СКВАЖИННЫЙ ИСТОЧНИК ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 1999 года по МПК E21B28/00 E21B43/25 

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли, в частности к устройствам для интенсификации скважинной добычи жидких полезных ископаемых - пресных и минеральных вод, а также нефти.

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 клапанными седлами, закрепленными на внутренней поверхности стенок нижней 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 высокого давления, 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 размещенных друг в друге 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 сообщаются с атмосферным воздухом, предварительно сжимаемым столбом скважинной жидкости при спуске в скважину, и с последующим сжатием промывочной жидкостью при работе клапана гидроударника, выполняющего роль запорного клапана, могут выполнять роль газового аккумулятора.

Известны конструкции газоаккумуляторов в скважинных импульсаторах с центральной агентопроводящей трубой, верхним концом прикрепленной к верхнему переходнику с совмещением каналов для подачи промывочной жидкости и образованием в кольцевом зазоре между центральной трубой и корпусом импульсатора кольцевой газонаполненной аккумуляторной камеры.

Работа таких газовых аккумуляторов малоэффективна из-за малого запаса потенциальной энергии атмосферного воздуха, сжатого до тонкого слоя, и значительных потерь этой энергии при выбросе жидкости через каналы малого размера и сложного сечения.

Известны взрывные импульсные устройства для наполнения газовых взрывных камер газом перед взрывом с размещением контейнеров с химическим реагентом, реагирующим с водой в нижней части взрывной камеры /3/. После вызова разового взрыва такое устройство требует очередного подъема на поверхность и размещения новой порции реагента.

Известно выбранное в качестве ближайшего аналога устройство скважинное для создания импульсов, включающее переходник с каналом для подвода промывочной жидкости, трубчатый корпус с запорным клапаном и внутреннюю трубу, вставленную в трубчатый корпус и присоединенную верхним концом к переходнику /4/.

Это известное устройство имеет повышенную сложность в изготовлении и ненадежно в работе.

Цель изобретения - повышение эффективности импульсного воздействия на водозаборные части скважин и глубокие зоны коллекторов путем генерирования газа для увеличения его давления в газовом аккумуляторе при спуске источника импульсов в скважину, заполненную водой, а также его восполнения при потерях во время импульсной обработки водоносных горизонтов.

Поставленная цель достигается тем, что скважинный источник для создания импульсов, включающий переходник с каналом для подвода промывочной жидкости, трубчатый корпус с запорным клапаном и внутреннюю трубу, вставленную в трубчатый корпус и присоединенную верхним концом к переходнику, согласно изобретению содержит газовый вентиль и трубчатый корпус с запорным клапаном и внутреннюю трубу, вставленную в трубчатый корпус и присоединенную верхним концом к переходнику, которые образуют газоаккумуляторную камеру, сообщающуюся с окружающей средой через газовый вентиль, при этом верхняя часть газоаккумуляторной камеры представлена в виде генератора газа и снабжена перфорированным поддоном для размещения химического реагента, а переходник выполнен с герметичным люком для его загрузки. Запорный клапан выполнен в виде ниппельной части трубчатого корпуса с последовательно размещенными сверху вниз на внутренней его поверхности упором, радиальными выхлопными окнами и кольцевой расточкой, в которой установлен подпружиненный относительно трубчатого корпуса с возможностью перемещения вниз кольцевой поршень. В самом поршне выполнены радиальные каналы с размещением в них запорных шаров, имеющих возможность последовательно совмещаться и взаимодействовать с внутренними стенками кольцевой расточки ниппельной части трубчатого корпуса и кольцевой выточки на внешней цилиндрической поверхности подпружиненного относительно трубчатого корпуса внутреннего поршня.

Внутренний поршень может быть подпружинен относительно кольцевого поршня. В качестве варианта выполнения конструкции скважинного источника для создания импульсов может быть то, что канал внутренней трубы ниже газоакумуляторной камеры снабжается обратным клапаном.

