022124635 A RU 2022124635A RU 2785232 C1 RU2785232 C1 RU 2785232C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrodynamic
- hydrodynamic cleaning
- cleaned
- section
- cleaning
- Prior art date
Links
- 238000000746 purification Methods 0.000 title abstract 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 101
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 230000001154 acute Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 230000003628 erosive Effects 0.000 description 7
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 210000003284 Horns Anatomy 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технологиям гидродинамической очистки поверхностей оборудования, деталей, интервалов перфорации скважин от природных и техногенных загрязнений. The invention relates to technologies for hydrodynamic cleaning of surfaces of equipment, parts, well perforation intervals from natural and man-made pollution.
Известно изобретение (патент РФ RU 2123957, 18.06.1998) «Способ подводной гидродинамической очистки корпусов судов и устройство для его осуществления». Сущность способа очистки состоит в том, что условие возникновения кавитации в зоне очистки обеспечивают одновременным воздействием на эту поверхность струи воды и акустического излучения. Это излучение получают от акустического генератора. Последний размещают внутри рабочего органа. Этот генератор работает на энергии динамического напора самой струи. Струей воды воздействуют на очищаемую поверхность под углом не более 45°. Насадка для очистки имеет проточный канал и профиль. Последний образован соосно расположенным и последовательно сопряженным друг с другом входным конфузором, цилиндрической и выходной частями. Цилиндрическая часть выполнена в виде резонансной камеры. А входная часть - в виде упора. Диаметр камеры больше диаметра выходного отверстия конфузора и входного отверстия выходной части. Стенки камеры образуют с выходным отверстием конфузора и входным отверстием рупора соответственно входное и выходное сопла камеры. Она вместе с соплами образует акустический генератор. Разность диаметров сопел не более 0,3 от длины камеры. Диаметр выходного отверстия рупора не менее 0,04 длины волны основной частоты камеры. Конфузор имеет угол конусности от 10° до 20°.An invention is known (RF patent RU 2123957, 06/18/1998) "Method of underwater hydrodynamic cleaning of ship hulls and a device for its implementation". The essence of the cleaning method lies in the fact that the condition for the occurrence of cavitation in the cleaning zone is provided by simultaneous exposure to this surface of a jet of water and acoustic radiation. This radiation is received from an acoustic generator. The latter is placed inside the working body. This generator operates on the energy of the dynamic pressure of the jet itself. A jet of water acts on the surface to be cleaned at an angle of not more than 45°. The cleaning nozzle has a flow channel and a profile. The latter is formed by an inlet confuser, cylindrical and outlet parts coaxially located and sequentially coupled to each other. The cylindrical part is made in the form of a resonant chamber. And the entrance part is in the form of an emphasis. The chamber diameter is greater than the diameter of the outlet of the confuser and the inlet of the outlet part. The walls of the chamber form with the outlet of the confuser and the inlet of the horn, respectively, the inlet and outlet nozzles of the chamber. Together with the nozzles, it forms an acoustic generator. The difference in nozzle diameters is not more than 0.3 of the chamber length. The diameter of the horn outlet is not less than 0.04 wavelength of the fundamental frequency of the chamber. The confuser has a taper angle from 10° to 20°.
Акустическое воздействие в известном устройстве генерируется достаточно хорошо, однако не возникает эрозионная способность потока по причине отсутствия активного кавитационного эффекта, так как на входе в резонансную камеру поток не разрывается, а наоборот успокаивается благодаря коноидальному сужению. При реализации способа отсутствуют знакопеременные нагрузки, обеспечивающие малоцикловое усталостное разрушение и возникающие, например, при перемещении устройства возвратно-поступательно или при его вращении. Кроме того, способ предназначен для подводной очистки, применение его в воздушной среде или в скважинных условиях (в условиях противодавлений порядка 30 МПа) не обосновано не теоретически ни экспериментально.The acoustic effect in the known device is generated quite well, however, the erosive ability of the flow does not occur due to the absence of an active cavitation effect, since the flow does not break at the entrance to the resonant chamber, but rather calms down due to the conoidal narrowing. When implementing the method, there are no alternating loads that provide low-cycle fatigue failure and occur, for example, when the device is reciprocated or rotated. In addition, the method is intended for underwater cleaning, its use in air or in downhole conditions (under conditions of counterpressures of the order of 30 MPa) is not substantiated either theoretically or experimentally.
