ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПУЛЬСАТОР Российский патент 1996 года по МПК E21B43/25 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к технике по волновому воздействию на продуктивные пласты.

Известен забойный пульсатор, содержащий полый корпус с окнами, заглушенный гайкой, переводник и подпружиненный клапан, расположенный внутри корпуса [1] Недостатком этого устройства является низкая эффективность его работы.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является вибратор [2] содержащий корпус с выходными клапанами, рабочую камеру с установленным в ней рабочим органом двойного действия с возможностью перекрытия выходных каналов жидкости.

Недостатком этого устройства является ненадежность его работы и ограниченные возможности по диапазону характеристик вырабатываемых гидравлических импульсов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в гидродинамическом пульсаторе, содержащем корпус, рабочую камеру с выходными каналами и установленным в ней рабочим органом двойного действия с возможностью перекрытия выходных каналов, сама рабочая камера выполнена изолированной от корпуса с возможностью сообщения с ним посредством дроссельных каналов, а клапан двойного действия выполнен в виде шайбы с возможностью перекрытия одного из каналов для выхода жидкости. Кроме того, гидродинамический пульсатор снабжен импульсными трубками, сообщенными через выходные каналы с рабочей камерой. При этом импульсные трубки могут быть направлены в противоположные стороны от рабочего органа, выше которого установлена перекрестная муфта, сообщающая импульсную трубку, направленную вверх, с затрубным пространством. Причем рабочий орган с импульсной трубкой, направленной вверх, и перекрестной муфтой выполнен в виде вставного узла, снабженного обратным клапаном.

Техническим преимуществом предлагаемого гидродинамического пульсатора является то, что он более надежен в работе и его применение позволяет генерировать гидравлические импульсы на забое скважины в более широком диапазоне частот. Выполнение рабочей камеры изолированной от корпуса и соединенной с ним посредством дроссельных каналов обеспечит автоматический запуск в работу рабочего органа двойного действия, предназначенного для поочередного перекрытия выходных каналов. Наличие импульсных трубок позволит перевести работу пульсатора в режим автоколебания. Различная длина и диаметр импульсных трубок обеспечат соответствующие частоты и амплитуды скачков давления импульсов. Направление импульсных трубок в противоположные стороны позволяет увеличить амплитуду импульсов, распространяющихся от пульсатора к забою скважины, а выполнение рабочего органа с импульсной трубкой, направленной вверх, и перекрестной муфтой в виде вставного узла позволяет упростить демонтаж гидродинамического пульсатора.

На фиг. 1 изображен гидродинамический пульсатор, общий вид; на фиг.2 пульсатор с импульсными трубками, направленными в противоположные стороны, общий вид; на фиг.3 гидродинамический пульсатор, в котором рабочий орган с импульсной трубкой, направленной вверх, выполнен в виде вставного узла.

Гидродинамический пульсатор содержит корпус 1, канал 2 для подвода рабочей жидкости, рабочий орган, включающий в себя цилиндрическую рабочую камеру 3 с дроссельными отверстиями 4 и выходными каналами 5 6 и двусторонний отбойный клапан в виде отбойной шайбы 7, попеременно перекрывающий выходные каналы 5,6, а также импульсные трубки 8, 9, сообщенные через выходные каналы 5 и 6 с рабочей камерой 3. В случае, когда импульсные трубки направлены в разные стороны (фиг. 2 и 3), пульсатор снабжен перекрестной муфтой 10, а при вставном варианте пульсатора (фиг.3) последний снабжен обратным клапаном 11.

Гидродинамический пульсатор работает следующим образом.

Рабочая жидкость по каналу 2 через дроссельные отверстия 4 поступает в рабочую камеру 3 и выходит через выходной канал 5 в импульсную трубку 8. Пpи определенном давлении рабочей жидкости создается дисбаланс сил, действующих на шайбу 7. При этом отталкивающие шайбу усилия от седла перекрытого канала 6 превосходят прижимающие усилия со стороны каналы 5 вследствие того, что в "мертвой зоне" 12 давление в жидкости практически равно рабочему, а в зоне 13 это давление ниже из-за гидравлических потерь, возникающих при прохождении жидкости через дроссельные отверстия 4. В результате такого дисбаланса сил отбойная шайба 7 перебрасывается от седла перекрытого канала к седлу канала, выводящего жидкость (в данном случае по фиг. слева направо). После того, как шайба 7 перекрывает какой-либо канал, опять возникает дисбаланс си, перебрасывающий ее к седлу другого канала.

Таким образом, происходит запуск гидродинамического пульсатора. В дальнейшем работа отбойного клапана переходит в автоколебательный режим и зависит от отраженных импульсов давления, возникающих в импульсных трубках. Действительно, в момент перекрытий одной из импульсных трубок в ней за счет инерционного движения разогнанной жидкости возникает разрежение. В этот момент шайба, перекрывающая канал, соединяющий рабочую камеру с данной импульсной трубкой, не сможет оторваться от седла и перекрыть другой канал, так как возникшее давление разрежения не позволит образоваться дисбалансу сил. После того, как скорость жидкости в импульсной трубке упадет до нуля, возникает обратный скачок давления, равный гидростатическому давлению, который, пройдя за время Т L/c, где L длина импульсной трубки; с скорость звука в рабочей жидкости, в ее начало (к рабочей камере), практически удвоится (см. Черный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах; М. Недра, 1975, с.77) и создаст условия для переброски шайбы к другому выходному каналу и т. д. Пpи этом общая продолжительность импульсов давления, равная Т_о 2L/с, будет характеризовать частоту работы пульсатора.

