Скважинное устройство для разделения жидкостей Советский патент 1989 года по МПК E21B43/00 E03B3/32 

(Л

СП

4

21

. 3151491

виде полых камер. В межтрубном пространстве К 1 и 2 установлен пакер 4. Внешняя К 1 оборудована фильтрами 6 и 15. Во внутренней К 2 установлены герметизирующие элементы (ГЭ) 7 и 8, а БМА 3 расположены между ними. Полости БМА 3 сообщены с полостью 12 внутренней К 2 и полостью 16 внешней К 1. Возможно выполнение отверстий в Ю ГЭ 7 и 8 и заглушение патрубка 13. Жидкость средством 11 вводят в полость 12, откуда она через патрубок

13 попадает в полости БМА 3. Мембраны (стенки) рМА 3 пропускают в полость 10 между ГЭ 7 и 8 пермеат, который через отверстия 9 попадает в межтрубное пространство 5 и через фильтр 15 в водоносный горизонт 27. Концентрат из БМА 3 через патрубок 14, полость 16 и фильтр 6 поступает в водоносньй горизонт 28. При откачке жидкости из горизонта 28 с патрубком, 14 соединяют глубинный насос. 3 3.и. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано при захоронении промышленных стоков в глубокие водоносные горизонты, при добыче полезных ископаемых из подземных вод подземным выщелачиванием, а также при искусственном восполнении ресурсов подземных вод. Цель - расширение области использования за счет обеспечения возможности закачки разделенной жидкости в водоносные горизонты и/или откачки из них. Устройство состоит из внешней колонны (К) 1, внутренней К 2 и баромембранных аппаратов (БМА) 3 в виде полых камер. В межтрубном пространстве К 1 и 2 установлен пакер 4. Внешняя К 1 оборудована фильтрами 6 и 15. Во внутренней К 2 установлены герметизирующие элементы (ГЭ) 7 и 8 , БМА 3 расположены между ними. Полости БМА 3 сообщены с полостью 12 внутренней К 2 и полостью 16 внешней К 1. В вариантах возможно выполнение отверстий в ГЭ 7 и 8 и заглушение патрубка 13. Жидкость средством 11 вводят в полость 12, откуда она через патрубок 13 попадает в полости БМА 3. Мембраны (стенки ) БМА 3 пропускают в полость 10 между ГЭ 7 и 8 пермеат, который через отверстия 9 попадает в межтрубное пространство 5 и через фильтр 15 в водоносный горизонт 27. Концентрат из БМА 3 через патрубок 14, полость 16 и фильтр 6 поступает в водоносный горизонт 28. При откачке жидкости из горизонта 28 с патрубком 14 соединяют глубинный насос. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области гидрогеологии и может быть использовано при захоронений промышленных -п стоков в глубокие водоносные горизон- ,ты, при добьме полезных ископаемых из подземных вод подземным выщелачиванием, а также при искусственном восполнении ресурсов подземных вод. 5

Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения возможности закачки разделенной жидкости в водоносные горизонты и/или откачки из них, 30

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез скважины с размещенным в ней устройством, обеспечивающим стабильное гидростатическое давление, действующее на мембрану при закачке или 35 откачке разделяемой жидкости, вариант; на фиг. 2 - то же, для варианта устройства, обеспечивающего закачку пер- меата в пласт с выводом концентрата на поверхность; на фиг. 3 - то же, 40 для варианта устройства, обеспечивающего возможность изменения коэффициента концентрирования при закачке концентрата в пласт.

Устройство состоит из внешней ко- 45 лонны 1, концентрично установленной в ней внутренней колонны 2 и баромемб- ранных аппаратов 3, выполненньк в виде полых камер, например, трубчатого типа. Внешняя колонна снабжена паке- Q ром 4, установленньм в межтрубном пространстве 5, и фильтром 6, расположенным ниже пакера 4. Внутренняя колонна 2 снабжена установленными в ее полости двумя 1 ерметизирую1Щ-1ми 55 элементами - верхним 7 и нижним 8. Во внутренней колонне 2 выполнены отверстия 9, располоя енные в интервале между элементами 7 и 8. Указанные отверстия сообщают полость 10 внутренней кол онны 2 в указанном интервале с межтрубным пространством 5 вьш1е па кера 4. Баромембранные аппараты 3 рас положены в полости 10 и сообщены своими полостями с полостью внешней колонны 1 в интервале фильтра 6. Устройство содержит также средство 11 для подачи жидкости, гидравлически сообщенное с полостью 12 устьевой части внутренней колонны 2.

