Ðàñ÷åò ìàññû ïëóíæåðà äëÿ ëèôòîâîé êîëîííû ñêâàæèíû 623 Ìåäâåæüåãî íåôòåãàçîêîíäåíñàòíîãî ìåñòîðîæäåíèÿ Þðèé Êàøíèöêèé Ôàêóëüòåò Àýðîìåõàíèêè è Ëåòàòåëüíîé Òåõíèêè Ìîñêîâñêèé ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò, Ìîñêâà, Ðîññèÿ yury.kashnitsky@gmail.com Àííîòàöèÿ Ñòàòüÿ ïîñâÿùåíà ðåøåíèþ çàäà÷è î âûáîðå ìàññû ïëóíæåðà äëÿ ñêâàæèíû 623 Ìåäâåæüåãî íåôòåãàçîêîíäåíñàòíîãî ìåñòîðîæäåíèÿ íà îñíîâå èñïûòàíèé íà ñîîòâåòñòâóþùåì ýêñïåðèìåíòàëüíîì ñòåíäå è ðàçðàáîòêè ãèäðàâëè÷åñêîé ìîäåëè ïðîöåññà ðàáîòû ïëóíæåðíîãî ëèôòà. Ïëóíæåðíûé ëèôò ýòî óñòðîéñòâî äëÿ ïîäúåìà æèäêîñòè ïî ëèôòîâîé êîëîííå ñêâàæèíû çà ñ÷åò ýíåðãèè ãàçà, íàõîäÿùåãîñÿ ïîä äàâëåíèåì, ðåøàþùåå ïðîáëåìó îáâîäíåíèÿ ïðèçàáîéíîé çîíû ñêâàæèíû. Âîäà ñêàïëèâàåòñÿ â ðåçóëüòàòå êîíäåíñàöèè ïàðîâ, ïîñòóïèâøèõ âìåñòå ñ ãàçîì èç ïëàñòà, è óìåíüøàåò äåáèò (ñêîðîñòü äîáû÷è) ïðèðîäíîãî ãàçà èç ñêâàæèíû.  ðàìêàõ äàííîé ðàáîòû ðàçðàáîòàíà ãèäðàâëè÷åñêàÿ ìîäåëü ðàáîòû ïëóíæåðíîãî ëèôòà è ïðèâåäåíà ôîðìóëà äëÿ ìàññû ïëóíæåðà. Keywords: ñêâàæèíà, ïëóíæåðíûé ëèôò, ìåñòîðîæ- äåíèå, íåôòü, ãàç. 1. ÂÂÅÄÅÍÈÅ ßìáóðãñêîå, Óðåíãîéñêîå è Ìåäâåæüå ãàçîâûå ìåñòîðîæäåíèÿ îäíè èç êðóïíåéøèõ â ìèðå ñåíîìàíñêèõ çàëåæåé ïðèðîäíîãî ãàçà, îòêðûòûå â 60-70 ãîäàõ ÕÕ âåêà. Äî 1990-ûõ ãîäîâ â ñèëó ïðîäóêòèâíîñòè èõ ãàçîíàñûùåííûõ ïëàñòîâ èç ýòèõ çàëåæåé äîáûâàëîñü îñíîâíîå êîëè÷åñòâî ãàçà â Ðîññèè ñ äåáèòàìè áîëåå 1 ìëí. êóáîìåòð/ñóòêè. Ñëîæíûå êëèìàòè÷åñêèå óñëîâèÿ, ãåîãðàôè÷åñêîå ðàñïîëîæåíèå è óíèêàëüíûå ïðîäóêòèâíûå õàðàêòåðèñòèêè ïîòðåáîâàëè ñîçäàíèÿ íîâûõ òåõíîëîãèé ðàçðàáîòêè ìåñòîðîæäåíèé è êîíñòðóêöèé ñêâàæèí, îòëè÷íûõ îò ðàíåå èñïîëüçóåìûõ. Ñêâàæèíû áûëè îáîðóäîâàíû ëèôòîâûìè êîëîííàìè áîëüøèõ äèàìåòðîâ (D = 114÷168 ìì) è ðàñïîëàãàëèñü êóñòàìè ïî 3-6 øòóê. Äî íà÷àëà ðàçðàáîòêè óêàçàííûõ ìåñòîðîæäåíèé â ìèðîâîé è îòå÷åñòâåííîé ïðàêòèêå îòñóòñòâîâàë îïûò ýêñïëóàòàöèè ãàçîâûõ ñêâàæèí ñ ëèôòîâûìè êîëîííàìè áîëüøèõ äèàìåòðîâ â óñëîâèÿõ Êðàéíåãî Ñåâåðà.  òå÷åíèå íåñêîëüêèõ äåñÿòèëåòèé â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè ñêâàæèí íà ìåñòîðîæäåíèÿõ ñåâåðà Òþìåíñêîé îáëàñòè îñîáûõ ïðîáëåì íå âîçíèêàëî. Èçáûòî÷íûå ýíåðãåòè÷åñêèå âîçìîæíîñòè è äîñòàòî÷íîå êîëè÷åñòâî ðåçåðâíûõ ñêâàæèí ïîçâîëÿëè äîáûâàòü çàïëàíèðîâàííûå îáúåìû ãàçà çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ òðàäèöèîííûõ òåõíîëîãèé ýêñïëóàòàöèè ñêâàæèí. Ñ ñåðåäèíû 1990-õ ãîäîâ ñèòóàöèÿ ðåçêî èçìåíèëàñü: â íàñòîÿùåå âðåìÿ áîëåå ïîëîâèíû äîáûâàåìîãî â