Такое выполнение скважинного источника исключает необходимость применения компрессоров для предварительного наполнения сжатым газом газового аккумулятора и устройства дополнительных герметизирующих клапанов. Кроме того, возможность принудительной подачи в газоаккумуляторную камеру скважинной жидкости и промывочной жидкости позволяет генерировать новую порцию газа после потерь его в процессе импульсной обработки водоносных пластов. Тем самым обеспечивается постоянный высокий уровень энергетического импульсного воздействия в скважине.

На фиг. 1 представлена конструкция скважинного источника с генератором газа для создания импульсов с обратным клапаном, размещенным на конце внутренней трубы с внутренним и кольцевым поршнями запорного клапана, подпружиненными относительно трубчатого корпуса.

На фиг. 2 показан вариант выполнения конструкции скважинного источника импульсов, изображенного на фиг. 1, с внутренней трубой без обратного клапана и внутренним поршнем, подпружиненным относительно кольцевого поршня.

На фиг. 3 - возможное выполнение скважинного источника импульсов с внутренней трубой и запорным клапаном, сбрасываемым в скважину через трубы для подачи промывочной жидкости.

Скважинный источник для создания импульсов (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3) включает переходник 1 с каналом 2 для подвода промывочной жидкости и газовый вентиль 3, трубчатый корпус 4 с запорным клапаном 5 и внутреннюю трубу 6.

Внутренняя труба 6 вставлена в трубчатый корпус 4 и присоединена верхним концом к переходнику 1 с образованием газоаккумуляторной камеры 7. Газоаккумуляторная камера 7 сообщается с окружающей средой через вентиль 3 при контрольном сбросе сжатого воздуха при подъеме источника из скважины. Переходник имеет герметически закрываемый люк 8.

Верхняя часть 9 - газогенератор газоаккумуляторной камеры 7, образованный нижним торцом переходника 1 и стенками трубчатого корпуса 4 и внутренней трубой 6, снабжена поддоном 10 для размещения химических реагентов для генерирования газа.

Для центрации внутренней трубы может быть применена кольцевая перегородка 11, в седлах 12 которой возможна установка шаровых клапанов 3 (изображены пунктиром).

Нижняя часть трубчатого корпуса оборудуется запорным клапаном 5, выполненным или в виде седла 14 со сбрасываемым шаровым упругим элементом 15 (фиг. 3) или в виде поршневого устройства (фиг. 1 и фиг. 2) с запорными шарами 16. Этот тип запорного клапана выполнен из ниппельной части 17 трубчатого корпуса, на внутренней поверхности которого последовательно размещены сверху вниз упор 18, радиальные выхлопные окна 19 и кольцевая расточка 20. Внутри ниппельной части 17 установлен кольцевой поршень 21, подпружиненный относительно трубчатого корпуса 4. Благодаря упору 18 кольцевой поршень 2 из верхнего положения может перемещаться только вниз. Кольцевой поршень 21 снабжен радиальными каналами 22, в которых размещены запорные шары 16. Запорные шары 16 могут последовательно совмещаться и взаимодействовать с внутренними стенками кольцевой расточки 20 ниппельной части 17 трубчатого корпуса 4 и кольцевой выточки 23 на внешней цилиндрической поверхности подпружиненного относительно трубчатого корпуса внутреннего поршня 24.

Внутренний поршень 24, помещенный в канал 25 кольцевого поршня, может быть подпружинен как относительно трубчатого корпуса 4 (фиг. 1), так и относительно кольцевого поршня 21 (фиг. 2).

Канал для подачи промывочной жидкости оборудуется обратным клапаном 26, который может быть выполнен или в канале переходника 1 (фиг. 2 и фиг. 3) или на конце внутренней трубы 6 (фиг. 1).

Максимальный подъем внутреннего поршня в канале кольцевого поршня ограничен пластиной 27 (фиг. 1) или гайками 28 (фиг. 2).

Скважинный источник импульсов работает следующим образом:
Перед спуском источника импульсов в скважину на поддоне 10 в верхней части 9 - газогенератора газоаккумуляторной камеры 7 размещают химический реагент 27, который при контакте с водой интенсивно выделяет газ. В качестве реагента может быть использован карбид кальция и другие допускаемые ПДК к использованию вещества. Образовавшиеся в ходе химической реакции (ацетилен) дополнительные примеси и остатки реакции в дальнейшем могут быть удалены из скважины при интенсивной пробной откачке воды.

