Гидропневмоимпульсатор

 

Гидроимпульсатор относится к горнодобывающей промышленности, в частности к устройствам для интенсификации разработки рыхлых полезных ископаемых через скважины, к скважинному водоснабжению и к нефтедобыче для раскольматации водо- и нефтезаборных зон с целью увеличения притока жидких полезных ископаемых в скважинах. Гидропневмоимпульсатор включает агентоподающую трубу с дозатором со сбрасываемыми шарами в верхней части и клапанными седлами, закрепленными в нижней части. Агентоподающая труба снабжена установленными над верхним клапанным седлом газоаккумуляторным устройством, которое выполнено в виде кольцевой перегородки и присоединенной к ней верхним концом трубки. Шаропроводящие полости кольцевой перегородки и трубки совмещены. Газоаккумуляторное устройство может быть выполнено с замкнутой упругой камерой, расположенной между кольцевой перегородкой и трубкой. Замкнутая упругая камера может быть снабжена регулятором давления. Агентоподающая труба снабжена запорным клапаном-отражателем, установленным над газоаккумуляторным устройством. Нижний конец трубки газоаккумуляторного устройства снабжен отделителем газа. Изобретение позволяет создать новую, простую в изготовлении и эксплуатации конструкцию гидропневмопульсатора, обеспечивает возможность получения любых расчетных объемов газоаккумуляторных камер для создания любых по величине энергии импульсов. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Гидропневмоимпульсатор относится к горнодобывающей промышленности, в частности к устройствам для интенсификации разработки рыхлых полезных ископаемых через скважины, к скважинному водоснабжению и к нефтедобыче для раскольматации водо- и нефтезаборных зон с целью увеличения притока жидких полезных ископаемых в скважине.

Известен снаряд для скважинной гидродобычи других полезных ископаемых с применением пневмоимпульсного устройства, включающего агентоподающую трубу с дозатором сбрасываемых шаров в верхней части, и с клапанными седлами, закрепляемыми на внутренней поверхности стенок нижней части трубы (1).

В известном снаряде для привода в действие пневмоимпульсного устройства в качестве энергетического оборудования используются только компрессоры и насосно-компрессорные установки для подачи в агентоподающую трубу сжатого воздуха или газожидкостной смеси под высоким давлением.

Это ограничивает технологические возможности импульсного воздействия на продуктивные пласты для повышения притока полезных ископаемых в скважины с выбором или газовых, или газожидкостных, или жидкостных агентов в зависимости от необходимости и возможности их применения в конкретных скважинных условиях и в производственных процессах. Например, возможность одновременно с закачкой воды насосами в нагнетательные скважины для повышения нефтедобычи производить импульсное воздействие на коллектор с высокой энергией ударов, используя те же нагнетательные скважины и насосное оборудование.

В предлагаемом изобретении ставится задача создания универсального гидропневмоимпульсатора в качестве источника импульсов высоких энергией, приводимого в действие как подачей сжатых газов и газожидкостных смесей, так и жидких агентов, например воды, кислотных и щелочных растворов.

Указанная задача расширения технологических возможностей импульсных средств достигается созданием конструкции гидропневмоимпульсатора, включающего агентоподающую трубу с дозатором со сбрасываемыми шарами в верхней части и клапанными седлами, закрепленными в нижней части. Новым в конструкции гидропневмоимпульсатора является то, что агентоподающую труба снабжена установленным над верхним клапанным седлом газоаккумуляторным устройством. Это устройство выполнено в агентоподающей трубе в виде кольцевой перегородки и присоединенной к ней верхним концом трубки. При этом шаропроводящие полости кольцевой перегородки и трубки совмещены. Для достижения поставленной задачи гидропневмоимпульсатор может быть выполнен с замкнутой газоаккумуляторной упругой камерой, расположенной между кольцевой перегородкой и трубкой. Решению поставленной задачи способствует и то, что гидропневмоимпульсатор может быть выполнен с замкнутой упругой газоаккумуляторной камерой, снабженной регулятором давления.

Гидропневмоимпульсатор может быть выполнен с агентоподающей трубой, снабженной запорным клапаном - отражателем, установленным над газоаккумуляторным устройством, и с нижним концом трубки газоаккумуляторного устройства, выполненным с отделителем газа, например, в виде конца трубки, отклоненного к стенке агентоподающей трубы.

