СКВАЖИННЫЙ ИМПУЛЬСАТОР Российский патент 1999 года по МПК E21B43/00 E21C45/00 E21B7/18 

Скважинный импульсатор относится к горнодобывающей отрасли, в частности к устройствам для интенсификации скважинной добычи жидких полезных ископаемых, например - пресных и минеральных вод.

Известен снаряд для скважинной гидродобычи рыхлых и жидких полезных ископаемых с применением пневмоимпульсного устройства, включающего агентоподающую трубу с дозатором сбрасываемых шаров в верхней части, и с канальными седлами, закрепленными на внутренней поверхности стенок нижней части трубы [1].

К недостаткам известного снаряда следует отнести то, что для создания импульсов с высокой энергией в качестве агентов используются газ и газожидкостная смесь, подаваемые в скважину дорогостоящими и дефицитными бустерами высоких давлений, а для перекрытия каналов клапанных седел применяются шары, транспортируемые по каналам агентоподающих труб, относительно небольших диаметров. Последнее обстоятельство предопределяет необходимость применения клапанных седел с малыми площадями сечений каналов, что служит причиной снижения энергии импульсов выбрасываемого сжатого воздуха при продавливании упругих шаров через клапанные седла.

Известен жесткий отражатель гидравлических волн, включающий трубчатый корпус, вставку из двух концентрически помещенных друг в друга труб, верхнего и нижнего переходников для соединения с бурильными трубами и с гидроударником для интенсификации бурения скважин. Трубы вставки образуют отражательную полость из двух концентрических камер, сообщающихся своими верхними частями, а внизу имеющими вход жидкости через отверстие центральной трубы и тупик, образованный стенками внешней и внутренней труб вставки и днищем [2].

Концентрические камеры отражателя с атмосферными воздухом, предварительно сжимаемым столбом скважинной жидкости при спуске в скважину и с последующим сжатием промывочной жидкостью при работе клапана гидроударника, могут выполнять роль газового аккумулятора.

Однако работа такого газового аккумулятора малоэффективна из-за малого запаса потенциальной энергии сжатого до тонкого слоя атмосферного воздуха и значительных потерь этой энергии при выбросе жидкости через каналы малого размера и сложного сечения.

Цель изобретения - повышение эффективности импульсного воздействия на водозаборные части скважин и глубокие зоны коллекторов путем увеличения энергетической емкости и снижения потерь энергии при выходе импульсов из газового аккумулятора в скважину.

Поставленная цель достигается тем, что скважинный импульсатор включает переходник с центральным каналом для подвода жидкости и боковой газоподводящий канал с установленными в них обратными клапанами.

С переходником соединены концентрически размещенные относительно друг друга трубчатый корпус, в нижней части которого установлен запорный клапан, и внутренняя труба, выполняющая роль газоаккумуляторной камеры. Полость внутренней трубы соединена с боковым каналом, а межтрубное пространство между трубчатым корпусом и внутренней трубой соединено с центральным каналом переходника.

Новым в конструкции скважинного импульсатора является то, что газоаккумуляторная камера снабжена выпускным клапаном, установленным в нижней ее части. Выпускной клапан газоаккумуляторной камеры может быть выполнен из материала, удельный вес которого меньше, чем у промывочной жидкости, или в виде поворотной задвижки. Отличительной особенностью запорного клапана скважинного импульсатора перед существующими конструкциями является то, что он выполнен в виде кольцевого упругого элемента, одетого на конический жесткий наконечник с увеличивающимся вверх диаметром. Сверху и снизу конический жесткий наконечник имеет ограничительные упоры и закреплен на конце подпружиненного относительно трубчатого корпуса штока-толкателя устройства для возврата запорного клапана в исходное положение. Шток-толкатель перемещается вместе с коническим жестким наконечником относительно двухстороннего седла, закрепленного на стенках трубчатого корпуса над радиальными каналами.

Дополнительными отличиями конструкции скважинного импульсатора является то, что выпускной клапан газоаккумуляторной камеры выполнен в виде поворотной задвижки, а нижняя часть выпускного клапана газоаккумуляторной камеры и верхняя часть запорного клапана снабжены взаимозапирающимся устройством.