Ðîññèè ãàçà ïðèõîäèòñÿ íà ìåñòîðîæäåíèÿ, âñòóïèâøèå â ïåðèîä ïàäàþùåé äîáû÷è. Ñ êàæäûì ãîäîì ýòî ñîîòíîøåíèå áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ, à ñ 2020-25 ãã. çíà÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî äåéñòâóþùèõ ñêâàæèí áóäåò ñîñðåäîòî÷åíî íà ìåñòîðîæäåíèÿõ, âñòóïèâøèõ â çàêëþ÷èòåëüíóþ ñòàäèþ ðàçðàáîòêè. Ïðè÷èíà óìåíüøåíèÿ ðàáî÷èõ äåáèòîâ â êîíäåíñàöèè âîäû â ïðèçàáîéíîé çîíå ñêâàæèíû.  ñêâàæèíû ñåíîìàíñêèõ çàëåæåé âìåñòå ñ ãàçîì ïîñòóïàþò ïëàñòîâàÿ è êîíäåíñàöèîííàÿ âîäû. Êîíäåíñàöèîííàÿ âîäà ÿâëÿåòñÿ ðåçóëüòàòîì êîíäåíñàöèè â ëèôòîâîé êîëîííå ïàðîâ âîäû, ñîäåðæàùèõñÿ â ïðèðîäíîì ãàçå, ïî ìåðå ñíèæåíèÿ òåìïåðàòóðû ãàçà. Âîäà, ñêîïèâøàÿñÿ â òðóáàõ, îêàçûâàåò äîïîëíèòåëüíîå ãèäðàâëè÷åñêîå äàâëåíèå íà çàáîé ñêâàæèíû.  ðåçóëüòàòå ïðèòîê ãàçà èç ïðîäóêòèâíîãî ïëàñòà îãðàíè÷èâàåòñÿ ýòèì äàâëåíèåì, äåáèò ãàçà óìåíüøàåòñÿ, à ñêâàæèíà, ïðè îïðåäåëåííûõ çíà÷åíèÿõ äàâëåíèÿ íà óñòüå è ñêîïëåíèè âîäû â òðóáàõ, ìîæåò ïðåêðàòèòü ðàáîòó, ò.å. ïîäà÷ó ãàçà â ãàçîñáîðíûé òðóáîïðîâîä. Ýòîò ýôôåêò ïðèíÿòî íàçûâàòü ñàìîçàäàâëèâàíèåì ñêâàæèíû. Âëèÿíèå ñàìîçàäàâëèâàþùèõñÿ ñêâàæèí íà îáùóþ ñóòî÷íóþ äîáû÷ó ãàçà ïî ìåñòîðîæäåíèþ Ìåäâåæüå äîñòàòî÷íî âåëèêî (Òàáëèöà 1) D(n), n− , ìì(øò) øò n+ , øò α− ,% 89(5) 102(26) 114(79) 127(46) 168(182) 5 25 75 37 104 0 4 5 20 43 0 1 4 9 78 Q− , òûñ. ì3 /ñóò 0 115 368 954 10374 Q− , òûñ. ì3 /ñóò 880 5025 14625 6956 27352 Table 1: Äåáèòû ñêâàæèí Ìåäâåæüåãî ìåñòîðîæäåíèÿ D - äèàìåòð ëèôòîâûõ êîëîíí, n - îáùåå êîë-âî ëèôòîâûõ êîëîíí, n− - êîë-âî ñàìîçàäàâëèâàþùèõñÿ ñêâàæèí, n+ - êîë-âî ñòàáèëüíî ðàáîòàþùèõ ñêâàæèí, α− - äîëÿ ñàìîçàäàâëèâàþùèõñÿ ñêâàæèí, Q− - ñóòî÷íûå îòáîðû ãàçà èç ñàìîçàäàâëèâàþùèõñÿ ñêâàæèí, Q+ - ñóòî÷íûå îòáîðû ãàçà èç ñòàáèëüíî ðàáîòàþùèõ ñêâàæèí Êîëè÷åñòâî ñêâàæèí, îáîðóäîâàííûõ ëèôòîâûìè êîëîííàìè D = 168 ìì, â êîòîðûõ ñêàïëèâàåòñÿ æèäêîñòü è ñêâàæèí, äåáèò ãàçà êîòîðûõ îáåñïå÷èâàåò âûíîñ æèäêîñòè èç ëèôòîâûõ êîëîíí (äàëåå ¾ñòàáèëüíî ðàáîòàþùèå Figure 1: Äåáèòû ñêâàæèí Ìåäâåæüåãî ìåñòîðîæäåíèÿ ñêâàæèíû¿), ïðàêòè÷åñêè îäèíàêîâî. Ñóììàðíûå îòáîðû èç ýòèõ ñêâàæèí ñîñòàâëÿþò îêîëî 57% ãàçà îò îáùåé äîáû÷è ãàçà ïî ìåñòîðîæäåíèþ. Ïðè ýòîì ñóòî÷íûå îòáîðû ãàçà èç ñàìîçàäàâëèâàþùèõñÿ ñêâàæèí, îáîðóäîâàííûõ ëèôòîâûìè êîëîííàìè D = 168 ìì, ñîñòàâëÿþò 30% îò ñóòî÷íûõ îòáîðîâ ãàçà èç ñêâàæèí, îáîðóäîâàííûõ òàêèìè êîëîííàìè (Ðèñ.1) [1].  