Скважинное устройство для разделения жидкостей

 

Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано при захоронении промышленных стоков в глубокие водоносные горизонты, при добыче полезных ископаемых из подземных вод подземным выщелачиванием, а также при искусственном восполнении ресурсов подземных вод. Цель - расширение области использования за счет обеспечения возможности закачки разделенной жидкости в водоносные горизонты и/или откачки из них. Устройство состоит из внешней колонны (К) 1, внутренней К 2 и баромембранных аппаратов (БМА) 3 в виде полых камер. В межтрубном пространстве К 1 и 2 установлен пакер 4. Внешняя К 1 оборудована фильтрами 6 и 15. Во внутренней К 2 установлены герметизирующие элементы (ГЭ) 7 и 8 , БМА 3 расположены между ними. Полости БМА 3 сообщены с полостью 12 внутренней К 2 и полостью 16 внешней К 1. В вариантах возможно выполнение отверстий в ГЭ 7 и 8 и заглушение патрубка 13. Жидкость средством 11 вводят в полость 12, откуда она через патрубок 13 попадает в полости БМА 3. Мембраны (стенки ) БМА 3 пропускают в полость 10 между ГЭ 7 и 8 пермеат, который через отверстия 9 попадает в межтрубное пространство 5 и через фильтр 15 в водоносный горизонт 27. Концентрат из БМА 3 через патрубок 14, полость 16 и фильтр 6 поступает в водоносный горизонт 28. При откачке жидкости из горизонта 28 с патрубком 14 соединяют глубинный насос. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4340060/23-03 (22). 10.12.87 (46) 15, 10.89. Вюп. К- 38 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (72) Н.И. Токарев (53) 622.234.4(088.8) (56) Гидрогеологические исследова- ния для захоронения промышленных сточных вод в глубокие водоносные горизонты. Под ред. Антоненко К.И. и

Чаповского Е.Г.,М.: Недра, 1976, с. 174-175.

Патент США 11 4 125463, кл. 210-23Н, опублик. t978.

„„SU, 1514911 А 1

gyj 4 Е 21 В 43/00, Е 03 В 3/32

2 (54) СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ (57) Изобретение относится к гидрогеологии и м.б. использовано при захоронении BpoMbIIlUIBHHblx стоков в глубокие водоносные горизонты, при:добыче полезных ископаемых из подземных вод подземным выщелачиванием, а также при искусственном восполнении ресурсов подземных вод. Цель — расширение области использования за счет обеспечения возможности закачки разделенной жидкости в водоносные горизонты и/или откачки иэ них. Устройство состоит из внешней колонны (К) 1, внутренней К 2 и баромембранных аппаратов (БМА) 3 в

3 . 51491 виде полых камер. В межтрубном прост— ранстве К 1 и 2 установлен пакер 4.

Внешняя К 1 оборудована фильтрами 6 и 15. Во внутренней К 2 установлены герметизирующие элементы (ГЭ) 7 и 8, а БМА 3 расположены между ними. Пслости БМА 3 сообщены с полостью 12 внутренней К 2 и полостью 16 внешней

К 1. Возможно выполнение отверстий в

ГЭ 7 и 8 и заглушение патрубка 13.

Жидкость средством 11 вводят в полость 12, откуда она через патрубск

13 попадает в полости БМА 3. Мембраны (стенки) РМА 3 пропускают в полость 10 между ГЭ 7 и 8 пермеат, который через отверстия 9 попадает в межтрубное пространство 5 и через фильтр 15 в водоносный горизонт 27.

Концентрат иэ БМА 3 через патрубок

14, полость 16 и фильтр 6 поступает в водоносный горизонт 28. При откачке жидкости из горизонта 28 с патрубком 14 соединяют глубинный насос.

3 з,п, ф лы 3 ил, Изобретение относится к области гидрогеологии и может быть использовано при захоронении промышпенных стоков в глубокие водоносные горизон,ты, при добыче полезных ископаемых азиз подземных вод поцэемным выщелачиванием, а также при искусственном восполнении ресурсов подземных вод.

Целью. изобретения является расширение области использования за счет обеспечения возможности закачки разделенной жидкости в водоносные горизонты и/или откачки иэ них. ЗО

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез скважины с размещенным в ней устройством, обеспечивающим стабильное гидростатическое давление, действующее на мембрану при закачке или откачке разделяемой жидкости, вариант; на фиг. 2 — то же, для варианта устройства, обеспечивающего закачку пермеата в пласт с выводом концентрата на поверхность; на фиг. 3 — то же, 40 для варианта устройства, обеспечивающего возможность изменения коэффициента концентрирования при закачке концентрата в пласт.

Устройство состоит из внешней ко- g5 лонны 1, концентрично установленной в ней внутренней колонны 2 и баромембранных аппаратов 3, выполненных в виде полых камер, например, трубчатого типа. Внешняя колонна снабжена паке° ром 4, установленным в межтрубном пространстве 5, и фильтром 6, расположенным ниже пакера 4. Внутренняя колонна 2 снабжена установленными в ее полости двумя герметизирующими элементами — верхним 7 и нижним 8.