Для размещения химического реагента в камере газогенератора используется герметичный люк. Перед спуском источника импульсов герметично закрывают вентилем спускное газовое отверстие.

При спуске в скважину на промывочных трубах (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3) даже в случае открытого доступа скважинной воды в трубчатый корпус через открытый канал 2 и седло запорного клапана, запорный канал (на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 изображен без позиций, когда упругий шар в канал для закачки промывочной жидкости не заброшен), выделение газа из реагента будет незначительным, так как контакту воды с реагентами будет препятствовать газовый пузырь, находящийся в газовом аккумуляторе 9. При применении в конструкции скважинного источника поршневого запорного устройства 5 (с находящимися в верхнем положении кольцевого 21 и внутреннего 24 поршнями и зафиксированными запорными шарами 16) будет при спуске в скважину дополнительно ограничен доступ воды в газовый аккумулятор.

После установки в зоне водоприема источника для создания импульсов в промывочные трубы с помощью бурового насоса закачивается вода. Промывочная вода, пройдя через каналы в переходнике и в газовом аккумуляторе и обратный клапан, перекроет канал седла запорным клапаном 5 или, встретив сопротивление кольцевого 21 и внутреннего 24 поршней, будет подниматься в полость газового аккумулятора 7 и сжимать находящийся и предварительно сжатый в нем газ поступившей через нижние зазоры и каналы скважинной жидкостью.

В дальнейшем при сжатии газа до контакта поднявшейся воды с химическим реагентом 29 выделение газа будет интенсифицировано за счет химической реакции (с карбидом кальция).

Работа газового генератора 9 будет способствовать максимальному наполнению газом камеры газового аккумулятора 7 под гидравлическим давлением столба жидкости в скважине.

При наличии обратного клапана, перекрывающего снизу камеру газового аккумулятора, в камере может быть создано дополнительное давление выше гидростатического давления в интервале обработки водоносного горизонта.

Далее при сжатии газа в газовом аккумуляторе до давления, при котором внутренний поршень 24 сожмет свою пружину и передвинется вниз до совмещения кольцевой выточки 23 с контактирующими с внешней поверхностью внутреннего поршня запорными шарами 16. При этом шары 16, размещенные в радиальных каналах под действием сил взаимодействия внешних шаров 16 с поверхностями кольцевой расточки 20 на внутренней поверхности ниппельной части 17 трубчатого корпуса, переместятся в кольцевую выточку 23 внутреннего поршня 24 и расфиксируют кольцевой поршень 21 с ниппельной частью 17 трубчатого корпуса 4 при расчетном усилии сжатия пружины малого поршня, равного максимальному давлению, создаваемому промывочным буровым насосом (у геологоразведочных насосов - это давление более 40-50 атм, а у нефтяных насосов более 200-250 атм).

Под действием давления насоса кольцевой поршень 21 переместится вниз и откроет радиальные выхлопные окна 19 для выпуска поступившей в газовый аккумулятор 7 порции воды для сжатия газа и создания гидроудара в скважине.

Распространению упругой волны гидроудара по внутреннему каналу вверх до промывочных буровых насосов будет препятствовать обратный клапан 26, установленный в канале для прохождения промывочной жидкости.

После сброса давления в канале для прокачки промывочной жидкости кольцевой 21 и внутренний 34 поршни под действием пружин будут возвращены в исходное положение до упора кольцевого поршня 21 в упор 18 ниппельной части 17 трубчатого корпуса 4, а внутреннего поршня с упором ограничительной пластины 27 (фиг. 1) или гаек 28 (фиг. 2) в нижний торец кольцевого поршня 21.

При этом радиальные запорные шары 16 усилием стенки кольцевой выточки 23 будут вытеснены в кольцевую внутреннюю расточку 20 ниппельной части 17 трубчатого корпуса 4 и зафиксируют кольцевой поршень 21 относительно трубчатого корпуса 4.

