Устройство для подачи пены в скважину Советский патент 1990 года по МПК E21B21/14 

Изобретение относится к горной промышленности, к устройствам для создания газожидкостных систем, и может быть использовано при бурении скважин с очисткой забоя пенными агентами.

Цель изобретения - повышение качества получаемой пены за счет диспергирования пенообразующей жидкости перед вводом в камеру смешения.

На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг,2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит емкость I для пенообразующей жидкости, гидравлически связанные с этой емкостью 1 через камеру 2 смешения нагнетательный и подающий трубопроводы 3 и 4 соответственно, В подающем трубопроводе 4 установлена сетка 5 между фланцами 6. Нагнетательный и подающий тру™ бопроводы 3 и 4 расположены внутри емкости 1 для пенообразующей жидкости, причем конец нагнетательного и начало подающего трубопроводов 3 и 4 соответственно с расположенной между ними камерой 2 смешения образуют элементы струйного насоса (сопло 7, камеру 2 смешения, диффузор 8)

Узел диспергирования пенообразующей жидкости выполнен в виде расположенных концентрично вокруг камеры 2 смешения слоев шариков 9 и 10, закрепленных на осях 11 и 12 соответственно. Слои шариков-9 и 10 расположены с зазором между слоями и наружной поверхностью трубопроводов 3 и 4. Оси 11 и 12 закреплены во фланцах 13 и 14, установленных на нагнетательном и подающем трубопроводах 3 и 4 соответственно, причем фланец 14 жестко связан с подающим трубопроводом 4. Нагнетательный трубопровод 3 установлен с возможностью осевого перемещения относительно установленного на нем фланца 13 и емкости 1 для пенообразующей жидкости. Диаметр шариков 9 наружного слоя и диаметр шариков 10 внутреннего слоя связаны зависимостью

d кс 1,265 dc Jl+uT где d - диаметр шарика внутренне-

К .С

го слоя; d c - диаметр шарика наружного

слоя; U - коэффициент инжекции

(U 0,1-1,2).

Расстояние между наружным и внутренним слоями шариков 9 10 определяется по формуле

т о,37 1JL .

1 0,726

где 1 - расстояние между наружным и внутренними слоями шариков; И - коэффициент инжекции

(U 0,1-1,2).

Нагнетательный трубопровод 3 при помощи венчиля 15, закрепленного на консоли 16, имеет возможность осевого (продольного) перемещения относи тельно емкости 1 для пенообразующей жидкости и фланца 13. Герметизация

подвижного соединенля осуществляется прокладками 17, Нагнетательный трубопровод 3 сообщается при помощи трубы 18 и дросселя 19 с емкостью 1 для пенообразующей жидкости. Емкость

1 для пенообразующей жидкости снабжена воронкой 20, вентилем 21 и смотровым окном 22

Между наружной поверхностью нагнетательного трубопровода 3, подаю-

щего трубопровода 4 и слоем шариков 10 расположена первая зона 23 разрежения. Между слоем шариков 10 и слоем шариков 9 расположена вторая зона 24 разрешения. В слое шариков 10

0 между шариками 10 образованы каналы, сечения которых больше аналогичных каналов в слое шариков 9.

Минимальная площадь канала определяется по формуле

5 S 0,215 d%

где S - площадь канала; d - диаметр шарика. Устройство для подачи пены в сква-

0 жину работает следующим образом,

Перед началом работы в емкость 1 для пенообразующей жидкости через воронки 20 с предварительно открытым вентилем 21 заливают раствор пенооб-

, разующей жидкости, Затем вентиль 21 закрывают, В процессе бурения воздух, нагнетаемый компрессором, поступает через нагнетательный трубопровод 3, сопло 7, камеру 2 смешения, подающий

0 трубопровод 4 в скважину. При этом, вследствие перепада давления, создаваемого соплом 7, образуется первая зона 23 разрежения. За счет воздействия зоны 23 разрежения через каналы

5 слоя шариков 10 и каналы слоя шариков 9 начинает подсасываться раствор пенообразующей 1 жидкости. Струи пенообразующей мощности, проходя через каналы слоя шариков 9, затем имеют

Q возможность резко расширяться, так как попадают в пространство между наружным слоем шариков 9 и в утрен- ним слоем шариков 10, Таким образом, образуется вторая зона 24 разреже5 ния - вспомогательная. При резком расширении струи пенообраэующего раствора во второй зоне 24 разрежения происходит предварительная дис- пергация раствора пенообразующей жид51

кости, Затем предварительно диспергированный ее раствор поступает в каналы слоя шариков 10, Каналы эти имеют большую площадь сечения, чем каналы в слое шариков ,9, так как об- разованы шариками 10, имеющими больший диаметр, чем шарики 9.

Имея большую площадь сечения, эти каналы являются своего рода камерами смешения, в которых перемешивается диспергированный раствор, поступающий из второй зоны 24 разрежения, Таким образом, канал в слое шариков 9, через который раствор проходит компактной струей, и канал в слое шариков 0, который находится на некотором расстоянии от первого канала и з котором раствор вновь перемешивается, можно рассматривать как элементарную эжекторную пару: сопло - камера смешения. Наружный слой шариков 9 образует относительно оси сопла 7 и камеры 2 смешения систему концентрически расположенных каналов элементарных сопел, а внутренний слой шариков 10 образует соответственно систему каналов - элементарных камер смешений. Струи раствора, проходя через элементарные камеры смешения - каналы, попадают в первую зону 23 разрежения, где происходит окончательная диспергация раствора пенооб разующей жидкости. Диспергированный раствор попадает через камеру 2 смешения в скоростной поток воздуха и затем на сетку 5, где происходит пе- нообразование за счет выдувания пузырьков на ячейках сетки 5t Образующаяся пена поступает з скважину. Регулировка подачи диспергированного раствора пенообразующей жидкости в струю воздуха осуществляется вентилем 15, при помощи которого изменяется расстояние между соплом 7 и камерой 2 смешения, а при необходимости возможно герметичное соединение камеры 2 смешения с соплом 7,

