Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин Осипкин Сергей Владимирович

Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин
<
Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Осипкин Сергей Владимирович. Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин : дис. ... канд. техн. наук : 05.09.01 Москва, 2006 153 с. РГБ ОД, 61:07-5/90

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ВОЗБУЖДЕНИЯ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ 12

1.1. Анализ существующих способов и оборудования для создания вибрационных колебаний в скважинах 12

1.2. Цели и задачи исследований 23

Глава 2. СОЗДАНИЕ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В СКВАЖИНЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ 27

2.1. Установка преобразователя на устье скважины 27

2.2. Кинематическая схема, сравнительный анализ и выбор типа конструкции внешнего резонансного электромеханического преобразователя 30

2.3. Методика математического моделирования, определение параметров макромодели МЭВУ 37

2.3.1. Обоснование макромодели МЭВУ 37

2.3.2. Обоснование и расчет параметров макромодели МЭВУ 38

2.3.3. Методы и средства численного анализа электромагнитных полей для расчета параметров макромоделей 42

2.4. Расчет рабочих характеристик, анализ динамических режимов магнитоэлектрических вибрационных устройств 51

2.4.1. Конструкция преобразователя 51

2.4.2. Расчет тяговых характеристик и определение параметров эквивалентных схем 53

2.4.3. Анализ динамических характеристик преобразователя 62

Глава 3. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНЫЕ СКВАЖИНЫ 79

3.1. Технологии и оборудование, применяемые при виброакустической обработке скважин резонансным МЭВУ 79

3.1.1. Цели и задачи научно-исследовательских и промысловых работ 79

3.1.2. Оборудование и описание проведенных работ по виброакустическому воздействию на двух выбранных скважинах 81

3.2. Сопоставление полученных результатов в процессе эксперимента с результатами математического моделирования 86

Глава 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКИХ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ 98

4.1. Проектирование и оптимизация конструкции АУВУ 98

4.1.1. Выбор конструкции АУВУ 98

4.1.2. Методика оптимизации магнитной системы АУВУ 101

4.2. Построение тяговых характеристик АУВУ, контроль магнитных параметров 105

4.3. Проектирование автономного погружного виброакустического устройства 112

4.3.1. Принцип работы и конструкция АПВУ 112

4.3.2. Расчет тяговых характеристик в статических и динамических режимах с учетом вихревых токов 114

4.4. Математическое моделирование устройств АУВУ, АПВУ и

процессов передачи энергии в пласт 118

4.4.1. Математическое моделирование усилий создаваемых устройствами АУВУ и АПВУ 118

4.4.2. Моделирование процессов передачи энергии по конструкциям скважины 120

4.4.3. Методика определения наилучшего местоположения АПВУ в стволе скважины 123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 131

ЛИТЕРАТУРА 132

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 140

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 145

ПРИЛОЖЕНИЕ J 147

Введение к работе

Актуальность темы. Добыча нефти в скважинах сопровождается рядом технологических и эксплуатационных проблем, которые повышают себестоимость извлекаемого из недр сырья.

Необходимо поддержание или улучшение фильтрационных свойств продуктивных пластов, снижение отложений в глубинном или подземном оборудовании скважины, предупреждение образования водонефтяных эмульсий и др.

Нефтегазовая отрасль динамично развивается в направлении более полного извлечения углеводородов. Появляются и внедряются технологии, использующие специальные электрические аппараты и оборудование.

Применяемые для интенсификации добычи нефти методы теплового и химического воздействия, закачка пара, газа, полимеров и других вытесняющих агентов по-разному способствуют повышению извлечения запасов. Однако общий недостаток этих методов в том, что их применение приводит к необратимым эффектам и нарушениям экологического равновесия. Поэтому актуальна разработка других щадящих способов интенсификации добычи нефти, основанных на воздействии различными физическими полями. Так в последние годы изыскиваются, предлагаются и внедряются различные методы вибрационного воздействия. Одно из существенных преимуществ этого метода - экологическая чистота, что становится все более актуальным по мере выработки продуктивных пластов и ужесточение экологических требований к разработке недр [4]. Таким образом, создание комплексов новых технологий, оптимально адаптированных к спектру возникающих различных технических и эксплутацион-ных проблем, приобретает важное значение.