При последующем прекращении и возобновления закачки промывочной жидкости в промывочные трубы процесс создания гидроударного импульса повторяется. При применении в качестве запорного клапана 5 седла 14 со сбросовыми упругими шарами 15 для создания серии гидроударов требуется многократное сбрасывание шаров.

Использование обратных клапанов 13, установленных в нижней части газового аккумулятора, позволит увеличить сжатие газа и тем самым получить гидроудары повышенных энергией.

Источники информации, принятые во внимание:
1. Патент Российской Федерации 2012812, МКИ E 21 C 45/00, 1994 г.

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

3. Романенко В. А. Подготовка водозаборных скважин к эксплуатации. Л., Недра, 1990 г., стр. 56, рис. 23.

4. Авторское свидетельство СССР N 1716108, МКИ E 21 B 43/25, 1992 г.

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли, в частности к устройствам для интенсификации скважинной добычи жидких полезных ископаемых, например пресной и минеральной воды. Скважинный источник для создания импульсов включает переходник с каналом для подвода промывочной жидкости и газовый вентиль. Трубчатый корпус имеет запорный клапан и внутреннюю трубу. Внутренняя труба присоединена верхним концом к переходнику с образованием газоаккумуляторной камеры, сообщающейся с окружающей средой через вентиль. Верхняя часть газоаккумуляторной камеры снабжена перфорированным поддоном для размещения химического реагента. Переходник выполнен с герметичным люком для его загрузки. Запорный клапан выполнен в виде ниппельной части трубчатого корпуса с последовательно размещенными сверху вниз на внутренней его поверхности упором, радиальными выхлопными окнами и кольцевой расточкой. Кольцевой поршень имеет радиальные каналы. В каналах размещены запорные шары, имеющие возможность последовательно совмещаться и взаимодействовать с внутренними стенками кольцевой расточки ниппельной части трубчатого корпуса и кольцевой выточки на внешней цилиндрической поверхности подпружиненного относительно трубчатого корпуса внутреннего поршня. Канал внутренней трубы может быть снабжен обратным клапаном ниже газоаккумуляторной камеры. Использование изобретения позволяет повысить эффективность импульсного воздействия на водозаборные части скважин и глубокие зоны коллекторов путем генерирования газа для увеличения его давления в газовом аккумуляторе при спуске источника импульсов в скважину, заполненную водой, а также его восполнения при потерях во время импульсной обработки водоносных горизонтов. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Скважинный источник для создания импульсов, включающий переходник с каналом для подвода промывочной жидкости, трубчатый корпус с запорным клапаном и внутреннюю трубу, вставленную в трубчатый корпус и присоединенную верхним концом к переходнику, отличающийся тем, что он содержит газовый вентиль, а трубчатый корпус с запорным клапаном и внутренняя труба, вставленная в трубчатый корпус и присоединенная верхним концом к переходнику, образуют газоаккумуляторную камеру, сообщающуюся с окружающей средой через газовый вентиль, при этом верхняя часть газоаккумуляторной камеры представлена в виде генератора газа и снабжена перфорированным поддоном для размещения химического реагента, а переходник выполнен с герметичным люком для его загрузки. 2. Скважинный источник для создания импульсов по п.1, отличающийся тем, что запорный клапан выполнен в виде ниппельной части трубчатого корпуса с последовательно размещенными сверху вниз на внутренней его поверхности упором, радиальными выхлопными окнами и кольцевой расточкой, в которой установлен подпружиненный относительно трубчатого корпуса с возможностью перемещения вниз кольцевой поршень с радиальными каналами и размещенными в них запорными шарами, имеющими возможность последовательно совмещаться и взаимодействовать с внутренними стенками кольцевой расточки ниппельной части трубчатого корпуса и кольцевой выточки на внешней цилиндрической поверхности подпружиненного относительно трубчатого корпуса внутреннего поршня. 3. Скважинный источник для создания импульсов по п.2, отличающийся тем, что внутренний поршень подпружинен относительно кольцевого поршня. 4. Скважинный источник для создания импульсов по п.1, отличающийся тем, что канал для подвода промывочной жидкости в переходнике или на нижнем конце внутренней трубы снабжен обратным клапаном.