Improvement of a well bottomhole zone treatment applying a spent sulfuric acid solution

Relevance. Caused by the need to ensure highly efficient distribution of spent sulfuric acid solutions during acid treatment of a production well bottomhole zone. The proposed method increases the efficiency of this process by growth of efficiency of production wells exploiting terrigenous limestone reservoirs in the wellbore zone. Aim. To develop and propose a method for using spent sulfuric acid solutions during acid treatment of a production well bottomhole zone, a methodology for its application. The essence of the method is that to increase the efficiency of production wells exploiting terrigenous reservoirs, solutions of sulfuric acid or its derivatives, in particular spent sulfuric acid, are used as an acid reagent. Objects. It was revealed that the surface activity of spent sulfuric acid in fresh water at the interface with hydrocarbon liquids is significantly greater than the activity of solutions of commercial hydrochloric and sulfuric acids. Based on physical and chemical studies, it has been established that spent sulfuric acid solutions can be used in acid treatment of the bottomhole zone of wells to increase formation fluid production. Solutions of hydrochloric (HCl) and sulfuric (H2SO4) acids, as well as waste – spent sulfuric acid, were used as experimental liquids. Compared to commercial acids, the spent sulfuric acid solutions have the greatest ability to interact in carbonate rocks.   Methods. Models of porous medium were created in experimental columns, which were pipes made of organic glass with a length of 0.5 m and a diameter of 0.025 m. The manufactured model of the porous medium was evacuated and saturated with fresh water, after which the water permeability was determined, then the water was replaced with acid solutions. After a certain time for the acid to react with the carbonates of the porous medium, the water permeability was again determined. The experiments were carried out at room temperature and a pressure gradient of 0.05...0.2 MPa/m. Moreover, after completion of the treatment of the near-wellbore zone in order to prevent the deposition of sediments formed in the pores as a result of the interaction of acid with carbonates, the well is put into operation after an eight-hour holding period with large depressions in the near-wellbore zone. Results. Visual observations shown that water filtration through the porous medium at high pressure gradients leads to a large removal of sediments from the porous medium. This is the consequence of an increase in the porous medium permeability after treating it with a 15% solution of waste sulfuric acid. Thus, laboratory experiments shown that the use of spent sulfuric acid solutions under certain conditions can increase well productivity

Experimental and theoretical research of the interaction between high-strength supercavitation impactors and monolithic barriers in water

The article describes experimental and theoretical research of the interaction between supercavitating impactors and underwater aluminum alloy and steel barriers. Strong alloys are used for making impactors. An experimental research technique based on a high-velocity hydro-ballistic complex was developed. Mathematical simulation of the collision the impactor and barrier is based on the continuum mechanics inclusive of the deformation and destruction of interacting bodies. Calculated and experimental data on the ultimate penetration thickness of barriers made of aluminum alloy D16T and steel for the developed supercavitating impactor are obtained

Special features of high-speed interaction of supercavitating solids in water

Special features of material behavior of a supercavitating projectile are investigated at various initial velocities of entering water on the basis of the developed stress-strain state model with possibility of destruction of solids when moving in water and interacting with various underwater barriers with the use of consistent methodological approach of mechanics of continuous media. The calculation-experimental method was used to study the modes of motion of supercavitating projectiles at sub- and supersonic velocities in water medium after acceleration in the barrelled accelerator, as well as their interaction with barriers. Issues of stabilization of the supercavitating projectile on the initial flight path in water were studied. Microphotographs of state of solids made of various materials, before and after interaction with water, at subsonic and supersonic velocities were presented. Supersonic velocity of the supercavitating projectile motion in water of 1590 m/s was recorded

High-speed impact of the metal projectile on the barrier containing porous corundum-based ceramics with chemically active filler

The paper presents a calculation-experimental study on high-speed interaction of the metal projectile with a combined barrier made of porous corundum-based ceramics filled with chemically active composition (sulfur, nitrate of potash) in the wide range of speeds. A mathematical behavior model of porous corundum-based ceramics with chemically active filler is developed within the scope of mechanics of continuous media taking into account the energy embedding from a possible chemical reaction between a projectile metal and filler at high-speed impact. Essential embedding of inlet heat is not observed in the considered range of impact speeds (2.5 … 8 km/s)

Recent results from the T2K experiment

Recent results of the analysis of 2:23×1021 POT data collected by the T2K long-baseline neutrino accelerator experiment are presented in this paper. It is shown that T2K is able to constrain the CP-violating phase δCP in the lepton sector with 2σ significance. Nearest plans for improving the sensitivity to δCP are also given

