Стенд для исследования процесса нагнетания скрепляющих растворов в трещиноватые горные породы

 

()9) (3() СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН(ЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4701905/03 (22) 06.06.89 (46) 30.05.91. Бюл. М 20 (71) Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений (72) Б.С.Лобанов (53) 622.285.9 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1059182, кл. Е 21 С 39/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

hL 1465565, кл. Е 21 С 39/00, 1987. (я)з Е 21 0 11/00, Е 21 С 39/00 (54) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА НАГНЕТАНИЯ СКРЕПЛЯЮЩИХ

РАСТВОРОВ В ТРЕЩИНОВАТЫЕ ГОРНЫЕ

ПОРОДЫ (57) Изобретение относится к горному делу и предназначено для исследования процесса нагнетания скрепляющих растворов (CP) в трещины горных пород. Цель — расширение технологических возможностей стенда путем исследования процесса импульсного нагнетания СР, Стенд содержит соединенные друг с другом модели 1 и 2 нагнетатель1652581

40 ной скважины и пласта с трещинами и установку для нагнетания СР с гидронасосом 11, цилиндром 14 и поршнем 15, Последний разделяет внутренний объем цилиндра 14 на поршневую полость 16 и рабочую полость 17, заполненную CP. Полость 17 соединена с моделью 1. Гидроимпульсы генерируются струйным пульсатором, содержащим корпус 18 с сопловой камерой (СК)

24 и сливной линией 25. В корпусе 18 размещены вращающееся питающее сопло 20, соединенное с гидронасосом 11, и приемное сопло 22, соединенное с полостью 16 цилиндра 14. Пульсатор снабжен регулятором давления в виде регулируемого дроссе( (Изобретение относится к горному делу ! и может быть использовано для исследования процесса нагнетания скрепляющих растворов в трещины горных пород с целью выбора рациональных конструктивных параметров нагнетательных устройств, технологических режимов нагнетания скрепляющих растворов и их параметров, характеризующих компонентный состав, рецептуру и рабочие свойства растворов, Цель изобретения — расширение технологических воэможностей стенда путем исследования процесса импульсного нагне .тания скрепляющего раствора в трещины горных пород.

На фиг.1 схематически изображен стенд для исследования процесса нагнетания скрепляющих растворов в трещиноватые горные породы, общий вид; на фиг.2— схема, поясняющая работу пульсатора в скважине; на фиг.3- принципиальная схема системы регулирования давления в сопловой камере пульсатора.

Стенд включает модель нагнетательной скважины, соединенную с ней модель пласта с трещинами и установку для нагнетания скрепляющего раствора в моделируемые трещины.

Модель нагнетательной скважинь1 выполнена в виде трубы 1 с распределенными вдоль нее отверстиями для выхода скрепляющего раствора, а модель пласта с трещинами включает систему моделей 2 трещин, каждая из которых прикреплена к трубе 1 и содержит пластины 3 и 4 иэ прозрачного материала (например, из оргстекла) с установленными между ними прокладками регулируемой толщины, образующими регулируемый по высоте зазор 5, имитирующий трещину, Пластины 3 и 4 фиксируются

35 ля 39 и прибором 40 регистрации давления в СК 24. Дроссель 39 имеет привод с системой программного управления, содержащей установленный в СК 24 датчик давления и счетчик жидкости, установленный в сливной линии

25, программное устройство (ПУ) и блок коррекции, Выход ПУ подключен к счетчику, а его выход подключен к входу блока коррекции.

Второй вход блока коррекции подключен к датчику, а выход — к приводу. В результате обработки приводом управляющего сигнала, вырабатываемого ПУ, изменяется гидравлическое сечение дросселя 39 и изменяется давление в СК 24 до величины, равной значению, вычисленному ПУ. 3 ил. между жесткими пластинами 6 и 7, в которых выполнены продольные прорези 8 и 9, служащие смотровыми окнами для визуального и инструментального наблюдения за движением скрепляющего раствора по зазору (искусственной трещине) 5 s процессе его нагнетания, На пластине 6 вдоль смотрового окна 8 установлена шкала 10 для отсчета расстояния. на которое продвигается раствор по зазору 5 от трубы 1, моделирующей нагнетательную скважину в массиве.

