Пневмопульсатор для воздействия на коллектор полезных ископаемых

 

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли и может быть использовано для интенсификации разработки рыхлых полезных ископаемых через скважины, а также в геологоразведочной отрасли при раскольматации водозаборной прискважинной зоны и в других отраслях. Пневмопульсатор для добычи полезных ископаемых из скважины включает агентоподающую трубу, верхняя часть которой сообщена с дозатором упругих шаров, а нижняя содержит клапанные седла с отклонителями шаров, причем каждое седло имеет канал с верхней конической частью, переходящей в цилиндрическую новым является то, что цилиндрическая часть седла выполнена с вырезом, поперечное сечение которого составляет не менее половины площади поперечного сечения цилиндрической части седла. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к оборудованию, используемому в горнодобывающей отрасли для интенсификации разработки рыхлых полезных ископаемых через скважины, в геологоразведочной отрасли при раскольматации водозаборной (водопоглощающей) прискважинной зоны и в нефтедобывающей промышленности для увеличения подвижности нефти в каналах коллектора.

Известен добычной снаряд, включающий оголовок и концентрично установленные трубы [1] С целью повышения эффективности работы добычного снаряда в его конструкции применен пневмопульсатор, включающий агентоподающую трубу, дозатор со сбрасываемыми шарами, установленными в верхней части агентоподающей трубы, клапанные седла с каналами и сквозными отверстиями для сообщения над- и подклапанных полостей в нижней части агентоподающей трубы.

В известном пневмопульсаторе клапанные седла имеют каналы с цилиндрическими вертикальными или наклонными стенками. Агентоподающая труба снабжена отклонителями (ограничителями) шаров, установленными между седлами.

Отклонители шаров выполнены в виде перфорированной винтовой трубы, соединяющей каналы седел.

Отклонители шаров выполнены наклонными и расположены в одной вертикальной плоскости на внутренних стенках агентоподающей трубы. Известно также, что эффективность работы пневмопульсатора повышается с увеличением диаметров каналов и соответственно шаровых клапанов.

При разработке средств пневмоимпульсного воздействия известной конструкции для скважин малого диаметра возникают трудности, связанные с обеспечением четкого опережающего выхода в скважину сжатого воздуха по отношению к отстреливаемым через каналы клапанных седел шаровым клапаном, а также предохранения клапанов от разрушения при вхождении их в контакт с поверхностями отклонителей сразу же после вылета из каналов седел на значительных скоростях. При изготовлении пневмопульсаторов известной конструкции возникает необходимость в повышении технологичности изготовления и установки отклонителей шаровых клапанов.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности работы пневмопульсатора путем обеспечения четкого опережающего выхода сжатого воздуха в скважину при оптимальном увеличении диаметров каналов и шаровых клапанов с одновременным сохранением целостности клапанов при первых отклонениях, а также повышения технологичности изготовления отклонителей шаров и их монтажа.

Указанная цель достигается тем, что пневмопульсатор для воздействия на коллектор полезных ископаемых включает агентоподающую трубу, верхняя часть которой сообщена в дозатором, содержащим упругие сбрасываемые шары, а нижняя часть содержит ряд клапанных седел, причем каждое седло выполнено в виде полого цилиндра с опорой для его крепления, имеет канал с верхней конической частью, переходящей в цилиндрическую и снабжено отклонителем шаров.

Решению задач способствует то, что отклонитель выполнен в виде нижней части седла с цилиндрическим каналом с подклапанной полостью вырезом, поперечное сечение которого составляет не менее половины площади цилиндрической поверхности канала седла.

Решению задачи способствует также то, что стенка канала в нижней части снабжена направляющим буртиком. Ось канала седла может быть соосна с осью агентоподающей трубы или параллельна оси этой трубы и смещена относительно нее в горизонтальном направлении.

При таком выполнении седел с отклонителем шаров не требуется установка отклонителей между седлами на внутренней поверхности агентоподающей трубы.

В конструкциях известных пневмопульсаторов для крепления на внутренних стенках агентоподающих труб отклонителей требуется применение распорных элементов, сужающих зазоры между шарами и внутренней поверхностью трубы для опережающего корпуса сжатого воздуха.