òàáëèöå 1 ïðåäñòàâëåíà äèàãðàììà ðàñïðåäåëåíèÿ ñðåäíèõ ñóòî÷íûõ è ñðåäíèõ áàçîâûõ äåáèòîâ ãàçà ñàìîçàäàâëèâàþùèõñÿ è ñòàáèëüíî ðàáîòàþùèõ ñêâàæèí (ñîîòâåòñòâåííî) ïî ðàçëè÷íûì äèàìåòðàì ëèôòîâûõ êîëîíí. Ñðåäíåñóòî÷íûå äåáèòû ãàçà ñòàáèëüíîðàáîòàþùèõ ñêâàæèí, îáîðóäîâàííûõ ëèôòîâûìè êîëîííàìè D = 89, 102, 114 è 127 ìì, ïðåâûøàþò áàçîâûå äåáèòû ãàçà äëÿ ýòèõ ñêâàæèí, ïðè ýòîì ñðåäíåñóòî÷íûé äåáèò ãàçà èç ñàìîçàäàâëèâàþùèõñÿ ñêâàæèí, îáîðóäîâàííûõ ëèôòîâûìè êîëîííàìè D = 168 ìì, â 2 ðàçà íèæå çíà÷åíèÿ ñðåäíåãî áàçîâîãî äåáèòà ãàçà äëÿ ýòèõ ñêâàæèí. Òàêæå íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ñðåäíèé áàçîâûé äåáèò ñêâàæèí (D = 168 ìì) ðàâåí ñðåäíåìó ñóòî÷íîìó äåáèòó ñòàáèëüíî-ðàáîòàþùèõ ñêâàæèí. Äëÿ óäàëåíèÿ æèäêîñòè èç ñêâàæèí ñåíîìàíñêèõ çàëåæåé íàðÿäó ñ ïðîäóâàíèåì ñêâàæèíû ïðèìåíÿåòñÿ ïëóíæåðíûé ëèôò óñòðîéñòâî äëÿ ïîäúåìà æèäêîñòè ïî ëèôòîâîé êîëîííå ñêâàæèíû çà ñ÷åò ýíåðãèè ãàçà, íàõîäÿùåãîñÿ ïîä äàâëåíèåì, ðåøàþùåå ïðîáëåìó îáâîäíåíèÿ ïðèçàáîéíîé çîíû ñêâàæèíû. Äàííàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà ðåøåíèþ çàäà÷è î âûáîðå ìàññû ïëóíæåðà äëÿ ñêâàæèíû 623 Ìåäâåæüåãî íåôòåãàçîêîíäåíñàòíîãî ìåñòîðîæäåíèÿ. 2. ÐÀÁÎÒÀ ÏËÓÍÆÅÐÍÎÃÎ ËÈÔÒÀ Ïî õàðàêòåðó ïðîöåññà ïîäúåìà æèäêîñòè ïëóíæåðíûå ëèôòû äåëÿòñÿ íà äâå ãðóïïû ïåðèîäè÷åñêîãî è íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ [2]. Èñïîëüçîâàâøèåñÿ â íà÷àëå ÕÕ âåêà ïëóíæåðíûå ëèôòû ïåðèîäè÷åñêîãî äåéñòâèÿ òðåáîâàëè ïîñòîÿííûõ ïåðåêðûâàíèé òðóáîïðîâîäà äëÿ íàêîïëåíèÿ ãàçà, äàâëåíèå êîòîðîãî èñïîëüçîâàëîñü äëÿ ïîäíÿòèÿ æèäêîñòè èç ïðèçàáîéíîé çîíû ñêâàæèíû. Ñ 1963 ã. äëÿ ðàáîòû â ãàçîâûõ ñêâàæèíàõ èñïîëüçóþòñÿ êîíñòðóêöèè ïëóíæåðîâ òèïà ¾ëåòàþùèé êëàïàí¿. Îñîáåííîñòü êîíñòðóêöèè äàííîãî ïëóíæåðà ñîñòîèò â òîì, ÷òî öèëèíäðè÷åñêèé êîðïóñ è øàð ìåõàíè÷åñêè íå ñêðåïëåíû ìåæäó ñîáîé (Ðèñ. 2). Ïëóíæåðû òàêîãî òèïà, äâóõñåêöèîííûå, èñïîëüçóþò â óñòàíîâêàõ ïëóíæåðíîãî ëèôòà íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ.  îñòàíîâëåííîé Figure 2: Ñîñòàâëÿþùèå äâóõñåêöèîííîãî ïëóíæåðà êîðïóñ è øàð ñêâàæèíå êîðïóñ è øàð, îòäåëüíî, îäèí çà äðóãèì îïóñêàþòñÿ äî íèæíåãî îãðàíè÷èòåëÿ (âî âðåìÿ ïîäãîòîâêè ñêâàæèíû åãî ðàçìåùàþò íèæå âîçìîæíîãî îáðàçîâàíèÿ ñêîïëåíèÿ âîäû) (Ðèñ. 3,4, ñòàäèè 1-4). Íà íèæíåì îãðàíè÷èòåëå, ïîä óðîâíåì æèäêîñòè, êîðïóñ è øàð ñîåäèíÿþòñÿ (Ðèñ. 3,4, ñòàäèÿ 5). Ïîñëå ïóñêà ñêâàæèíû â ýêñïëóàòàöèþ ãàç, ïîñòóïàþùèé â ëèôòîâóþ êîëîííó, ïîäíèìàåò ïëóíæåð (êîðïóñ è øàð) ê óñòüþ (Ðèñ. 3,4, ñòàäèè 6-11). Figure 3: Ïðèíöèï ðàáîòû äâóõñåêöèîííîãî ïëóíæåðíîãî ëèôòà íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ ×àñòü ãàçà âî âðåìÿ ïîäúåìà ïðîõîäèò â êîëüöåâîì çàçîðå, îáðàçîâàííîì ìåæäó íàðóæíîé ïîâåðõíîñòüþ êîðïóñà è òðóáîé. Âî âðåìÿ ïîäúåìà, ýòîò ãàç âûäóâàåò èç êîëüöåâîãî çàçîðà æèäêîñòü, êîòîðàÿ ñòðåìèòüñÿ ñòå÷ü ïî çàçîðó ê íèçó ëèôòîâîé êîëîííû. Äëÿ ðàáîòû ïëóíæåðà íåîáõîäèìî, ÷òîáû êîëè÷åñòâî ãàçà, ïîñòóïàþùåãî â ëèôòîâóþ êîëîííó, ïðåâûøàëî êîëè÷åñòâî ãàçà óòå÷êè, ïðîõîäÿùåãî îòíîñèòåëüíî ïëóíæåðà â êîëüöåâîì çàçîðå âî âðåìÿ âñåãî öèêëà åãî ïîäúåìà. Ïëóíæåð ñ æèäêîñòüþ ïîäíèìàåòñÿ äî óñòüÿ ñêâàæèíû.  êîíöå ïîäúåìà ïëóíæåð äîñòèãàåò âåðõíåãî îãðàíè÷èòåëÿ õîäà. (Ðèñ. 3,4, ñòàäèÿ 11). Øàð óïèðàåòñÿ â øòîê âåðõíåãî îãðàíè÷èòåëÿ, îñòàíàâëèâàåòñÿ, à çàòåì íà÷èíàåò äâèãàòüñÿ âíèç. (Ðèñ. 3,4, ñòàäèÿ 12). Öèëèíäðè÷åñêèé êîðïóñ, îñòàíàâëèâàåòñÿ, à çàòåì íà÷èíàåò äâèãàòüñÿ âíèç. Ðàçäåëèâøèñü íà äâå ìåõàíè÷å- êîâ ÷åðåç êîðîòêèå ñóæåíèÿ, ðàçìåùåííûå â òðóáå [2]. Ýòî ýìïèðè÷åñêàÿ ôîðìóëà, ñâÿçûâàþùàÿ ïîòåðè íàïîðà (èëè äàâëåíèÿ) ïðè ðàçâèòîì òóðáóëåíòíîì äâèæåíèè íåñæèìàåìîé æèäêîñòè (ãàçà) íà ãèäðàâëè÷åñêîì ñîïðîòèâëåíèè. ρω 2 ∆P = ξ (1) 2 ∆P - ïîòåðè äàâëåíèÿ, ξ - ãèäðàâëè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå (èëè êîýôôèöèåíò ïîòåðü Äàðñè), ρ - ïëîòíîñòü ñðåäû, ω - ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü òå÷åíèÿ æèäêîñòè Figure 4: Öèêëîãðàììà ðàáîòû ïëóíæåðíîãî ëèôòà íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ ñêè íå ñêðåïëåííûå ñåêöèè, êîðïóñ è øàð, çà ñ÷åò èçáûòî÷íîé ìàññû, ñïóñêàþòñÿ â âîñõîäÿùåì ïîòîêå ãàçà. (Ðèñ. 3,4, ñòàäèè 13-15, 1-4). Ïðîöåññû ñïóñêà è ïîäúåìà ïîâòîðÿþòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íå ïîòðåáóåòñÿ èçâëå÷ü ïëóíæåð èç ñêâàæèíû. ×òîáû ïëóíæåð íå îïóñòèëñÿ ïîñëå î÷åðåäíîãî öèêëà ïîäúåìà, à îñòàëñÿ íà óñòüå ñêâàæèíû, äîñòàòî÷íî óäàëèòü ñòåðæåíü âåðõíåãî îãðàíè÷èòåëÿ õîäà ïëóíæåðà.  ýòîì ñëó÷àå øàð íå îòäåëèòñÿ îò êîðïóñà, è ïëóíæåð çàâèñíåò â êðåñòîâèíå (òðîéíèêå), ïîääåðæèâàåìûé ïîòîêîì ãàçà. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ïëóíæåðíîãî ëèôòà íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ ãàç èç ñêâàæèíû ðàâíîìåðíî ïîñòóïàåò â ñèñòåìó ñáîðà ãàçà, ïëóíæåð ïåðåìåùàåòñÿ â ñêâàæèíå â ðåæèìå ñàìîðåãóëèðîâàíèÿ. Âîäà ïîñòîÿííî óäàëÿåòñÿ ïëóíæåðîì. Ñòåêàíèå âîäû, ñêîíäåíñèðîâàâøåéñÿ çà ñ÷åò îõëàæäåíèÿ ïîòîêà ãàçà, íà çàáîé ñêâàæèíû ïðè ðàáîòå ïëóíæåðíîãî ëèôòà, èñêëþ÷àåòñÿ. Ñêîðîñòü ñïóñêà øàðà è êîðïóñà ïëóíæåðà ïðåâûøàåò ñêîðîñòü ñòåêàíèÿ âîäû ïî ëèôòîâîé êîëîííå. Íà çàáîé ñêâàæèíû è â ïðîäóêòèâíûé ïëàñò êîíäåíñàöèîííàÿ âîäà íå ïîñòóïàåò. Ïëàñòîâàÿ âîäà óäàëÿåòñÿ èç ñêâàæèíû ïî ìåðå ïîñòóïëåíèÿ èç ïëàñòà. 