Известно изобретение «Устройство и способ для гидродинамической очистки поверхностей на основе микрогидроударного эффекта» (патент РФ 2641277, опубл. 16.01.2018), рассматриваемое авторами как наиболее близкий аналог. Насадка для гидродинамической очистки представляет собой проточный канал с профилем, образованным соосно расположенными и последовательно сопряженными друг с другом входным конфузором, резонансной камерой и диффузором. Конфузор и диффузор соединены резонансной камерой в виде переходного выступа. Отношение площади выходного сечения конфузора к площади сечения отверстия резонансной камеры, образующей переходной выступ, составляет 1,5-8,97. Диффузор может содержать устройство дополнительной подачи жидкости, газа или твердых частиц. Конфузор имеет, наиболее предпочтительно, коническую форму и угол конусности, наиболее предпочтительно 10-20°. Диффузор имеет, наиболее предпочтительно, коническую форму и угол конусности, наиболее предпочтительно 15-70°. Способ гидродинамической очистки заключается в воздействии на очищаемую поверхность струей жидкости под давлением, вытекающей из насадки рабочего органа, при этом струя жидкости вытекает под углом 5-90° к очищаемой поверхности на расстоянии 5-1000 мм от насадки до очищаемой поверхности. Технический результат: высокопроизводительная устойчивая и достаточная для практических задач кавитация при возможно более малых давлениях и расходах для очистки поверхностей от техногенных и природных загрязнений как в жидкой, так и в воздушной среде.The invention “Device and method for hydrodynamic cleaning of surfaces based on the microhydropercussion effect” is known (RF patent 2641277, publ. 01/16/2018), considered by the authors as the closest analogue. The nozzle for hydrodynamic cleaning is a flow channel with a profile formed by an inlet confuser, a resonant chamber and a diffuser coaxially located and connected in series with each other. The confuser and diffuser are connected by a resonant chamber in the form of a transition ledge. The ratio of the area of the output section of the confuser to the area of the section of the opening of the resonant chamber, forming the transition ledge, is 1.5-8.97. The diffuser may contain a device for additional supply of liquid, gas or solid particles. The confuser is most preferably conical and has a taper angle, most preferably 10-20°. The diffuser is most preferably conical in shape and has a taper angle, most preferably 15-70°. The method of hydrodynamic cleaning consists in exposing the surface to be cleaned with a jet of liquid under pressure flowing from the nozzle of the working body, while the jet of liquid flows out at an angle of 5-90° to the surface to be cleaned at a distance of 5-1000 mm from the nozzle to the surface to be cleaned. EFFECT: high-performance stable cavitation sufficient for practical tasks at the lowest possible pressures and costs for cleaning surfaces from man-made and natural contaminants both in liquid and air environments.
Недостатками устройства по прототипу являются: диффузор на входе не эффективен для разрыва потока, так как служит успокоителем. При этом, как следствие, недостаточно развивается кавитация: менее выражены колебания давления, эрозии и другие проявления. Кроме того, способ направлен на очистку в поверхностных условиях, преимущественно в воздушной среде, и нет информации о реализации способа для истечения жидкости с среду с противодавлением порядка 30МПа, например, для скважинных условий. Исходя из описания сущности изобретения воздействие струи на очищаемую поверхность осуществляется постоянно под углом 5-90°, при этом эффективность очистки оценивают по интенсивности вибрации насадки, что недостаточно с практической точки зрения, когда для достижения результатов необходимо оценивать скорость удаления отложений, их разрушения и измельчения. The disadvantages of the device according to the prototype are: the inlet diffuser is not effective for breaking the flow, as it serves as a damper. At the same time, as a result, cavitation does not develop enough: pressure fluctuations, erosion and other manifestations are less pronounced. In addition, the method is aimed at cleaning in surface conditions, mainly in air, and there is no information on the implementation of the method for the expiration of liquid from the medium with a back pressure of about 30 MPa, for example, for downhole conditions. Based on the description of the essence of the invention, the impact of the jet on the surface to be cleaned is carried out constantly at an angle of 5-90°, while the cleaning efficiency is evaluated by the intensity of vibration of the nozzle, which is not enough from a practical point of view, when in order to achieve results it is necessary to evaluate the rate of removal of deposits, their destruction and grinding .
Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства и способа для генерирования гидроимпульсного истечения, сопровождающегося микровзрывами всхлопывающихся кавитационных каверн с высвобождающимся давлением более 100 МПа, при давлениях на входе в устройство для гидродинамической очистки от 5 до 60 МПа для очистки поверхности оборудования от техногенных и природных загрязнений на поверхности и в скважинных условиях. The objective of the invention is to create a device and a method for generating hydropulse outflow, accompanied by microexplosions of collapsing cavitation cavities with a released pressure of more than 100 MPa, at pressures at the inlet to the device for hydrodynamic cleaning from 5 to 60 MPa to clean the equipment surface from man-made and natural contaminants on the surface and in downhole conditions.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение скорости удаления отложений с поверхностей оборудования, деталей при сохранении очищаемой поверхности не поврежденной и не деформированной, а также с интервала перфорации скважин в условиях высокого противодавления. The technical result of the invention is to increase the rate of removal of deposits from the surfaces of equipment, parts while maintaining the cleaned surface is not damaged and not deformed, as well as from the well perforation interval under conditions of high back pressure.
Технический результат достигается за счет использования устройства для гидродинамической очистки, содержащего проточный канал с профилем, образованным соосно расположенными и последовательно сопряженными друг с другом участками: цилиндрическим участком, сферическим участком, участком острая кромка и конически расходящимся участком с углом конусности 13-14°, а также способа гидродинамической очистки поверхностей оборудования, деталей и интервалов перфорации в скважине, заключающегося в воздействии на очищаемую поверхность струей жидкости под давлением, вытекающей в жидкостной или газовой среде, из устройства для гидродинамической очистки. При этом устройство перемещают для создания струей жидкости чередующихся знакопеременных гидродинамических нагрузок на очищаемую поверхность: в случае очистки интервалов перфорации в скважине устройство вращают внутри скважины с перфорационными каналами с отложениями, в случае очистки поверхностей деталей, оборудования устройство перемещают возвратно-поступательно вдоль очищаемой поверхности, при этом устройство расположено под углом 60-80° к очищаемой поверхности. The technical result is achieved through the use of a device for hydrodynamic cleaning, containing a flow channel with a profile formed by coaxially located and sequentially mated sections: a cylindrical section, a spherical section, a sharp edge section and a conically diverging section with a taper angle of 13-14 °, and also a method for hydrodynamic cleaning of equipment surfaces, parts and perforation intervals in a well, which consists in exposing the surface to be cleaned with a pressurized liquid jet flowing in a liquid or gaseous medium from a device for hydrodynamic cleaning. At the same time, the device is moved to create alternating sign-changing hydrodynamic loads on the surface to be cleaned with a jet of fluid: in the case of cleaning perforation intervals in the well, the device is rotated inside the well with perforation channels with deposits; In this case, the device is located at an angle of 60-80° to the surface to be cleaned.
Предлагаемая конструкция устройства для гидродинамической очистки обеспечивает возрастание текущих местных скоростей в потоке рабочей жидкости из-за столкновения с искривляющейся поверхностью проточного канала, что приводит к возникновению гидродинамического кавитационного эффекта. При этом угол конусности конически расходящегося участка проточного канала обеспечивает максимальное генерирование парогазовых каверн и наибольшую протяженность кавитационной эрозии. Максимальные давления, генерируемые при схлопывании кумулятивной гидроструйки, достигают величины более 100 МПа, что достаточно для разрушения высокопрочных отложений на интервалах перфорации скважин или загрязненных поверхностях.The proposed design of the device for hydrodynamic cleaning provides an increase in the current local velocities in the working fluid flow due to collision with the curved surface of the flow channel, which leads to the occurrence of a hydrodynamic cavitation effect. At the same time, the taper angle of the conically diverging section of the flow channel provides the maximum generation of steam-gas caverns and the greatest extent of cavitation erosion. The maximum pressures generated by the collapse of a cumulative hydraulic jet reach a value of more than 100 MPa, which is sufficient to destroy high-strength deposits in well perforation intervals or contaminated surfaces.
Предлагаемое устройство для гидродинамической очистки, в отличие от устройств аналога, прототипа, известных сопла Лаваля, трубки Вентури, кавитатора Родионова и пр., обеспечивает более высокую степень генерирования кавитации (нарушение сплошности среды) в высокоскоростных струйных потоках за счет наличия цилиндрического участка, в котором поток достигает максимальной скорости, и острой кромки, которая рвет поток, впоследствии поступающий в конфузор, в котором скорость потока падает, давление увеличивается, и сплошность потока нарушается еще больше: образуются каверны, заполненные газом и паром. В результате обеспечивается более эффективное диспергирование потока, кавитация проявляется при меньших перепадах давления и сопровождается более выраженными колебаниями давления, эрозией и другими проявлениями.The proposed device for hydrodynamic cleaning, in contrast to devices similar, prototype, known Laval nozzle, Venturi tube, Rodionov cavitator, etc., provides a higher degree of cavitation generation (discontinuity of the medium) in high-speed jet streams due to the presence of a cylindrical section in which the flow reaches its maximum speed, and a sharp edge, which breaks the flow, subsequently entering the confuser, in which the flow speed drops, the pressure increases, and the continuity of the flow is broken even more: cavities filled with gas and steam are formed. As a result, more efficient flow dispersion is provided, cavitation occurs at lower pressure drops and is accompanied by more pronounced pressure fluctuations, erosion and other manifestations.
