Устройство для очистки фильтров скважин

 

Использование: очистка фильтров водозаборных скважин от кольматирующих осадков. Сущность изобретения: цилиндрическая открытая снизу камера и дополнительная камера образуют герметичную взрывную камеру. Дополнительная камера образована упругой оболочкой, обтягивающей стержневой каркас, и отражателем. Запальная свеча соединена кабелем с генератором импульсов тока. Газогенератор выполнен в виде съемного стакана, заполнен водой и содержит сетчатую капсулу с материалом, образующим при взаимодействии с водой взрывчатую газообразную смесь. 1 ил.

Изобретение относится к эксплуатации буровых водозаборных скважин и предназначено для очистки их фильтров от кольматирующих осадков с целью восстановления дебита скважин.

Известно устройство для очистки фильтров скважин взрывом газовой смеси, представляющее собой открытый снизу цилиндр, соединенный через смеситель, отсекатель, редуктор и клапанную систему с баллонами, содержащими горючий и окислительный газы, и снабженный запальной свечой, соединенной кабелем с источником тока [1].

При очистке фильтра скважины это устройство устанавливается внутри последней, горючий и окислительный газы поступают через клапанную систему, редукторы, дозаторы в смеситель и, пройдя через него, заполняют взрывную камеру. При инициировании электрического разряда в запальной свече производится взрыв газовой смеси внутри камеры и под действием возникающих при взрыве динамических нагрузок происходит разрушение осадков, кольматирующих поверхность фильтра, и прилегающей к фильтру сцементированной водоносной породы.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, обусловленная наличием пускорегулирующей аппаратуры, имеющей дистанционное управление с поверхности земли, что снижает надежность и усложняет эксплуатацию устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки фильтров скважин, содержащее открытую снизу цилиндрическую камеру, установленную в ней запальную свечу, соединенную с генератором импульсов тока, газогенератор, выполненный в виде заглушенного сверху патрубка, заполненного материалом, образующим при взаимодействии с водой взрывчатую газообразную смесь, отражатель, соединенный с корпусом стержневым каркасом [2].

При использовании этого устройства находящийся в газогенераторе материал (карбид кальция) вступает в реакцию с водой, при этом образуется газообразный ацетилен, который смешивается с находящимся во взрывной камере воздухом. При установке аппарата внутри фильтра на запальную свечу подается импульс тока и возникающий при этом электрический разряд инициирует взрыв ацетилено-воздушной смеси. При взрыве образуется ударная волна и гидродинамический поток, которые распространяются в продольном направлении и производят очистку фильтровой части скважины от кольматирующих отложений.

Ударные нагрузки, которые создаются взрывом газовой смеси, действуют под малым углом (15-20^о) к закольматированной поверхности фильтровой трубы, что не обеспечивает эффективного разрушения кольматирующих отложений. Кроме этого, газообразные продукты взрыва попадают в подземную воду через нижнее отверстие во взрывной камере и ухудшают ее качество. Неполная реакция карбида кальция с водой в известном устройстве снижает количество выделяемого при реакции ацетилена и уменьшает надежность взрыва. После взрыва ацетилено-воздушной смеси внутри открытой снизу взрывной камеры образуется вакуум, в связи с чем скважинная вода мгновенно ее заполняет и замачивает запальную свечу. Для восстановления рабочего состояния свечи необходимо производить ее сушку в течение длительного времени, что ухудшает условия эксплуатации известного устройства.

Заявленное изобретение направлено на интенсификацию процесса очистки фильтра скважин и улучшение условий эксплуатации устройства, что приводит к повышению восстановления производительности скважин. В отличие от известного устройства предложенное имеет стержневой каркас, обтянутый упругой оболочкой, и газогенератор, выполненный из стали в виде съемного стакана с установленной внутри него сетчатой капсулой.

Эти конструктивные изменения позволяют получить более высокую степень очистки фильтра за счет радиального направления ударной волны при взрыве газа, сократить время подготовки для следующей операции, поскольку запальная свеча не подвергается замачиванию, исключить выход продуктов реакции газового взрыва в скважину и ухудшение качества воды.

Устройство представлено на чертеже в продольном разрезе.

Устройство включает в себя цилиндрическую камеру 1, верхний торец которой закрыт крышкой 2, прижатой посредством болтовых соединений через прокладку 3 к фланцу 4. В крышке 2 с помощью контргаек 5 закреплена трубка 6, на нижнем конце которой установлена запальная свеча 7, а на верхнем конце - сальниковые уплотнения 8 с колпачком, предотвращающие утечку газа из взрывной камеры. Запальная свеча 7 соединена с генератором импульсов тока (ГИТ), расположенным на поверхности земли (на чертеже не показан), посредством трос-кабеля 9, пропущенного через трубку 6 и сальниковое уплотнение 8.