3. ÌÎÄÅËÜ ÐÀÁÎÒÛ ÏËÓÍÆÅÐÍÎÃÎ ËÈÔÒÀ ÍÅÏÐÅÐÛÂÍÎÃÎ ÄÅÉÑÒÂÈß Çàäà÷à íàøåãî èññëåäîâàíèÿ - îïðåäåëåíèå ìàññû ïëóíæåðà, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ ãàçîâûõ ìåñòîðîæäåíèé. Îíà ðàññ÷èòûâàåòñÿ íà îñíîâàíèè ãèäðàâëè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ïëóíæåðà, ïîëó÷åííûõ â ðåçóëüòàòå åãî èñïûòàíèé íà ýêñïåðèìåíòàëüíîì ñòåíäå. Èñõîäíîé èíôîðìàöèåé ÿâëÿþòñÿ èçìåðåííûå õàðàêòåðèñòèêè ïîòîêà ñðåäû, åå äåáèò è äàâëåíèå, ðàçìåðû êàíàëà, ïî êîòîðîìó ïåðåìåùàåòñÿ ïëóíæåð, êîýôôèöèåíòû ãèäðàâëè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ïëóíæåðà è åãî ñåêöèé. Äëÿ ýòîãî ðàññìîòðèì çàäà÷ó ðàâíîìåðíîãî äâèæåíèÿ ââåðõ ïëóíæåðà â âîñõîäÿùåì ïîòîêå ãàçà. Ïðè îáòåêàíèè ïëóíæåðà èëè åãî ñåêöèé ãàçîì ðàçíèöà äàâëåíèé ñíèçó è ñâåðõó ïëóíæåðà íå ïðåâûøàåò 50 ñì âîäÿíîãî ñòîëáà, ïîýòîìó ïëîòíîñòü ãàçà ïîä ïëóíæåðîì è íàä íèì ðàçëè÷àåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî, è ãàç ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê íåñæèìàåìóþ ñðåäó [1]. Âîñïîëüçóåìñÿ ôîðìóëîé Äàðñè-Âåéñáàõà äëÿ îïèñàíèÿ äâèæåíèÿ ïîòî- Ðàçíîñòü äàâëåíèé íà êîíöàõ ïëóíæåðà èëè åãî ñåêöèé âî âðåìÿ åãî ïîäúåìà îïðåäåëÿåòñÿ óñëîâèåì ðàâíîâåñèÿ â ïåðèîä ðàâíîìåðíîãî äâèæåíèÿ èëè çàâèñàíèÿ â òðóáàõ. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ìàññà óðàâíîâåøèâàåòñÿ åãî ãèäðàâëè÷åñêèì ñîïðîòèâëåíèåì (1) (m − V ρ)g = f ξ 2 ρωgap 2 (2) m - ìàññà ïëóíæåðà, V - åãî îáúåì, g - óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ, ρ - ïëîòíîñòü ñðåäû, îìûâàþùåé äâèæóùèéñÿ ýëåìåíò, â ðàáî÷èõ óñëîâèÿõ, f - ýôôåêòèâíàÿ ïëîùàäü ñå÷åíèÿ, ïåðåêðûâàåìàÿ ýëåìåíòîì, ê êîòîðîé îòíîñèòñÿ ξ , ωgap - ñêîðîñòü (ôèêòèâíàÿ, ñðåäíÿÿ) ïîòîêà ñðåäû, îìûâàþùåé ýëåìåíò, ïðèâåäåííàÿ ê ïëîùàäè çàçîðîâ ìåæäó òðóáîé è ïëóíæåðîì, êîðïóñîì è øàðîì, (öåíòðàëüíîãî ïðîõîäíîãî êàíàëà êîðïóñà) â íàèáîëåå óçêèõ ñå÷åíèÿõ - F Íàéäåì ωgap èç óñëîâèÿ íåðàçðûâíîñòè ñðåäû èëè, ÷òî òî æå ñàìîå, ñîõðàíåíèÿ äåáèòà ãàçà ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç çàçîðû ìåæäó òðóáîé è ïëóíæåðîì: ωS = ωgap F ω - ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü ïîòîêà ñðåäû ïîä ïëóíæåðîì, S - ïëîùàäü ïðîõîäíîãî ñå÷åíèÿ òðóá ëèôòîâîé êîëîííû, F = S − f - ïëîùàäü ïðîõîäíîãî ñå÷åíèÿ êàíàëà (çàçîðà â íàèáîëåå óçêîé ÷àñòè), ïî êîòîðîìó