Динамическое воздействие струи жидкости создает в пористом и трещиноватом материале отложений повышенное давление в месте воздействия. При этом наличие кавитации и сопутствующих ей вторичных признаков (импульсы, колебания, микровзрывы), а также чередование знакопеременных нагрузок, возникающих при перемещении устройства для гидродинамической очистки возвратно-поступательно или при его вращении, ведет к малоцикловому усталостному разрушению отложений. The dynamic impact of the liquid jet creates an increased pressure in the porous and fractured deposit material at the site of impact. At the same time, the presence of cavitation and its accompanying secondary signs (pulses, oscillations, microexplosions), as well as the alternation of alternating loads that occur when the device for hydrodynamic cleaning is reciprocated or during its rotation, leads to low-cycle fatigue destruction of deposits.
При реализации способа гидродинамической очистки перфорационных каналов с отложениями чередование знакопеременных нагрузок вследствие вращения ротора с установленным устройством для гидродинамической очистки приводит к импульсному повышению давления в перфорационных каналах, в результате чего они эффективно очищаются от кольматантов за счет формирования и поддержании гидродинамического напора, а также явления кавитации и сопутствующих ей вторичных признаков.When implementing the method for hydrodynamic cleaning of perforation channels with deposits, the alternation of alternating loads due to the rotation of the rotor with the installed device for hydrodynamic cleaning leads to a pulsed increase in pressure in the perforation channels, as a result of which they are effectively cleaned of colmatants due to the formation and maintenance of hydrodynamic pressure, as well as the phenomenon of cavitation and associated secondary features.
При очистке поверхности оборудования с отложениями оптимальный угол наклона устройства в 60-80° к очищаемой поверхности в сочетании с генерируемым кавитационным истечением и чередованием знакопеременных нагрузок приводит к разрушению материала отложений на границе контакта «отложения-очищаемая поверхность». В результате энергия не тратится на дробление (измельчение) отложений, они удаляются крупными конгломератами (пластинами). Если угол расположения устройства к поверхности более 80°, то такой процесс приводит к необходимости дробления отложений, т.е. не происходит эффекта счищения (снятия) отложений, угол менее 60° приводит к снижению эффективности очистки, а именно скорости удаления отложений. When cleaning the surface of equipment with deposits, the optimal angle of inclination of the device of 60-80° to the surface to be cleaned, in combination with the generated cavitation outflow and the alternation of alternating loads, leads to the destruction of the material of deposits at the contact boundary "deposits-cleaned surface". As a result, energy is not spent on crushing (grinding) deposits, they are removed by large conglomerates (plates). If the angle of the device to the surface is more than 80°, then such a process leads to the need for crushing deposits, i.e. there is no effect of cleaning (removal) of deposits, an angle of less than 60° leads to a decrease in the cleaning efficiency, namely, the rate of removal of deposits.
На Фиг. 1 представлен общий вид устройства для гидродинамической очистки, на Фиг. 2 - схема реализации способа при очистке перфорационного канала с отложениями в скважине, на Фиг. 3 - схема реализации способа при очистке поверхности оборудования с отложениями. On FIG. 1 shows a general view of the device for hydrodynamic cleaning, Fig. 2 is a diagram of the implementation of the method when cleaning a perforation channel with deposits in a well, in FIG. 3 is a diagram of the implementation of the method when cleaning the surface of equipment with deposits.
