пеногенератор

Формула изобретения

Пеногенератор для бурильной установки, включающий корпус, в котором расположен пеноформирующий элемент, каналы для ввода среды и вывода пены, отличающийся тем, что корпус пеногенератора закреплен на бурильной колонне непосредственно над породоразрушающим инструментом, а пеноформирующий элемент выполнен в виде полого цилиндра из сплетенных синтетических волокон с увеличивающейся плотностью сплетения волокон от внутренней поверхности цилиндра к наружной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пеногенераторам, используемым в бурении неглубоких скважин, при проведении геологоразведочных работ и инженерно-геологических изысканиях.

Известен пеногенератор (патент РФ № 2054312, МПК 6 B01F 5/04, 1996 г.), содержащий корпус с патрубками ввода эжектируемой и рабочей сред, а также отвода смеси. Внутри корпуса установлена цилиндрическая вставка со встроенной эжекторной вставкой для формирования потока жидкости. Полость цилиндрической вставки сообщена с кольцевой камерой и тангенциальным патрубком с помощью отверстий, выполненных в стенках вставки. В диффузоре эжекторной вставки выполнены отверстия. На выходе из камеры пенообразования закреплены сетки с размещенными на них шарами. Шары выполнены из магнитного ферритового материала, а корпус и эжекторная вставка - из немагнитного материала. Для получения более мелких пузырьков пены за счет кавитационных процессов в теле шаров имеются отверстия. Недостатком данного устройства являются сложность, а также низкие эксплуатационные характеристики.

Известен пеногенератор (патент РФ № 2192919, МПК 7 B01F 3/04, 2002 г.), содержащий гидравлический насос, компрессор, форсунку, каналы, связывающие между собой эти элементы, камеру смешивания, пеногенерирующие сетки, камеру диспергирования. Каналы, соединяющие форсунку с насосом и компрессором, содержат запорные вентили, обратные клапаны, дозаторы жидкости и газа, а также патрубки сброса с вентилями, кроме того, имеется труба с вентилем, соединяющая компрессор с насосом, а камера диспергирования выполнена съемной, с возможностью замены ее на другую или работы без камеры диспергирования. Недостатком данного устройства являются низкие эксплуатационные характеристики.

Известен пеногенератор, принятый за прототип (патент РФ № 2227063, МПК 7 B01F 5/06, 2004 г.), содержащий корпус, в котором расположен пенообразующий элемент, патрубки ввода сред, один из которых размещен по оси корпуса, а другой - на его боковой поверхности, и патрубок отвода пены. Пенообразующий элемент выполнен в виде перфорированной мембраны и лопастей, установленных на приводном валу с возможностью скольжения по поверхности мембраны. Технический результат состоит в возможности получения монодисперсной пены с расчетным размером пузырьков при заданной кратности пены. Недостатком данного устройства являются сложность, а также низкие эксплуатационные характеристики.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции устройства, а также повышение эксплуатационных характеристик.

Технический результат достигается тем, что пеногенератор для бурильной установки, включающий корпус, в котором расположен пеноформирующий элемент, каналы для ввода среды и вывода пены, согласно изобретению корпус пеногенератора закреплен на бурильной колонне, непосредственно над породоразрушающим инструментом, а пеноформирующий элемент выполнен в виде полого цилиндра из сплетенных синтетических волокон с увеличивающейся плотностью сплетения волокон от внутренней поверхности цилиндра к наружной.

Применение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет упростить конструкцию устройства и саму технологию бурения неглубоких скважин с очисткой забоя пеной, тем самым повысить эксплуатационные характеристики.

Предлагаемый пеногенератор поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 показан разрез по линии Б-Б, где:

1 - корпус пеногенератора;

2, 3 - переходники;

4 - пеноформирующий элемент;

5 - запирающая крестовина;

6 - канал ввода пенообразующей смеси;

7 - канал вывода пены;

8 - породоразрушающий инструмент;

9 - бурильная колонна.

Пеногенератор закреплен на бурильной колонне 9 с помощью верхнего переходника 2, имеющего канал для ввода пенообразующей смеси 6. Породоразрушающий инструмент 8 соединен с пеногенератором переходником 3, имеющим канал для вывода пены 7. Пеногенератор состоит из корпуса 1 в виде трубы, расположенной между двух переходников 2 и 3, пеноформирующего элемента 4, являющегося полым цилиндром из сплетенных синтетических волокон с увеличивающейся плотностью сплетения волокон от внутренней поверхности цилиндра к наружной, центрированного блокирующей крестовиной 5.

Пеногенератор работает следующим образом. При бурении горных пород вращается бурильная колонна 9 вместе с породоразрушающим инструментом 8 и пеногенератором, одновременно по внутреннему пространству бурильной колонны подают пенообразующую смесь. Пенообразующая смесь проходит через канал ввода 6, попадая в продольный канал пеноформирующего элемента 4. Затем пенообразующая смесь просачивается через материал пеноформирующего элемента, выполненный из многочисленного сплетения синтетических волокон, исполняющего роль камеры диспергирования, где пенообразующая смесь активно образует пену. Образованная пена проходит через пространство между корпусом 1 и запирающей крестовиной 5, далее через канал вывода пены 7 попадает в промывочные каналы породоразрушающего инструмента.

Пеноформирующий элемент представлен фильтрующим материалом картриджа механической очистки воды SL10" «Гейзер», выполненный с изменяющейся плотностью сплетения волокон от внутренней поверхности к наружной. В данной модификации пористость фильтрующего материала меняется от 10 мкм до 5 мкм, что позволяет осуществлять более тонкую очистку проточной воды от механических примесей. В предлагаемом устройстве пеногенератора данная схема фильтрующего элемента позволяет пузырькам пены постоянно делиться на несколько других, более мелких, что позволяет получить на выходе мелкодисперсную пену. Мелкодисперсная пена обладает сравнительно высокой теплоемкостью, обусловленной низкой для пены кратностью, что значительно влияет на теплофизические свойства пены, играющие важную роль в характере конвективного теплообмена породоразрушающего инструмента.

Показатели проходимости (600 л/ч) и ресурса работы (50 м ³) предлагаемой модели фильтрующего элемента удовлетворяют условиям пеноформирования и рентабельной замены после окончания ресурса его работы.

Применение предлагаемого пеногенератора для бурения неглубоких скважин позволяет использовать быстроразрушающуюся пену, образованную низкой концентрацией пенообразующих веществ в водовоздушной смеси, не используя устройства для разрушения отработанной пены. Это также позволяет эффективнее использовать продолжительность жизни пены, исключая изменение ее свойств после маршрута по всей длине бурильной колонны от поверхности к породоразрушающему инструменту.

Применение пеногенератора обеспечивает следующие преимущества:

- упрощение конструкции устройства;

- повышение эксплуатационных характеристик;

- снижение затрат на бурение скважин.