Такое выполнение скважинного импульсатора обеспечивает возможность перед спуском в скважину наполнить баллонным газом (воздухом или азотом) газовый аккумулятор или закачать его воздухом с помощью компрессоров с малой производительностью под давлением, равным или приближающимся к величине давления столба скважинной жидкости в интервале обработки продуктивного горизонта. После спуска скважинного импульсатора в скважину и включении насосов буровых установок газ сжимается промывочной жидкостью до давления 4 МПа и более, что позволяет при открытии запорного клапана и выбросе сжатым газом порции промывочной жидкости в скважину получить гидравлический удар высокой энергии. В глубоких скважинах с высоким столбом скважинной жидкости в качестве рабочего агента должны быть использованы газ или ГЖС.

На фиг. 1 представлена конструкция скважинного импульсатора, установленного в водозаборной скважине; на фиг. 2 и фиг. 3 - поперечные сечения по I-I и II-II импульсатора, представленного на фиг.1; на фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6 - узел A запорного клапана импульсатора с изображением конического жесткого наконечника и кольцевого упругого элемента соответственно в моменты: на фиг. 4 - сжатия газа в газоаккумуляторе и продавливания промывочной жидкостью вниз через двухсторонее седло; на фиг. 5 - открытия радиальных каналов в трубчатом корпусе для выхода промывочной жидкости в скважину в момент гидроудара; на фиг. 6 - продвижения кольцевого упругого элемента через двухстороннее седло вверх при возвращении запорного клапана в исходное положение; на фиг. 7 - вариант выполнения выпускного клапана газоаккумуляторной камеры в виде поворотной задвижки; на фиг. 8 - сечение выходного клапана, изображенного на фиг. 7 в виде поворотной задвижки по III-III.

На фиг. 9 - положение рабочих элементов взаимозапирающегося устройства в момент захвата и прижатия выпускного клапана к седлу внутренней трубы; на фиг. 10 - вид по Б на ключ взаимозапирающегося устройства.

Скважинный импульсатор (фиг. 1 - фиг. 10) включает переходник 1 с центральным каналом 2 для закачки жидкости и боковой газопроводящий канал 3 с установленными в них обратными клапанами. С переходником соединены концентрически размещенные относительно друг друга трубчатый корпус 4 и внутренняя труба 5. Пространство 6 между трубчатым корпусом 4 и внутренней трубой 5 соединены с центральным каналом 2 переходника 1, а внутренняя труба 5, играющая роль газоаккумулятора, сообщается с боковым газоподающим каналом 3.

В нижней части трубчатого корпуса 4 установлен запорный клапан 7 в виде кольцевого упругого элемента 8, одетого на конический жесткий наконечник 9 с увеличивающимся вверх диаметром. Жесткий наконечник 9 имеет сверху и снизу ограничительные упоры 10 и закреплен на конус подпружиненного пружиной 11 относительно днища 12 трубчатого корпуса 4 штока-толкателя 13 устройства возврата в исходное положение. Шток-толкатель 13 вместе с кольцевым упругим элементом 8 размещен в скважинном пульсаторе с возможностью перемещения относительно двухстороннего седла 14, закрепленного на стенках трубчатого корпуса 4.

Шток-толкатель 13 в средней части имеет центратор 15, а внизу снабжен опорным башмаком 16.

Трубчатый корпус 4 выполнен с радиальными каналами 17, расположенными под двусторонним седлом 14.

Нижний конец внутренней трубы 5 оборудован выпускным клапаном 18, в комплект которого входит собственно клапан 19 и седло 20. Клапан может быть выполнен в виде шара или цилиндра с нижней конической частью. Материал, из которого изготовляется клапан 19, имеет вес меньше, чем у промывочной жидкости. Выпускной клапан 18 может быть выполнен в виде упругой оболочки, заполненной жидкостью (фиг. 1) с коэффициентом сжатия близким и удельным весом меньше, чем у промывочной жидкости.

Выпускной клапан 18 газоаккумуляторной камеры может быть выполнен также в виде поворотной задвижки 21 с герметизирующей прокладкой 22, закрепленных на оси 23 и прижатых пружиной кручения 24 к днищу 25 газоаккумуляторной камеры (фиг. 7). Один конец пружины кручения закреплен в днище, а другой на оси поворотной задвижки. В поворотной задвижке 21 и днище 25 выполнены секторные окна 26 и перемычки 27.

Нижняя часть выпускного клапана газоаккумуляторной камеры и верхняя часть конического жесткого наконечника запорного клапана снабжены взаимозапирающимся устройством 28. Взаимозапирающееся устройство выполнено в виде замковой скважины 29 в нижней части выпускного клапана 19 или оси 23 (фиг. 7) и ключа 30, закрепленного на верхней части конического жесткого наконечника 9. Для более надежной фиксации поворотной задвижки 21 относительно днища 25 газоаккумуляторной камеры с закрытыми секторными окнами на днище камеры установлен штырьевой фиксатор 31, а в поворотной задвижке сделано отверстие 32.