При продавливании шара через цилиндрическую часть канала он деформируется в направлении поперек канала, уменьшаясь до размера диаметра канала и одновременно удлиняясь в размере вдоль оси канала. Выходя из канала, шар за счет сил упругости материала шаров частично восстанавливает свою форму и объем. При этом поверхность шара взаимодействует с частью поверхности канала отклонителя, отталкиваясь к стенке агентопроводящей трубы. Благодаря одновременному воздействию на шар струи сжатого воздуха, вырывающейся из канала седла, шар, изменяя траекторию, начнет движение с ударами о внутренние стенки агентоподающей трубы, двигаясь по ломаной траектории будет способствовать опережающему пропуску сжатого воздуха и созданию импульсного воздействия на коллектор полезных ископаемых при прохождении шаров каждого канала седла. Расположение канала седла параллельно оси агентоподающей трубы со смещением относительно нее в горизонтальной плоскости позволяет применять каналы и шары относительно больших размеров за счет возможности увеличения поперечного размера подклапанной полости выреза по сравнению с диаметром цилиндрической части канала клапанного седла и диаметром шара.

Конструкция клапанных седел с отклонителями шаров новых конструкций технологична в изготовлении, так как требует проведения только простых токарных и фрезерных металлообрабатывающих операций.

В качестве агентоподающей трубы предусматривается использование колонны собранной из серийно изготовляемых секций насосно-компрессорных труб. Крепление седел осуществляется путем их установки на кольцевых опорных поверхностях между торцами трубных секций свинченных резьбовыми муфтами.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема пневмопульсатора для воздействия на коллектор полезных ископаемых с клапанами седлами с различными вариантами выполнения отклонителей шаров; на фиг. 2 разрез с видов снизу по I-I на клапанное седло с отклонителем шаров, выполненным в виде части полого цилиндра с сечением кругового полукольца; на фиг. 3 то же, по II-II с отклонителем шаров, выполненным в виде части полого цилиндра с сечением сектора кругового кольца; на фиг. 4 то же, по III-III с отклонителем шаров, выполненным в виде части полого цилиндра с сечением сегмента; на фиг. 5 изображена нижняя часть агентоподающей трубы в разрезе с клапанными седлами выполненными в виде полых цилиндров, каналы которых параллельны оси агентоподающей трубы и смещены относительно нее к стенке в горизонтальной плоскости с различными вариантами выполнения отклонителей шаров; на фиг. 6, 7 и 8 разрезы по IV-IV, V-V и VI-VII с видом снизу на клапанные седла с отклонителями шаров выполненными в виде частей полого цилиндра, со смещенными каналами относительно оси агентоподающей трубы в горизонтальной плоскости с сечениями в виде кругового сегмента с различной степенью охвата канала седла цилиндрической внутренней стенкой отклонителя шаров; фиг. 9 конструкция седла с расстоянием от стенки канала до стенки агентоподающей трубы с толщиной отклонителя меньшим чем размер поперечной упругой деформации шара.

В соответствии с настоящим предполагаемым изобретением пневмопульсатор для воздействия на коллектор полезных ископаемых (фиг. 1) включает агентоподающую трубу 1, верхняя часть которой сообщена с дозатором 2, содержащим упругие сбрасываемые шары 3. В нижней части трубы на внутренней ее поверхности в местах стыковки секций 4 труб и установки соединительных резьбовых муфт 5, смонтированы клапанные седла 6. Для крепления корпусов клапанных седел, выполненных в виде полых цилиндров, на внешней цилиндрической поверхности каждого седла сделана кольцевая опора 7. В верхней части каждого седла имеется коническая направляющая поверхность 8 канала 9, в нижней части переходящая в цилиндрическую поверхность 10.

Низ каждого седла выполнен с шароотклонителем 11. Отклонитель шаров 11 выполнен в виде нижней части полого цилиндра, размещенного соосно с агентоподающей трубой, внутренней диаметр которого равен диаметру цилиндрической части указанного канала седла. Цилиндрический канал в нижней части полого цилиндра отклонителя может быть больше диаметра цилиндрической части 10 канала 9 клапанного седла на величину не превышающей величину поперечной упругой деформации сбрасываемых шаров. Поперечный размер подклапанной полости-выреза S в пределах от внутренней поверхности отклонителя шаров до внутренней поверхности агентоподающей трубы должен составлять не менее половины площади цилиндрической поверхности канала седла, т.е. быть больше диаметра цилиндрической части канала d седла и диаметра шара D (фиг. 1).