Величина давления импульсов при постоянном расходе рабочей жидкости зависит от площади поперечного сечения импульсных трубок
Р К_о(Q_p/f_т), где Р величина импульса давления;
Q_р расход рабочей жидкости;
f_т площадь поперечного сечения трубок;
К_о коэффициент волнового сопротивления среды.

Таким образом, подбор геометрических характеристик импульсных трубок позволяет осуществлять генерирование импульсов с заданными характеристиками.

Работа рабочего органа гидродинамического пульсатора происходит таким образом, что в момент перекрытия одной импульсной трубки одновременно открывается другая, т.е. можно считать, что в одной и той же точке одновременно формируется как положительный, так и отрицательный импульс, которые, распространяясь по различным импульсным трубкам, выходят из них в общее пространство. В нашем случае этим пространством является ствол скважины, заполненный жидкостью, который, в свою очередь, также является своеобразным волноводом. При этом для более эффективной работы гидродинамического пульсатора необходимо создать такие условия, при которых генерируемые импульсы при выходе из трубок изначально не гасили бы друг друга.

Рассмотрим вариант, когда обе импульсные трубки, имея разную длину, направлены в одну сторону, например, вниз (фиг.1). Так как нас интересует, в основном, нижняя часть ствола скважины, то рассмотрим картину формирования импульсов именно в этой части. Выходящие из трубок импульсы распространяются по стволу скважины как вниз, так и вверх. Импульсы, распространяющиеся вверх от длинной трубки, накладываются на импульсы, которые распространяются вниз от короткой трубки. Так как импульсы формируются в одной и той же точке одновременно и распространяются с одной и той же скоростью, то вышеуказанная накладка импульсов будет происходить в противофазе, т.е. импульсы, встречающиеся между концами короткой и длинной трубок, будут большей частью гасить друг друга. В этом случае вниз по стволу скважины будут распространяться импульсы с уменьшенной по сравнению с первоначальной амплитудой давления.

Повысить эффективность работы гидродинамического пульсатора можно задержкой во времени одного и противоположных по знаку импульсов. Такую задержку можно осуществить, направив импульсные трубки в противоположные стороны (фиг.2). Тогда задержка импульса от трубки, направленной вверх, составит
t 2L_в/c где t время задержки импульса;
L_в длина трубки, направленной вверх;
с скорость звука в жидкости.

Такая задержки обеспечивает (вследствие наложения по фазе) увеличение амплитуды давления по сравнению с первоначальной импульсов, распространяющихся вниз по стволу скважины.

С целью упрощения демонтажа гидродинамического пульсатора рабочий орган с одной из импульсных трубок и перекрестной муфтой выполнен в виде вставного узла, снабженного обратным клапаном. Демонтаж такого устройства осуществляется вымыванием съемного элемента жидкостью путем обратной циркуляции в скважине.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к технике по волновому воздействию на продуктивные пласты. Сущность изобретения: гидродинамический пульсатор включает полый корпус (ПК) с выходными каналами (ВК), камеру (К) с установленным в ней рабочим органом двойного действия с возможностью перекрытия ВК и импульсные трубки (ИТ). ИТ соединены с К посредством ВК. К выполнена с возможностью сообщения с ПК посредством дроссельных каналов. Рабочий орган выполнен в виде шайбы с возможностью поочередного перекрытия ВК. ИТ могут быть направлены в противоположные стороны. Выше К установлена перекрестная муфта (ПМ). ИТ, направленная вверх, сообщает К с затрубным пространством. ПМ снабжена обратным клапаном. К, ИТ, направленная вверх, и ПМ выполнены в виде съемного узла. 2 з. п. ф-лы; 3 ил.

1. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПУЛЬСАТОР, включающий полый корпус с выходными каналами, камеру с установленным в ней рабочим органом двойного действия с возможностью перекрытия выходных каналов, отличающийся тем, что он снабжен импульсными трубками, соединенными с камерой посредством выходных каналов, при этом камера выполнена с возможностью сообщения с полым корпусом посредством дроссельных каналов, а рабочий орган двойного действия выполнен в виде шайбы с возможностью поочередного перекрытия выходных каналов. 2. Пульсатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен перекрестной муфтой, установленной в корпусе выше камеры, при этом импульсные трубки направлены в противоположные стороны, причем импульсная трубка, направленная вверх, сообщает камеру с затрубным пространством. 3. Пульсатор по п.2, отличающийся тем, что перекрестная муфта снабжена обратным клапаном, а камера, импульсная трубка, направленная вверх, и перекрестная муфта выполнены в виде съемного узла.