Скважинный импульсатор работает следующим образом.

Перед спуском пульсатора в скважину замеряют глубины забоя и расположения границ водозаборной части, а также высоту столба скважинной жидкости над интервалом импульсной обработки.

Затем подсчитывают величину давления скважинной жидкости на глубине импульсного воздействия в скважине. Далее путем подсоединения баллона с сжатым газом или с помощью компрессора закачивают через обратный клапан и боковой газопроводный канал 3 газ в газоаккумулятор до давления, равного давлению скважинной жидкости на глубине импульсной обработки водозаборной части скважины.

Для предотвращения утечки газа при закачке в газоаккумулятор можно воспользоваться взаимозапирающимся устройством 28 и штоком-толкателем 13, плотно прижав выпускной клапан 18 к его седлу 20.

После окончания закачки газа в газовый аккумулятор скважинный импульсатор спускают на трубах до нижнего интервала водоприемной части скважины. Затем по трубам через обратный клапан центрального канала 2 переходника 1, по пространству 6 между трубчатым корпусом 4 и внутренней трубой 5 в полость трубчатого корпуса между выпускным 18 и запорным 7 клапанами буровым насосом закачивается промывочная жидкость.

При этом сначала, под действием потока промывочной жидкости подается вниз кольцевой упругий элемент 8 вместе с коническим жестким наконечником 9, которые перекрывают канал двухстороннего седла 14. Далее под действием возрастающего давления промывочной жидкости отожмется от седла 20 клапан 19 и заключенный в газоаккумуляторе газ будет дожат до расчетного давления, при котором запорный клапан 7 будет продавлен через двухстороннее седло 14.

Затем упругий элемент, скользя по внутренним стенкам трубчатого корпуса 4, откроет радиальные каналы 17 для импульсного выброса промывочной жидкости под действием газа, расширяющегося в газоаккумуляторной камере. При этом произойдет сжатие пружины 11 штока-толкателя 13, упирающейся в днище 12 трубчатого корпуса. Величина энергии возникающего при этом гидроудара зависит от объема газоаккумуляторной камеры, давление сжатого газа, площади поперечного сечения радиальных каналов 17 в трубчатом корпусе 4.

Так как выпускной клапан выполнен из материала легче промывочной жидкости, и он плавает на поверхности промывочной жидкости "О", поступающей в газовый аккумулятор, то весь объем жидкости, участвующей в сжатии газа при открытии запорного клапана, будет выброшен через радиальные каналы трубчатого корпуса в скважину.

После импульсного выброса промывочной жидкости и создания гидроудара в скважине давление промывочной жидкости над запорным клапаном 7 упадет, и кольцевой упругий элемент 8, одетый на конический жесткий наконечник, под действием пружины 11 штока-толкателя 13 будет поднят до контакта с нижней стороной двухстороннего седла 14.

При этом благодаря смещению кольцевого упругого элемента 8 вниз и образованию между ним и штоком-толкателем 13 кольцевого зазора запорный клапан 7 будет без значительных усилий продавлен вверх через двухстороннее седло 14 и возвращен в свое исходное положение.

При значительном давлении столба жидкости в трубах, на которых импульсатор спускается в скважину, запорный клапан 7 может быть также возвращен в исходное положение продавливанием его через двухстороннее седло штоком-толкателем 13 при спуске скважинного импульсатора до забоя скважины и упора в него опорным башмаком 16.

После возвращения запорного клапана в исходное положение импульсатор поднимается до следующего интервала обработки водоприемной части скважины и процесс импульсной обработки повторяется.

Отличие в работе скважинного импульсатора с выпускным клапаном в виде поворотной задвижки от выпускного клапана, изготовленного легче промывочной жидкости, заключается в проведении операций по подготовке газоаккумуляторной камеры и закачке газа и фиксации поворотной задвижки от самопроизвольного открытия.

Перекрытие секторных окон 26 днища 25 газоаккумуляторной камеры осуществляется перед закачкой сжатого воздуха путем нажатия на поворотную задвижку ключом 30, вставленным в замочную скважину 29 с одновременным поворотом. При полном перекрытии секторных окон 26 днища 25 секторными перемычками 27 поворотной задвижки 21 и захода штыря фиксатора 31 в отверстие 32 ключ 30 извлекается из замковой скважины.