ïðîòåêàåò ñðåäà âî âðåìÿ ïîäúåìà èëè çàâèñàíèÿ ïëóíæåðà. Îòñþäà ωF ωgap = S ×èñëåííîå çíà÷åíèå V ρ â ãàçîâîé ñðåäå íè÷òîæíî ïî ñðàâíåíèþ ñ ìàññîé ïëóíæåðà, ïîýòîìó ïðè âûïîëíåíèè ïðàêòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ ýòîò ÷ëåí ìîæíî èñêëþ÷èòü èç óðàâíåíèÿ (2), à äëÿ ðàñ÷åòà ìàññû ïëóíæåðà èñïîëüçîâàòü ñîîòíîøåíèå (3): m = fξ ρω 2 S 2 2g(S − f )2 (3)  ïðîöåññå ïîäúåìà öåíòðàëüíîå îòâåðñòèå êîðïóñà ïëóíæåðà ïåðåêðûòî øàðîì, ãàç ïðîõîäèò ÷åðåç çàçîðû ìåæäó êîðïóñîì è òðóáîé, øàðîì è êîðïóñîì. Ïðè ñïóñêå êîðïóñ è øàð îïóñêàþòñÿ îòäåëüíî, à ãàç ïðîõîäèò ÷åðåç öåíòðàëüíîå îòâåðñòèå êîðïóñà è â çàçîðàõ ìåæäó êîðïóñîì è òðóáîé, øàðîì è òðóáîé. Êîýôôèöèåíò ãèäðàâëè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ äëÿ ïëóíæåðà ξ îïðåäåëÿþò íà ýêñïåðèìåíòàëüíîì ñòåíäå [3]. Ïëîòíîñòü ñðåäû ρ äëÿ ðàáî÷èõ óñëîâèé ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå: P Tc ρ = ρc (4) zPc T T òåìïåðàòóðà ãàçà â ðàáî÷åé îáëàñòè [Ê], P äàâëåíèå àáñîëþòíîå â ðàáî÷åé îáëàñòè [ÌÏà], z êîýôôèöèåíò ñâåðõñæèìàåìîñòè ãàçà ïðè äàâëåíèè P è òåìïåðàòóðå T , ρc - ïëîòíîñòü ãàçà ïðè ñòàíäàðòíûõ óñëîâèÿõ (Tc = 293,16 Ê, Pc = 0,1013 ÌÏà), ñîãëàñíî ÃÎÑÒ 2939-63. Ââåäåì B êîìïëåêñíûé êîýôôèöèåíò, ó÷èòûâàþùèé ñîîòíîøåíèå òåìïåðàòóðû, äàâëåíèå è êîýôôèöèåíò ñâåðõñæèìàåìîñòè ãàçà â ðàáî÷èõ óñëîâèÿõ, r B= zPc T P Tc (5) Çäåñü Tc = 293,16 Ê, Pc = 0,1013 ÌÏà òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå ïðè ñòàíäàðòíûõ óñëîâèÿõ, T , P òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå â ðàáî÷èõ óñëîâèÿõ, z - êîýôôèöèåíò ñâåðõñæèìàåìîñòè ãàçà â ðàáî÷èõ óñëîâèÿõ, ÿâëÿþùèéñÿ ôóíêöèåé T è P . Ñðåäíþþ ñêîðîñòü ñðåäû, îìûâàþùóþ äâèæóùåéñÿ â íåé ýëåìåíò, ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê ðàçíîñòü ñêîðîñòè ïîòîêà ãàçà ïî òðóáå V è ñêîðîñòè ñàìîãî äâèæóùåãîñÿ ýëåìåíòà: ω =V −ν (6) Ïîëó÷àåì m = fξ ρc S 2 (V − ν)2 2g(S − f )2 B 2 (7) Ñêîðîñòü ïîòîêà ãàçà ïî òðóáå îïðåäåëÿþò ïî ôîðìóëå V = B 2 Qc zT Pc Qc = Tc P S S (8) Qc äåáèò ãàçà ïî ëèôòîâîé êîëîííå â ñòàíäàðòíûõ óñëîâèÿõ. m = fξ B 2 Qc ρc S 2 ( − ν)2 2 2 2g(S − f ) B S (9) Ïóñòü D äèàìåòð ïðîõîäíîãî ñå÷åíèÿ òðóá ëèôòîâîé êîëîííû, d äèàìåòð äâèæóùåãîñÿ ýëåìåíòà. Òîãäà ïëîùàäü ïðîõîäíîãî ñå÷åíèÿ òðóá ëèôòîâîé êîëîííû S= πD2 4 (10) À ýôôåêòèâíàÿ ïëîùàäü ñå÷åíèÿ, ïåðåêðûâàåìàÿ ïëóíæåðîì πd2 f= (11) 4 Îêîí÷àòåëüíî äëÿ ìàññû ïëóíæåðà è åãî ñîñòàâëÿþùèõ ýëåìåíòîâ ïîëó÷èì: m= d2 D 4 ξρc 4B 2 Qc π ( − ν)2 2 2 2 8 (D − d ) gB 