Устройство для регенерации фильтров скважин (варианты)
Изобретение относится к эксплуатации, ремонту и сооружению скважин и предназначено для повышения эффективности очистки затрубного пространства фильтра и ствола скважин. Устройство содержит погружной насосный агрегат на водоподъемной трубе, снабженный контейнером сбора осадка ударно-вибрационный возбудитель регенерации фильтров с погружным короткозамкнутым электродвигателем, кабелем, тросом, пружинящей подвеской, пружинящими салазками, выполненный в виде дебаланса, размещенного на гибком валу, который связан посредством фланцевого соединения с удлиненным нижним концом вала ротора электродвигателя. Электродвигатель связан с размещенным на устье скважины и соединенным с ним через кабель частотным преобразователем. Преобразователь выполнен с возможностью регулирования числа оборотов дебаланса с обеспечением резонансных колебаний системы возбудитель - фильтровая колонна. В другом варианте возбудитель выполнен в виде соединенного нижним концом с муфтой кулачкового вала, установленного в подшипниках скольжения с подпружиненными толкателями, размещенными в корпусе, над которыми установлен контейнер сбора осадка. Снизу электродвигателя расположен контейнер удаления осадка с режущими фрезами и эластичными клапанами. Повышается производительность скважины и степень регенерации фильтра. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к эксплуатации и сооружению скважин и предназначено для увеличения их производительности и освоения новых скважин.
Известным близким аналогом к заявленному решению является ударно-вибрационный снаряд ГВС-1 горизонтального вибрационного действия для освобождения труб в зоне прихвата буровых колонн при сооружении или ликвидации скважин, содержащий корпус, дебаланс, редуктор, валы, подшипники, масляную ванну, трос, электродвигатель, кабель и крепление (см. например стр.19-21, табл.1 и рис.3, журнал «Водоснабжение и санитарная техника», №7, 1989).
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, большая металлоемкость, не возможность смены массы дебаланса, отсутствие эффективных механических ударных нагрузок, отсутствие регулирования оборотов, частоты и амплитуды колебаний для создания резонансных колебаний системы и максимальных механических перемещений обсыпки фильтра.
Известна также виброустановка для регенерации закольматированных фильтров скважин, содержащая поверхностный виброагрегат на устье скважины, эксплуатационную колонну труб, колонну насосно-компресорых труб, рабочий орган с дисками и шланги с патрубками для отвода воды и подачи воздуха (см. стр.224, 225, рис.112, 113, М.Г.Цейтлин, В.В.Верстов, Г.Г.Азбель «Вибрационная техника и технология в свайных и буровых работах», изд. Ленинград, Стройиздат, 1987).
Однако гидродинамическую обработку эксплуатирующихся скважин, закольматированных различными осадками, проводят лишь после демонтажа и подъема эксплуатационного насоса, труб и чистки ствола скважины, что связано с большими трудозатратами и низкой эффективностью регенерации из-за пассивности метода регенерации, дающего лишь до 60-70% первоначальной производительности, и также малым сроком достигнутого эффекта, составляющего от 1,5 до 6 месяцев работы скважины до последующего снижения ее производительности.
Известен также гидравлический вибратор для нефтяных скважин, содержащий корпус, втулку, пружину, заглушку, герметичную полость пружины, силовой насос и трубопроводы высокого давления (см., например, патент РФ №2197598).
Однако данный вибратор сложен по конструкции, материалоемок, энергоемок и неэффективен.
Известен также гидродинамический пульсатор давления для очистки призабойной зоны пласта и увеличения производительности скважин, содержащий корпус с окнами, пружину, седло, запорный орган в виде поршня и аккумулятор энергии с трубопроводами (см., например, патент РФ №2212513).
Однако данный пульсатор материалоемок, энергоемок, сложен по конструкции и малоэффективен.
Близким к заявленному устройству также является способ поддержания пластового давления на нефтяных месторождениях, который включает скважину, водовод, гидровибратор, устьевую аппаратуру, скважинную колонну труб, воду и силовой насос (см., например, патент РФ №2241116).
Однако данный способ трудоемок, энергоемок, материалоемок и малоэффективен.
Наиболее близким к заявленному является вибровозбудитель, содержащий короткозамкнутый электродвигатель с кабелем, тросом, пружинящей подвеской (см. патент RU 2190064).
Однако данный ударно-вибрационный агрегат двухстороннего действия направлен на создание параллельных продольной оси скважины ударов, что малоэффективно для регенерации обсыпки фильтров.