В работе предлагается безреагентная экологически чистая технология непрерывного стимулирования скважинной добычи нефти на основе упруго-магнитодинамического воздействия на молекулярные связи углеводородных сред.

Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное обоснование моделей процессов и создание устройств для эффективного возбуждения виброакустических колебаний в элементах конструкции нефтяных скважин без остановки добычи сырья и без привлечения специальной техники.

Задачи исследования:

Анализ известных способов и устройств возбуждения виброакустических полей в продуктивных пластах и элементах оборудования скважин.

Обоснование применения электромеханических и магнитомеханических преобразователей для виброакустической обработки скважин без остановки добычи нефти.

Разработка и обоснование математических моделей для анализа процессов возбуждения и распространения виброакустических колебаний в элементах конструкции скважин.

Разработка математических моделей для проектирования электромеханических и магнитомеханических виброакустических преобразователей.

Проведение цикла оптимизационных расчетов, исследований параметров и динамических характеристик конкретных конструкций предлагаемых устройств.

Экспериментальные исследования виброакустических преобразователей для подтверждения их технических характеристик.

Методы решения поставленных задач. В работе использованы численные методы анализа стационарных и нестационарных электромагнитных полей, основанные на пространственных интегральных уравнениях для источников поля. Значительная часть результатов получена с использованием этих алгоритмов, программно реализованных в комплексе JUMP, разработанном в Московском энергетическом институте.

Для анализа процессов возбуждения и распространения виброакустических колебаний применены методы макро-моделирования и средства системы сквозного проектирования OrCad 9.2.

Экспериментальные исследования на скважинах, выполнены при помощи компьютерной системы сбора и обработки электрических и механических параметров.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Разработаны новые математические модели для проектирования электромеханических и магнитомеханических виброакустических преобразователей без макетных исследований. Данные модели позволяют проводить анализ не только рабочих характеристик преобразователя, но и процессов возбуждения и распространения колебаний в элементах конструкции скважины. При расчете динамических тяговых характеристик магнитомеханических преобразователей учитывается влияние вихревых токов.

Впервые получены, теоретически и экспериментально подтверждены характеристики виброакустических процессов в скважинном оборудовании при различных способах возбуждения колебаний.

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием при решении модельных задач строго обоснованных вычислительных методов и соответствием выводов диссертации результатам экспериментальных исследований полученным, как в лабораторных условиях, так и на различных нефтяных месторождениях.

Практическая значимость

В результате исследований обоснована новая технология возбуждения виброакустических колебаний в подземном оборудовании нефтяных скважин, разработаны технические требования к устройствам возбуждения колебаний.

Экспериментальные партии новых образцов виброакустического оборудования для ремонтно-профилактических работ на скважинах, внедряются на нефтяных месторождениях Татарии, Удмуртии и КНР.

Личный вклад автора. Разработка методики моделирования магнитоэлектрических вибрационных устройств (МЭВУ), проведение расчетных и экспериментальных исследований, анализ результатов испытаний, уточнение параметров математических моделей. Участие в проектировании и конструировании новых магнитомеханических виброакустических излучателей для промышленного использования на скважинах.

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: XIV Международная конференция по постоянным магнитам. 22-26 сен тября 2003 г. - Суздаль, 2003 г.; XV Международная конференция по постоянным магнитам. 19-23 сен тября 2005 г. - Суздаль, 2005 г.;

Пять международных научно-технических конференций студентов и аспирантов. «Радиоэлектроника электротехника и энергетика» г. Москва: МКРЭЭ- 2003, МКРЭЭ- 2004, МКРЭЭ- 2005, МКРЭЭ- 2006.

Работа была отмечена грантом НИР конкурса 2004 года для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования, находящихся в ведении Федерального агентства по образованию (грант № А04-3.14-293).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ: из них 1 статья, 7 полных тезисов докладов в сборниках трудов международных научных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 102 наименований. Основная часть работы изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 83 рисунка и 7 таблиц. Приложения изложены на 12 страницах машинописного текста.