К нижнему торцу камеры 1 посредством стержневого каркаса 10 присоединен цилиндр-отражатель 11. Стержневой каркас 10 обтянут упругой оболочкой 12, выполненной, например, из многослойной резины с сетчатой прокладкой (на чертеже не показана), прижатой к боковой поверхности камеры 1 и цилиндра-отражателя 11 хомутами 13. Снизу к цилиндру-отражателю 11 примыкает посредством резьбового соединения съемный газогенератор, выполненный в виде стакана 14 из прочного материала, например стали, с установленной внутри него с зазором сетчатой капсулой 15. Последняя заполняется материалом, образующим при взаимодействии с водой горючий газ, например карбидом кальция, а стакан 14 заливается водой.

Очистка фильтра скважины производится следующим образом.

Стакан 14 частично заполняется водой, сетчатая капсула заполняется дозированной навеской карбида кальция и устанавливается внутри стакана 14. Последний быстро вворачивается в отверстие с резьбой в нижнем диске цилиндра-отражателя 11, после чего заряженное устройство на трос-кабеле 9 опускается через ствол скважины и устанавливается в его верхней части. Во время спуска устройства карбид кальция реагирует с водой в газогенераторе 14 с образованием газообразного ацетилена, который заполняет полость аппарата, являющуюся взрывной камерой. Ацетилен за счет диффузии смешивается с находящимся во взрывной камере воздухом и образует взрывчатую газообразную смесь. При подаче импульса тока на запальную свечу 7 происходит взрыв ацетилено-воздушной смеси. Расширяющиеся газообразные продукты взрыва воздействуют на упругую оболочку 12, она быстро толчком расширяется в радиальном направлении. Образующиеся при этом ударная волна и гидродинамический поток воздействуют под углом, близким к прямому, на поверхность фильтра и разрушают кольматирующие отложения, а также нарушают сплошность зацементированной породы, прилегающей к фильтру. Эффект очистки усиливается также за счет импульса сжатия (имплозионного эффекта), возникающего при сжатии оболочки в связи с возникновением вакуума после взрыва внутри полости камеры. Под действием динамических нагрузок, образующихся при газовом взрыве, очищается участок, приблизительно равный длине упругой оболочки. После взрыва газовой смеси аппарат извлекается на поверхность земли, из него выворачивается газогенератор 14 и извлекается трубка 6 с запальной свечой 7, газогенератор 14 освобождается от шлама, оставшегося после реакции карбида кальция с водой, взрывная камера вентилируется до полного удаления продуктов взрыва газовой смеси и насыщения ее воздухом. Для этой цели используется либо компрессор, либо ручной насос. После этого в указанной последовательности снова заряжается газогенератор и действию взрыва подвергается следующий участок фильтра.

Предлагаемое устройство испытывалось при очистке искусственно закольматированных слоем гипса фильтров скважин в учебной лаборатории кафедры "Водоснабжение и водоотведение" ЛИИЖТа. Фильтры скважин диаметром 150 мм и длиной 2 м были выполнены в виде трубчатых перфорированных каркасов со скважностью 40% , обтянутых латунной сеткой N 18/130. Один из фильтров очищался предлагаемым устройством с упругой резиновой цилиндрической оболочкой (I вариант), другой фильтр очищался известным устройством с жесткой взрывной камерой, имеющей открытый конец, принятым за прототип (II вариант). Усредненные результаты испытаний приведены в таблице.

Таким образом, результаты испытаний показали, что при использовании предлагаемого устройства обеспечивается воздействие значительно большего давления за счет радиального движения ударной волны и соответственно более высокая степень очистки фильтра от кольматирующих отложений, при этом сокращается время подготовительных операций, так как вода из скважины не попадает внутрь взрывной камеры и не замачивает запальной свечи. В то же время предлагаемое устройство обеспечивает полную реакцию карбида кальция с водой за счет максимальной площади контакта в газогенераторе, что создает заранее заданный выход ацетилена и более устойчивые взрывы газовой смеси, а также исключает выход продуктов реакции и газового взрыва в скважину и ухудшение качества воды.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ФИЛЬТРОВ СКВАЖИН, содержащее открытую снизу цилиндрическую камеру, установленную в ней запальную свечу, соединенную кабелем с генератором импульсов тока, отражатель, связанный стержневым каркасом с цилиндрической камерой, и газогенератор, заполненный материалом, образующим при взаимодействии с водой взрывчатую газообразную смесь, отличающееся тем, что оно снабжено упругой оболочкой, при этом дополнительная камера образована упругой оболочкой, обтягивающей стержневой каркас, отражателем, газовый генератор выполнен в виде съемного стакана с установленной в нем сетчатой капсулой, расположен в отражетеле и сообщен с дополнительной камерой, причем стакан заполнен водой, а сетчатая капсула - материалом, образующим с водой взрывчатую смесь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2