Установка для нагнетания скрепляющего раствора в модель пласта с трещинами содержит гидронасос 11 с гидробаком 12 и нагнетательной линией 13, гидроцилиндр

14 с рабочим поршнем 15, разделяющим его внутренний объем на поршневую полость 16 и рабочую полость 17, заполненную скрепляющим раствором и соединенную с трубой

1, а также генератор гидравлических импульсов, выполненный в виде струйного пульсатора, содержащего корпус 18, внутри которого установлены ротор 19 с питающими соплами 20, снабженный приводом 21, и приемное сопла 22, соединенное с поршневой полостью 16 гидроцилиндра 14. В корпусе 18 над ротором 19 имеется полость 23 высокого давления, соединенная с соплами

20 и нагнетательной линией 13, а между ротором 19 и приемным соплом 22 — сопловая камера 24 низкого давления, снабженная сливной линией 25, соединенной с гидробаком 12. В нагнетательной линии 13 установлены расходометр 26 и манометр 27 для регистрации расхода и давления жидкости на входе в пульсатор, при этом нагнетательная линия 13 сообщается с гидробаком

12 через регулируемый дроссель 28, а бак 12 снабжен терморегулятором 29. обеспечивающим возможность изменения температу1652581

Р. =hy+hP, 35

55 ры рабочей жидкости, циркулирующей через пульсатор стенда. В сопловой камере 24 пульсатора установлен термометр 30 для контроля величины указанной температуры.

Стенд снабжен системой датчиков импульсного давления для регистрации параметров импульсного давления в различных точках рабочей системы гидроцилиндр 14— модель 1 нагнетательной скважины — модели 2 трещин, В указанную систему датчиков входят датчик 31, установленный в поршневой полости 16 гидроцилиндра 14, датчики

32, установленные равномерно вдоль трубы

1, датчики 33,установленные на моделях 2 трещин равномерно по длине зазоров 5.

Датчики давления подключены к регистрирующей аппаратуре (например, к многоканальному самописцу, осциллографу и т.п.), При импульсном нагнетании скрепляющих растворов в реальные трещины горных пород через скважину показанный на фиг,1 пульсатор вместе с гидроцилиндром

14, рабочая полость 17 которого заправлена скрепляющим раствором, опускают на колонне 34 бурильных труб в скважину 35 и устанавливают над интервалом трещиноватых пород, подлежащим закреплению тампонажным скрепляющим раствором.

Буровая колонна 34 обеспечивает подвод рабочей жидкости от бурового насоса к пульсатору 36 и вращение его ротора с питающими соплами с гюмощью вращэтеля бурового станка, а нижний конец гидроцилиндра 14 снабжен пакером, герметизирующим зону нагнетания скрепляющего раствора. Сопловая камера пульсатора 36 соединена с затрубным пространством скважины сливными окнами 37, через которые отработавшая в пульсаторе жидкость сливается в скважину. Над сливными окнами 37 пульсатора в скважине 35 имеется столб промывочной жидкости 38 высотой h.

Ори отсутствии поглощения промывочной жидкости через стенки ствола скважины высота h равна глубине Н, на которую опускают пульсатор 36 в скважину(т.е. вся скважина до устья заполнена жидкостью), а при наличии поглощения промывочной жидкости высота h столба жидкости 38 может иметь различное значение в зависимости от степени поглощения промывочной жидкости, причем с увеличением интенсивности поглощения величина h уменьшается, а в случае катастрофических поглощений и при небольшой глубине скважины может снижаться до нулевого значения. B процессе нагнетания скрепляющих растворов в трещиноватые породы, поглощающие промывочную жидкость, высота h столба жидкости