На концах баромембранных аппаратов 3 установлены патрубки 13 и 14, являющиеся коллекторами для гидравлического сообщения с полостями указанных аппаратов 3.

В одном из вариантов вьтолнения устройства внешняя колонна 1 может быть оборудована дополнительным фильтром 15, расположенным выше пакера 4. В этом варианте выполнения полости баромембранных аппаратов 3 сообщены через патрубо к 13 с полостью 12, и через патрубок 14 с полостью 16 внещней колонны 1 в интервале фильтра 6.

В другом варианте зьшолнения устройства верхний герметизируюш 1й элемент У вьтолнён с отверстиями- 17, которые сообщают полость 12 с полостью ;10, а патрубок 13 заглушен заглуш- кой 18. I

В третьем варианте выполнения устройства внутренняя колонна 2 оборудована фильтром 19, расположенным ниже забойной части -внешней колонны 1. Последняя снабжена дополнительным пакером 20, расположенным в межтрубном пространстве колонн 1 и 2 между фильтрами 6 и 19. Полости баромембранных аппаратов 3 сообщены с межтрубным пространством между пакерами

51

4 и 20 через патрубки 14 и 21. Нижний герметизирующий элемент 8 выполнен с отверстиями 22, сообщающими полость 10 с полостью 23 забойной час- ти внутренней колонны 2. Отверстия 22 снабжены регулировочным клапаном, выполненным например, в виде диска 24 с отверстиями 25, перекрываемыми стальными шариками 26,

Устройство работает следующим об- разом.

В варианте устройства, представ- ленном на фиг. 1, закачку разделяемой жидкости с помощью средства 11 подачи жидкости производят в полости баромембранных аппаратов 3 через полость 12 и патрубок 13. При закачке поддерживают постоянный уровень закачиваемой жидкости, например, на усть скважины. Из-за разности уровней жидкости на устье скважины и динамического уровня водоносного горизонта 27 образуется гидростатическое давление. Под действием этого давле- ния мембраны (стенки) аппаратов 3 пропускают в полость 10 пермеат (т.е очищенную жидкость), который через отверстия 9 поступает в межтрубное пространство 5 и через фильтр 15 в водоносный горизонт 27. По мере продвижения разделяемой жидкости по полостям системы последовательно соединенных баромембранных аппаратов 3 задерживаемые мембраной компоненты кон- центрируются, концентрат через нижний патрубок 14 и полость 16 поступает в область фильтра 6 и горизонт 28. Величина допустимого гидростатического давления, действующего на мембрану со стороны полостей аппаратов 3, ограничивается глубиной расположения Н отверстий 9. Поэтому в условиях, когда динамический уровень в горизонте 27 будет ниже места рас- положения отверстий 9 или подвержен колебаниям, величина давления, действующего на мембрану, будет постоянной и не превысит допустимой величины.

При откачке разделяемой жидкости из водоносного горизонта 28 глубин- ньш насос (на фиг. 1 не показан) соединяется с нижним патрубком 14.

В вариантах устройства, представ- jieHHbix на фиг. 2, 3, верхний патрубок 13 заглушен. При закачке пермеата в горизонт 28 с выводом концентрата на поверхность (фиг. 2) разделяемую жид11 6

кость с помощью средства 11 подачи жидкости нагнетают в полость 10 через иолость 12 и соединяющие их отверстия 17. Пройдя полость 10, сконцентрированная жидкость через отверстия 9 поступает в межтрубное пространство 5 и поднимается в нем до-устья скважины на поверхность, где средством 11 подачи жидкости может быть снова возвращена на разделение. Пермеат, проникающий в полость баромембранных аппаратов 3 под действием гидростатического давления, образованного разностью ЛН. уровней жидкости на устье скважины и в водоносном горизонте 28, через нижний патрубок 14 -и фильтр 6 поступает в горизонт 28. За счет многократной циркуляции жидкости в полости 10 можно значительно повысить коэффициент концентрирования.. Этот вариант устройства используется тогда, когда нет необходимости (например, при опреснении морской воды) или нет возможности захоронять концентрат в недра, а также, когда он используется для дальнейшей переработки на поверхности, например, для извлечения целевых компонентов из него.