Выполнение пневмоимпульсатора с сочетанием газоаккумулятора, имеющего возможность сообщаться снизу со стволом скважины через каналы седел, с газоотделителем на конце трубки для дополнительного наполнения газоаккумуляторной камеры газом перед операциями забрасывания шаровых клапанов для создания импульсов высоких энергий, так же использование запорного клапана - отражателя, установленного в агентоподающей трубе над газоаккумулятором, позволяет создать новую, простую в изготовлении и эксплуатации конструкцию гидропневмоимпульсатора с элементами новизны и промышленной полезности. Возможность изготавливать гидропневмоимпульсатор с одним или несколькими газоаккумуляторами обеспечивает возможность получения любых расчетных объемов газоаккумуляторных камер для создания любых по величине энергии импульсов. При этом гидропневмоимпульсатор благодаря перечисленным выше конструктивным особенностям обладает высокой технологичностью в изготовлении и эксплуатации, а также большей универсальностью в применении как газовых, газожидкостных, так и жидких агентов.

На фиг. 1 изображен общий вид гидроимпульсатора в продольном разрезе с открытой снизу полостью газоаккумуляторного устройства и газоотделителем на конце трубки; на фиг. 2 - вариант выполнения гидропневмоимпульсатора с газоаккумуляторным устройством с замкнутой упругой камерой, закрытой ниппельной пробкой; на фиг. 3 - нижняя часть гидропневмоимпульсатора с газоаккумуляторным устройством с замкнутой упругой камерой, снабженной регулятором давления, и с запорным клапаном - отражателем в агентоподающей трубе; на фиг. 4 - гидропневмоимпульсатор, смонтированный из нескольких секций агентоподающей трубы с газоаккумуляторными устройствами в каждой секции.

Гидропневмоимпульсатор (фиг. 1 - 4) включает агентоподающую трубу 1, в верхней части которой установлен дозатор 2 со сбрасываемыми шарами 3. В нижней части трубы 1 закреплены клапанные седла 4. Над верхним клапанным седлом 4 агентоподающая труба 1 оборудована газоаккумуляторным устройством 5, включающим кольцевую перегородку 6 и присоединенную к ней верхним концом трубку 7. Шаропроводящие полости кольцевой перегородки 6 и трубки 7 совмещены.

Нижний конец трубки 7 может быть снабжен газоотделителем 8. Газоотделитель 8 может быть представлен в виде конца трубки 7, отогнутого к стенке агентоподающей трубы 1 (фиг. 1).

Газоаккумуляторное устройство 5 может быть выполнено в виде замкнутой упругой камеры 9 с ниппельной пробкой для закачки газа (фиг. 2) или замкнутой упругой камеры 9 с регулятором давления 11, например, в виде шарового клапана, сообщающегося с полостью замкнутой упругой камеры через канал 12, выполненный в кольцевой перегородке 6 (фиг. 3).

Замкнутая упругая камера располагается между кольцевой перегородкой 6 и трубкой 7 (фиг. 2, 3). Агентоподающая труба 1 гидропневмоимпульсатора может снабжаться запорным клапаном - отражателем 13, установленным над газоаккумуляторным устройством 5 (фиг. 2). Возможны варианты монтажа гидропневмоимпульсатора с одним (фиг. 1 - 3) и несколькими (фиг. 4) газоаккумуляторными устройствами 5, размещенными соответственно в одной или в нескольких секциях агентоподающей трубы 1.

Во всех вариантах монтажа гидропневмоимпульсатора запорный клапан - отражатель 13 устанавливается в агентоподающей трубе 1 над верхним газоаккумуляторным устройством (фиг. 3 и 4).

Гидропневмоимпульсатор работает следующим образом. Гидропневмоимпульсатор спускают в скважину на агентоподающей трубе 1 на глубину импульсного воздействия (фиг. 1). На верхнем конце агентоподающей трубы 1 устанавливают дозатор 2 шаров 3. Затем через дозатор подсоединяют верхний конец агентоподающей трубы к буровому насосу (на фиг. 1 насос не показан). Во время спуска источника импульсов скважинная жидкость через каналы седел 4, полостей трубки 7 и кольцевой перегородки 6 поступает в полость агентоподающей трубы 1, поднимаясь до статического уровня "0" жидкости в скважине. При этом газ (воздух), находящийся в полости газоаккумулятора, будет поджат скважинной жидкостью до уровня "0¹". Высота этого первоначального уровня "0¹" скважинной жидкости будет зависеть от высоты (силы давления) столба жидкости в скважине с уровнем "0".