38 в скважине 35 увеличивается за счет ликвидации поглощения промывочной жидкости путем заполнения трещин скрепляющим раствором, а также эа счет слива в скважину через сливные окна 37 жидкости, отработавшей в пульсаторе. Таким образом, величина высоты Ь столба жидкости 38 в скважине 35 может иметь различное значение и определяется глубиной Н погружения пульсатора 36 в скважину 35, степенью поглощения промывочной жидкости в скважине и временем работы пульсэтора, определяющим прирост высоты h зэ счет слива жидкости через сливные окна 37 пульсатора в скважину. При этом чем больше высота h столба жидкости 38, тем больше гидростатическое давление, передаваемое иэ скважины в сопловую камеру пульсаторэ Зб через его сливные окна 37. Кроме того, с увеличением h возрастает и величина гидравлического сопротивления кольцевого эатрубного пространства между стенками скважины 35 и буровой колонной 34 в интервале h. В итоге увеличение h вызывает рост давления в скважине в зоне размещения пульсатора 36 по закону где Рс — давление в скважине в зоне размещения пульсатора; у — удельный вес жидкости, заполняющей скважину:

Л Р вЂ” гидравлическое сопротивление эатрубного пространства скважины на участке высотой h, заполненном жидкостью.

Величина гидравлического сопротивления Л Р рассчитывается по известным формулам и в каждый текущий момент времени определяется:

1) геометрическими параметрами, к которым относятся диаметр D ствола скважины 35, наружный диаметр d бурильных труб

s буровой колонне 34, высота h столба 38 жидкости в скважине, а также эксцентриситет С между осью колонны 34 и осью скважины 35, шероховатость k> стенок ствола скважины и шероховатость К наружной поверхности бурильных труб колонны 34;

2) физико-механическими характеристиками используемой для работы пульсатора рабочей жидкости (воды или глинистого раствора), к которым относятся температура Т, удельный вес у, вязкость g и динамическое напряжение сдвига го;

3) величиной расхода 0 сливэемой из сопловой камеры пульсатора в скважину 35 жидкости, определяющего скорость течения последней в кольцевом затрубном устройстве;

1652581

4) скоростью вращения буровой колонны 34, выраженной через число ее оборотов и в единицу времени и режимом течения жидкости в кольцевом пространстве (ламинарным или турбулентным) зависящим от величины числа Райнольдса Re потока.

В соответствии с этим с учетом формулы (1) давление в скважине в зоне размещения пульсатора можно представить в виде следующей функциональной зависимости:

Рс - f (0,оАСМ,k2,T, у, зу, rp,Q,п,Re) (2)

Давление Р передается в сопловую камеру пульсатора через его сливные окна 37 . и оказывает влияние на условия формирования и гидродинамические характеристики турбулентных затопленных струй, распространяющихся в указанной камере, и. соответственно, на характеристики (амплитуду, форму, крутизну и продолжительность) выходных импульсов давления пульсатора, формируемых в поршневой полости 16 гидроцилиндра 14. В свою очередь, изменение характеристик выходных импульсов давления пульсатора 36 оказывает влияние на эффективность процесса импульсного нагнетания скрепляющего раствора из рабочей полости 17 гидроцилиндра 14 в трещины гарных пород. Указанное влияние может выразиться в изменении формы и энергетических параметров импульсов давления, воздействующих на раствор в интервале трещиноватых горных пород и, соответственно, в изменении разрешающих способностей (пределов рабочих характеристик) метода импульсного нагнетания скрепляющего раствора в трещины горных пород, к которым относятся величина максимального расстояния от источника гидравлических импульсов давления (пульсатора) до интервала трещиноватых пород в скважине, при котором обеспечивается прохождение вырабатываемых источником импульсов давления до указанного интервала и нагнетание под их воздействием скрепляющего раствора в трещины горных пород на заданное расстояние от стенок ствола скважины, величина максимальной мощности (протяженности вдоль ствола скважины) интервала трещиноватых пород, который может быть с достаточной эффективностью (с обеспечением продвижения раствора на заданное расстояние от стенок ствола скважины .35) закреплен скрепляющим раствором, величина минимального раскрытия трещин, при которой возможно нагнетание в них раствора на заданную глубину от стенок ствола скважины, величина максимального расетояния продвижения скрепляющего раствора от стенок ствола скважины в тре5