Устройство для гидродинамической очистки (фиг. 1) содержит проточный канал с профилем, образованным соосно расположенными и последовательно сопряженными друг с другом цилиндрическим участком 1, сферическим участком 2, участком острой кромки 3 и конически расходящимся участком 4. В результате проведенных исследований были получены оптимальные геометрические конструкции составных участков проточного канала, отношение их длин и диаметров для генерирования устойчивой интенсивной кавитации внутри выходящей струи рабочей жидкости при достаточно малом перепаде давления. В соответствии с расчетами, участок острой кромки 3 имеет диаметр d0, цилиндрический участок 1 выполнен длиной L1=(7-8)d0 и диаметром Dвх=(5-6)d0, сферический участок 2 имеет радиус округления R=(1-2)d0 и длину L2=(2-2,5)d0, а конически расходящийся участок 4 выполнен длиной L3=(20-25)d0 с углом конусности α=13-14°.The device for hydrodynamic cleaning (Fig. 1) contains a flow channel with a profile formed by a
Поток рабочей жидкости, проходя цилиндрический участок 1 устройства для гидродинамической очистки находится под действием центростремительной силы со стороны внутренней стенки в связи с возрастающей кривизной сферического участка 2, в любом осевом продольном сечении проточного канала 1 приобретает вращательное движение в направлении к входу в участок острой кромки 3, образуя завихрения. Так как d0<Dвх, то участок 3 не способен пропустить всю жидкость так же быстро, как она поступает на вход цилиндрического участка 1 устройства, поэтому вследствие возрастания текущих местных скоростей в ее потоке из-за столкновения с искривляющейся поверхностью и возникает гидродинамический кавитационный эффект, приводящий к насыщению жидкости пузырьками газа (пара) и усилению ее мелкодисперсности. В конически расходящемся участке 4 происходит формирование факела струи с всхлопывающимися кавитационными кавернами на выходе из предлагаемого устройства. Именно угол конусности 13-14° конически расходящегося участка 4 обеспечивает максимальное генерирование парогазовых каверн и наибольшую протяженность кавитационной эрозии (схлопывания каверн). Максимальные давления, генерируемые при схлопывании кумулятивной гидроструйки, достигают величины более 100 МПа, что достаточно для разрушения высокопрочных отложений на интервалах перфорации скважин или загрязненных поверхностях. The flow of the working fluid, passing the
Экспериментально установлено, что предлагаемая конструкция устройства для гидродинамической очистки обеспечивает генерирование кавитации при минимальном перепаде давления в 0,08 МПа (при t рабочей жидкости 15°C и ее истечении в полость с противодавлением 0,001 МПа), что фиксируется визуально образованием отдельных кавитационных парогазовых каверн и сопровождается акустическими колебаниями (шумом). При большем перепаде давления (ΔР=1,5-2 МПа) образуется устойчивая кавитационная полость.It has been experimentally established that the proposed design of the device for hydrodynamic cleaning ensures the generation of cavitation at a minimum pressure drop of 0.08 MPa (at a working fluid t of 15°C and its outflow into the cavity with a counterpressure of 0.001 MPa), which is visually fixed by the formation of separate cavitation gas-vapor caverns and accompanied by acoustic vibrations (noise). With a higher pressure drop (ΔР=1.5-2 MPa), a stable cavitation cavity is formed.
Для гидродинамической очистки скважины 5 с интервалом перфорации эксплуатационной колонны 6 в ротор 7 устанавливают устройство для гидродинамической очистки 8 и спускают до перфорационного канала с отложениями 9 (фиг. 2).For hydrodynamic cleaning of well 5 with a perforation interval of the
Для гидродинамической очистки поверхности оборудования или деталей в жидкостной или газовой среде устройство для гидродинамической очистки 8 устанавливают в штанге высокого давления 10 под углом 60-80° к поверхности очищаемого оборудования с отложениями 11 (фиг. 3).For hydrodynamic cleaning of the surface of equipment or parts in a liquid or gaseous medium, a device for
Реализация способа гидродинамической очистки перфорационных каналов с отложениями.Implementation of the method for hydrodynamic cleaning of perforation channels with deposits.