Основные положения выносимые на защиту:

Методика оценок основных параметров магнитоэлектрических виброакустических устройств при их проектировании.

Математические модели и методика определения параметров моделей при проектировании магнитоэлектрических и магнитомеханических виброакустических устройств.

Математические модели и методики анализа процессов возбуждения виброакустических колебаний в оборудовании скважин.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованных при создании промышленных образцов виброакустического оборудования.

Первая глава содержит постановку задачи, анализ литературных источников и патентной информации, охватывающий современные типы оборудования и технологии, применяемые при эксплуатации нефтяных месторождений. Приводится обзор наиболее перспективных в настоящее время методов воздействия на нефтяную залежь посредством физических полей, не приводящих к необратимым эффектам и нарушениям экологического равновесия. Анализ литературных источников показал актуальность развития работ по совершенствованию технологий и созданию эффективного оборудования для виброакустического воздействия на элементы конструкции скважины и продуктивного пласта с целью очистки труб и насосов от отложений и интенсификации притока нефти. Приводятся примеры конкретных устройств и анализируется возможность их использования в низкочастотных виброакустических излучающих системах. Сделан вывод о перспективности применения МЭВУ для решения поставленных в работе практических задач.

Во второй главе подробно изложена предлагаемая методика математического моделирования магнитных систем МЭВУ, использующая численный анализ электромагнитных полей для определения параметров макромодели электрических и механических подсистем. Разработаны и обоснованы математические модели для анализа процессов возбуждения и распространения виброаку- стических колебаний в элементах конструкции скважин. По предлагаемой методике проведен полный цикл расчетов переходных и установившихся режимов магнитоэлектрического вибрационного привода. Рассчитаны рабочие характеристики с учетом особенностей реальной конструкции низкочастотного МЭВУ и реальной нагрузки в виде многокилометрового подземного оборудования нефтяной скважины.

Разработанная методика проиллюстрирована примером анализа характеристик МЭВУ в переходных и установившихся режимах при различных способах возбуждения колебаний. Полученные результаты позволили определить конструктивные решения для создания виброакустического оборудования без макетных исследований, а также обосновать технологию его применения.

В третьей главе представлены результаты, полученные при экспериментальных исследованиях на месторождениях Татарстана (НГДУ «РИТЭК Чел-ныНефть»), подтверждающие достоверность методики, которая была использована при математическом моделировании.

Измерение электрических и механических параметров проводилось при помощи компьютерной системы с аппаратно-программными средствами фирмы National Instruments (США). Обработка полученных сигналов для анализа временных сигналов, амплитудно-частотных, фазо-частотных характеристик осуществлялась при помощи специально разработанного программного обеспечения совместимого с этим оборудованием.

По результатам испытаний и моделирования рабочих характеристик МЭВУ, подтверждено соответствие технических характеристик заданным параметрам и осуществлена оптимизация процессов виброакустической обработки нефтяных скважин. Отработаны методики по определению рабочих частот, на которых достигается передача максимальной энергии в нагрузку. Наблюдается удовлетворительное соответствие характеристик (АЧХ и ФЧХ), полученных в ходе измерений и рассчитанных при моделировании, как по взаимному расположению резонансных частот, так и по уровню измеряемых величин (скорости или ускорения в нагрузке). При анализе полученных характеристик можно сделать вывод о наличии прямой и обратной волны. Это свидетельствует о том, что амплитуды колебаний вводимых с устья скважины, достаточны для возбуждения всей механической конструкции.

В четвертой предложены новые источники генерации низкочастотных виб роакустических колебаний магнитомеханического типа. Принцип действия, которых основан на преобразовании энергии привода скважинного насоса в виброакустическую энергию. В основе работы этих устройств лежит силовое взаимодействие закрепленных на движущихся частях скважинного оборудова ния постоянных магнитов с ответной неподвижной ферромагнитной частью. Представленные конструкции устройств позволяют постоянно поддерживать полученные на скважине положительные эффекты, являясь при этом полно стью автономными и не требующими обслуживания высококвалифицированного персонала.