Во внутренней колонне 2 выполнены отверстия 9, расположенные в интервале между элементами 7 и 8, Указанные отверстия сообщают полость 10 внутренней колонны 2 в указанном интервале с межтрубным пространством 5 выше пакера 4. Баромеморанные аппараты 3 расположены в полости 10 и сообщены своими полостями с полостью внешней колонны 1 в интервале фильтра 6. Устройство содержит также средство 11 для подачи жидкости, гидравлически сообщенное с полостью 12 устьевой части внутренней колонны 2 °

На концах баромембранных аппаратов 3 установлены патрубки 13 и 14 являющиеся коллекторами для гидравлического сообщения с полостями указанных аппаратов 3.

В одном из вариантов выполнения устройства внешняя колонна 1 может быть оборудована дополнительным фильтром 15, расположенным выше пакера 4. B этом варианте выполнения полости баромембранных аппаратов 3 сообщены через патрубок 13 с полостью

12, и через патрубок 14 с полостью

16 внешней колонны f в интервале фильтра 6.

В другом варианте выполнения устройства верхний герметизирующий элемент 7 выполнен с отверстиями 17,,которые сообщают полость 12 с полостью

:10, а патрубок 13 заглушен заглушкой 18.

В третьем варианте выполнения устройства внутренняя колонна 2 оборудована фильтром 19, расположенным ниже забойной части внешней колонны

1. Последняя снабжена дополнительным пакером 20, расположенным в межтрубном пространстве колонн 1 и 2 между фильтрами 6 и 19 Полости баромембранных аппаратов 3 сообщены с межтрубным пространством между пакерами l 5 i 49 11

4 и 20 через патрубки l4 и 21. Нижний герметизирующий элемент 8 выполнен с отверстиями 22, сообщающими полость 10 с полостью 23 забойной час5 ти внутренней колонны 2. Отверстия

22 снабжены регулировочным клапаном, выполненным например, в виде диска

24 с отверстиями 25, перекрываемыми стальными шариками 26. 10

Устройство работает следующим образом.

В варианте устройства, представленном на фиг. 1, закачку разделяемой жидкости с помощью средства 1 1 подачи жидкости производят в полости баромембранных аппаратов 3 через полость 12 и патрубок 13 ° При закачке поддерживают постоянный уровень закачиваемой жидкости, например,. на устье 20 . скважины. Из-за разности уровней жидкости на устье скважины и динамического уровня водоносного горизонта 27 образуется гидростатическое давление. Под действием этого давле ния мембраны (стенки) аппаратов 3 пропускают в полость 10 пермеат (т.е.. очищенную жидкость), который через отверстия 9 поступает в межтрубное пространство 5 и через фильтр 15 в 30 водоносный горизонт 27. По мере продвижения разделяемой жидкости по полостям системы последовательно соеди- ненных баромембранных аппаратов 3 задерживаемые мембраной компоненты концентрируются, концентрат через нижний патрубок 14 и полость 16 поступает в область фильтра 6 и горизонт

28. Величина допустимого гидростатического давления, действующего на 40 мембрану со стороны полостей аппаратов 3, ограничивается глубиной расположения Н отверстий 9 . Поэтому в условиях, когда динамический уровень в горизонте 27 будет ниже места рас- 45 положения отверстий 9 или подвержен колебаниям, величина давления, действующего на мембрану, будет постоянной и не превысит допустимой величины. 50

При откачке разделяемой жидкости из водоносного горизонта 28 глубинный насос (на фиг. 1 не показан) соединяется с нижним патрубком 14.

В вариантах устройства, представ- 5,ленных на фиг ° 2, 3, верхний патрубок

13 заглушен. При закачке пермеата в горизонт 28 с выводом концентрата. на поверхность (фиг. 2) разделяемую жидкость с помощью средства 11 подачи жидкости нагнетают в полость 10 через полость 12 и соединяющие их отверстия

17. Пройдя полость 10, сконцентрированная жидкость через отверстия 9 поступает в межтрубное пространство 5 и поднимается в нем pо устья скважины на поверхность, где средством 11 подачи жидкости может быть снова возвращена на разделение. Пермеат, проникающий в полость баромембранных аппаратов 3 под действием гидростатического давления, образованного разностью А Н уровней жидкости на устье скважины и в водоносном горизонте 28, через нижний патрубок 14 -и фильтр 6 поступает в горизонт 28. За счет многократной циркуляции жидкости в полости 10 можно значительно повысить коэффициент концентрирования.. Этот вариант устройства используется тогда, когда нет необходимости (например, при опреснении морской воды) или нет возможности захоронять концентрат в недра, а также, когда он используется для дальнейшей переработки на поверхности, например, для извлечения целевых компонентов из него.

