Устройство для подачи пены в скважину

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦЙАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 Е 21 В 21/14.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ агентами, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР.(21) 4466516/23-03 (22) 26,07.88 (46) 15.06.90. Бюл, Р 22 (71) Производственное геологическое объединение "Центргеология" (72) С,Н,Сергеев, И,Б,Балтер, И,П,Хаустов, И,П,Петров, А.В,Панков, В.Н,Гросул и B ° 0,Кавинский (53) 622,243,14(088„8) (56) Яковлев А,М, и Коваленко В,И, Бурение скважин с пеной на твердые полезные ископаемые, Л,: Недра, 1987, с, 40, 78, рис, 4,3,6.9, Козловский Е.Н, Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин, Т, 2, М,: Недра, 1984, с, 153-154, рис, XXIX.6. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ.ПОДАЧИ ПЕНЫ В

СКВАЖИНУ (57) Изобретение относится к горной пром-сти, предназначено для создания газожидкостных систем и м,б, использовано при бурении скважин с очисткой забоя пенным агентом. Цельповышение качества получаемой пены за счет диспергирования пенообразующей жидкости перед вводом в камеру смешения, Для этого узел диспергироИзобретение относится к горной промьппленности, к устройствам для создания газожидкостных систем, и может быть использовано при бурении скважин с очисткой забоя пенными

„„SU„„1571204 А1

2 вания пенообразующей жидкости выпол- нен в виде расположенных концентрично вокруг камеры 2 смешения слоев шариков 9 и 10 закрепленных на осях

11 и 12 соответственно, Устр-во 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 !1 и 12 укреплены во фланцах 13 и 14, установленных на трубопроводах З.и 4. Фланец 14 жестко связан с трубопроводом 4. Трубопровод 3 установлен с возможностью осевого перемещения относительно размещенного на нем фланца 13 и емкости !, 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 s,ï, ф-лы, 2 ил.

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.

1571204 д 1,265 Йс « 1 i u, где d — диаметр шарика внутреннек.с го слоя

d с — диаметр шарика наружного слоя;

U — коэффициент инжекции (U = 0,1-1,2).

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

0,37+ U

1 %

0,726 где 1 — расстояние. между наружным и внутренними слоями шариков;

U — коэффициент -инжекции (U = 0,1-1,2), Нагнетательный трубопровод 3 при помощи вентиля 15, закрепленного на консоли 16, имеет возможнос-ь осево-.

Устройство содержит емкость 1 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 трубопроводы 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 20 смешения слоев шариков 9 и 10, за« крепленных на осях 11, и 12 соответственно, Слои шариков-9 и 1О расположены с зазором между слоями и наружной поверхностью трубопроводов 3 и 4, 25

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 трубопрово- 30 дом 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

ro (продольного) перемещения относительно емкости 1 для пенообразующей жидкости и фланца 13, Герметизация подвижного соединен. я 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 2?, Между наружной поверхностью нагнетательного трубопровода 3, подающего трубопровода 4 и слоем шариков

10 расположена первая зона 23 разре-жения, Между слоем шариков 10 и слоем шариков 9 расположена вторая зона

24 разрежения, В слое шариков 10 между шариками 1О образованы каналы, сечения которых больше аналогичных каналов в слое шариков 9.

Минимальная площадь канала определяется по формуле

S = 0,215 d где S — площадь канала;

d — диаметр шарика, Устройство для подачи пены в скважину работает следующим образом, Перед началом работы в емкость 1 для пенообразующей жидкости через воронки 20 с предварительно открытым вентилем 21 заливают раствор пенообраэующей жидкости, Затем вентиль 2! закрывают. В процессе бурения воздух, нагнетаемый компрессором, поступает через нагнетательный трубопровод 3, сопло 7, камеру 2 смешения, подающий трубопровод 4 в скважину, При этом, вследствие перепада давления, создаваемого соплом 7, образуется первая зона 23 разрежения, 3а счет воздействия эоны 23 разрежения через каналы слоя шариков 10 и каналы слоя шариков 9 начинает подсасываться раствор пенообраэующей жидкости, Струи пено» образующей мощности, проходя через каналы слоя шариков 9, затем имеют возможность резко расширяться, так как попадают в пространство между наружным слоем шариков 9 и внутренним слоем шариков.10, Таким образом, образуется вторая зона 24 разрежения - вспомогательная, При резком расширении струи пенообраэующего раствора во второй зоне 24 разрежения происходит предварительная диспергация раствора пенообраэующей жидто