В сечении отклонителя шаров могут иметь форму кругового полукольца 12 (фиг. 2), сектора кругового кольца 13 (фиг. 3) или кругового сегмента 14 (фиг. 4). Клапанное седло может быть выполнено с каналом 15 параллельным оси агентоподающей трубы и смещенным к стенке агентоподающей трубы 1 (фиг. 5) в горизонтальной плоскости. При таком варианте выполнения отклонителя шаров его сечение может иметь одну из перечисленных форм, например, форму кругового сегмента 14 (фиг. 6, 7 и 8). При смещении канала седла к стенке агентоподающей трубы расстояние между стенкой канала и стенкой трубы (толщина отклонителя) может быть меньше чем величина поперечной упругой деформации шаров. В этом случае высота h шароотклонителя, выполненного в виде вертикального элемента полого цилиндра может быть сведена к минимуму (фиг. 9). Внутренняя поверхность отклонителей шаров может иметь направляющий буртик 16 (фиг. 5-8).

Пневмопульсатор работает следующим образом.

Нижние трубные секции спускаются в скважину на жестких насосно-компрессорных трубах 1 или на гибких трубах, сматываемых с катушки (на фиг. 1-9 катушки с гибкими трубами не показаны) до интервала воздействия на коллектор полезных ископаемых. С помощью дозатора 2 в агентоподающую трубу 1 сбрасывают шаровой клапан 3 и одновременно подают компрессором сжатый воздух (компрессор на фиг. 1-9 не показан).

Клапан 3, садясь в конусную направляющую 8 канала, затем продавливается через цилиндрическую часть канала 10. При продавливании шар 3 деформируется, уменьшаясь в размере до диаметра канала и удлиняясь вдоль оси канала.

После продавливания клапан 3 за счет упругих сил восстанавливает свои прежние формы и объем. При выполнении смещенного канала седла с расстоянием от стенки канала до стенки агентоподающей трубы меньшим чем величина поперечной упругой деформации высота h отклонителя шаров, выполненного в виде вертикального элемента полого цилиндра может быть уменьшена до минимума. При этом роль шароотклонителя будет частично выполнять стенка агентопроводящей трубы, так как восстанавливаясь в своих прежних форме и объеме шар будет отталкиваться и от внутренней стенки отклонителя и от одной стенки агентоподающей трубы, направляясь к другой, расположенной напротив (фиг. 9). Ударившись о стенку агентоподающей трубы 1 и отскочив от нее, шаровой клапан 3 продолжит перемещение по ломаной траектории (фиг. 1 и фиг. 5). Такое движение шарового клапана 3 создает возможность осуществления опережающего шар пульсирующего выхода сжатого воздуха в скважину. После прохождения всех каналов седел шаровой клапан 3 будет отстрелен в скважину или в контейнер для сбора шаров (на фиг. 1-9 контейнер не показан). Направляющий буртик 16, находясь на пути движения шара 3, будет гарантировать отклонение шара к другой стенке трубы.

После отстрела первого шара 3 в агентоподающие трубы 1, дозатором 2 направляется следующий шар и импульсное воздействие на коллектор полезных ископаемых повторяется.

Таким образом конструкция предлагаемого пневмопульсатора позволяет при небольшом количестве сбрасываемых шаров получать многократные, с достаточно выдержанными временными интервалами, воздействие на коллектор полезных ископаемых.

Формула изобретения

1. Пневмопульсатор для добычи полезных ископаемых из скважины, включающий агентоподающую трубу, верхняя часть которой сообщена с дозатором упругих шаров, а нижняя содержит клапанные седла с отклонителями шаров, причем каждое седло имеет канал с верхней конической частью, переходящей в цилиндрическую, отличающийся тем, что цилиндрическая часть седла выполнена с вырезом, поперечное сечение которого составляет не менее половины площади поперечного сечения цилиндрической части седла.

2. Пневмопульсатор по п. 1, отличающийся тем, что ось канала седла параллельна оси агентоподающей трубы и смещена относительно нее в горизонтальной плоскости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9