При реализации способа гидродинамической очистки перфорационных каналов с отложениями (фиг. 2) по меньшей мере одно (оптимально 3-5) вышеописанное устройство для гидродинамической очистки 8 устанавливают в ротор 7, затем спускают до перфорационного канала с отложениями 9 в интервале перфорации эксплуатационной колонны 6 скважины 5, после чего поверхностным насосом через насосно-компрессорные трубы (на фиг. 2 не показаны) подают рабочую жидкость в устройство для гидродинамической очистки 8 под рабочим давлением 5-60 МПа. Поток рабочей жидкости, последовательно проходя участки вышеописанного устройства для гидродинамической очистки, генерирует гидродинамический кавитационный эффект с образованием парогазовых каверн и кавитационной эрозии как описано выше.When implementing the method for hydrodynamic cleaning of perforation channels with deposits (Fig. 2), at least one (optimally 3-5) of the above described device for
Ротор 7 вращают по оси эксплуатационной колонны 6 внутри скважины 5 с угловой скоростью ω=200-800 об/мин, причем при совпадении оси устройства для гидродинамической очистки 8 и оси перфорационного канала с отложениями 9 создается импульсное повышение давления в перфорационных каналах, которое складывается из двух величин: близкого к статическим условиям давления, образующегося в тупике при истечении высоконапорной жидкости в него, и ударного повышения давления за счет чередования положительных и отрицательных гидроударов (при чередовании совпадения осей предлагаемого устройства 8 и перфорационного канала с отложениями 9). В результате перфорационные каналы 9 эффективно очищаются от кольматантов за счет формирования и поддержания гидродинамического напора, чередования знакопеременных гидродинамических нагрузок, а также явления кавитации и сопутствующих ему вторичных признаков: импульсы, колебания, микровзрывы. Кроме того, генерируемые колебания оказывают воздействие на призабойную зону пласта с флюидом, тем самым интенсифицируя добычу пластовых флюидов.The
Выполненные аналитические расчеты чередующегося ударного повышения давления с учетом фактического времени положительного и отрицательного гидроудара при диаметре перфорационного канала dпк=10 мм, диаметре участка острой кромки d0=3 мм, расходе жидкости через устройство для гидродинамической очистки 3 л/с, толщине стенки пород вокруг канала, подвергающейся упругим деформациям - 6 мм, плотности рабочей жидкости 1000 кг/м3, расстоянии от среза устройства для гидродинамической очистки до входа в перфорационный канал δ=15 мм и частоте вращения роторного устройства 200-800 об/мин показывают достижение амплитуды колебаний давления 0,4-1,6 МПа при частотах 6,5-27 Гц, что вполне достаточно для генерирования виброволнового воздействия в скважинных условиях и «отклика» пластовых структур.Performed analytical calculations of alternating shock increase in pressure, taking into account the actual time of positive and negative water hammer at the diameter of the perforation channel dpc=10 mm, the diameter of the sharp edge section d 0 =3 mm, the fluid flow rate through the device for hydrodynamic cleaning 3 l/s, the wall thickness of the rocks around channel subjected to elastic deformation - 6 mm, the density of the working fluid 1000 kg/m 3 , the distance from the cut of the device for hydrodynamic cleaning to the entrance to the perforation channel δ=15 mm and the frequency of rotation of the rotary device 200-800 rpm show the achievement of the amplitude of pressure fluctuations 0.4-1.6 MPa at frequencies of 6.5-27 Hz, which is quite enough to generate vibrowave action in downhole conditions and the "response" of reservoir structures.
Осуществление изобретения при очистке поверхности оборудования с отложениями.The implementation of the invention when cleaning the surface of equipment with deposits.
Для гидродинамической очистки поверхности оборудования или деталей в жидкостной или газовой среде (фиг. 3) устройство 8 устанавливают в штанге высокого давления 10 и располагают под углом 60-80° к поверхности очищаемого оборудования с отложениями 11 на расстоянии δ=15-50 мм от устройства до очищаемой поверхности, затем воздействуют на очищаемую поверхность струей жидкости под давлением 5-60 МПа перед входом в устройство 8. При этом штангу высокого давления 10 перемещают возвратно-поступательно вдоль очищаемой поверхности с отложениями 11 со скоростью U 0,1-0,2 м/с, сохраняя угол наклона устройства для гидродинамической очистки 8 к поверхности 11 и создавая таким образом чередование знакопеременных гидродинамических нагрузок.For hydrodynamic cleaning of the surface of equipment or parts in a liquid or gaseous medium (Fig. 3), the
Поток рабочей жидкости, последовательно проходя участки вышеописанного устройства для гидродинамической очистки генерирует гидродинамический кавитационный эффект с образованием парогазовых каверн и кавитационной эрозии как описано выше.The flow of the working fluid, sequentially passing through the sections of the above device for hydrodynamic cleaning, generates a hydrodynamic cavitation effect with the formation of vapor-gas cavities and cavitation erosion as described above.
