Устройство пневмоимпульсного воздействия на геотехнологическую скважину

Изобретение относится к горному делу и предназначено для восстановления и повышения производительности геотехнологических скважин различного назначения, а также для отбора проб воды из прифильтровых частей скважин. Устройство пневмоимпульсного воздействия на геотехнологическую скважину состоит из подводящего трубопровода сжатого газа, накопительной емкости сжатого газа, газопроводящего, водоподводящего и газоводоотводящего трубопроводов в скважине. На подводящем трубопроводе сжатого газа расположен регулирующий кран. Между газопроводящим, водоподводящим и газоводоотводящим трубопроводами расположено тройниковое соединение. Нижняя часть газоподводящего трубопровода расположена ниже тройникового соединения, а нижний конец водоподводящего трубопровода опущен к фильтру скважины. Техническим результатом является повышение эффективности ударного воздействия на геотехнологическую скважину, обеспечение качественного пробоотбора воды из прифильтровой зоны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для восстановления и повышения производительности геотехнологических скважин различного назначения (откачных и закачных скважин при отработке месторождений методом подземного выщелачивания, нагнетательных скважин при захоронении жидких отходов, водозаборных скважин при эксплуатации подземных водоносных горизонтов и др.). Может быть применено для отбора проб воды из прифильтровых частей наблюдательных скважин, а также для решения ряда других задач, связанных с использованием водонасыщенного подземного пространства.

Известны различные устройства и способы восстановления производительности геотехнологических скважин. В частности, широкое применение для этого нашли установки пневмоимпульсной обработки скважин [1, с.42-57].

При применении этих установок в зону фильтров скважин опускают пневмоснаряд, из которого периодически с частотой 12-30 импульсов в минуту происходит выхлоп сжатого воздуха. При этом выхлопе (пневмовзрыве) в окружающей жидкости возбуждаются волны давления, действующие на фильтр и прифильтровую зону.

Энергия сжатого воздуха при его быстром расширении преобразуется в механическую работу. Восстановление проницаемости фильтров и прифильтровых зон и соответственно производительности скважин происходит за счет разрушающего действия выхлопа. В результате пневмоимпульсного воздействия находящиеся на фильтровой поверхности и в прифильтровой зоне глинистые осадки или химические кольматанты разрушаются и выносятся гидропотоком в скважину, откуда затем они удаляются при откачках.

Главными недостатками этих установок являются их нестабильная работа и малая энергия импульса. Первый недостаток прежде всего выражается в частых отказах в запуске в импульсную работу пневмаснаряда. Вероятно, причинами отказов является наличие в пневмоснаряде пружин и клапанов, которые при изменении внешней среды (высоты столба жидкости в скважине, ее глубины, засоренности жидкости мехвзесями и др.) не всегда в состоянии перекрыть исходящую из пневмоснаряда струю воздуха из-за недостаточной или излишней жесткости пружин, запесоченности клапанов и других факторов. Имеются конструкции беспружинных пневмоснарядов, но отказы пульсаций наблюдаются также и для них.

Второй недостаток связан с малым объемом пневмокамеры. Согласно [1] ее объем составляет от 70 до 500 см³ для различных модификаций. При прочих равных условиях энергия выброса пропорциональна объему выбрасываемого из пневмоснаряда воздуха, а этот объем ограничивается объемом рабочей камеры.

Указанные недостатки в значительной мере устранены в устройстве гейзера [2], представляющем собой бесклапанное и беспружинное гидравлическое устройство, обеспечивающее устойчивую периодическую работу по выбросу из скважины воды и воздуха. Поэтому это устройство принимается за прототип.

Недостатками устройства по прототипу являются остающаяся относительно малая мощность и эффективность ударного воздействия на скважину, связанные, главным образом, с односторонним характером воздействия (только выбросом воды и газа из скважины) и удаленностью участка воздействия от требуемого для обработки места скважины. К недостатку устройства относится также невозможность отбора пробы воды из скважины, соответствующей воде в его прифильтровой зоне.

Задачей изобретения является создание устройства пневмоипульсной обработки геотехнологической скважины с повышенной эффективностью ударного воздействия на нее, обеспечивающего качественный пробоотбор воды из ее прифильтровой зоны.