55 щины горных пород и величина максимального противодавления пластовой жидкости в трещинах, при которой возможно нагнетание раствора в трещины на заданную глубину от стенок ствола скважины, Для обеспечения возможности изучения на стенде влияния переменного давления Р, передаваемого из скважины в сопловую камеру 24 пульсатора, на характеристики пульсатора, а также на исследуемый процесс импульсного нагнетания скрепляющих растворов в трещины горных пород, камера

24 снабжена регулятором давления, выполненным в виде регулируемого дросселя 39, установленного s сливной линии 25, и прибором 40 регистрации давления в указанной камере (например, манометром или электромеханическим датчиком с подключенным к нему дистанционным стрелочным прибором, показывающим давление, или самописцем). Регулируемый дроссель 39 может быть выполнен, например, в виде дроссельной шайбы 41, размещенной в корпусе 42, и конусной регулировочной иглы 43, входящей в отверстие шайбы 41. При такой конструкции регулируемого дросселя давление

Р в сопловой камере 24 пульсатора определяется при прочих равных условиях величиной гидравлического сопротивления регулируемого дросселя, которое зависит о величины кольцевой площади и геометрических параметров (угла конусности иглы 43, углов кромок отверстия в шайбе 41, шероховатости поверхности указанных деталей) проходного отверстия дросселя. В свою очередь. площадь проходного отверстия дросселя определяется величиной осевого хода

S конусной иглы 43 относительно шайбы 41, l8M больше ход S, отсчитываемый от положения, при котором отверстие в шайбе 41 полностью перекрыто иглой 43 (соответствует максимальному гидравлическому сопротивлению дросселя), тем больше площадь проходного отверстия дросселя и тем меньше его гидравлическое сопротивление и, соответственно, тем меньше давление Рс в сопловой камере 24 пульсатора. Регулируемый дроссель может быть выполнен также в виде дроссельного отверстия, перекрываемого поворотной заслонкой, в виде золотникового устройства и т.п.

Величина рабочего хода S конусной иглы 43 может регулироваться вручную с контролем регулируемого давления Рс в сопловой камере 24 по манометру 40. В то же время для обеспечения возможности моделирования на стенде реального изменения давления Рс в сопловой камере 24 пульсатора при его работе в скважине регулируемый

1652581

5

25

35

50

55 дроссель 39 снабжен приводом 44 с системой программного автоматического управления, обеспечивающей поддержание давления в сопловой камере 24 пульсатора на уровне, соответствующем реальным условиям работы пульсатора в скважине, Указанная система содержит датчик 45 давления Рс в сопловой камере 24, счетчик 46 объемного расхода проходящей через регулируемый дроссель жидкости (отличается от расходомера тем, что измеряет не расход в единицу времени, а объемное количество протекающей через прибор жидкости), программное устройство 47 и блок 48 коррекции, при этом вход программного устройства 47 подключен через преобразователь 49 к счетчику 46, а его выход подключен к входу блока 48 коррекции, второй вход которого подключен к датчику 45 через преобразователь 50, а выход — к приводу 44 дросселя через преобразователь 51.

На гидроцилиндре 14 установлен съемный упор 52, фиксирующий поршень 15 в верхнем положении.

Стенд работает следующим образом

На первом этапе исследований изучается влияние, которое оказывает изменение давления Рс в сопловой камере 24 пульсаторэ на изменение параметров гидравлических импульсов давления, формируемых на выходе пульсатора в полости 16, в частности на изменение амплитуды, формы, крутизны и продолжительности укаэанных импульсов. На данном этапе нагрузкой пульсатора служит глухая камера, образуемая полостью