2 πD2 (12) 4. ÐÅÇÓËÜÒÀÒÛ ÈÑÏÛÒÀÍÈÉ ÍÀ ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÎÌ ÑÒÅÍÄÅ Q, ì3 /c 2,367 2,22 1,985 1,787 1,6 1,416 1,244 0,909 P, ÌÏà 1,76 1,738 1,68 1,6 1,548 1,497 1,456 1,388 V, ì/ñåê 7,1 6,73 6,22 5,86 5,41 4,95 4,46 3,41 t, c 0,5 0,6 0,8 0,95 1 1,3 1,5 4,1 ν, ì/ñåê 6 5 3,75 3,16 3 2,31 2 0,73 Qgap , ì3 /c 0,02 0,032 0,046 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 ωgap , ì/c 13 20,6 29,33 32,1 28,61 31,36 29,21 31,79 ξ 0,014 0,012 0,011 0,01 0,013 0,011 0,013 0,011 Table 2: Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé ïëóíæåðîâ íà ýêñïåðèìåíòàëüíîì ñòåíäå Q - ðàñõîä ãàçà, P - åãî äàâëåíèå, V - ñêîðîñòü, t - âðåìÿ ïîäúåìà ïëóíæåðà, ν - ñêîðîñòü ïîäúåìà ïëóíæåðà, Qgap - ðàñõîä óòå÷êè ãàçà â çàçîðàõ ìåæäó ïëóíæåðîì è ñòåíàìè ëèôòîâîé êîëîííû ñêâàæèíû, ωgap - ñêîðîñòü óòå÷êè ãàçà â çàçîðàõ, ξ - êîýôôèöèåíò ãèäðàâëè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïëóíæåðà  òàáëèöå 2 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé ïëóíæåðà ìàññîé 4,5 êã íà ýêñïåðèìåíòàëüíîì ñòåíäå "168"íà ïðîìûñëå ÃÏ-1 Ìåäâåæèíñêîãî ÃÏÓ (ãàçîïðîìûøëåííîãî óïðàâëåíèÿ) [2],[3]. 5. ÐÀÑ×ÅÒ ÌÀÑÑÛ ÏËÓÍÆÅÐÀ Q, ì3 /c 2,367 2,22 1,985 1,787 1,6 1,416 1,244 0,909 P, ÌÏà 1,76 1,74 1,68 1,6 1,55 1,5 1,456 1,388 ν , ì/ñ 6 5 3,75 3,16 3 2,31 2 0,73 B 0,245 0,2474 0,2517 0,258 0,262 0,266 0,27 0,277 m, êã 4,5612 4,7896 4,7247 4,3587 4,7452 4,5214 4,642 4,5278 Table 3: Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ìàññû ïëóíæåðà Q - ðàñõîä ãàçà, P - åãî äàâëåíèå, ν - ñêîðîñòü ïîäúåìà ïëóíæåðà, B - êîìïëåêñíûé ïàðàìåòð ãàçà, ó÷èòûâàþùèé åãî òåìïåðàòóðó, äàâëåíèå è êîýôôèöèåíò ñâåðõñæèìàåìîñòè, m - ìàññà ïëóíæåðà  òàáëèöå 3 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ìàññû ïëóíæåðà, èñïûòàíèÿ êîòîðîãî ïðîâîäèëèëñü íà ýêñïåðèìåíòàëüíîì ñòåíäå "168". Ðàñ÷åò ìàññû ïðîèçâåäåí ïî ôîðìóëå (12), ãäå êîýôôèöèåíò ãèäðàâëè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ξ = 0,012 êàê ñðåäíåå èç ïîëó÷åííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíî çíà÷åíèé (ñì. òàáëèöó 2). Êàê âèäíî, îòêëîíåíèÿ ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ îò ðåàëüíîé âåëè÷èíû (m = 4,5 êã) íåâåëèêî, ñðåäíåå îòêëîíåíèå ñîñòàâëÿåò 3% â ñòîðîíó çàâûøåíèÿ ìàññû ïëóíæåðà, ÷òî ìîæåò áûòü âûçâàíî òåì, ÷òî â ìîäåëè íå ó÷èòûâàåòñÿ ìàññà ïîäíèìàåìîãî ïëóíæåðîì ñëîÿ âîäû (ïî äàííûì èñïûòàíèé ïëóíæåðîâ â ñêâàæèíå 623 Ìåäâåæüåãî íåôòåãàçîêîíäåíñàòíîãî ìåñòîðîæäåíèÿ îáúåì ïîäíèìàåìîé æèäêîñòè ñ ñóòêè áûë 18 ë, òî åñòü âñåãî îêîëî 125 ãð çà öèêë). Çíà÷èò, ïîëó÷åííàÿ ôîðìóëà ìîæåò ïðèìåíÿòüñÿ äëÿ îöåíêè ìàññû ïëóíæåðà èñïîëüçóåìîãî â ðåàëüíîé ñêâàæèíå ïëóíæåðíîãî ëèôòà. Ïîäòâåðæäåíèåì ñëóæàò äàííûå î ñåðèè ïðîìûñëîâûõ èñïûòàíèé ïëóíæåðíîãî ëèôòà íà ñêâàæèíå 623 Ìåäâåæüåãî íåôòåãàçîêîíäåíñàòíîãî ìåñòîðîæäåíèÿ, íà÷àòûå â ôåâðàëå 2006 ã. Ìàññû òåñòèðîâàííûõ ïëóíæåðîâ: 4,91 êã, 4,53 êã, 4,6 êã, 4,17 êã, 5,12 êã, 5,18 êã [1]. 6. ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ Â äàííîé ñòàòüå îïèñàíà ïðîáëåìà îáâîäíåíèÿ ñêâàæèí ãàçîâûõ ìåñòîðîæäåíèé è ïðèíöèï óñòðîéñòâà è ðàáîòû ïëóíæåðíîãî ëèôòà íåïðåðûâíîãî äåéñòâèÿ, ðåøàþùåãî ýòó ïðîáëåìó. Ðàçðàáîòàíà ïðîñòàÿ ãèäðàâëè÷åñêàÿ ìîäåëü ïðîöåññà óäàëåíèÿ æèäêîñòè ïëóíæåðíûì ëèôòîì è âûâåäåíà îöåíî÷íàÿ ôîðìóëà äëÿ ìàññû ïëóíæåðà. Ýòà ìàññà âû÷èñëåíà äëÿ ïëóíæåðíîãî ëèôòà, ðàáîòàþùåãî íà ýêñïåðèìåíòàëüíîì ñòåíäå. Òàêæå ïðîâåäåíî ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ ñ ìàññàìè ðåàëüíûõ ïëóíæåðîâ, èñïîëüçóåìûõ â ñêâàæèíå 623 Ìåäâåæüåãî íåôòåãàçîêîíäåíñàòíîãî ìåñòîðîæäåíèÿ. 7. ÁËÀÃÎÄÀÐÍÎÑÒÈ Àâòîð âûðàæàåò áëàãîäàðíîñòü íàó÷íûì ñîòðóäíèêàì ëàáîðàòîðèè ýêñïëóàòàöèè è ðåìîíòà ñêâàæèí ÎÎÎ ¾Ãàçïðîì ÂÍÈÈÃÀÇ¿ ä. ò. í. Øóëÿòèêîâó Âëàäèìèðó Èãîðåâè÷ó è ê. ò. í. Øóëÿòèêîâó Èãîðþ Âëàäèìèðîâè÷ó, ä. ô-ì. í. ïðîôåññîðó, çàâåäóþùåìó Êàôåäðîé ñèñòåìíîé èíòåãðàöèè è ìåíåäæìåíòà ÌÔÒÈ Êëèìåíêî Ñòàíèñëàâó Âëàäèìèðîâè÷ó è àñïèðàíòó Êàôåäðû ñèñòåìíîé èíòåãðàöèè è ìåíåäæìåíòà ÌÔÒÈ Áîáêîâó Àëåêñàíäðó çà ïîìîùü â äàííîé ðàáîòå è ñâîåâðåìåííûå ñîâåòû. 8. [1] ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ Â.Â. Ìåäêî ¾Òåõíîëîãèÿ óäàëåíèÿ æèäêîñòè èç ãàçîâûõ ñêâàæèí ñ ëèôòîâûìè êîëîííàìè áîëü- . Äèññåðòàöèÿ íà ñîèñêàíèå ó÷åíîé ñòåïåíè êàíäèäàòà òåõíè÷åñêèõ íàóê. Ìîñêâà, 2007 Â.È. Øóëÿòèêîâ ¾Èñïîëüçîâàíèå ïëóíæåðíîãî ëèôòà äëÿ óäàëåíèÿ æèäêîñòè èç ñêâàæèí¿. Äèññåðòàöèÿ íà ñîèñêàíèå ó÷åíîé ñòåïåíè êàíäèäàòà òåõíè÷åñêèõ íàóê. Ì, ÂÍÈÈÃÀÇ (4657).1977ã Ð.Ì. Òåð-Ñàðêèñîâ, Ñ.Í. Áóçèíîâ, È.Â. Øóëÿòèêîâ, Â.È. Øóëÿòèêîâ, À.Í. Õàðèòîíîâ, Ñ.À. Êóçíåöîâ, Â. Ìåäêî, Å.Â. Áîíäàðåâ ¾Óñòàíîâêà äëÿ øèõ äèàìåòðîâ¿ [2] [3] ìîäåëèðîâàíèÿ íàòóðíûõ óñëîâèé ðàáîòû ñêâàæèí ãàçîâûõ, ãàçîêîíäåíñàòíûõ è íåôòÿíûõ ìå- . Ïàòåíò (ïì) 485581, ÁÈ 30 îò ñòîðîæäåíèé¿ 27.10.2005 9. ÎÁ ÀÂÒÎÐÅ Þðèé Êàøíèöêèé - ñòóäåíò 4 êóðñà Ìîñêîâñêîãî Ôèçèêî-Òåõíè÷åñêîãî Èíñòèòóòà êàôåäðû ôóíäàìåíòàëüíûõ ðñíîâ ãàçîâîãî äåëà. E-mail: yury.kashnitsky@gmail.com