ГИДРОДИСПЕРГАТОР Российский патент 2000 года по МПК E21B21/06 B01F5/00 

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для интенсификации растворения химических реагентов в жидкостях, активации лежалых цементов и диспергирования порошкообразных и гранулированных материалов, используемых при строительстве скважин.

Известен гидравлической многокамерный активатор класса "струя о преграду" (см. авт.св. N 715766, E 21 B 21/00, опубл. в БИ N 6, 1980 г.) под названием "Устройство для приготовления бурового раствора и регулирования его свойств"
Он содержит полый корпус с последовательно размещенными в корпусе дискам, нечетные из которых имеют выходные отверстия по периферии, а счетные - ближе к оси дисков.

Не умаляя достоинств известного диспергатора, отметим, что ресурс работы диспергатора небольшой, поскольку струи, формирующиеся в одних дисках, разрушают преградные участки последующих дисков.

Известны также механические, вибрационные, ультразвуковые диспергаторы, гидроциклоны, дезинтеграторы (см. книгу Булатова А.И., Измайлова Л.Б. и др. "Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин", -М.: Недра, 1982 г., с. 62). Диспергаторы этих конструкций, как отмечают авторы Горский В.Ф., Жмуркевич Е.И. в журнале "Нефтяная и газовая промышленность", 1983 г., N 2, с. 23, имеют ряд существенных недостатков. Так, например, применение магнитомеханических и ультразвуковых диспергаторов связано с использованием дорогостоящего оборудования и плохо вписывается в технологическую линию цементирования скважин.

Известен активатор цементных растворов класса "струя в струю" (см. книгу Булатова А.И., Измайлова Л.Б. и др. "Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин", -М.: Недра, 1981 г., с. 62), содержащий корпус трубчатый, в котором в двух диаметрально противоположных направлениях вмонтированы патрубки с конусоидальными насадками.

Работа активатора основана на использовании кинетической энергии турбулентных потоков, выходящих из двух насадок. Вследствие возникающего кавитационного эффекта происходит разрушение скомковавшихся лежалых цементов и гидратных оболочек на частицах цемента.

Указанное устройство по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Однако известный активатор в силу своих конструктивных особенностей имеет боковой отвод существенно большей длины, что обусловливает сложности при включении активатора в систему его использования, а сварочное соединение отвода к корпусу опасно при работе под высокими значениями давления.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков путем создания гидродиспергатора нового класса "струя в струю", позволяющего резко повысить качество приготовляемых дисперсных систем, в частности буровых и цементных растворов.

Поставленная задача решается описываемым диспергатором, включающим полый корпус с присоединительными резьбами на концах.

Новым является то, что его корпус выполнен ступенчатым в виде переходной муфты и снабжен стаканом с присоединительной резьбой, размещенным концентрично, и с зазором в его большей ступени, открытым концом закреплен в ней, а донной частью обращен к выходному отверстию меньшей ступени, при этом одна из насадок установлена в отверстии дна стакана, ось которого совмещена с центральной осью корпуса, а две другие насадки установлены в боковых отверстиях стакана, выполненных в диаметрально противоположных направлениях, оси которых перпендикулярны к центральной оси корпуса, причем расстояние от выходного сечения первой насадки до точки встречи с осями двух других насадок выбрано из следующего соотношения:
L=(5-6)D_н,
где L - оптимальное расстояние от выходного сечения первой насадки до точки встречи с осями двух других насадок, мм;
D_н - диаметр выходного отверстия насадка, мм.

Исследования доступной нам патентной и научно-технической литературы показали, что подобная совокупность существующих признаков является новой и ранее не использовалась на практике. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям "новизна" и "технический уровень".

Представленный чертеж, где изображен предлагаемый гидродиспергатор, поясняет суть изобретения.

Гидравлический диспергатор содержит полый корпус, выполненный ступенчато в виде переходника меньшей и большей ступенями 1 к 2 соответственно с присоединительными резьбами 3 и 4 на концах этих ступеней. Большая ступень 2 корпуса снабжена стаканом 5, установленным в ее полости концентрично и с зазором 6, донной частью 7 обращенной к выходному отверстию 8 меньшей ступени 1 корпуса. Открытый конец стакана выполнен с утолщенной стенкой с наружной резьбовой нарезкой 12 и с ее помощью присоединен к большей ступени корпуса 2. На дне стакана выполнено отверстие, ось которого совмещена с центральной осью корпуса, в котором установлена одна из насадок 9. Две другие насадки 10 и 11 установлены в боковых отверстиях стакана, выполненных в диаметрально противоположных направлениях, оси которых перпендикулярны к центральной оси корпуса. С целью достижения наибольшего эффекта диспергирования расстояние L от выходного сечения первой насадки 9 до точки встречи с осями двух других насадок 10 и 11 выбирают из приведенного выше соотношения, т.е.