В экстремальных ситуациях, когда есть необходимость резко увеличить количество подаваемой на забой скважины пены, открывается дроссель 19 трубы 18, тем самым сообщая внутреннюю полость емкости 1 для пенообра- зующей жидкости -с избыточным давлением в нагнетательном трубопроводе 3, В сочетании с разрежением, создаваемом соплом 7, количество пенооб-

5

/1204

разующей жидкости (раствора), подаваемой на сетку 5, резко увеличится.

При выборе диаметров шариков 10 и 9 можно руководствоваться соотношениями для эжекторных пар:

DKC 1,6 (1 + U) Dp,

где D кс - диаметр камеры смешения; Ю Dc диаметр сопла;

U - основной показатель, характеризующий эффективность эжекторной пары, т.е. коэффициент инжекции 15(U 0,1-1,2).

Следовательно,

SKC - 1,6 (1 + и) sc,

где S K.c - площадь камеры смешения;

Sc - площадь сопла. Так как минимальная площадь канала, образованного слоем шариков 9

Sc 0,215 сЈ ,

где dc - диаметр шариков 9 верхнего

слоя t

а минимальная площадь канала, образованного слоем шариков 10,

Skc 0,215 ,

где dKC - диаметр шариков 10 внутреннего слоя,

то

35

d Ј 1,6 (1 + U) dc

Поэтому

К.С UC

Расстояние между верхним слоем шариков 9 и нижним 10 можно находить по методике, в которой расстояние 1 от выходного сечения сопла до входного сечения камеры смешения определяется по формуле

45

. d

4,4 1

С ;

где 1 - опытная константа, значение

которой рекомендуется прини- мать 0,15-0,18,

Принимая среднее значение ,165,

+JJ 07726

55

Формула изобретения

1. Устройство для подачи пены в скважину, включающее емкость для пе-

нообразующей жидкости, гидравлически связанные с Этой емкостью через камеру смешения нагнетательный и подающий трубопроводы, отличающееся тем, что, с целью повышения качества получаемой пены за счет диспергирования пенообразующей жидкости перед вводом в камеру смешения оно снабжено узлом диспергирования пенообразующей жидкости и .установленной в подающем трубопроводе сеткой, нагнетательный и подающий трубопроводы расположены внутри емкости для пенообразующей жидкости, причем конец нагнетательного и начало подающего трубопроводов с расположенной между ними камерой смешения образуют элементы струйного насоса, узел дис пергирования пенообразующей жидкости выполнен в виде расположенных кон- центрично вокруг камеры смешения слоев шариков, закрепленных на осях, - при этом слои шариков расположены с зазором между слоями и наружной поверхностью трубопроводов, оси закреплены во фланцах, установленных нагнетательном и подающем трубопроводах, причем фланец, установленный на подающем трубопроводе, жестко

связан с ним, а нагнетательный трубопровод установлен с возможностью осевого перемещения относительно установленного на нем фланца и емкости для пенообразующей жидкости.

2. Устройство по п,1, о .т л и - чающееся тем, что диаметр шариков наружного слоя и диаметр шариков внутреннего слоя связаны зависимостью

dKe 1,265 dc -Jl + U,

где d к с - диаметр шариков внутреннего слоя; d e - диаметр шарика наружного

слоя; U - коэффициент инжекции

(U 0,1-1,2).

3, Устройство по п,1, о т л н - чающееся тем, что расстояние между наружным и внутренним слоями шариков определяется по формуле:

1 QiV + u 0,726

гце 1 - расстояние между наружным и внутренними слоями шариков; U - коэффициент инжекции (U 0,1-1,2).

Изобретение относится к горной промышленности, предназначено для создания газожидкостных систем и может быть использовано при бурении скважин с очисткой забоя пенным агентом. Цель - повышение качества получаемой пены за счет диспергирования пенообразующей жидкости перед вводом в камеру смешения. Для этого узел диспергирования пенообразующей жидкости выполнен в виде расположенных концентрично вокруг камеры 2 смешения слоев шариков 9 и 10, закрепленных на осях 11 и 12 соответственно. Устройство имеет установленную в подающем трубопроводе 4 сетку 5. Подающий 4 и нагнетательный 3 трубопроводы расположены внутри емкости 1 для пенообразующей жидкости. Конец нагнетательного 3 и начало подающего 4 трубопроводов с расположенной между ними камерой 2 смешения образуют элементы струйного насоса. Слои шариков 9 и 10 расположены с зазором между слоями и наружной поверхностью трубопроводов 3 и 4. Оси 11 и 12 укреплены во фланцах 13 и 14, установленных на трубопроводах 3 и 4. Фланец 14 жестко связан с трубопроводом 4. Трубопровод 3 установлен с возможностью осевого перемещения относительно размещенного на нем фланца 13 и емкости 1. Диспергированный раствор попадает через камеру 2 в скоростной поток воздуха, а затем на сетку 5, где происходит пенообразование за счет выдувания пузырьков на ячейках сетки 5. Образующаяся пена поступает в скважину. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

15

/ I | i

п 13 7 г в % Фм. 1

Фиг.2