ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Перельмутер М.Н. Рост трещин по границе соединения материалов из "Проблемы механики Сборник статей " Одними из перспективных методов интенсификации производства в нефтегазодобывающей промышленности являются методы, основанные на волновой технологии [1-3]. В ее основе лежит идея о преобразовании колебаний и волн в другие формы механического движения. Нелинейная волновая механика многофазных систем позволила открыть ряд эффектов, происходящих в многофазных системах, в частности односторонне направленное перемещение твердых частиц и капель и ускорение течений жидкости в капиллярах и пористых средах, увеличение амплитуды волны по мере удаления от источника из-за нелинейного взаимодействия волн и пр. Для реализации этих эффектов в промышленности необходимы генераторы, создающие требуемые типы волн — гармонические, периодические импульсы, ударные и т. д. В зависимости от конструктивного исполнения устройств, предназначенных для создания периодических импульсов, можно обеспечить как ударное, репрессивное, так и депрессивное воздействие на пласт с целью повышения производительности добывающих или приемистости нагнетательных скважин. Принцип действия некоторых конструкций, предназначенных для ударного воздействия на пласт, можно охарактеризовать как мгновенную остановку падающего столба жидкости. Для определения амплитуды ударного воздействия и формы импульса необходимо знать волновую картину (динамику распространения прямых и отраженных волн сжатия и разряжения), возникающую в жидкости. [c.208] Расчеты, проведенные для воды, показывают, что оба уравнения состояния дают практически неразличимые значения скоростей движения контактной границы (поршня) для диапазона давлений рх = 1 -Ь 300 бар. Ясно, что полученные формулы будут работать только в начальные моменты времени, пока не сказалось действие силы трения и непостоянство начального давления по высоте столба. [c.209] Пусть теперь в момент времени t = 0+ появляется дополнительная массовая сила, характеризуемая постоянным ускорением g (сила тяжести), направленная в сторону отрицательных ж, т. е. рассмотрим задачу о падении столба жидкости в пустоту , пренебрегая непостоянством гидростатического давления по высоте столба жидкости в начальный момент и считая давление в столбе равным давлению на дне столба. Думается (из физических соображений), что полученная в этом случае скорость движения границы жидкости будет не ниже, чем в случае с неоднородным начальным распределением давления по высоте столба из-за силы тяжести (давление будет уменьшаться в направлении положительных ж — вверх по столбу жидкости). [c.209] что в этом случае скорость границы жидкости не постоянна, а растет с течением времени. Этот рост обеспечивается первым членом в правой части уравнения (8) и соответствует движению столба жидкости как целого с ускорением g (свободное падение). Второй член в уравнении соответствует движению с постоянной скоростью из-за расширения сжатой жидкости. Из постоянства скорости движения границы относительно столба жидкости (уравнения (3), (4) и (8)) можно сделать вывод о равенстве нулю градиента давления на этой границе, т. е. об отсутствии движуш,ей силы для частиц жидкости на границе раздела (за исключением силы тяжести). [c.210] На практике рост скорости будет сдерживать сила трения и суш,ествует предельная скорость движения границы раздела, когда сила тяжести и возникший из-за торможения градиент давления будут уравновешены силой трения. [c.210] В области —Ь х 0 находится га,з (или вакуум) при давлении р Ро(0) (р = 0), имеющий возможность свободно истекать в направлении отрицательных значений х. В точке х = —Ь находится жесткая неподвижная преграда. Влиянием упругости и инерции газа на движение жидкости будем пренебрегать. Нас интересует давление на преграде, возникающее при ударе о нее падающего столба жидкости. [c.211] На верхнем конце столба жидкости х = Н задается постоянное давление р . [c.211] На подвижных границах столба ставятся следующие условия на верхней границе задается постоянное давление на нижней границе до момента контакта с преградой давление постоянно и равно / , а после контакта скорость границы равна 0. [c.212] В процессе движения по жидкости распространяются волны сжатия и разряжения, которые, неоднократно отражаясь от границ столба, создают сложную волновую картину. Так, в момент начала движения столба образуется волна разряжения, движущаяся от его нижнего края к верхнему, которая отражается от верхнего края (свободной поверхности) волной сжатия, движущейся в обратном направлении. В момент контакта столба с преградой образуется волна сжатия, движущаяся в