Осуществлено оптимизационное проектирование магнитомеханического устьевого виброакустического устройства, рассчитаны тяговые характеристики. Проведено математическое моделирование процессов передачи энергии по подземной конструкции скважины.

Рассчитаны тяговые характеристики магнитомеханического погружного виброакустического устройства, в том числе в динамических режимах с учетом вихревых токов. Проведено моделирование и определена методика поиска наилучшего расположения устройства в стволе скважины, исходя из наиболее выгодных условий передачи энергии.

Опытная партия устройств применена в промышленных испытаниях на различных нефтяных месторождениях.

В заключении приводится формулировка основных результатов, полученных в диссертации и их анализ.

Анализ существующих способов и оборудования для создания вибрационных колебаний в скважинах

Наблюдения за дебитом скважин во время землетрясений послужило началом к систематическим исследованиям влияния вибрационно-сейсмических процессов на нефтегазовые залежи. Было зафиксировано, что во время подземных толчков изменяются пластовые давления и дебиты скважин. Аналогично влияние на нефтяные залежи вибрации, создаваемой действием не только природы, но и человека, например: дебиты скважин увеличивались при прохождении вблизи них тяжеловесных железнодорожных составов. Работы по изучению сейсмоакустического воздействия на нефтяные пласты с целью увеличения их нефтеотдачи проводились в ведущих институтах России, а также США [1-4].

Известны способы искусственных забойных ударно-импульсных воздействий [5,6]. К ним относятся: термогазохимическое воздействие, разрыв пласта давлением пороховых газов, воздействие гидроимпульсами, создаваемыми взрывами газообразных смесей, электрогидравлическое воздействие, ударное воздействие резким снятием давления на устье скважины, создание управляемых депрессий и др. Среди этих методов наибольшее применение на месторождениях России получили термогазахимическое воздействие с помощью аккумуляторов давления и разрыв пласта с помощью пороховых генераторов. На месторождениях Техаса (США) впервые был успешно применен способ разрыва пласта, получивший название "виброфрак" [7]. Сущность метода заключается в создании гармонических ударных волн за счет особого размещения специальных зарядов. В отличие от обычных взрывов, при которых разрушающее усилие распространяется в глубь пласта, постепенно затухая, при виброфраке гармонически следующие во времени пики давления заставляют образовавшиеся трещины вибрировать, - смыкаться и расширяться, что приводит к гораздо более значительному увеличению проницаемости призабойной зоны.

Несмотря на успешные результаты, широкое распространение импульс-но-ударных методов на месторождениях в геолого-промысловых условиях, основанных на использовании взрывчатых веществ, сдерживается недостаточной надежностью и весьма существенными проблемами безопасности [8].

В условиях скважинной добычи полезных ископаемых распространение получила технология акустического воздействия с использованием стандартной каротажной техники, обеспечивающей перемещение по стволу и передачу электрической энергии к скважинному снаряду, содержащему акустический излучатель, генерирующий акустические колебания в зоне его приложения в скважине. Технологические преимущества этого метода в многофункциональности и селективности воздействия, мобильности, простоте и экономичности реализации, технологической и экологической безопасности [9-13]. Наиболее широко технология акустического воздействия используется в добыче нефти при снижении дебита скважин вследствие загрязнения призабойной зоны, при вводе в эксплуатацию новых скважин, капитальном ремонте и восстановлении скважин, как альтернатива распространенным физико-химическим методам интенсификации притока пластовой жидкости, либо в сочетании с ними [14,15].

Для возбуждения колебаний в стволе скважины используются гидроакустические излучатели: "жидкостные свистки", вихревые камеры или вихревые генераторы [4,7]. В результате прохождения в них жидкости, часть энергии затопленной струи или энергии вихревого движения жидкости переходит в энергию акустических волн. Работа гидродинамических излучателей основана на возбуждении в жидкости при взаимодействии струи, вытекающей из сопла, с препятствиями определенной формы и размером либо при принудительном периодическом прерывании струи. Эти возмущения оказывают обратное действие на основные струи сопла, приводя к установлению автоколебательного режима. Механизм излучения звука возмущениями может быть самым разнообразным в зависимости от конструкции излучателей. На рис. 1.1 представлена одна из возможных конструкций устройства возбуждения гидроакустических колебании.