RATIONALE FOR SELECTING SAND FILTERS FOR PRODUCTION WELLS

Link for citation: Khabibullin M.Ya., Khabibullin  A.M. Rationale for selecting sand filters for production wells. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering, 2023, vol. 334, no. 7, рр. 26-34. In Rus. The relevance of the study are caused by the need to ensure the flow of more purified reservoir fluid into the bottomhole zone of the well. When opening a formation with production wells, the design of which includes anti-sand filters, there are some imperfections that are characterized by the degree and nature of its opening and are caused by the designs of casing filters. For a rational choice of an anti-sand filter in a well, it is necessary to conduct experimental bench studies, taking into account well conditions. Purpose: based on the results of experimental studies, propose the optimal design of the anti-sand filter. To select, it is necessary to take into account the hydraulic parameters of its operation, which can be determined based on the bench tests of two types of filter elements: block and frame-rod with wire winding, in open and cased hole conditions, as the most promising in terms of application. Objects. To accomplish this task, a stand was created that allows you to: determine the amount of fluid passing through with sand; the volume and granulometric state of the sands that pass through the filters when filtering the mixed liquid; state and change in the structure of rocks in the bottomhole zone of the well; distances between the filter elements and the production casing, the performance of the sand filter. The main component of the stand is a combined-shaped filtration tray imitating a circular reservoir model. Methods. The working fluid (oil), preheated to a predetermined temperature with the help of a heating element, is supplied to the filtration tray by a pump from the receiving tank through the pressure manifold. The temperature of the working fluid in a given mode is maintained using a non-contact controller. The discharge pressure is measured with a manometer. The pressure manifold is fitted with a spring-loaded relief valve. The change in pressure of the radial flow of the working fluid in the filtration tray is recorded by a pressure sensor. The working fluid from the filtration tray is passed through a cleaning system made in the form of two cylinders, in which there are sieves for trapping and screening sand particles with a size of 0,005 mm or more. The purified working fluid again enters the receiving tank. Results. Block and single-layer wire filters while ensuring a small amount of sand are quickly clogged. The double layer wire filter has the highest peak resistances and occasional significant sand production. Obviously, it can be recommended for flowing oil production, with a significant excess of reservoir pressure in relation to hydrostatic pressure