Сущность изобретения заключается в следующем.
1. Устройство по варианту 1 выполнено в виде механического ударно-вибрационного возбудителя горизонтального действия с гибким валом и дебалансом, совмещенных через фланцевое соединение удлиненного конца вала ротора погружного электродвигателя.
2. Для фиксации в стволе скважины корпус погружного электродвигателя снабжен пружинящими салазками сбоку, а сверху - пружинящей подвеской с тросом крепления к рабочему насосу и кабелем.
3. Для достижения максимальной амплитуды колебания фильтра 5-6 мм в сторону выводной кабель электродвигателя на устье скважины снабжен частотным преобразователем, выводящим систему скважина - ударно-вибрационный возбудитель в резонансные колебания, создающие максимальную мутность в откачиваемой насосом воде.
4. Для исключения последующих после демонтажей насосов, очисток отстойников (песок, ил, глина) на тросе привода возбудителя выполнен контейнер сбора осадка в процессе регенерации и водоотбора.
5. Для различных фильтров разных коллекторных свойств нефтяных пластов и свойств водоносных горизонтов ударно-вибрационный возбудитель снабжен сменной массой дебалансов.
По варианту 2 устройство содержит
1. Размещенный снизу электродвигателя вращающийся контейнер со шнеками для удаления осадков отстойника скважины с входными окнами осадка, режущими фрезами, эластичными клапанами в нижней крышке контейнера.
2. Для одновременной очистки отстойника скважины и регенерации затрубного пространства фильтра при демонтированном насосе над приводом устройства на верхнем конце вала ротора через его муфту выполнен приводной вал с кулачками эксцентриков, размещенный в корпусе на подшипниках скольжения, снабженный подпружиненными толкателями ударного действия.
3. Для фиксации устройства в стволе скважины и снижения уровня вредных колебаний, передаваемых насосному агрегату от ударно-вибрационного возбудителя, подвешенного к нему снизу, обеспечивают размещение на корпусе привода возбудителя пружинящих салазок и пружинящей подвески кулачкового корпуса с тросом.
4. Контейнер сбора осадков, размещенный на тросе подвески над приводом возбудителя, обеспечивает поступление осадка в него во время работы ударно-вибрационного возбудителя, исключая его попадание в отстойник скважины.
Единый технический результат при осуществлении группы изобретений по варианту 1 состоит:
в повышении уровня вибрации фильтровой колонны и улучшении контакта рабочего органа со средой,
в разрушении структурной решетки кольматирующих образований и сил их сцепления,
в локализации воздействия непрерывного процесса кольматации и прифильтровых зон и наружной поверхности трубы фильтра,
в высокой степени технологичности процесса с многократным его выполнением без вредного воздействия на конструктивные элементы сооружения,
в многократном сокращении времени регенерации фильтров и снижении трудоемкости,
в многократном увеличении жизненного цикла скважины и сохранении ее производительности,
ввиду автоматизации процессов регенерации фильтров совмещаются функции водозаборов и классических очистных сооружений.
По варианту 2 технический результат состоит:
в совмещении процессов регенерации зафильтровых зон со сбором и удалением осадка и очисткой отстойников фильтра одновременно,
в высокой степени технологичности процесса с многократным его выполнением и безвредном воздействии на конструктивные элементы сооружения,
в локализации экологического воздействия на окружающую среду, исключая кислотные обработки скважин,
в многократном сокращении времени регенерации фильтров и снижении трудоемкости.
Технической задачей является автоматизация и длительное сохранение производительности существующих скважин и повышение ее в новых, путем повышения степени регенерации затрубного пространства фильтра ударным воздействием (механическими колебаниями), путем регулирования частоты и амплитуды колебаний объекта в целом и достижения максимальных резонансных колебаний (до 5-6 мм) на сторону и максимальной мутности откачиваемой воды. Возможно использование возбудителя, статический момент массы дебаланса которого не менее 0,6 кг·м, вынуждающая сила 10 кН и мощность 3,7 кВт (см. стр.114, М.Г.Цейтлин, В.В.Верстов, Г.Г.Азбель. «Вибрационная техника и технология в свайных и буровых работах», изд. Ленинград, Стройиздат, 1987).