Динамическое воздействие струи рабочей жидкости из устройства для гидродинамической очистки создает в пористом и трещиноватом материале отложений повышенное давление в той части, куда воздействует струя жидкости. Наличие кавитации, колебаний и чередования знакопеременных гидродинамических нагрузок (чередование наличия/отсутствия воздействия при перемещении возвратно-поступательно штанги высокого давления 10) в трещиноватых отложениях ведет к их малоцикловому усталостному разрушению. The dynamic impact of the working fluid jet from the device for hydrodynamic cleaning creates an increased pressure in the porous and fractured deposit material in the part where the fluid jet acts. The presence of cavitation, fluctuations and alternation of alternating hydrodynamic loads (alternation of the presence/absence of impact when moving reciprocating high pressure rod 10) in fractured deposits leads to their low-cycle fatigue failure.
Оптимальный угол наклона устройства 60-80° к очищаемой поверхности в сочетании с колебаниями (чередованиями) приводит к разрушению материала отложений на границе контакта «отложения-очищаемая поверхность». В результате энергия потока рабочей жидкости не тратится на дробление отложений, они удаляются крупными конгломератами (пластинами). Если угол расположения устройства к поверхности более 80°, то такой процесс приводит к необходимости дробления отложений, т.е. не происходит эффекта счищения (снятия) отложений, угол менее 60° приводит к снижению эффективности очистки, а именно скорости удаления отложений.The optimal angle of inclination of the device 60-80° to the surface to be cleaned in combination with vibrations (alternations) leads to the destruction of the deposit material at the contact boundary "deposit-cleaned surface". As a result, the energy of the flow of the working fluid is not spent on crushing deposits, they are removed by large conglomerates (plates). If the angle of the device to the surface is more than 80°, then such a process leads to the need for crushing deposits, i.e. there is no effect of cleaning (removal) of deposits, an angle of less than 60° leads to a decrease in the cleaning efficiency, namely, the rate of removal of deposits.
Под действием потока рабочей жидкости при оптимальном угле наклона и чередовании знакопеременных нагрузок разрушаются даже трудноудаляемые отложения. При этом сама очищаемая поверхность остается не поврежденной и не деформированной.Under the action of the flow of the working fluid at the optimal angle of inclination and alternation of alternating loads, even hard-to-remove deposits are destroyed. At the same time, the surface to be cleaned remains undamaged and not deformed.
Оценка влияния величины давления на входе в предлагаемое устройство на скорость очистки осуществлялась исходя из идентичной мощности, т.е. с увеличением давления снижался расход рабочей жидкости, использовались насадки с меньшим сечением. Исследования проводились при очистке от различных отложений: сцементированных глинисто-песчаных пробок, асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО), отложений солей и продуктов коррозии.The assessment of the influence of the pressure at the inlet to the proposed device on the cleaning rate was carried out on the basis of an identical power, i.e. with increasing pressure, the flow rate of the working fluid decreased; nozzles with a smaller cross section were used. The studies were carried out during cleaning from various deposits: cemented clay-sand plugs, asphaltene-resin-paraffin deposits (ARPD), salt deposits and corrosion products.
Установлено, что при давлении 5,0-20,0 МПа происходит эффективное разрушение сцементированных глинисто-песчаных и проппантовых пробок; при давлении 20,0-30,0 МПа очищаются скважины и оборудование с отложениями АСПО, а также комплексные отложения солей и АСПО с низкой прочностью и адгезией отложений. В наземных и скважинных условиях происходила эффективная очистка насосно-компрессорных труб от АСПО, занимающих более 60% сечения трубы. При увеличении давления до 60,0 МПа удалялись солевые и органические отложения любой прочности и адгезии, в том числе радиобариты.It has been established that at a pressure of 5.0-20.0 MPa, effective destruction of cemented clay-sand and proppant plugs occurs; at a pressure of 20.0-30.0 MPa, wells and equipment with deposits of paraffin deposits, as well as complex deposits of salts and paraffin deposits with low strength and adhesion of deposits are cleaned. Under ground and well conditions, effective cleaning of tubing from paraffin deposits, occupying more than 60% of the pipe section, took place. When the pressure was increased to 60.0 MPa, salt and organic deposits of any strength and adhesion, including radiobarites, were removed.
Таким образом, предлагаемое устройство и способ гидродинамической очистки позволяют эффективно очищать загрязненные интервалы перфорации скважин, поверхности оборудования и деталей за счет повышения скорости удаления отложений, при этом не нарушая целостность очищаемой поверхности.Thus, the proposed device and method for hydrodynamic cleaning can effectively clean contaminated well perforation intervals, surfaces of equipment and parts by increasing the rate of removal of deposits, while not violating the integrity of the surface to be cleaned.