Установка преобразователя на устье скважины

Под внешним электромеханическим преобразователем подразумевается устройство преобразования электрической энергии в виброакустическую, которое можно легко монтировать на стандартном устьевом скважинном оборудовании. Передача энергии осуществляется по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) и колонне насосных штанг (КНШ). Одновременно, должны быть предусмотрены условия, позволяющие проводить демонтаж устройства, после проведения виброакустической обработки скважины. Указанные обстоятельства накладывают серьезные ограничения по массогабаритным показателям и порядку установки преобразователя.

Монтаж излучателя производится на полированный шток при отключенном насосе в соответствии с рис. 2.1 в следующей последовательности:

- устанавливается зажим на полированный шток у герметизирующего устройства (станок-качалка в среднем положении);

- траверса опускается ниже на 400-500 мм и снимается верхний зажим траверсы;

- устанавливается пружина сверху траверсы и закрепляется зажимом;

- устанавливается виброакустический излучатель;

- траверса поднимается и снимается нижний зажим на штоке.

Монтаж излучателя производится на НКТ в соответствии с рис. 2.2 в следующей последовательности:

- снимается устьевое оборудование скважины;

- с помощью крана поднимается НКТ (5-10 т,) с верхним фланцем;

- вставляется платформа с пружинами между фланцами;

- НКТ опускается верхним фланцем на платформу с пружинами;

- устанавливается дополнительный отрезок НКТ;

- устанавливается виброакустический излучатель.

В обоих случаях при установке излучателя применяются пружины, которые выполняют роль механической упругой развязки. Очевидным минусом при воздействии на НКТ является то, что требуется привлечение специальной техники и остановка добычи нефти на время обработки. Однако в плане передачи виброакустической энергии НКТ является более выигрышной, чем КНШ. При осуществлении виброакустического воздействия на КНШ остановка добычи не требуется, что приводит к ускорению протекающих процессов и оказывает дополнительный положительный эффект. В этом случае, нагрузка на КНШ во время работы будет изменятся, а преобразователь должен сохранять работоспособность в некотором диапазоне нагрузок.

Возможно и, как оказалось на практике, более эффективно устанавливать излучатель на систему устьевой герметизации скважины без пружин. Такой способ установки позволяет, воздействовать на НКТ, не прибегая к частичной разборке скважины и остановки добычи нефти.

Принимается, что передача энергии происходит в основном за счет продольных упругих колебаний, возникающих в подземных металлоконструкциях. Процесс передачи энергии при воздействии преобразователя, как на НКТ, так и на КНШ носит волновой характер.

Исходя из того, что устройство предполагается закрепить на устьевом оборудовании без применения специальной техники, можно предварительно сделать вывод о том какими массогабаритными показателями оно должно обладать. Масса до 50 кг; габаритные размеры должны соответствовать размерам предполагаемого места крепления. Преобразователь необходимо согласовать по развиваемому усилию и амплитуде колебаний с механической нагрузкой (НКТ, КНШ),

Технологии и оборудование, применяемые при виброакустической обработке скважин резонансным МЭВУ

Главной целью научно-исследовательской экспедиции на месторождения Татарстана (НГДУ «РИТЭК ЧелныНефть») являлось проверка виброакустического воздействия (ВАВ) на скважинах с определенными параметрами.

В ходе работ решались следующие основные задачи:

1) Обоснование математических моделей;

2) Отработка методики по определению рабочих частот, позволяющих достигать передачи максимальной механической энергии в нагрузку.

Параметры скважины № 202: До начала работ (на 4.07.03):

Динамический уровень (Нд= 759 м); Давление в затрубье (Рз= 0 атм). По окончанию проведения работ (на 7.07.03):

Динамический уровень (Нд= 910 м); Давление в затрубье (Рз= 2,5 атм). Режим работы вибратора - импульсный, скважность 5, 1=3.0 A, U=250 В (по показаниям источника питания). Снимались зависимости АЧХ и ФЧХ при напряжении U=200 В (амплитудного значения 1 -й гармоники по программе DAQ-monitor).