16 при фиксированном положении поршня

15, опирающегося на упор 52; Для проведения исследований включают двигатель 21, приводящий во вращение ротор 19 с соплами 20, и насос 11, нагнетающий рабочую 40 жидкость в полость 23 высокого давления пульсатора, из которой жидкость поступает в сопла 20, на выходе которых формируются турбулентные напорные струи, распространяющиеся в сопловой камере 24 и совершающие вращательное движение вместе с ротором 19. В процессе вращения каждое сопло 20 периодически (при каждом обороте ротора 19) совмещается с приемным соплом 22, в результате чего на выходе сопла

22 в поршневой полости 16 формируется импульсное давление, частота которого определяется числом питающих сопл 20 и числом оборотов ротора 19, а амплитуда— величиной давления в соплах 20, расстоя нием между торцами сопл 20 и 22 и величиной давления Рс в сопловой камере 24. Рабочая жидкость, не попадающая в сопло 22, сливается из сопловой камеры 24 в бак 12 по сливной линии 25.

С помощью дросселя 39 регулируют давление Рс в сопловой камере 24 от 0 до верхнего предела, соответствующего максимальной глубине погружения пульсатора в скважину(фиг.2) в реальных условиях нагнетания скрепляющего раствора. В процессе регулировки Рс регистрируют давление в соплах 20 по манометру 27, давление в сопловой камере 24 по манометру 40, температуру рабочей жидкости в пульсаторе по термометру 30, расход рабочей жидкости через сопла 20 с помощью расходомера

26 и формируемое в поршневой полости 16 пульсирующее давление с помощью датчика 31 и подключенной к нему регистрирующей аппаратуры.

По данной методике проводят серию экспериментов, в ходе которых регулируют давление в соплах 20 дросселем 28, частоту выходных импульсов давления в полости 16 изменением скорости вращения ротора 19 и числа питающих сопл 20, температуру рабочей жидкости в пульсаторе терморегулятором 29, расход рабочей жидкости через пульсатор регулируемым насосом 11 идросселем 28, диаметр питающих сопл 20 заменой ротора 19 или сопл 20 (в случае, если они выполнены в виде самостоятельных деталей, закрепленных на роторе 19), диаметр приемного сопла 22 заменой данного сопла и расстояние между соплами 20 и 22 осевым перемещением сопла 22 или ротора 19. В результате проведенных исследований устанавливают степень влияния переменного давления в сопловой камере 24 пульсатора на амплитуду, форму, крутизну и продолжительность импульсов давления, формируемых пульсатором s поршневой полости 16.

При этом устанавливают, при каких значениях регулируемых параметров характеристики выходных импульсов давления в полости 16 пульсатора наиболее ощутимо зависят от величины давления Рс в сопловой камере 24 и при каких значениях указанных параметров эта зависимость проявляется менее ощутимо.

На втором этапе исследований изучают влияние, которое оказывает изменение давления Рс в сопловой камере 16 на процесс импульсного нагнетания скрепляющего раствора. На данном этапе рабочей нагрузкой пульсатора служат труба 1 и соединенные с ней модели 2 трещин, собранные с заданными зазорами 5, имитирующими трещины горных пород, Рабочую полость 17 гидроцилиндра 14 заряжают скрепляющим раствором с заданным компонентным составом, рецептурой и вязкостью, включают насос

11, приводной двигатель 21, регистрирующую аппаратуру, к которой подключены дат1652581

10 чики 31-33 давления, и при необходимости систему регулирования давления в сопловой камере 24. показанную на фиг,З. После включения насоса 11 и двигателя 21 пульсатор формирует в поршневой полости 16 импульсы давления, воздействующие на поршень 15, который находится в верхнем положении без движения до тех пор, пока . не снят упор 52. С помощью дросселя 39 устанавливают начальное давление Рс в сопловой камере 24 пульсатора, соответствующее реальному давлению в скважине 35 в зоне размещения пульсатора 36, после чего снимают упор 52 с гидроцилиндра 14. При этом формируемое в поршневой полости 16 импульсное давление сообщает поршню l5 пульсирующее движение, в процессе которого поршень вытеСняет скрепляющий раствор в зазоры 5 моделей.трещин 2. В соответствии с пульсирующим характером движения поршня 15 давление скрепляющего раствора и его движение па тракту гидроцилиндр 14 труба 1 — зазоры 5 имеют также пульсирующий характер, За процессом пульсирующего движения раствора па зазорам 5 ведут наблюдение через смотровые окна 8, а для документации наблюдаемого процесса в целях обеспечения возможности последующего исследования проводят его кино- или фотосъемку.