Задача решена путем создания устройства пневмоимпульсного воздействия на геотехнологическую скважину, состоящего из подводящего трубопровода сжатого газа, регулирующего крана на этом трубопроводе, накопительной емкости сжатого газа, газопроводящего, водоподводящего и газоводоотводящего трубопроводов в скважине, тройникового соединения между этими трубопроводами, в котором, согласно изобретению, нижняя часть газоподводящего трубопровода расположена ниже тройникового соединения, а нижний конец водоподводящего трубопровода опущен к фильтру скважины. Для обеспечения максимально мощного воздействия на скважину в качестве водоподводящего и газоводоотводящего трубопроводов может быть использована обсадная колонна труб в скважине.

При таком составе и пространственном расположении конструктивных элементов устройства, не известных из литературных источников, обеспечивается проявление его следующих основных положительных свойств (технических результатов) относительно прототипа и аналогов.

Расположение нижней части газопроводящего трубопровода ниже тройникового соединения определяет такое условие работы устройства, при котором быстрый выброс газа после его достижения нижнего положения в трубопроводе происходит через тройниковое соединение как в сторону водоподводящего трубопровода, так и в сторону газоводоотводящего трубопровода. В результате в первый момент выброса газа происходит гидравлический удар повышенного давления через водоподающий трубопровод на прифильтровую зону скважины, сменяемый затем, по мере выброса воды из газоводоотводящего трубопровода, на отрицательное давление, вызывающее приток воды в скважину из водоносного горизонта вместе с продуктами разрушения кольматантов в прифильтровой зоне.

Таким образом, в импульсе имеется как положительное давление на прифильтровую зону скважины, так и отрицательное. В отличие от такого характера распределения давления в импульсе в прототипе возможно проявление только отрицательного давления в водоподводящем трубопроводе. Знакопеременность давлений в импульсе определяет в конечном счете более быструю и полную очистку прифильтровой зоны от кольматантов с соответствующим восстановлением и повышением производительности обработанной скважины.

Расположение нижнего конца водоподводящего трубопровода в зоне фильтра обеспечивает не только подвод энергии импульса непосредственно к месту обработки скважины и отвод отсюда продуков разрушения кольматантов, но и качественный отбор проб воды из водоносного горизонта. Известно, что достоверные (качественные) сведения о гидрохимическом составе подземных вод могут быть получены по пробам, отобранным после откачки не менее 2-3 обводненных объемов скважины [3, с.280].

Для глубоких скважин и, особенно, для скважин, расположенных в загрязненных водоносных горизонтах токсичными жидкими отходами, откачка из них такого количества загрязненных вод часто является не решаемой задачей из-за несоблюдения экологических требований к пробоотбору. При использовании устройства по данному изобретению откачка необходимых 2-3 объемов жидкости оказывается возможной, поскольку они относятся уже не к стволу скважины, а к водоподводящему и газоводоотводящему трубопроводам, размеры которых значительно меньше обводненного ствола скважины.

Кроме того, качество пробоотбора с использованием устройства выше, если бы он осуществлялся стандартно при помощи эрлифта. Это связано с тем, что при пневмоимпульсном воздействии выброс воды и газа из скважины идет большей частью раздельно, при обычном же эрлифте смесь воды и газа не разделяется. В пробе жидкости, взятой при пневмоимпульсном воздействии, не нарушается естественная газовая составляющая, и поэтому она соответствует пластовой жидкости из прифильтровой зоны.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показаны основные конструктивные элементы устройства, включающие подводящий трубопровод сжатого газа 1; кран 2 для регулирования подачи газа в устройство; накопительную емкость сжатого газа 3; поверхность земли 4; уровень воды в скважине 5; газопроводящий трубопровод в скважине 6; обсадную колонну труб в скважине 7, фильтр скважины 8; водоподводящий трубопровод 9; тройниковое соединение между трубопроводами 10; газоводоотводящий трубопровод 11.

Устройство работает следующим образом. Для пуска в работу приоткрывают кран 2, и газ начинает заполнять емкость 3 и вытеснять воду из трубопровода 6. До пуска уровень воды в этом трубопроводе и трубопроводе 11 находились на одинаковой отметке с уровнем воды в обсадной колонне труб 7.

После снижения уровня воды в трубопроводе 6 до его нижнего конца и появления первых пузырьков газа в восходящей его части начинается лавинообразный выброс через него газа. Давление в этом трубопроводе резко уменьшается на величину столба воды, находившегося в восходящей части трубопровода 6. В результате избыточно накопленный на эту величину газ в емкости 3 выбрасывается в трубопроводы 9 и 11. Энергия этого удара распространяется по трубопроводу 9 до фильтра скважины, где в прифильтровой зоне происходит разрушение кольматантов как физического, так и химического происхождения.