Для подготовки гидропневмоимпульсатора к работе необходимо максимально наполнить газоаккумулятор 5 газом. Это осуществляется прокачиванием через агентоподающую трубу 1 или газового агента, или газожидкостной смеси в трубку 7. Для эффективного отделения газа от газожидкостной смеси трубка 7 выполняется с газоотделителем 8, например, выполненным в виде отогнутого к стенке агентоподающей трубы 1 конца трубки 7. При выходе газа из конца трубки 7 часть его будет подниматься в камеру газоаккумулятора 5 и, вытесняя скважинную жидкость, заполнит газоаккумулятор газом под давлением, равным скважинному. После такой подготовки газоаккумулятора к работе включают насос и дозатором 2 через агентоподающую трубу 1 забрасывают шар 3 в гидропневмоимпульсатор. Двигаясь вниз, шар 3 под давлением собственного веса и давления струи жидкости, закачиваемой насосом, проходит через полости кольцевой перегородки 6 и трубки 7, и садится в верхнее клапанное седло 4, перекрывая его канал. Далее под действием высокого давления закачиваемой в газоаккумулятор 5 жидкости (воды, раствора кислоты или щелочи) для продавливания шара 3 через верхнее седло 5 находящийся в полости газоаккумулятора 5 газ будет сжиматься и аккумулировать энергию.

В момент выхода шара 3 из канала клапанного седла 4 энергия газа, сжатого поднявшейся до отметки уровня "0²", мгновенно освобождается и через каналы седел 4 выдавливает порцию жидкости. Одновременно из полости газоаккумулятора 5 вместе с жидкостью в скважину будет выброшена и часть газа. При выбросе жидкости и газа в скважине создается гидроудар, передающийся на породы коллектора.

Энергия гидроудара будет зависеть от таких факторов, как длина (объем) полости газоаккумулятора, степень сжатия газа и объемы выброшенных порций жидкости и газа, гидросопротивления при движении жидкости и газа в каналах гидропневмоимпульсатора в противодействие столба жидкости в скважине. После продавливания шара через первое седло осуществляют последовательные его продавливания через нижеустановленные клапанные седла 4.

Если в гидропневмоимпульсаторе установлено одно клапанное седло 4, то создание серии импульсов осуществляется путем последовательного забрасывания дозатором 2 нескольких шаров 3 в агентоподающую трубу 1. Причем после каждого импульса должны быть произведены операции по наполнению полости газоаккумуляторного устройства 5 газом. При значительных наклонах гидропневмоимпульсатора потери газа существенно увеличиваются. В этой связи применение описанной выше конструкции гидропневмоимпульстора целесообразно только в вертикальных и слабонаклонных скважинах.

Применение гидропневмоимпульсаторов с замкнутыми упругими камерами, размещенными между кольцевой перегородкой и трубкой, с ниппельной пробкой для закачки газа без регулирования давления (фиг. 2) и особенно с регулятором давления, выполненного в виде обратного клапана (фиг. 3) в кольцевой перегородке 6, позволяет эффективно применять новый источник импульсов в скважинах с любыми зенитными углами бурения стволов (вертикальных, наклонных и горизонтальных), с любыми гидрогеологическими условиями (с большими и малыми водопритоками, любой высотой статического уровня столба жидкости, с любой глубиной скважин), с разными удельными весами скважинной жидкости и поступающей в скважину рыхлой породы в виде пульпы.

Учитывая скважинные условия, энергия импульсного воздействия, создаваемого гидропневмоимпульсатором, регулируется путем установления в газоаккумуляторной камере требуемого давления, а также подбором определенных соотношений диаметров шаров 3 и каналов клапанных седел 4.

Технология выполнения импульса гидропневмоимпульсатором с замкнутой упругой камерой газоаккумуляторной камерой аналогична вышеописанной работе с газоаккумуляторной камерой, открытой снизу. Сначала забрасывают дозатором 2 шары 3 в агентоподающую трубу 1. Затем насосом продавливают их через клапанные седла 4. При этом сжимается газ в газоаккумуляторной камере и после продавливания шаров осуществляется выброс жидкости из полости агнетоподающей трубы через каналы в седлах 4 в скважину под действием расширяемых газом замкнутых упругих камерах.