= 1 6 (1 + U) dc

037+U

1 «й

0,726

5 15 кости, Затем предварительно диспергированный ее раствор поступает в каналы слоя шариков 10, Каналы эти имеют большую площадь сечения, чем каналы s 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, поступающич из второй зоны 24 разрежения, Таким образом, канал в слое шариков 9, через который раствор проходит компактной струей, и канал в слое шариков !О который находится на некотором расстоянии or первого канала и в 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 пенообразующей жидкости. Диспергированный раствор попадает через камеру 2 смешения в скоростной поток воздуха и затем на сетку 5, где прбисходит пенообразование за счет выдувания пузырьков на ячейках сетки 5. Образуюшаяся 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 пенообразующей жидкости .с избыточным давлением в нагнетательном трубопроводе

3 ° В сочетании с разрежением, создаваемом соплом 7, количество пенооб7! 204 6 разующей жидкости (раствора), подаваемой на, сетку 5, резко увеличится, При выборе диаметров шариков 10

5 и 9 можно руководствоваться соотношениями для эжекторных пар:

Dкc 6 (1+ U) Do> где D „- диаметр камеры смешения;

10 Dc - диаметр сопла;

U — основной показатель, характеризующий эффективность эжекторной пары, т,е, коэффициент инжекции

15 (U = 0,1-1,2), Следовательно, Вкс 1в6 (1 + 11) Вс где S „с — площадь камеры смешения;

Я вЂ” площадь сопла, Так как минимальная площадь кана» ла, образованного слоем шариков 9

Sc = 0,215 dc

25 где 4 с — диаметр шариков 9 верхнего слоя а минимальная площадь канала, образованного слоем шариков 10, ?.

30 0 ° 215 d gc где d „- диаметр шариков 1 О внутренного слоя, Поэтому

d„1,265 d Jl i U

Расстояние между верхним слоем

40 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

0 37+ U

1 "-- — -d а, 1 ) где 1 — опытная константа, значение которой рекомендуется прини50 мать 0,15-0,18, Принимая среднее значение 1=0 165, 55

Формула изобретения

1. Устройство для подачи пены в скважину, включающее емкость для пе1571204 нообразующей жидкости, гидравлически связанные с этой емКостью через камеру смешения нагнетательньФ и подающий трубопроводы, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения качества получаемой пены за счет диспергирования пенообразующей жидкости перед вводом в камеру смешения, оно снабжейо 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 диспергирования пенообразующей жидкости выполнен в виде расположенных концентрично вокруг камеры смешения слоes шариков, закрепленных на осях, прн этом слои шариков расположены . с зазором между слоями и наружной поверхностью трубопроводов, оси за-. креплены во фланцах, установленных . Иа нагнетательном и подающем трубопроводах, причем фланец, установленный на подающем трубопроводе, жестко связан с ним, а нагнетательный трубопровод установлен с воэможностью осевого перемещения относительно установленного на нем фланца и емкости для пенообразующей жидкости, 2. Устройство по п,1, о .т л и— ч а ю щ е е с я тем, что дйаметр шариков наружного слоя и диаметр шариков внутреннего слоя связаны зависимостью

d = 1,265 и где d

К,с !

5 — диаметр шариков внутрен.него слоя;

d — диаметр шарика наружного слоя;

- коэффициент инжекции (U = 0,1-1,2) °

3, -Устроиство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что расстояние между наружным и внутренним слоями шариков определяется по формуле:

037+U

25 А

О, 726 где 1 -.расстояние между наружным и внутренними слоями шариков;

U — коэффициент инжекции

30 . (U = 0,1-1,2).

1571204

Составитель А,Меньшиков

Редактор И,Сегляник Техред M.Ходаннч Корректор О,Кравцова

Заказ l494 Тираж 475 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101