L=(5-6)D_н
При таком расстоянии L кинетическая энергия истекающей затопленной струи жидкости из насадка наибольшая, а сила удара ее максимальная.

Работа диспергатора заключается в следующем.

Его в собранном виде, как это изображено на чертеже, на резьбах 3 и 12 присоединяют к напорной линии цементировочного агрегата (или бурового насоса) так, чтобы жидкость поступала со стороны корпуса с меньшей ступенью 1.

При включении в работу насоса жидкость с диспергируюмым материалов через выходное отверстие меньшей ступени 1 корпуса) попадает в полость корпуса большей ступени 2. Часть жидкости при этом направляется через насадку 9 в полость стакана, а часть - через кольцевой зазор 6 между корпусом большей ступенью 2 и наружной стенкой стакана 5 попадает в боковые насадки 10 и 11 и оттуда в виде струи в полость стакана направляются навстречу друг другу.

Эффект диспергирования с помощью описываемого устройства заключается в следующем.

При включении насоса для прокачивания раствора с диспергируемым материалом через боковые насадки диспергатора 10 и 11 входящие в полость стакана с большой скоростью две струи встречаются и ударяются между собой на центральной оси стакана. При этом полное диспергирование твердых частиц в растворе не обеспечивается, но создается гидравлический экран. Наиболее полное диспергирование твердых частиц в растворе достигается за счет работы струи из насадки 9 оптимальной длины при встрече с экраном, созданным с помощью двух боковых насадков 10 и 11.

Благодаря такому конструктивному исполнению диспергатора и сочетанию в нем ударов струи типа "струя в струю" и "струя о преграду" позволяет получить положительный эффект - достаточно полное диспергирование твердой фазы в растворах и в конечном итоге повысить качество бурового и цементного растворов.

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для интенсификации растворения химических реагентов в жидкостях, активации лежалых цементов и диспергирования порошкообразных и гранулированных материалов, используемых при строительстве скважин. Гидродиспергатор включает ступенчатый полый корпус с присоединительными резьбами на концах и снабжен стаканом, размещенным концентрично и с зазором в его большей ступени. Стакан донной частью обращен к выходному отверстию меньшей ступени, а открытым концом он прикреплен к большей ступени на резьбе. В отверстии дна стакана установлена одна насадка. Ось отверстия в дне стакана совмещена с центральной осью корпуса. Две другие насадки установлены в боковых отверстиях стакана, выполненных в диаметрально противоположных направлениях. Оси этих двух насадок перпендикулярны центральной оси корпуса. Расстояние от выходного сечения первой насадки до точки встречи с осями двух других насадок выбрано из следующего соотношения: L = (5 - 6) D_н, где L - оптимальное расстояние от выходного сечения первой насадки до точки встречи с осями двух других насадок, мм; D_н - диаметр выходного отверстия насадки, мм. Повышается качество приготовляемых дисперсных систем, в частности, буровых и цементных растворов. 1 ил.

Гидродиспергатор, включающий полый корпус с присоединительными резьбами на концах и насадки, отличающийся тем, что его корпус выполнен ступенчатым и снабжен стаканом с присоединительной резьбой, размещенным концентрично и с зазором в его большей ступени, донной частью обращенной к выходному отверстию меньшей ступени, а открытым концом он прикреплен к большей ступени, при этом одна из насадок установлена в отверстии дна стакана, ось которого совмещена с центральной осью корпуса, а две другие насадки установлены в боковых отверстиях стакана, выполненных в диаметрально противоположных направлениях, оси которых перпендикулярны центральной оси корпуса, причем расстояние от сечения выходного отверстия первой насадки до точки встречи с осями двух других насадок выбрано из следующего соотношения: L = (5 - 6)D_н, где L - оптимальное расстояние от сечения выходного отверстия первой насадки до точки встречи с осями двух других насадок, мм, D_н - диаметр сечения выходного отверстия первой насадки, мм.