В процессе импульсного нагнетания раствора в зазоры 5 на всем пути поршня 15 с помощью датчика 31 регистрируют параметры импульсного давления, формируемого в поршневой полости 16 пульсатора, с помощью датчиков 32 получают инфармацию о степени затухания амплитуды и изменении формы и продолжительности проходящих по раствору импульсов давления в зависимости от расстояния, проходимого данными импульсами вдоль трубы 1, а также в зависимости от протяженности (вдоль оси трубы 1) модели пласта с трещинами, густоты и величины раскрытия моделируемых трещин, а с помощью датчиков 33 регистрируют распределение пульсирующего давления вдоль зазора 5 в каждой модели 2 и одновременно моменты (время) прохождения раствором участков указанного зазора, на которых установлены датчики

33. Регистрацию параметров пульсирующего давления, воспринимаемого системой датчиков 31-33, производят с помощью подключенной к ним регистрирующей аппаратуры. Регистрируют также давление в соплах 20 по манометру 27, давление в сопловой камере 24 по манометру 40, температуру и расход жидкости па термометру

30 и расходомеру 26, Одновременно ведут наблюдение эа пульсирующим движением

55 скрепляющего раствора па зазорам 5 через смотровые окна 8. При этом определяют расстояние. на которое продвигается раствор по зазору 5 от трубы 1. При медленном течении раствора указанное расстояние регистрируют по шкале 10, а при быстром течении раствора — с помощью датчиков 33, Определяют также скорость импульсного движения скрепляющего раствора вдоль зазоров по материалам кино- фотасьемки процесса. наблюдаемого через смотровые окна 8. или по данным записи сигналов, поступающих от системы датчиков 33 к регистрирующей аппаратуре, производящей указанную запись, Стенд предусматривает возможность как ручной, так при необходимости и автоматической регулировки дросселя 39, Ручную регулировку дросселя 39 осуществляют в случае, когда на стенде имитируется процесс импульсного нагнетания скрепля ащега раствора в скважины, в которых отсутствует поглощение промывочной жидкости, благодаря чему скважина полностью заполнена жидкостью (высота h столба жидкости 38 в скважине равна глубине Н погружения пульсатара 36, фиг,2). В данном случае давление

Р в сопловай камере сахр няется постоянным в процессе нагнетания, ега легко вычисляют по формуле (1) и также легко настраивают ручной регулировкой дросселя

39, В случае имитации на стенде импульснога нагнетания скрепляющего раствора в скважины с трещинаватыми породами, поглощающими промывочную жидкость, s результате чего скважина лишь частично запалнена жидкостью, ручная регулировка дросселя 39 становится малаприемлемай в силу того, чта в данном случае давление Рс в камере 24 пульсатара не постоянно, à увеличивается в соответствии с выражением (1) вследствие увеличения высоты h столба 38 жидкости в скважине 35 в результате слива в нее отработавшей в пульсатаре 36 жидкости через его сливные окна 37, В данном случае регулировку дросселя

39 и, соответственно, давления Р, осуществляют с помощью системы автоматического регулирования (фиг.З), садер>кащей программное устройство 47, в которое вводят программу, учитывающую влияние на величину Р всех участвующих в процессе геометрических, механических и физических параметров, приведенных в функциональной зависимости (2), На вход программного устройства 47 через .преобразователь 49 поступает информация ат счетчика 46 жидкости о текущем количестве (абьеме) W жидкости, сливаемой в реальных условиях (фиг.2) в скважину 35 через сливные окна 37

1652581

5S пульсатора 36 (в условиях стенда в бак 12), что приводит к увеличению высоты h столба жидкости 38 в скважине и, соответственно, давления в сопловой камере пульсатора 36.

Счетчик 46 включается сразу после снятия упора 52 с гидроцилиндра 14 и считает сливаемую из пульсатора жидкость от начала и до конца движения поршня 15, т.е. от начала и да конца исследуемого процесса импульского нагнетания скрепляющего раствора.

В программном устройстве 47 информация, поступающая в виде сигнала W, обрабатывается (преобразуется вначале в прирост высоты h столба жидкости 38 в скважине 35, а затем в прирост давления Л Рс в сопловой камере 24 пульсатора) и после обработки вычисляется значение давления Рс, коI торое должно быть в сопловой камере 24 в текущий момент времени. Блок 48 коррекции получает от датчика 45 через преобразователь 50 сигнал Рс о текущем значении давления в сопловой камере 24, сравнивает его с сигналом Рс, поступающим от про1 граммного устройства 47. и вырабатывает управляющий сигнал S, поступающий через преобразователь 51 на привод 44, перемещающий дроссельную иглу 43 относительно дроссельной шайбы 41 на расстояние S, соответствующее полученному входному сигналу. В результате отработки приводом 44 управляющего сигнала S изменяется гидравлическое сопротивление дросселя и одновременно с ним изменяется давление Рс в сопловой камере 24 до величины, равной

1 значению Рс, вычисленному программным устройством 47.

По данной методике проводят серию экспериментов, в ходе которых регулируют t) основные конструктивные параметры пульсатора: диаметр питающих сопл 20 путем замены ротора 19 или самих сопл (в случае, если они выполнены в виде самостоятельных деталей, закрепляемых на роторе 19), диаметр приемного сопла 22 путем замены данного сопла, расстояние между соплами 20 и 22 осевым перемещением приемного сопла 22 или ротора 19;

2) технологические параметры процесса импульсного нагнетания скрепляющих растворов в трещины горных пород: частоту выходн ых им пул ьсов давления в поршневой полости 16 пульсатора изменением числа оборотов приводного двигателя

21 и количества питающих сопел 20, амплитуду выходных импульсов давления в поршневой полости 16 изменением перепада давления на соплах 20 (разницы

50 давлений в полостях 23 и 24 пульсатора), регулируемого дросселями 28 и 39. температуру циркулирующей через пульсатор рабочей жидкости терморегулятором 29, расход рабочей жидкости через пульсатор изменением производительности регулируемого насоса 11 и дросселем 28, обеспечивающим более тонкую регулировку укаэанного расхода:

3) параметры скрепляющих растворов, заправляемых в цилиндр 17: компонентный состав, рецептуру, вязкость и температуру;

4) параметры, характеризующие горногеологические условия в скважине в зоне нагнетания скрепляющих растворов: начальное давление Р, s зоне размещения пульсатора 36 (фиг.2) в скважине 35, имеющее место до начала работы пульсатора и, соответственно, до начала слива жидкости из пульсатора Зб в скважину, изменяющего высоту h столба жидкости в скважине и, соответственно. величину давления Рс, высоту зазора 5 в моделях 2, имитирующую величину раскрытия трещин горных пород, пространственное положение (ориентацию) зазоров 5, моделирующих трещины, и их взаимное расположение поворотом тробы 1 в вертикальной плоскости и поворотом. моделей 2 относительно трубы 1, глубину нагнетательной скважины, моделируемой трубой 1, изменением длины верхнего интервала трубы 1. заключенного между ее входным отверстием (устьем), соединенным с гидроцилиндром 14, и первым сверху рядом моделей 2 трещин. и густоту трещин в интервале нагнетательной скважины, подлежащем обработке скрепляющим раствором, изменением количества моделей 2 трещин и длины промежуточных интервалов трубы 1, заключенных между моделями 2. длину верхнего и промежуточных интервалов трубы 1 регулируют путем замены сменных патрубков, входящих в конструкцию трубы 1 и отличающихся друг от друга по длине, величину противодавления пластовой жидкости, имитируемого подпружиненными затворами, устанавливаемыми на выходные отверстия зазоров 5 в моделях 2, при этом величину противодавления регулируют настройкой величины усилия, необходимого для открытия указанных затворов.