Methodology of designing the transforming mechanism pumping unit

Актуальность исследования обусловлена необходимостью обеспечить более эффективную работу кинематической схемы станка-качалки. Решение этой проблемы позволит улучшить работу кинематической схемы с точки зрения возникающих в нем нагрузок и снизить металлоемкость наземного привода скважинного штангового насоса при его проектировании. Цель: разработать и предложить методику проектирования станка-качалки при его производстве и изготовлении. Объекты. Преобразующий механизм станков-качалок представляет собой шарнирный четырехзвенный механизм, выполненный по симметричной и несимметричной кинематическим схемам. При симметричной схеме центр вращения кривошипа находится на прямой, проходящей через точки, соответствующие крайним положениям сочленения шатуна и балансира. Все остальные случаи соответствуют несимметричной схеме. В настоящее время, в соответствии с имеющейся методикой проектирования преобразующего механизма симметричной схемы, в качестве исходных данных используют кинематические соотношения и - отношения радиуса кривошипа к длине соответственно заднего плеча балансира и шатуна. Объектом исследования является шарнирный механизм, преобразующий вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг. Методы. Более предпочтительной и практичной считается методика, позволяющая проектировать механизм по заранее заданным выходным параметрам. При этом рекомендуется использовать параметры, непосредственно определяющие как тип кинематической схемы преобразующего механизма, так и его габаритные размеры. Следует отметить, что не все теоретически реальные механизмы могут быть практически осуществимы. Поэтому реальная область углов [psi] несколько уже теоретически реальной области и должна определяться с учетом конструктивных особенностей механизма (например, в крайне близком к корпусу положении траверсы не должна задевать корпус редуктора, высота механизма должна быть такой, чтобы в нижнем положении подвеска устьевого штока не задевала устьевой сальник, и др.). Для удобства пользования предлагаемой методикой целесообразно искомые величины представить в приведенном виде (в долях длины хода). Результаты. По полученным формулам с использованием данных каталогов разных фирм вычислены приведенные значения кинематических параметров преобразующих механизмов различных кинематических схем. В результате получаем, что габаритные размеры преобразующего механизма отечественных станков-качалок симметричной схемы (длина на 45…60 %, а высота - 25…30 %) меньше, чем у зарубежных станков-качалок несимметричной схемы. Разработанная методика позволяет сопоставить технико-эксплуатационные показатели станков-качалок, выполненных по различным кинематическим схемам. Предлагаемая методика при оптимальной функции положения, при которой динамические нагрузки на привод минимальны, эффективность работы скважинного штангового насоса максимальна, таким образом позволяет снизить металлоемкость станка-качалки при его проектировании.The relevance of the research is caused by the need to ensure more efficient operation of the kinematic scheme of the pumping unit. The solution to this problem will improve the operation of the kinematic scheme from the point of view of the loads arising in it and reduce the metal consumption of the surface drive of the sucker rod pump during its design. The main aim of the research is to develop and propose a methodology for designing pumping unit during its production and manufacture. Objects. The converting mechanism of the pumping units is a hinged four-link mechanism made according to symmetrical and asymmetrical kinematic schemes. With a symmetrical scheme, the center of rotation of the crank is on a straight line passing through the points corresponding to the extreme positions of the articulation of the connecting rod and the balance bar. All other cases correspond to an unbalanced scheme. At present, in accordance with the existing design technique of the symmetrical circuit converting mechanism, the kinematic ratios r/K and r/l are used as the initial data - the ratio of the crank radius to the length of the rear arm of the balancer and the connecting rod, respectively. The object of research is a hinge mechanism that converts the rotational motion of an electric motor into a reciprocating motion of the suspension point of the rods. Methods. The technique that allows you to design a mechanism according to predetermined output parameters is more preferable and practical. At the same time, it is recommended to use parameters that directly determine both the type of the kinematic diagram of the converting mechanism and its overall dimensions. It should be noted that not all theoretically real mechanisms can be practically feasible. Therefore, the real area of angles [psi] is somewhat narrower than the theoretical real area and should be determined taking into account the design features of the mechanism (for example, in an extremely close position to the body, the traverse should not touch the gearbox housing, the height of the mechanism should be such that in the lower position the suspension of the wellhead rod does not touch the wellhead oil seal, etc.). For convenience of using the proposed method, it is advisable to present the sought values in the given form (in fractions of the stroke length). Results. According to the formulas obtained, using the data from catalogs of different companies, the reduced values of the kinematic parameters of the converting mechanisms of various kinematic schemes are calculated. As a result, we find that the overall dimensions of the converting mechanism of domestic pumping units of a symmetrical scheme (length by 45...60 %, and height by 25...30 %) are smaller than those of foreign pumping units of an asymmetrical scheme. The developed technique makes it possible to compare the technical and operational indicators of pumping units made according to various kinematic schemes. The proposed technique with the optimal position function, at which the dynamic loads on the drive are minimal, the efficiency of the downhole sucker rod pump is maximal, makes it possible to reduce the metal consumption of the pumping unit during its design

Increasing the efficiency of the mechanism for gas cleaning from oil aerosols by filters from metalloceramic materials