Для увеличения коэффициента концентрирования при закачке концентрата в пласт ниже горизонта закачки пермеата используется вариант устройства, представленный на фиг. 3. Разделяемый раствор также средством 11 подачи жидкости нагнетается в полость 10 через полость 12 и соединяющие их отверстия 17. Из полости 10 часть сконцентрированной жидкости через отверстия 9 поступает в межтрубное пространство 5, а часть жидкости через регулировочный клапан и отверстия 22, выполненные в нижнем герметизирующем элементе 8, поступает через фильтр 19 в горизонт 28. Пермеат, проникающий в полость аппаратов 3 под действием гидростатического давления, образованного разностью йН уровней жидкости на устье скважины и водоносном горизонте 28, через нижний патрубок 14, присоединенный к нему патрубок 21 отводится в область фильтра 6 и через него поступает в горизонт 28. Коэффициент концентрирования будет . определяться отношением расходов концентрата, возвращающегося на повторный цикл разделения и поступающего в горизонт 27. Это отношение регулируется числом перекрытых отверстий 25 в дырчатом диске регулировочного клапана. Отверстия 25 перекрываются сФальными шариками 26, бросаемыми во внутреннюю колонну 2 с поверхности, при этом диаметр шариков меньше диаметра отверстий 17 в верхнем гермети- зирующем элементе 7. При необходимос- |ти шарики поднимают на поверхность при помощи спускаемого в полость внутренней колонны 2 магнита или эле- ктромагнита (на фиг. 3 не показан). Закачка концентрата в пласт выше :горизонта закачки пермеата на практи- :ке встречается редко. При необходимости этот случай можно реализовать, используя вариант устройства, представленный на фиг. 1, с некоторыми дополнениями, а именно, постановкой iвторого пакера (на фиг. 1.не показан) ;В межтрубном пространстве 5 между от- ;верстиями 9 и фильтром 15 и вьшолне- ;нием отверстий около нижнего гермети- ;зирующего.элемента 8. При этом разде- ляемая жидкость с поверхности подается в межтрубное пространство 5, заключенное между вторым пакером и устьем скважины, через отверстия 9 поступает в полость 10, и уже как концентрат поступает в межтрубное npocTpiaHCTBo, заключенное между паке- рами, и через фильтр 15 в горизонт 27, Пермеат через мембрану проникает 8 полость аппаратов 3 и через нижний патрубок 14 и фильтр 6 поступает в горизонт 28.

Применение устройства обеспечивае решение целого ряда задач., связанных с одной стороны, с разделением жидкости с целью концентрирования, очис ки или опреснения, с другой стороны, с откачкой и/или закачкой разделенных жидкостей в недра. При этом использование давления гидростатического столба жидкости в скважине позволяет осуществлять процесс баромемб- ранного разделения без энергетических затрат, что особенно важно при обратноосмотическом разделении, где . в напорной полости необходимо создавать давление в 3-5 МПа. Устройство позволяет производить искусственное восполнение ресурсов преснык подземных вод за счет опреснения морской воды или солоноватьи: вод, сократить объ.ем захороняемых: в недра промьшшен ньйс стоков с попутным восполнением водоносных горизонтов очищенной во0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

дои, концентрировать целевые компоненты при добыче полезных ископаемых через скважины из подземных вод или способом подземного выщелачивания.

Формула изобретения

1,Скважинное устройство для разделения жидкостей, включающее внеш нюю колонну, концентрично установленную в ней внутреннюю колонну, размещенные во внутренней колонне и выполненные в виде полых камер баромемб- ранные аппараты для разделения жидкости на пермеат и концентрат и средство для подачи жидкости, гидравлически сообщенное с устьевой частью внут- . ренней колонны, отличающее- с я тем, что, с целью расширения области использования за счет обеспечения возможности закачки разделенной жидкости в водоносные горизонты и/или откачки из. них, внешняя колонна снабжена пакером, установленным в меж- грубном пространстве внешней и внут- ре нней колонн, и по меньшей мере одним фильтром, расположенным ниже пакера, а внутренняя колонна снабжена установленными в ее полости двумя герметизирующими элементами и вьтолнена с отверстиями, расположенными в интервале между указанными герметизирующими элементами и сообщающими полость внутренней колонны в указанном интервале с. межтрубньм пространством вьш1е пакера, при этом баромембранные аппараты расположены между герметизирующими элементами и сообщены своими полостями с полост.ью внешней колонны в интервале фильтра. 2,Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внещняя колонна оборудована дополнительным фильтром, расположенным вьш1е пакера,

а полости баромембранных аппаратов сообщены с полостью устьевой части внутренней колонны.

женным ниже забойной части внешней колонны, последняя снабжена дополнительным пакером, расположенным в межтрубном пространстве между фильтра- ми внешней и внутренней колонн, полости баромембранных аппаратов сообщены с межтрубным пространством между

11 °

пакерами, а нижний герметизирующий элемент выполнен с отверстиями, сообщающими полость внутренней колонны между герметизирующими элементами с полостью забойной части внутренней колонны и снабженными регулировочными клапанами.

IV

;/

Фиг. г

28