Для увеличения коэффициента концентрирования при закачке концентрата в пласт ниже горизонта закачки пермеата используется вариант устройства, представленный на фиг. 3. Разделяемый раствор также средством 11 подачи жидкости нагнетается в полость

10 через полость 12 и соединяющие их отверстия 17. Из полости 10 часть сконцентрированной жидкости через отверстия 9 поступает в межтрубное пространство 5, а часть жидкости через регулировочный клапан и отверстия 22, выполненные в нижнем герметиэирующем элементе 8, поступает через фильтр 19 в горизонт 28. Пермеат, проникающий в полость аппаратов 3 под действием гидростатического давления, образованного разностью g Н уровней жидакости на устье скважины и водоносном горизонте 28, через нижний патрубок

14, присоединенный к нему патрубок

21 отводится в область фильтра 6 и через него поступает в горизонт 28.

Коэффициент концентрирования будет определяться отношением расходов концентрата, возвращающегося на повторный цикл разделения и поступающего в горизонт 27. Это отношение регулиру1514911 ется числом перекрытых отверстий 25 в дырчатом диске регулировочного клапана. Отверстия 25 перекрываются сТальными шариками 26, бросаемыми во внутреннюю колонну 2 с поверхности, при этом диаметр шариков меньше диаметра отверстий 17 в верхнем гермети.—

;зирующем элементе 7. При необходимос ти шарики поднимают на поверхность при помощи спускаемого в полость

:.внутренней колонны 2 магнита или электромагнита (на фиг. 3 не показан).

Закачка концентрата в пласт выше горизонта закачки пермеата на практи- 15 ке встречается редко, При необходимости этот случай можно реализовать, используя вариант устройства, представленный на фиг. 1, с некоторыми дополнениями, а именно, постановкой второго пакера (на фиг. 1 не показан) в межтрубном пространстве 5 между от. верстиями 9 и фильтром 15 и выполнением отверстий около нижнего герметизирующего элемента 8. При этом разце- 25 .ляемая жидкость с поверхности подается в межтрубное пространство 5, заключенное между вторым пакером и устьем скважины, через отверстия 9 поступает в полость 10„ .и уже как концентрат поступает в межтрубное пространство, заключенное между пакерами, и через фильтр 15 в горизонт

27. Пермеат через мембрану проникает в полость аппаратов 3 и через нижний патрубок 14 и фильтр 6 поступает в

35 горизонт 28.

Применение устройства обеспечивает решение целого ряда задач, связанных, с одной стороны, с разделением жидкости с целью концентрирования, очистки или опреснения, с другой стороны, с откачкой и/или закачкой разделенных жидкостей в недра. При этом использование давления гидростатическо- 45

ro столба жидкости в скважине позволяет осуществлять процесс баромембранного разделения без энергетических затрат, что особенно важно при обратноосмотическом разделении, где

50 в напорной полости необходимо создавать давление в 3-5 HIIa. Устройство позволяет производить искусственное восполнение ресурсов пресных подземных вод за счет опреснения морской

55 воды или солоноватых вод, сократить объем захороняемых в недра промьппленных стоков с попутным восполнением водоносных горизонтов очищенной водой, концентрировать целевые компоненты при добыче полезных ископаемых через скважины из подземных вод или способом подземного выщелачивания.

Формул а изобретения

1. Скважинное устройство для разделения жидкостей, включающее внешнюю колонну, концентрично установленную в ней внутреннюю колонну, размещенные во внутренней колонне и выполненные в виде полых камер баромембранные аппараты для разделения жидкости на пермеат и концентрат и средство для подачи жидкости, гидравлически сообщенное с устьевой частью внут- . ренней колонны, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения области использования за счет обеспечения возможности закачки разделенной жидкости в водоносные горизонты и/или откачки из них, внешняя колонна снабжена пакером, установленным в межтрубном пространстве внешней и внутренней колонн, и по меньшей мере одним фильтром, расположенным ниже пакера, а внутренняя колонна снабжена установленными в ее полости двумя герметиэирующими элементами и выполнена с отверстиями, расположенными в интервале между указанными герметизирующими элементами и сообщающими полость внутренней колонны в указанном интервале с. межтрубным пространством выше пакера, при этом баромембранные аппараты расположены между герметизирующими элементами и- сообщены своими полостями с полостью внешней колонны в интервале фильтра.

2 Устройство по п 1 о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что внешняя колонна оборудована дополнительным фильтром, расположенным выше пакера, а полости баромембранных аппаратов сообщены с полостью устьевой части внутренней колонны.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что верхний герметизирующий элемент выполнен с отверстиями, сообщающими полость устьевой части внутренней колонны с полостью укаэанной колонны между герметизирующими элементами.

4. Устройство по и. 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что внутренняя колонна оборудована фильтром> располо9 15149 женным ниже забойной части внешней колонны, последняя снабжена дополнительным пакером, расположенным в межтрубном пространстве между фильтра-1

5 ми внешней и внутренней колонн, полости баромембранных аппаратов сообщены с межтрубным пространством между

11

1О пакерами, а нижний герметизирующий элемент выполнен с отверстиями, сообщающими полость внутренней колонны между герметизирующими элементами с полостью забойной части внутренней колонны и снабженными регулировочными клапанами.

Фиг.Z

1514911

Составитель В. Петрищев

Техред А.Кравчук Корректор .О. Ципле

Редактор О. Спесивых

Заказ 6204/33 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101