Укаэанные параметры регулируют в пределах, которые могут встречаться в реальHblx условиях при импульсном нагнетании скрепляющего раствора в трещиноватый интервал пород в скважине с применением

15, 1652581

16 показанного на фиг.1 пульсатора. Поскольку в исследуемом процессе участвует большое число регулируемых параметров, повышающее трудоемкость экспериментальных исследований, для упрощения указанных исследований используют математические методы планирования экспериментов и обработки статистических данных, а также теорию подобия и размерностей, позволяющую объединять характеризующие процесс одиночные параметры в несколько комплексных параметров (критериев подобия), число которых значительно меньше числа одиночных параметров. При этом исследования представляют собой серию экспериментов, в каждой иэ которых варьируют один из критериев подобия при постоянном значении остальных критериев, В результате проведенных исследований устанавливают степень влияния изменяющейся величины давления Рс в сопловой камере 24 пульсатора на амплитуду, форму и продолжительность импульсов давления в поршневой полости 16, воздействующих через поршень 15 на скрепляющий раствор, нагнетаемый в интервал трещиноватых горных пород и, соответственно, на разрешающие способности (рабочие характеристики) метода импульсного нагнетания скрепляющего раствора в трещины горных пород, к которым относятся величина максимального расстояния от источника гидравлических импульсов давления (пульсатора) до интервала трещиноватых пород в скважине, при котором обеспечивается прохождение вырабатываемых источником импульсов давления до укаэанного интервала и нагнетание под их воздействием скрепляющего раствора в трещины горных пород на заданное расстояние от стенок ствола скважины, величина максимальной мощности (протяженности вдоль ствола скважины) интервала трещиноватых пород, который может быть с достаточной эффективностью (с обеспечением продвижения раствора на заданное расстояние от стенок ствола скважины) закреплен скрепляющим раствором, величина минимального раскрытия трещин, при которой возможно нагнетание в них раствора на эаданную глубину от стенок ствола скважины, величина максимального расстояния продвижения скрепляющего раствора от стенок ствола скважины в трещины горных породи

5 величина максимального противодавления пластовой жидкости в трещинах, при которой возможно нагнетание раствора в трещины на заданную глубину от стенок ствола скважины.

Формула изобретения

Стенд для исследования процесса нагнетания скрепляющих растворов в трещиноватые горные породы, содержащий

15 модель нагнетательной скважины и соединенные с ней модель пласта с трещинами, установку для нагнетания скрепляющего раствора с гидронасосом, цилиндром и поршнем, разделяющим его внутренний объем

20 на поршневую полость и рабочую полость со скрепляющим раствором, соединенную с моделью нагнетательной скважины, струйный пульсатор, содержащий корпус с сопловой камерой и сливной линией, размещен25 ные в корпусе по меньшей мере одно вращающееся питающее сопло, соединенное с гидронасосом,и приемное сопло,соединенное с поршневой полостью гидроцилиндра, отличающийся тем, что. с целью

30 расширения технологических возможностей стенда путем исследования процесса импульсного нагнетания скрепляющего раствора в трещины горных пород, струйный пульсатор снабжен регулятором давления, выполнен35 ным в виде регулируемого дросселя, и прибором регистрации давления в сопловой камере пульсатора, причем регулируемый дроссель имеет привод с системой программного управления, содержащей датчик дав40 ления, установленный в сопловой камере пульсатора, и счетчик жидкости, установленный в сливной линии сопловой камеры пульсатора, программное устройство и блок коррекции, при этом вход программного ус45 трайства подключен к счетчику жидкости, а выход- к одному из входов блока коррекции, второй вход которого подключен к датчику давления, а выход — к приводу регулируемого дросселя.

1652581

Юи2 3

Составитель Л.Березкина

Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор А.Огар

Заказ 1756 Тираж 296 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101