устройство для создания гидравлических импульсов давления в скважине

Формула изобретения

Устройство для создания гидравлических импульсов давления в скважине, содержащее приводной узел, выполненный в виде винтового героторного механизма, статор которого имеет внутренние винтовые зубья, а ротор содержит наружные винтовые зубья, прерыватель потока, включающий заслонку, связанную с ротором и заглушку с проходным отверстием для протока жидкости, отличающееся тем, что заслонка связана с заглушкой посредством вала, установленного внутри заглушки, при этом устройство снабжено поводковым механизмом, состоящим из поводка, жестко связанного с валом, и толкателя, соединенного с ротором, а заглушка имеет дополнительное штуцирующее отверстие для протока жидкости с сечением, меньшим сечения проходного отверстия, и расположенного относительно проходного отверстия и заслонки таким образом, что при вращении заслонки штуцирующее отверстие остается открытым во всем диапазоне угла поворота заслонки, при котором она перекрывает проходное отверстие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим повышение нефтеотдачи пластов в эксплуатационных скважинах за счет создания гидравлических импульсов давления в скважине.

Известно устройство для создания гидравлических импульсов давления в скважине (См. кн. Гадиев С.М. Использование вибрации в добыче нефти. - М.: Недра, 1977, с. 50, рис.27).

Известное устройство содержит приводной узел, прерыватель потока и опорный узел. Приводной узел включает неподвижный статор и подвижный ротор. Присоединенный к нижнему концу колонны насосно-компрессорных труб, статор выполнен цилиндрическим и имеет на боковой поверхности продольные прорези, выполненные наклонно по отношению к образующей цилиндрической поверхности. На статоре установлен в подшипниках опорного узла полый трубчатый ротор, также имеющий на боковой поверхности продольные прорези, наклоненные к образующей ротора в противоположном направлении по отношению к прорезям статора. При подаче промывочной жидкости ротор совершает вращательное движение относительно статора, при этом прорези статора периодически перекрываются внутренней поверхностью ротора, которая выполняет роль прерывателя потока. За счет перекрытия потока в жидкости возникают циклические колебания давления, которые передаются в затрубное пространство и воздействуют на пласт.

Известный гидравлический скважинный пульсатор имеет высокую частоту гидравлических пульсаций. Работа известного пульсатора возможна только на технически чистых жидкостях. Износ ротора и статора при воздействии высоких скоростей движения жидкости и высоких значений перепадов пульсирующего давления приводит к ухудшению энергетических характеристик приводного узла и к снижению величины пульсаций давления, создаваемых прерывателем потока.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство для создания гидравлических импульсов давления в скважине (см. патент РФ № 2151265, кл. Е 21 В 28/00, 08.09.1998).

Упомянутое устройство включает приводной узел, выполненный в виде винтового героторного механизма, статор которого имеет внутренние винтовые зубья, а ротор содержит наружные винтовые зубья для взаимодействия с винтовыми зубьями статора, прерыватель потока - заслонку, связанную с ротором, заглушку с отверстием для прохода жидкости и переводник для соединения устройства с колонной труб.

Однако это устройство имеет следующий недостаток.

В известном устройстве под действием гидравлического перекашивающего момента его ротор имеет непостоянную ориентацию в статоре. При работе устройства верхняя часть ротора по направлению потока жидкости прижимается к резиновой обкладке статора в зоне полюса зацепления (область выпукло-вогнутого контакта зубьев), а нижняя часть ротора стремится отойти от обкладки статора в сторону выпукло-вогнутого контакта зубьев, в результате чего на планетарные движения ротора налагаются движения конической формы, взаимные перемещения жестко связанной с ротором заслонки и жестко связанной со статором заглушки становятся хаотичными, их обращенные друг к другу плоские поверхности теряют параллельность, величина зазора при перекрытии отверстия и соответственно гидравлические характеристики создаваемых импульсов носят случайный характер, причем это явление усугубляется по мере износа резиновой обкладки статора. Конструктивное уменьшение зазора в устройстве становится опасным, т.к. при этом будет существовать вероятность задевания перекрывателем поверхности заглушки, что может вызвать ускоренный износ и разрушение этих деталей.

Задача изобретения - повышение эффективности гидродинамического воздействия на пласт за счет обеспечения стабильности и управляемости создаваемых гидравлических импульсов.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для создания гидравлических импульсов давления в скважине, содержащем приводной узел, выполненный в виде винтового героторного механизма, статор которого имеет внутренние винтовые зубья, а ротор содержит наружные винтовые зубья, прерыватель потока, включающий заслонку, связанную с ротором, и заглушку с проходным отверстием для протока жидкости, заслонка связана с заглушкой посредством вала, установленного внутри заглушки, при этом устройство снабжено поводковым механизмом, состоящим из поводка, жестко связанного с валом, и толкателя, соединенного с ротором, а заглушка имеет дополнительное штуцирующее отверстие для протока жидкости с сечением, меньшим сечения проходного отверстия, и расположенного относительно проходного отверстия и заслонки таким образом, что при вращении заслонки штуцирующее отверстие остается открытым во всем диапазоне угла поворота заслонки, при котором она перекрывает проходное отверстие.

На чертеже показан общий вид устройства для создания гидравлических импульсов давления.

Устройство содержит переводник 1 для соединения с колонной труб, приводной узел, состоящий из статора 2 и ротора 3 с толкателем 4, пяты 5 и шара 6, прерыватель потока, включающий заглушку 7 с проходным А и штуцирующим Б отверстиями, установленный в заглушке вал 8 с закрепленными на нем поводком 9 и заслонкой 10, поджимаемой к торцевой плоскости заглушки пружиной 11. В корпусе 12 заглушка фиксируется крепежными элементами 13.

Устройство для создания гидравлических импульсов работает следующим образом. При создании обратной циркуляции жидкость проходит через затрубное пространство, устройство и насосно-компрессорные трубы. При прохождении через устройство жидкость снизу поступает в корпус 12, затем через проходное отверстие А или, если оно в этот момент перекрыто заслонкой, через штуцирующее отверстие Б попадает в приводной узел, приводит во вращение ротор и через отверстие пяты попадает в насосно-компрессорные трубы и далее на устье. Вращение ротора вместе с толкателем передается посредством поводкового механизма на вал и заслонку, при этом планетарные движения ротора и толкателя преобразуются во вращательное движение поводка, вала и заслонки. Заслонка, скользя своей плоскостью по сопряженной с ней торцевой плоскости заглушки, перекрывает на каждом обороте проходное отверстие, в результате чего весь поток жидкости устремляется через штуцирующее отверстие и под заглушкой происходит резкий скачок гидравлического давления. Проходное сечение штуцирующего отверстия подбирается из расчета получения гидравлического импульса необходимой величины при прохождении через него потока жидкости с заданным объемным расходом. Конструктивно штуцирующее отверстие может быть выполнено с возможностью предварительной регулировки пропускного сечения, например, содержать сменные насадки с отверстиями различного диаметра либо содержать несколько отверстий, необходимая часть которых может заглушаться.

Преимуществом заявляемого устройства перед известным является:

- надежное перекрытие пропускного отверстия и направления всего потока жидкости через штуцирующее отверстие;

- возможность точного регулирования и управления параметрами гидравлических импульсов (амплитудой и частотой) в широком диапазоне путем предварительного (перед спуском в скважину) установления необходимого проходного сечения штуцирующего отверстия и текущего (в процессе работы в скважине) варьирования расходом жидкости.