ЗАБОЙНЫЙ ЖИДКОСТНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ
BOTTOM HOLE FLUID COMMINGLER

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к устройству для приготовления на забое скважины и продавливания в пласт смеси (например, водоизоляционной композиции) из двух рабочих жидкостей, которые закачивают при пульсирующем режиме работы насоса.
Известно, что смесители применяют для получения однородных или гетерогенных смесей: растворов, эмульсий, суспензий (Ю.К.Молоканов Процессы и аппараты нефтегазопереработки, М.: Химия, 1980, 342 с.). При перемешивании достигается равномерное распределение фаз во всем объеме и их тесное взаимодействие. В результате перемешивания получают смесь, которую используют в качестве конечного продукта или реагента для других стадий технологического процесса. При перемешивании могут протекать другие процессы: теплообменные, массообменные, химические, которые интенсифицируются при осуществлении процесса смешения.
Наиболее близким по технической сути аналогом к предлагаемому устройству является устройство для приготовления быстросхватывающейся смеси (Авторское свидетельство SU №129587, МПК Е21В 33/13, опубликовано в «Бюллетене изобретений и товарных знаков» №1 за 1965 г.). Известное устройство для приготовления быстросхватывающейся смеси выполнено в виде цилиндрического корпуса, снабженного концентрично встроенной трубой, предназначенной для подвода к смесителю цементного раствора. С целью приготовления быстросхватывающейся смеси непосредственно в зоне ее использования устройство снабжено в нижней части подвижной втулкой с каналами, предназначенными для подачи ускорителя из кольцевого межтрубного пространства устройства во внутреннюю полость втулки, переходящую в смеситель.
Недостатком известного устройства является то, что ускоритель отверждения вытекает (инжектируется) из полости кольцевого пространства, служащего контейнером, в результате отсасывающего действия рабочего потока (струи цементного раствора). При проведении тампонажных работ для закачки жидкостей в большинстве случаев используют поршневые (плунжерные) насосы, работающие в пульсирующем режиме. При закачке цементного раствора поршневым насосом в пульсирующем режиме инжектирование ускорителя отверждения становится неравномерным и эффективность действия известного устройства снижается.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности смешения на забое скважины двух жидкостей, закачиваемых поршневым (плунжерным) насосом в пульсирующем режиме.
Задача решается применением устройства, включающего подводящий патрубок и корпус с установленным соосно патрубком.
Новым является то, что патрубок, установленный соосно корпусу, перфорирован и образует с подводящим патрубком кольцевое пространство, при этом на верхней части перфорированного патрубка с внешней стороны установлен пакер, а корпус смесителя заполнен сжатым газом, на перфорированный патрубок надета эластичная оболочка, закрывающая перфорационные отверстия и разобщающая объем перфорационного патрубка от объема корпуса, причем суммарная площадь перфорационных отверстий в перфорированном патрубке превышает площадь сечения выходного патрубка.
Сущность работы предлагаемого устройства основана на гидравлическом перемешивании, осуществляемом смешением двух потоков рабочих жидкостей при их совместном перемещении (движении) по перфорированному патрубку.
Устройство забойного жидкостного смесителя продемонстрировано на чертеже. Устройство, спущенное в скважину, обсаженную эксплуатационной колонной 1, состоит из заполненного сжатым газом корпуса 2, внутри которого соосно размещен перфорированный патрубок 3 и патрубок 4, предназначенный для соединения с насосно-компрессорными трубами (не показаны), на которых устройство спускается в скважину. На перфорированный патрубок 3 надета эластичная оболочка 5, закрывающая перфорационные отверстия 6. Верхняя часть перфорированного патрубка 3 с внешней стороны оборудуется пакером 7. Ввод в устройство компонентов рабочей смеси осуществляют по патрубку 4 и кольцевому пространству между перфорированным патрубком 3 и патрубком 4. Выход перемешанной смеси происходит по выходному патрубку 8.
Устройство работает следующим образом (совмещено с примером практического применения). Посредством патрубка 4 устройство соединяют с насосно-компрессорными трубами и спускают в скважину, с учетом расположения нижней части устройства на 5-10 м выше интервала скважины, в который планируют закачивать водоизоляционную композицию, состоящую, например, из силиката натрия (жидкого стекла) и водного раствора соляной кислоты. В насосно-компрессорные трубы закачивают первый компонент водоизоляционной композиции - жидкое стекло, а по кольцевому пространству между насосно-компрессорными трубами и эксплуатационной колонной 1 закачивают второй компонент водоизоляционной композиции - водный раствор соляной кислоты, закачивание производят таким образом, чтобы компоненты водоизоляционной композиции на 50-100 м «не дошли» до устройства. После этого закачивание прекращают и производят посадку пакера, чем обеспечивают разобщение пространства между корпусом устройства 2 и эксплуатационной колонной 1. Пакер используют механический общеизвестной конструкции, например аналогичный по конструкции пакеру ПВ-М, производства Ишимбайского машзавода ПО «Ишимбайнефтепроммаш». Далее возобновляют закачивание компонентов водоизоляционной композиции, которые при закачивании продавливают, например, пресной водой. Во внутренней полости перфорированного патрубка 3 компоненты начинают перемешиваться. При пульсации давления закачки часть жидкости выдавливается в радиальном направлении через перфорационные отверстия 6 в полость эластичной оболочки 5, которая при этом расширяется и дополнительно сжимает газ, находящийся в корпусе 2. В качестве газа может быть использован, например, воздух или азот. Газ при этом выполняет роль пружины, амортизирующей изменения давления (пульсации), вызванного неравномерностью подачи насоса. При снижении давления в перфорированном патрубке 3 сжатый газ сжимает обратно эластичную оболочку 5, возвращая обратно (впрыскивая) в полость патрубка 3 ранее выдавленную жидкость. Эластичная оболочка 5 выполняет при этом роль поршня. Причем обратно возвращенная жидкость в перфорированном патрубке 3 смешивается с новым потоком, непрерывно поступающим туда через кольцевое пространство между насосно-компрессорными трубами и эксплуатационной колонной 1 и патрубком 4. Объем жидкости, выдавливаемой из перфорированного патрубка 3 в радиальном направлении в полость эластичной оболочки 5, регулируют соотношением площадей сечения перфорационных отверстий 6 патрубка 3 и выходного патрубка 8. Это соотношение зависит от давления сжатого газа в корпусе смесителя и от реологических свойств рабочих жидкостей. Соотношение определяют экспериментально. Степень расширения (раздутия) эластичной оболочки 5 регулируют давлением газа, закачанного в полость корпуса 2. Выходящую из патрубка 8 водоизоляционную композицию продавливают водой в изолируемый интервал скважины. При реализации способа вредное явление - пульсацию давления при работе поршневого насоса - используют для интенсификации перемешивания компонентов водоизоляционной композиции или для интенсификации перемешивания компонентов других смесей, используемых, например, при обработке призабойной зоны скважины.
Таким образом, достигается результат - повышение эффективности смешения на забое скважины двух жидкостей, закачиваемых поршневым (плунжерным) насосом в пульсирующем режиме.