Устройство для приготовления и подачи в скважину аэрированных тампонажных составов

 

Изобретение относится к бурению скважин и м. б. использовано при цементировании скважин. Цель - повышение надежности работы устройства при нестационарном противодавлении на выходном трубопроводе (ТП) за счет обеспечения стабильности тампонажных составов. Устройство содержит основной эжектор 1 с входным ТП 2, неподвижной насадкой 3, камерой 4 эжекции, камерой 5 смешения с диффузором 6 и выходными ТП 7, а также дополнительный эжектор 8 с входным ТП 9, сообщенным с ТП 2 эжектора 1. Выходной ТП 7 эжектора 1 сообщен с камерой эжекции эжектора 8 кольцевым каналом 11, образующим с осью эжектора 8 угол не более 30°. При этом камера 5 смешения и насадка 3 эжектора 1 выполнены с соотношением площадей поперечного сечения в пределах 4-30, а для эжектора 8 - в пределах 2-8. Соединение эжектора 1 с входом эжектируемой среды эжектора 8 обеспечивает повышение давления на выходе устройства я повышение качества смеси за счет ее лучшего перемешивания. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

I (50 4 Е 21 В 21/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

12 I 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4218585/22-03 (22) 08.01.87 (46) 28.02.89. Бюл. № 8 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки

Всесоюзного производственного объединения «Союзгеотехника» (72) Л. С. Стреленя, Ю. Г. Рудометов, В. И. Лисянский и В. Н. Фадеев (53) 622.243.144.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 685806, кл. Е 21 В 21/06, 1976.

Технология цементирования скважин аэрированными суспензиями, РД39-2-1232-84, ВНИИКРнефть, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ПОДАЧИ В СКВАЖИНУ

АЭРИРОВАННЫХ ТАМПОНАЖНЫХ СОСТАВОВ (57) Изобретение относится к бурению скважин и м. б. использовано при цементировании скважин. Цель — повышение

„,Я0„„1461862 д1 надежности работы устройства при нестационарном противодавлении на выходном трубопроводе (ТП) за счет обеспечения стабильности тампонажных составов. Устройство содержит основной эжектор 1 с входным ТП 2, неподвижной насадкой 3, камерой 4 эжекции, камерой 5 смешения с диффузором 6 и выходными ТП 7, а также дополнительный эжектор 8 с входным ТП 9, сообщенным с ТП 2 эжектора 1. Выходной ТП 7 эжектора 1 сообщен с камерой эжекции эжектора 8 кольцевым каналом 11, образующим с осью эжектора 8 угол не более 30 . При этом камера 5 смешения и насадка 3 эжектора 1 выполнены с соотношением площадей поперечного сечения в пределах 4 — 30, а для эжектора 8 — в пределах 2 — 8.

Соединение эжектора 1 с входом эжектируемой среды эжектора 8 обеспечивает повышение давления на выходе устройства и повышение качества смеси за счет ее учшего перемешивания. 2 ил.

1461862

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для приготовления тампонажных составов.

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства при нестационарном противодавлении на выходном трубопроводе за счет обеспечения . стабильности тампонажных составов.

На фиг.,1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — сечение А — А на фиг. 1. !

О

Устройство включает эжектор 1 с входным трубопроводом 2, неподвижной насадкой 3, камерой 4 эжекции, камерой 5 смешения, диффузором 6 и выходным трубопроводом 7, а также дополнительный эжектор 8 с входным трубопроводом 9, сообщенным с аналогичным трубопроводом 2 эжектора 1, выходной трубопровод 7 которого сообщен с камерой 10 эжекции дополнительного эжектора кольцевым каналом 11, образующим с осью эжектора 8 >0 угол не более 30 .

Дополнительный эжектор 8 имеет, как и основной эжектор 1, насадку 12 и камеру 13 смешения. При этом камера 5 смешения и насадка 3 основного эжектора 1 выполнены с соотношением площадей поперечного сечения 4 — 30 соответственно, а камера 13 смешения и насадка 12 дополнительного эжектора 8 выполнены с соотношением 2 — 8.

Для подачи тампонажного состава в эжекторы служит трубопровод 14.

Для подачи воздуха в камеру 4 эжекции служит патрубок 15.

Испол ьзова ние двух эжекторов в устройстве, где выход первого эжектора соединен с входом эжектируемой среды второго эжектора, обеспечивает повышение давления на выкиде устройства и повышает качество смеси за счет лучшего перемешивания.

Прямое попадание струй эжектируемой смеси во втором эжекторе в плоскость 40 сечения входа камеры смешения приводит к росту коэффициента полезного действия, так как используется кинетическая энергия этих струй. Величина этой энергии в общем балансе довольно значительна за счет 4 высокой плотности эжектируемой среды (по сравнению с плотностью воздуха) .

Прямое и эффективное попадание струй эжектируемой смеси во втором эжекторе в плоскость сечения входа камеры смешения возможно, если камеры наклонены к оси камеры смешения не более 30 .

При больших углах наклона значительно снизится коэффициент использования кинетической энергии струи за счет несовпадения направлений потоков. Выполнение углов наклона каналов минимальными or- 55 раничивается необходимостью сохранения расстояния от насадки до камеры смешения в пределах (2 — 6) диаметров насадки.

В этом случае давление смеси на выкиде эжектора практически остается постоянным, а при дальнейшем росте расстояния уменьшается давление смеси на выкиде устройства.