Выходу штыря 31 из отверстия 39 во время закачки воздуха и спуска импульсатора в скважину будет препятствовать прижимающее усилие пружин кручения и давление сжатого воздуха на задвижку 21. Открытие секторных окон 26 днища секторными перемычками 27 задвижки 21 в зоне импульсной обработки будет осуществляться поднятием задвижки для выхода штыря фиксатора 31 из отверстия 39 задвижки при увеличении давления над запорным клапаном 7 при продавливании его вниз через двухстороннее седло 14.

При расфиксации задвижка 21 будет повернута в исходное положение под действием пружины кручения 24.

Наиболее эффективно применение скважинного импульсатора при раскольматации фильтров и обработке глубинных зон водовмещающих пород в скважинах глубиной до 100 м с использованием буровых установок, оснащенных буровыми насосами с рабочим давлением нагнетания промывочной жидкости более 4 МПа и укомплектованных компрессорами с давлением сжатого воздуха 6 МПа.

Источники информации
1. Патент Российской Федерации N 2012812, МКИ E 21 C 45/00, 1994 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 823555, МКИ E 21 B 4/00, 1981 г.

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли, в частности к устройствам для интенсификации скважинной добычи жидких полезных ископаемых, например - пресных и минеральных вод. Скважинный импульсатор включает переходник с центральным каналом для подвода жидкости и боковым газоподводящим каналом с установленными в них обратными клапанами. С переходником соединены концентрически размещенные относительно друг друга трубчатый корпус, в нижней части которого установлен запорный клапан, и внутренняя труба, выполняющая роль газоаккумуляторной камеры. Полость газоаккумуляторной камеры соединена с боковым каналом переходника, а межтрубное пространство с его центральным каналом. Новым в конструкции скважинного импульсатора является то, что газоаккумуляторная камера снабжена выпускным клапаном, установленным в нижней ее части. Выпускной клапан камеры выполнен из материала, удельный вес которого меньше, чем у промывочной жидкости. Выпускной клапан может быть выполнен в виде поворотной задвижки. Запорный клапан скважинного импульсатора выполнен в виде кольцевого упругого элемента, одетого на конический жесткий наконечник с увеличивающимся вверх диаметром, имеющим сверху и снизу ограничительные упоры. Жесткий наконечник закреплен на конце подпружиненного относительно трубчатого корпуса штока-толкателя устройства для возврата запорного клапана в исходное положение, перемещающимся относительно двухстороннего седла, закрепленного на стенках трубчатого корпуса над каналами, выходящими в скважину. Нижняя часть выпускного клапана газоаккумуляторной камеры и верхняя часть запорного клапана снабжены взаимозапирающимся устройством. Изобретение позволяют повысить эффективность импульсного воздействия. 4 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Скважинный импульсатор, включающий переходник с центральным каналом для подвода жидкости и боковым газоподводящим каналом с установленными в них обратными клапанами, соединенные с переходником и концентрически размещенные относительно друг друга, трубчатый корпус, в нижней части которого установлен запорный клапан, и внутреннюю трубу, выполняющую роль газоаккумуляторной камеры, полость которой соединена с боковым каналом переходника, а межтрубное пространство - с его центральным каналом, отличающийся тем, что газоаккумуляторная камера снабжена выпускным клапаном, установленным в нижней ее части. 2. Скважинный импульсатор по п.1, отличающийся тем, что выпускной клапан газоаккумуляторной камеры выполнен из материала, удельный вес которого меньше, чем у промывочной жидкости. 3. Скважинный импульсатор по п.1, отличающийся тем, что выпускной клапан газоаккумуляторной камеры выполнен в виде поворотной задвижки. 4. Скважинный импульсатор по п.1, отличающийся тем, что запорный клапан выполнен в виде кольцевого упругого элемента, надетого на конический жесткий наконечник с увеличивающимся вверх диаметром и имеющим сверху и снизу ограничительные упоры, закрепленный на конце подпружиненного относительно трубчатого корпуса штока-толкателя устройства для возврата в исходное положение к перемещающимся относительно двустороннего седла, закрепленного на стенках трубчатого корпуса над радиальными каналами. 5. Скважинный импульсатор по п.1 или 4, отличающийся тем, что нижняя часть выпускного клапана газоаккумуляторной камеры и верхняя часть запорного клапана снабжены взаимозапирающимся устройством.