Технический результат (вариант 1) достигается тем, что в устройстве (фиг.1, 2), включающем на тросе 8 погружной электродвигатель 1, на валу 6 и фланце 2 которого имеется вибровозбудитель, содержащий стальной фланец 3, гибкий вал 4, дебаланс 5, привод которых осуществляется через частотный преобразователь 15, на устье скважины через кабель 14, чем достигаются резонансные колебания системы скважина - возбудитель, и по водоподъемной трубе 12, подается насосом 9 вода с максимальной мутностью.
Технический результат (вариант 2), достигаемый тем, что в устройстве (фиг.3, 8), включающем погружной электродвигатель 1, на его нижнем конце выполнен посредством фланцев 3 вращающийся контейнер удаления осадка 16 со шнеками 24 и окнами для входа осадка 22, размещенными в его нижней крышке 20, с режущими фрезами 21 и эластичными клапанами 23. Ударно-вибрационный возбудитель сверху также снабжен контейнером сбора осадка 34, поступающего из-за затрубного пространства во время работы вибровозбудителя, который содержит кулачковый вал 28 с подпружиненными толкателями 30.
Совокупность перечисленных в формуле изобретения признаков устройства позволяет эффективно вести регенерацию фильтров любых скважин, так как оно подвергается не только самым эффективным механическим из всех видов колебаний межтрубной засыпки и обсыпки, но и направленным нормально оси ударным горизонтальным нагрузкам в нижней части фильтра, в зоне максимальной водоотдачи пласта.
На чертежах представлено устройство заявленного изобретения, где на фиг.1 дан общий вид устройства вибровозбудителя в отстойнике скважины; на фиг.2 - фрагменты возбудителя; на фиг.3 - вариант конструкции одновременной очистки отстойника и регенерации зафильтрового пространства; на фиг.4 - общий вид кулачкового приводного вала; на фиг.5 - верхняя часть фрагментов кулачкового возбудителя с приводом; на фиг.6 - подпружиненный толкатель; на фиг.7 - вид нижней крышки контейнера осадка с фрезами; на фиг.8 - фрагмент нижней части контейнера осадка.
Устройство по варианту 1 содержит (фиг.1, 2) погружной электродвигатель 1 с фланцем крепления 2, с болтами 27, фланцем 3 возбудителя, гибкий вал 4, дебаланс 5, пружинящие салазки 26, пружинящую подвеску 7, трос 8, кабель14 и преобразователь частоты 15 (на устье скважины), а в скважине 13 возбудитель размещен соосно под погружным насосным агрегатом 9, на трубе 12, в отстойнике 10, под фильтром 11 в эксплуатационной колоне труб 13, с контейнером сбора осадка.
По варианту 2 уже эксплуатирующихся скважин (фиг.3, 4, 5, 6, 7, 8) устройство содержит погружной электродвигатель 1 с кабелем 14 на верхнем конце вала его ротора 6, муфту 33, соединенную с нижним концом кулачкового вала 28, возбудителя с пружинами 31, толкателем 30, в корпусе 35, с подшипниками скольжения 32, пружинящей подвеской 7, тросом 8. Корпус 1 электродвигателя для центрации в скважине содержит пружинящие салазки 26, и на нижним удлиненном его конце на фланце 2 ротора 6, через фланец 17, размещен контейнер удаления осадка 16 со шнеками внутри 24, окнами 18 удаления осадка сверху и обечайкой 19 снизу, с размещенными над ней режущими фрезами 21, окнами 22 нижней крышки 20, эластичными клапанами 23. Для накопления осадка в периоды регенерации фильтра агрегат снабжен также бункером накопления осадка 34.
Устройство работает следующим образом по варианту 1.
Для регенерации зафильтрового пространства (фиг.1) через преобразователь 15, изменяя число оборотов электродвигателя 1, по кабелю 14 подают напряжения в погружной электродвигатель 1, приводя во вращение возбудитель через фланец 3, гибкий вал 4, дебаланс 5, создают различную частоту и амплитуду колебаний фильтровой колонны и одновременно включают погружной насос 9, размещенный на водоподъемной трубе 12, и закрывают сетевую задвижку скважины, открывая одновременно грязевой кран (не показан), и по достижении максимальной мутности откачиваемой воды определяют резонансные колебания всей системы (возбудитель - фильтровая колонна), где через 3-5 мин идет резкое снижение мутности откачиваемой воды, что соответствует моменту восстановления проницаемости фильтра и призабойной зоны, так как в процессе колебаний происходит «виброкипение» сыпучего материала обсыпки фильтров и идут ослабления сил сцепления между частицами, они то подходят, то отходят друг от друга, разрушая кристаллическую решетку кольматанта (особенно существует в этом потребность неперфорированной части фильтра). С одной стороны, увеличивается число пор и соответственно производительность скважины, а с другой стороны, уплотняется обсыпка, закрывая часть больших полостей, исключая пескование скважины. Интенсивно поступающий в этот период в скважину 13 через фильтр 11 кольматант выпадает в осадок в бункер 34 накопления осадка, размещенный на тросе 8, не попадая на дно отстойника 10. Сборный узел (см. фиг.2 поз.3, 4, 5) возможен сменным по массе при монтаже возбудителя.