Предусматриваемое в устройстве соотношение площадей камер смешения и проходных сечений насадков для эжекторов обеспечивает повышение стабильности приготовляемой аэрированной смеси. Такие соотношения обеспечивают для первого эжектора большую кратность вспенивания, а для второго эжектора — стабильность кратности вспенивания при повышении давления. При большом отношении площадей сечения камеры смешения и насадки (в первом эжекторе) получают малый прирост давления смеси, но большой объемный коэффициент инжекции. Кроме того, этот коэффициент инжекции имеет «мягкую» характеристику — при изменении противодавления на выкиде резко изменяется величина коэффициента инжекции. Однако в первом эжекторе такая характеристика не имеет значения, так как сопротивление на выходе для первого эжектора не изменяется — сопротивления обусловлены гидравлическими сопротивлениями второго эжектор а.

На выходе дополнительного эжектора сопротивления изменяются (различная глубина скважин, различные статические уровни и т. д.) . .Поэтому соотношение площадей камеры смешения и насадки должно быть малым. В этом случае получается значительный прирост давления, но небольшой коэффициент инжекции, причем этот коэффициент в меньшей степени зависит от противодавления на выкиде, т. е. характеристика его более «жесткая».

Выбор соотношений площадей камер смешения обосновывается также следующими соображениями. Фактическая кратность вспененного тампонажного раствора (и отвержденного камня) должна находиться в пределах 1,5 — 2,5. При большей кратности не обеспечивается требуемая прочность тампонажного камня. Фактическая кратность зависит как от начальной кратности приготовления смеси в аэраторах, так и от гидростатического давления промывочной жидкости в зоне осложнения. Поэтому меньшие значения соотношений площадей используются при относительно небольшом гидростатическом давлении (0,5 — 1,5 МПа) промывочной жидкости. Большие соотношения площадей сечения камер смешения и проходных отверстий насадок используются при больших гидростатических давлениях (10 МПа и выше) промывочной жидкости в скважинах. Наиболее часто в практике бурения зоны интенсивного поглощения встречаются на глубинах до 1000 м, что соответствует приведенным гидростатическим давлениям.

1461862

Формула изобретения

Фиг. 2

Составитель A. Григи анов

Редактор М. Бандура Техред И. Верее Корректор В. Романенко

Заказ 582,125 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ио изобретениям и открытиям при ГК111 СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб.. д. -1,5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород. x.л,, .Гага1и: на, 101

Перечисленные признаки в совокупности обеспечивают синергетический эффект — при высоком давлении достигаются необходимые кратности вспенивания, малоизменяющиеся при повышении противодавления на выходе устройства.

Устройство работает следующим образом.

При подаче тампонажного состава от насоса (буровой установки или цементировочного агрегата) после трубопровода 14 поток разделяется и движется по двум входным трубопроводам 2 и 9. Высокоскоростная струя, вытекающая из насадки 3, проходя камеру 4 эжекции, увлекает воздух, подаваемый от компрессора низкого давления через патрубок 15. В камере

5 смешения с диффузором 6 образуется аэрированная смесь. 3а счет высокого значения отношений площадей камеры 5 смешения и проходного сечения насадки 3 на выходе первого эжектора образуется аэрированная смесь с высокой кратностью.

Кратность этой смеси остается постоянной, так как давление на выходе диффузора 6 практически не изменяется, так как противодавление обусловлено гидравлическими сопротивлениями на дополнительном эжекторе, а эти сопротивления — величина постоянная.

Вторая часть рабочего потока движется по входному трубопроводу 9, проходит насадку 12 и попадает в камеру 13 смешения с соответствующим диффузором.

Эжектируемая смесь из выходного трубопровода 7 через кольцевой канал 11 (фиг. 2) с углом наклона не более 30 к оси смесителя поступает в камеру 0 эжекции и увлекается рабочим потоком.

Применение устройства для приготовления и одновременной подачи в скважину аэрированных тампонажных составов обеспечит изоляцию зон поглощения в породах с высокой степенью трещи нов атости, в нарушенных интервалах кровли горных выработок и в других сложных случаях.

При этом улучшается качество изоляционных работ за счет подачи аэрированных тампонирующих составов в зону осложнения с заданной постоянной кратностью.

В результате обеспечивается снижение расхода тампонажных материалов, повышение качества изоляционных работ и рост скорости бурения скважин в сложных горно-геологических условиях за счет снижения затрат времени на ликвидацию ос15 ложнений.

Устройство для приготовления и подачи в скважину аэрированных тампонажных составов, включающее эжектор с входным трубопроводом, неподвижной насадкой, камерой эжекции, камерой смешения с диффузором и выходным трубопроводом, отличаюи ееся тем, что, с целью повышения

25 надежности работы устройства при нестационарном противодавлении на выходном трубопроводе за счет обеспечения стабильности тампонажных составов, оно снабжено дополнительным эжектором с входным трубопроводом, сообщенным с аналогичным

ЗО трубопроводом основного эжектора, выходной трубопровод которого сообщен с камерой эжекции дополнительного эжектора кольцевым каналом, образующим с осью этого эжектора угол не более 30, а камеры смешения и насадки выполнены с соот35 ношениями площадей поперечного сечения в пределах 4 — 30 для основного эжектора и в пределах 2 — 8 для дополнительного эжектора.