Параметры скважины № 711: До начала работ (на 6.07.03):

Динамический уровень (Нд= 1006 м); Давление в затрубье (Рз= 2,7 атм); По окончанию проведения работ (на 10,07.03): Динамический уровень (Нд= 887 м); Давление в затрубье (Рз= 0,5 атм).

До снятия характеристик в течение 12 часов осуществлялось воздействие виброакустического излучателя. Режим работы - импульсный, скважность 5, 1=3.5 A, U=210 В (по показаниям источника питания). Траверса станка качалки находится в нижнем положении. Снимались зависимости АЧХ и ФЧХ. На 15.00 7.07.03 динамический уровень поднялся и составил Нд= 950 м. Снимались зависимости АЧХ и ФЧХ при токе 1=1 А, напряжении U=75 В (амплитудного значения 1-й гармоники по программе DAQ-monitor).

На рис. 3.3. представлена схема всей установки, включая контрольно-измерительную аппаратуру.

Для более точной настройки оптимального режима передачи виброакустической энергии в забой скважины на колонну насосных штанг был установлен датчик ускорений (акселерометр см. табл. 3.3), который включен в систему компьютерного контроля процесса обработки.

Проектирование и оптимизация конструкции АУВУ

Дальнейшее промышленное внедрение виброакустических методов для интенсификации добычи нефти ставит задачи по разработке нового типа оборудования, которое должно отвечать современным техническим требованиям: обладать большим рабочим ресурсом, не нуждаться в обслуживании высококвалифицированного персонала, не создавать трудностей при монтажных работах. Реализация поставленной задачи зависит от оптимального выбора конструкции виброакустического устройства. Весьма целесообразно при выборе конструкции использовать возвратно-поступательное движение стандартного скважинного оборудования для генерации упругих колебаний. В данной главе приводятся результаты оптимизационного проектирования автономных магни-томеханических виброакустических устройств двух типов:

- устьевого (АУВУ);

- погружного (АПВУ).

АУВУ реализует виброакустическое воздействие непосредственно с дневной поверхности, АПВУ - на глубине, в стволе скважины. В основе работы этих устройств лежит силовое взаимодействие закрепленных на движущихся частях скважинного оборудования постоянных магнитов (ротор) с ответной неподвижной частью (статор).

Функцией цели при проектировании конструкции устройств - получить значения величин вынуждающего усилия, позволяющие генерировать виброакустические колебания необходимой амплитуды и частоты.

В конструкции АУВУ предполагается, что неподвижная часть устройства закрепляется на крышке скважинной устьевой системы, а подвижная на полированном штоке, определенным образом обеспечивая соосность. При работе штангового глубинного насоса, во время прохождения ротора через статор возникают силы, которые генерируют виброакустические колебания в наземном и подземном оборудовании скважины. Частота колебаний зависит от скорости движения полированного штока и находится в пределах 10 -70 Гц. При проектировании возникают определенные сложности, обусловленные тем, что при достаточно жестких массогабаритных показателях устройство должно развивать максимальное усилие не менее 800 Н. Единственно возможное конструктивное решение заключается в креплении постоянных магнитов на статоре, а ответной части (ротора) на полированном штоке т.к. это не создаст трудностей при монтаже устройства.

АУВУ состоит из ротора в сборе с цанговыми креплениями на полированный шток и статора в сборе с переходным цилиндром и установочным фланцем (рис. 4.1). Ротор представляет собой стальной цилиндр с отверстием внутри и зубчатой поверхностью снаружи, который покрыт полимерной цилиндрической оболочкой. На торцевых частях ротора расположены цанговые зажимы для крепления ротора на полированном штоке. Статор представляет собой полый цилиндр, собранный из кольцевых разнополярных постоянных магнитов на основе сплава неодима с железом и бором, помещенных в корпус из немагнитного материала. Через фланцевые соединения к статору присоединены переходной полый стальной цилиндр и установочный фланец. Ротор устанавливается на полированном штоке, а статор на устье скважины.

Похожие диссертации на Устройства для возбуждения виброакустических колебаний в металлических конструкциях нефтяных скважин