Одновременно с этим вода, находящаяся в трубопроводе 11 выше тройника 10, во время выброса газа поднимается к устью скважины, где и происходит ее излив и затем выход газа. После этого давление газа в трубопроводе 6 и емкости 3 становится близким к атмосферному и вода из прифильтровой зоны вместе с разрушенными кольматантами заполняет трубопроводы 6 и 11 практически до уровня воды в скважине 5. Затем, поскольку кран 2 оставался открытым, начинается следующий подобный цикл импульсного воздействия на скважину и т.д. до требуемой степени ее обработки. После выброса из скважины 2-3 объемов жидкости, находящейся в трубопроводах 9 и 11, отбирается из нее проба для определения химического состава пластовой воды.

Пример работы устройства при принимаемых ниже его размерах выглядит следующим образом. Глубина скважины до фильтра составляет 350 м; внутренний диаметр обсадной колоны - 75 мм; все трубопроводы внутри скважины выполнены в виде шлангов и их внутренний диаметр составляет 15 мм; длина нисходящего шланга 6 составляет 80 м; глубина уровня воды в скважине - 20 м; глубина расположения тройника 10 составляет 60 м; шланг 9 опущен в фильтр скважины, т.е. на глубину 350 м. В качестве источника сжатого газа используется сжатый воздух от компрессора с давлением 7 атм. При таких размерах основных элементов устройства накопительной емкости 3 не требуется, поскольку накопленного сжатого воздуха в шланге 6 достаточно для выброса столба воды, находящегося в шланге 11 над тройником 10.

Для пуска в работу устройства приоткрывают кран 2 так, чтобы вытеснение воздухом воды из шланга 6 проходило в течение 2-5 минут. После этого вытеснения происходит резкий выброс газового пузыря в шланги 9 и 11, после чего начинается излив воды из скважины через шланг 11. После этого излива и снижения давления в шланге 6 до близкого к атмосферному происходит затекание воды в этот шланг и затем начинается новый цикл импульса, подобный вышеприведенному.

После выброса из скважины около 100 л воды, что приблизительно соответствует 2 объемам жидкости в шлангах 9 и 11 и 20 циклам импульсной обработки, отбирается на изливе из скважины проба пластовой воды. По существующей методике пробоотбора для этого необходимо было бы откачать из скважины, в соответствии с ее объемом, около 2,5 м³ воды. Это означает, что пробоотбор при пневмоимпульсной обработке скважины существенно упрощает технически и экологически задачу полноценного наблюдения за составом подземных вод.

Для более мощного воздействия на прифильтровую зону используют вместо трубопроводов 9 и 11 обсадную колонну труб 7, тогда в скважине остается только нисходящая и восходящая части шланга 6. При прочих равных условиях и заглубке этого шланга на глубину 170 м, высоте восходящей части шланга 40 м, его внутреннем диаметре 30 мм для выброса находящегося над шлангом столба воды потребуется объем емкости 3 около 120 л (или 3 емкости по 40 л). Для этого случая используется в качестве источника сжатого воздуха компрессор с давлением 16 атм.

Работа устройства в этом случае происходит так же, как и в предыдущем. Выброс воды в цикле составляет около 500 л, а расчетная мощность удара составляет приблизительно 100-200 кВт.

Таким образом, в зависимости от конкретных условий применения и требований к виброобработке скважин устройство позволяет при минимуме технических средств успешно решать стоящие перед ним задачи.

Литература

1. Романенко В.А., Вольницкая Э.М. Восстановление производительности водозаборных скважин. - Л.: Недра, 1986. - 112 с.

2. Описание изобретения «Устройство гейзера» к патенту Российской Федерации №2020288 от 12.07.91 г.

3. Мироненко В.А., Румынин В.Г. Проблемы гидроэкологии. Монография в 3-х томах. Том 2. Опытно-миграционные исследования. - М.: Изд. МГГУ, 1998.

1. Устройство пневмоимпульсного воздействия на геотехнологическую скважину, состоящее из подводящего трубопровода сжатого газа, регулирующего крана на этом трубопроводе, накопительной емкости сжатого газа, газопроводящего, водоподводящего и газоводоотводящего трубопроводов в скважине, тройникового соединения между этими трубопроводами, отличающееся тем, что нижняя часть газоподводящего трубопровода располагается ниже тройникового соединения, а нижний конец водоподводящего трубопровода опущен к фильтру скважины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве водоподводящего и газоводоотводящего трубопроводов используют обсадную колону труб скважины.