По варианту 2 устройство работает следующим образом. Для очистки отстойника существующих скважин (фиг.1, 3, 4, 5, 6, 7, 8) включают кулачковый возбудитель в корпусе 35 (известным способом), размещенный над электродвигателем 1, через его ротор 6 и муфту 32, приводит во вращения вал 28 с кулачком 29 в подшипниках скольжения 32, перемещая подпружиненные толкатели 30 в корпусе 35, которые совершают возвратно-поступательные движения и ведут ударные воздействия на внутреннюю стенку трубы отстойника 10 фильтровой колонны 11, в результате которых интенсивно поступающий в отстойник осадок прежде поступает в бункер 34, где уплотняется, удаляясь при демонтажах. Для одновременной очистки отстойника 10 от осадка 25 электродвигатель 1 возбудителя вращает контейнер осадка 16 со шнеками 24 и перемещаемый ими осадок поступает через обечайку 19, нижнюю крышку 20, режущие фрезы 21, впускные окна осадка 22, с эластичными клапанами 23. Очистка контейнера на устье скважины осуществляется через окна удаления осадка 18. В данном варианте рабочий погружной насос не используется.
При регенерации фильтра скважины. Ударно-вибрационный режим обработки скважин устройством технологичен, позволяет в широком диапазоне регулировать продолжительность и интенсивность обработки прифильтровых зон, дает возможность совмещать механическое, динамическое и химическое воздействие на кольматант, обеспечивает с помощью вибрирующего рабочего органа любое необходимое изменение частоты и амплитуды колебаний, варьируя массой при смене бегунка и оборотами дебаланса до его монтажа, что обеспечивает эффективное перетекание мелких пылевидных фракций механического и другого кольматанта за счет разницы давлений в стволе и за стенкой скважины.
1. Устройство для регенерации фильтров скважин, содержащее погружной насосный агрегат, размещенный на водоподъемной трубе, ударно-вибрационный возбудитель регенерации фильтров, включающий погружной короткозамкнутый электродвигатель с кабелем, тросом, пружинящей подвеской, отличающееся тем, что ударно-вибрационный возбудитель снабжен контейнером сбора осадка зафильтрового пространства, электродвигатель снабжен пружинящими салазками и связан с размещенным на устье скважины и соединенным с ним через кабель частотным преобразователем, а ударно-вибрационный возбудитель выполнен в виде дебаланса, размещенного на гибком валу, который связан посредством фланцевого соединения с удлиненным нижним концом вала ротора электродвигателя, при этом частотный преобразователь выполнен с возможностью регулирования числа оборотов дебаланса с обеспечением резонансных колебаний системы возбудитель - фильтровая колонна.
2. Устройство для регенерации фильтров скважин при освоении новых скважин и периодической регенерации фильтров, очистки отстойников и сбора осадка в существующих скважинах одновременно, содержащее ударно-вибрационный возбудитель регенерации фильтров, включающий погружной короткозамкнутый электродвигатель с кабелем, тросом, пружинящей подвеской, отличающееся тем, что электродвигатель снабжен размещенным на устье скважины и соединенным с ним через кабель частотным преобразователем, пружинящими салазками и на верхнем конце вала ротора муфтой, а ударно-вибрационный возбудитель регенерации фильтров выполнен в виде соединенного нижним концом с муфтой кулачкового вала, установленного в подшипниках скольжения с подпружиненными толкателями, размещенными в корпусе, над которыми установлен контейнер сбора осадка зафильтрового пространства, а снизу электродвигателя расположен с возможностью вращения контейнер удаления осадка отстойника скважины с режущими фрезами и эластичными клапанами, размещенными во входных окнах нижней крышки контейнера и шнеками внутри него.