Актуальность исследования обусловлена необходимостью увеличения объемов проведения различных технологических процессов, связанных с эффективной очисткой газов в керамических фильтрах. Наиболее перспективной альтернативой рукавным фильтрам для очистки от пыли высокотемпературных газов являются фильтры с элементами из пористых проницаемых керамических материалов. Цель: разработать и предложить схему лабораторной установки для изучения данного процесса путем использования фильтров с порами больших размеров в диапазоне исследуемых параметров за счет получения эффекта генерации «вторичных» аэрозолей и наблюдения на границе коэффициента проскока с увеличением скорости фильтрования и размера частиц. Объекты. Исследованиям подвергались однослойные фильтрующие элементы - пористые цилиндры, двухслойные фильтрующие элементы, комбинированный фильтрующий элемент, который изготовляли нанесением на однослойный элемент из порошка с частицами размером 45 мкм слоя порошка с более крупными частицами (180 мкм). Комбинированный фильтрующий элемент состоял из двух элементов: наружного однослойного (размер частиц 180 мкм, внутренний диаметр 0,052 м, толщина стенки 0,004 м) и вставленного в него коаксиально двухслойного. Исследовали осаждение аэрозолей трансформаторного масла, получаемых распылением в специальном генераторе тумана. Дисперсный состав и концентрацию аэрозолей до и после фильтра определяли пятиступенчатым каскадным импактором. Методы. Лабораторные исследования проводились согласно предложенным методам по эффективной очистке газов в керамических фильтрах при температуре 600 °C и более. Однако дальнейшее развитие этих исследований сдерживалось отсутствием достаточно экономичных отечественных керамических пористых фильтровальных элементов. Наиболее перспективной альтернативой рукавным фильтрам для очистки от пыли высокотемпературных газов являются фильтры, фильтрующий элемент которых изготовлен из пористых проницаемых керамических материалов, представляющих собой особый вид керамики, выполненной специальными технологическими приемами с повышенной пористостью и с соответствующими размерами и формами пор. В процессе проведения испытаний фиксировали: гидравлическое сопротивление образца, температуру и расход воздуха, концентрацию и размеры капель до и после фильтра. Технология создания пористых проницаемых керамических материалов из порошков заключается в следующем: получение узко фракционированного порошка-наполнителя (электрокорунд, дистен-силлиманит), подбор технологической связки (глина) и временной связки (поливиниловый спирт), смешивание компонентов в определенном соотношении, прессование (удельное давление 30 МПа), сушка (при 150-150 °C) и обжиг (при 1200-1300 °C) образцов. Технология создания пористых проницаемых керамических материалов из волокон заключается в следующем: получение водной суспензии силикатных волокон определенной длины (1-5 мм), формование образцов методом шликерного литья, сушка и обжиг. На ряд пористых образцов из порошков нанесена мембрана с целью создания образцов с малым размером пор и оценки их свойств. Результаты исследования взаимосвязи гидравлического сопротивления Δр фильтрующих элементов со скоростью движения потока капельной смеси газа анализировали в критериальной форме в целях исключения влияния индивидуальных особенностей образцов и условий испытания. Установлен эффект генерации «вторичных» аэрозолей и подтвержден обработкой результатов. Эффективность фильтрования двухслойными и комбинированными фильтрами достигает 99,96 %. Полученные результаты исследования свидетельствуют о целесообразности использования в промышленных аппаратах керамических фильтровальных элементов.The relevance of the research is caused by the need to increase in volumes the implementation of various technological processes associated with the effective purification of gases in ceramic filters. The most promising alternative to bag filters for removing dust from hightemperature gases are filters with elements made of porous permeable ceramic materials. Purpose: to develop and propose a scheme of a laboratory setup for studying this process by using filters with large pores in the range of parameters under study by obtaining the effect of generating «secondary» aerosols and observing the breakthrough coefficient at the boundary with an increase in the filtration rate and particle size. Objects. Single-layer filter elements were subjected to research - porous cylinders, two-layer filter elements, combined filter element. The latter was made by applying a layer of powder with larger particles (180 µm) to a single-layer element from a powder with particles of 45 μm in size. The combined filter element consisted of two elements: an outer single-layer element (particle size 180 μm, inner diameter 0,052 m, wall thickness 0,004 m) and a coaxial two-layer one inserted into it. The deposition of transformer oil aerosols obtained by spraying in a special fog generator was studied. The dispersed composition and concentration of aerosols before and after the filter were determined using a five-stage cascade impactor. Methods. Laboratory studies were carried out according to the proposed methods for the effective purification of gases in ceramic filters at a temperature of 600 °C and more. However, the further development of these studies was hampered by the lack of sufficiently economical domestic ceramic porous filter elements. The most promising alternative to bag filters for dust removal of high-temperature gases are filters, the filter element of which is made of porous permeable ceramic materials - special type of ceramics made by special technological methods with increased porosity and with appropriate sizes and shapes of pores. While testing, the following characteristics were recorded: the hydraulic resistance of the sample, the temperature and air flow, the concentration and size of the droplets before and after the filter. The technology for creating porous permeable ceramic materials from powders is as follows: obtaining a narrowly fractionated filler powder (electrocorundum, disthene-sillimanite), selecting a technological binder (clay) and a temporary binder (polyvinyl alcohol), mixing the components in a certain ratio, pressing (specific pressure 30 MPa), drying (at 150-150 °C) and firing (at 1200-1300 °C) samples. The technology for creating porous permeable ceramic materials from fibers is as follows: obtaining an aqueous suspension of silicate fibers of a certain length (1-5 mm), molding samples by slip casting, drying and firing. A membrane was applied to a number of porous powder samples in order to create samples with a small pore size and evaluate their properties. The results of the study of the relationship between the hydraulic resistance Δр of the filter elements and the flow rate of the droplet gas mixture were analyzed in the criterion form in order to exclude the influence of the individual characteristics of the samples and test conditions. The effect of generating «secondary» aerosols was established and confirmed by processing the results. The efficiency of filtration with two-layer and combined filters reaches 99,96 %. The obtained research results indicate the expediency of using ceramic filter elements in industrial devices

Increasing the efficiency of separating liquid systems on the basis of improving energy characteristics in rotors of filtering centrifuges of various designs