Благодаря герметизации газа в замкнутых упругих камерах полностью предотвращается его потеря, т.е. при создании импульсов в скважину выбрасывается только порция жидкости. Для защиты насосного оборудования от разрушения гидроударными волнами, поднимающимися вверх по каналу агентоподающей трубы, заполненной жидкостью, во всех вариантах выполнения гидропневмоимпульсатора выше газоаккумуляторного устройства в агентоподающей трубе устанавливается запорный клапан - отражатель 13 (фиг. 3).

При выполнении гидропневмоимпульсатора из нескольких секций агентоподающей трубы с газоаккумуляторными устройствами в каждой секции запорный клапан-отражатель 13 устанавливается только выше верхнего газоаккумулятора (фиг. 4).

Новая конструкция гидропневмоимпульсатора имеет ряд преимуществ. Так, импульсаторы с открытой камерой газоаккумулятора конструктивно легко выполняются в объеме насосно-компрессорных и бурильных труб малых диаметров, что позволяет их использовать в скважинах малых диаметров. Гидроимпульсаторы с закрытыми упругими камерами газоаккумуляторов отличаются высокой технологичностью при применении в любых скважинных условиях (с любым зенитным углом наклона ствола скважины, с любым водопритоком и статическим уровнем, с любым удельным весом скважинной жидкости и т.д.).

Благодаря универсальности в применении различных видов агентов новый гидропневмоимпульсатор может быть успешно применен при работе с газовыми, газожидкостными и жидкими агентами в неглубоких скважинах. При этом для спуска гидропневмоимпульсатора в скважины могут быть использованы шланги высокого давления из полимерных материалов, стальные гибкие, насосно-компрессорные и бурильные трубы. При создании импульсов в глубоких скважинах с значительными давлениями скважинных жидкостей в забойных зонах при использовании в качестве рабочих агентов газа и газожидкостной смеси должны быть использованы насосно-компрессорные и бурильные трубы, не подверженные гидравлическому смятию при резком снижении в них давления после создания каждого импульса.

Возможность создания импульсов высоких энергий гидропневмоимпульсатором новой конструкции с применением жидких агентов позволяет не только применять обычные буровые насосы, но и в качестве агентоподающих труб использовать высокотехнологичные в работе гибкие стальные тонкостенные трубы.

Весьма перспективно применение новых гидропневмоимпульсаторов, помещенных в вертикальные, наклонные и горизонтальные скважины, шурфы и колодцы для обезвоживания добытых рыхлых руд, заскладированных в бурты и размещенных в контейнеры и кузова транспортных средств, увеличения дренажных трещин в горных массивах для выхода газов с целью предупреждения газовых выбросов на месторождениях угля и горячих сланцев, а также для повышения выхода газа при разработке этих месторождений методом искусственной дегазации.

Новые гидропневмоимпульсаторы могут быть применены для импульсной подачи инертных газов с целью предупреждения самовозгорания и производства пожаротушения горючих полезных ископаемых в горных массивах или в виде добытой массы, заскладированной в буртах на складах.

Формула изобретения

1. Гидропневмоимпульсатор, включающий агентоподающую трубу с дозатором со сбрасываемыми шарами в верхней части и клапанными седлами, закрепленными в нижней части, отличающийся тем, что агентоподающая труба снабжена установленным над верхним клапанным седлом газоаккумуляторным устройством, выполненным в виде кольцевой перегородки и присоединенной к ней верхним концом трубки, шаропроводящие полости которых совмещены.

2. Гидропневмоимпульсатор по п.1, отличающийся тем, что газоаккумуляторное устройство выполнено с замкнутой упругой камерой, расположенной между кольцевой перегородкой и трубкой.

3. Гидропневмоимпульсатор по п.2, отличающийся тем, что замкнутая упругая камера снабжена регулятором давления.

4. Гидропневмоимпульсатор по п.1, отличающийся тем, что агентоподающая труба снабжена запорным клапаном-отражателем, установленным над газоаккумуляторным устройством.

5. Гидропневмоимпульсатор по п. 1, отличающийся тем, что нижний конец трубки снабжен отделителем газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4