направлении верхнего края. Эта волна отразится от свободной поверхности волной разряжения, распространяющейся в направлении преграды. И так далее, пока волны не затухнут из-за трения. При этом значения высоты падения определяют момент контакта с преградой, а высота столба определяет интервал времени между отражениями волн от границ столба жидкости. [c.212] На следуюш,их трех графиках [Ь = 2 2,5 3 м) увеличение амплитуды удара о преграду вызвано ускорением нижнего конца столба волной сжатия, образовавшейся при отражении от верхнего конца волны разряжения. [c.213] На рис. 2 приведены диаграммы давления для столба высотой 1000 м. [c.213] Основная идея волновых технологий [1-4] заключена в том, чтобы преобразовать волновые воздействия в односторонне направленное монотонное движение, реализующее необходимый технологический процесс. Так, для очистки призабойных зон добывающих скважин со значительным положительным скин-эффектом, требуется обеспечить направленное в одну сторону движение засоряющих коллектор твердых частиц и удаление их оттуда. Такого же рода задача возникает и в случаях, когда нефть и вода образуют в коллекторах пласта так называемые четочные структуры, которые удерживаются в пласте значительными капиллярными силами. В этом случае необходимо обеспечить в пласте направленное в определенную сторону движение, но не твердых частиц, а флюида. Перечисленные виды движений могут быть реализованы в пластах с помощью особых волн определенного вида, возбуждаемых благодаря вибрационным воздействиям. Эти волны, распространяясь по нелинейной среде, которой являются насыщенные жидкостью пористые среды, при выполнении определенных резонансных условий трансформируют колебательные движения (вибрацию) в направленные в одну сторону монотонные движения. [c.215] Настоящая работа посвящена экспериментальному исследованию волновой очистки пласта в призабойной зоне скважины. Волновое воздействие на породу создавалось гидродинамическим генератором волн, геометрические характеристики которого позволяли создать гидродинамическую неустойчивость потока, порождающую пульсационное течение. Дополнительным источником колебаний являлись схлопывающиеся кавитационные пузырьки, образовавшиеся внутри генератора. Схематично процесс обработки скважины представлен на рис. 1. [c.215] Целью экспериментов было измерение динамических характеристик волнового генератора и проведение волновой обработки образцов породы, загрязненных в процессе бурения или пропиткой буровым раствором. Эксперименты проводились на экспериментальной буровой машине (фото 1). Схема экспериментальной установки показана на рис. 2. [c.215] Далее производилось измерение проницаемости образца по процедуре, описанной выше, т. е. в условиях стационарного течения измерялся перепад давления на образце как функция расхода. И, наконец, рабочая камера открывалась и образец осматривался на предмет трещин, протечек и т. д. [c.217] Эксперименты с пробуренными блоками. Выли также проведены эксперименты с загрязненными при бурении гексагональными блоками песчаника размером 39 см на 80 см, у которых в центре было пробурено отверстие около 22 см в диаметре (см. фото 2 б). Эксперименты проводились почти так же, как с малыми образцами породы. В этом случае дно блока изолировалось от дна камеры и вода подавалась внутрь блока для измерения проницаемости. При достижении установившегося течения система открывалась, чтобы убедиться, что блок заполнен водой и в системе отсутствуют протечки. Генератор устанавливался на расстоянии 12 см от дна полости блока. Расход доводился до 300 литров в минуту. [c.217] Наконец, блок был распилен на две части вдоль вертикальной оси для визуального осмотра. Обнаружено, что около отверстия имеется слой (3-4 см толш,ины) с более светлой окраской по сравнению с остальной загрязненной зоной. [c.218] Выводы. Проведенные эксперименты продемонстрировали эффективность использования волновых методов очистки призабойных зон скважин. В дальнейшем необходимо установить зависимость эффективности очистки от различных типов загрязнений. [c.218] Вычисление коэффициентов интенсивности напряжений (или потока энергии в вершину трещины), необходимых в этом критерии, основано на использовании сингулярных асимптотических решений задач теории упругости для тел с трещинами, т. е. на допущении существования бесконечных напряжений в вершине трещины. Критерий А. Гриффитса применим к идеально хрупким и квазихрупким материалам, и при этом предполагается, что энергия, потребная для образования единицы новой поверхности трещины, не зависит от ее длины, а зона процесса разрушения мала по сравнению с характерным размером трещины. [c.221] Вернуться к основной статье