Актуальность исследования обусловлены необходимостью обеспечить более эффективную экономичность, повышения надежности и долговечности, эффективности и производительности работы центрифуг. Требуется получение и изучение их энергетических характеристик, особенно связанных с затратами энергии на преодоление различных вредных сопротивлений. Получение энергетических характеристик центрифуг также необходимо для создания новых приводов, так как применяемая в настоящее время в приводах промышленных центрифуг ременная передача имеет существенные недостатки, отдельные из которых недопустимы. Цель: на основании результатов экспериментальных исследований предложить новую математическую модель движения разделяемой системы в роторах фильтрующих центрифуг с центробежной и шнековой выгрузкой осадка при тонкослойном фильтровании суспензий со среднезернистой твердой фазой и объемной концентрацией меньше 60 %. Объекты. Исследуются процессы в роторах фильтрующих центрифуг с центробежной и шнековой выгрузкой осадка при тонкослойном фильтровании суспензий со среднезернистой твердой фазой. Экспериментально в роторах рассматриваемых центрифуг удается различить две зоны - зону напорного фильтрования и зону центробежного отжима. При нарушении режима фильтрования суспензия из зоны напорного фильтрования может попадать в зону центробежного отжима. В местах прорывов суспензии, как и в зоне напорного фильтрования, слой осадка смывается. Методы. Согласно разработанной математической модели, ротор по образующей разделен на две зоны. В зоне I осадок отсутствует, он смывается потоком суспензии и отбрасывается в зону II, где происходит накопление осадка с объемной влажностью порядка 40-50 %. Осадок в зоне II накапливается до тех пор, пока напряжения от тангенциальной составляющей центробежной силы не станут равными внутренним касательным напряжениям в осадке. После этого осадок начинает двигаться вдоль ротора, постепенно освобождаясь от влаги. Для определения длины зоны напорного фильтрования составлено дифференциальное уравнение, описывающее течение жидкости вдоль ротора (в виде тонкой пленки) с одновременной фильтрацией ее через сито. Рассматривается движение осадка в зоне II. В первом приближении к реологической модели принимается осадок за неньютоновскую жидкость. Результаты. Предложенная на основе проведенных аналитических и экспериментальных исследований математическая модель движения разделяемой системы в коническом роторе позволяет определить длину зоны напорного фильтрования и рассчитать параметры процесса, обеспечивающие наличие в роторе зоны осадка, а также определить продолжительность пребывания осадка в роторе, зная которую можно по известным формулам вычислить влажность получаемого осадка.The relevance of the research is caused by the need to provide more efficient economy, improve reliability and durability, efficiency and productivity of centrifuges. It is required to obtain and study their energy characteristics, especially those associated with energy costs to overcome various harmful resistances. Obtaining the energy characteristics of centrifuges is also necessary to create new drives, since the belt drive currently used in industrial centrifuge drives has significant drawbacks, some of which are unacceptable. Purpose: based on the results of experimental studies, propose a new mathematical model for a separated system movement in the rotors of filter centrifuges with centrifugal and screw unloading of sediment in thin-layer filtration of suspensions with a medium-grained solid phase and a volume concentration of less than 60 %. Objects. The processes in the rotors of filtering centrifuges with centrifugal and screw unloading of sludge during thin-layer filtration of suspensions with a medium-grained solid phase are studied. Experimentally, in the rotors of the centrifuges under consideration, it is possible to distinguish two zones - the pressure filtration zone and the centrifugal pressing zone. If the filtration mode is violated, the suspension from the pressure filtration zone can fall into the centrifugal pressing zone. In places of suspension breakthroughs, as well as in the pressure filtration zone, the sediment layer is washed off. Methods. According to the developed mathematical model, the rotor is divided into two zones along the generatrix. There is no sediment in zone I, it is washed away by the suspension flow and thrown into zone II, where sediment is accumulated with a volumetric moisture content of about 40-50 %. Sediment in zone II is accumulated until the stresses from the tangential component of the centrifugal force become equal to the internal shear stresses in the sediment. After that, the sediment begins to move along the rotor, gradually freeing itself from moisture. To determine the length of the pressure filtration zone, a differential equation was compiled that describes the flow of liquid along the rotor (in the form of a thin film) with its simultaneous filtration through a sieve. The sediment movement in zone II is considered. In the first approximation to the rheological model, the sediment is taken as a non-Newtonian liquid. Results. The mathematical model of the movement of the separated system in the conical rotor proposed on the basis of the conducted analytical and experimental studies makes it possible to determine the length of the pressure filtration zone and calculate the process parameters that ensure the presence of a zone and sediment in the rotor, as well as determine the duration of the sediment in the rotor, knowing which, one can according to known formulas, calculate the moisture content of the resulting sediment