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785232C1 true RU2785232C1 (en) | 2022-12-05 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4716849A (en) * | 1985-05-31 | 1988-01-05 | Tracor Hydronautics, Inc. | Erosive-jet diver tool |
| RU2123957C1 (en) * | 1998-06-18 | 1998-12-27 | Макитрук Александр Александрович | Method of underwater hydrodynamic cleaning of ship's hull and device for realization of this method |
| RU2236915C1 (en) * | 2003-05-13 | 2004-09-27 | Закрытое акционерное общество "Легранпроект" | Hydrocavitational apparatus |
| RU2430796C1 (en) * | 2010-03-03 | 2011-10-10 | Герасимов Виктор Иванович | Method of cleaning inner surfaces of parts |
| RU2568467C1 (en) * | 2014-10-22 | 2015-11-20 | Виктор Петрович Родионов | V. rodionov's cavitator |
| RU2641277C1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-01-16 | Михаил Николаевич Болдырев | Device and method for hydrodynamic cleaning of surfaces based on micro-hydropercussion effect |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4716849A (en) * | 1985-05-31 | 1988-01-05 | Tracor Hydronautics, Inc. | Erosive-jet diver tool |
| RU2123957C1 (en) * | 1998-06-18 | 1998-12-27 | Макитрук Александр Александрович | Method of underwater hydrodynamic cleaning of ship's hull and device for realization of this method |
| RU2236915C1 (en) * | 2003-05-13 | 2004-09-27 | Закрытое акционерное общество "Легранпроект" | Hydrocavitational apparatus |
| RU2430796C1 (en) * | 2010-03-03 | 2011-10-10 | Герасимов Виктор Иванович | Method of cleaning inner surfaces of parts |
| RU2568467C1 (en) * | 2014-10-22 | 2015-11-20 | Виктор Петрович Родионов | V. rodionov's cavitator |
| RU2641277C1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-01-16 | Михаил Николаевич Болдырев | Device and method for hydrodynamic cleaning of surfaces based on micro-hydropercussion effect |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20190314866A1 (en) | Device and Method for Hydrodynamic Surface Cleaning Based on Micro-Hydropercussion Effect | |
| CA2035702C (en) | Ultrasonically generated cavitating or interrupted jet | |
| RU2164629C1 (en) | Method and device for cavitation of liquid flow | |
| US8480859B2 (en) | Method and apparatus for treatment of crude oil or bitumen under the conditions of auto-oscillations | |
| CA2142971A1 (en) | Method and apparatus for generating high energy acoustic pulses | |
| JP3181221U (en) | Apparatus for implementing a method for generating pressure pulsations | |
| RU2325959C2 (en) | Hydrodynamic generator of ultrasonic acoustic vibrations and method of its generating | |
| US9932246B2 (en) | Pulse cavitation processor and method of using same | |
| JP3320105B2 (en) | Nozzle for cavitation jet | |
| RU2785232C1 (en) | Device and method for hydrodynamic purification of surfaces of equipment, parts, and intervals in perforation in well | |
| Li et al. | An experimental investigation on the pressure characteristics of high speed self-resonating pulsed waterjets influenced by feeding pipe diameter | |
| CN205762769U (en) | Oil and gas pipes aqueous vapor lateral shaft heart electromagnetic variable-frequency impulse wave apparatus for eliminating sludge | |
| Yanaida et al. | Water jet cavitation performance of submerged horn shaped nozzles | |
| RU2676071C1 (en) | Device for cleaning internal surfaces | |
| EP1628785B1 (en) | Nozzle for generating high-energy cavitation | |
| RU2047740C1 (en) | Well flushing out device | |
| Hou et al. | Investigation of the pulsed waterjet flow field inside and outside of the nozzle excited by ultrasonic vibration | |
| CN112974004B (en) | Jet nozzle for strengthening surface of limited part of aviation component | |
| RU2047729C1 (en) | Method and device for treatment of the near-bottom bed area | |
| US10233097B2 (en) | Liquid treatment apparatus with ring vortex processor and method of using same | |
| CN113464054A (en) | Drilling device and drilling method | |
| RU2296292C1 (en) | Device for cleaning of inner surfaces of pipe-lines and tanks of composite configuration, mainly of ammunition | |
| EA036196B1 (en) | Hydrodynamic device for high-frequency wave treatment of oil and gas formations | |
| RU2222463C2 (en) | Injector for underwater cleaning tool | |
| RU2575285C2 (en) | Device with combined effect on productive formation and bottom-hole zone |