Скважинный резонатор

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, для увеличения приемистости пластов скважин и увеличения нефтеотдачи пластов добывающего фонда скважин путем создания гидродинамического резонанса по всей полости насосно-компрессорных труб и последующим воздействием на призабойную зону и пласт скважины и резонансной раскачки столба скважинной жидкости для срыва адсорбционных отложений со стенок поровых каналов, отрыва и выкрашивание закольматированных участков породы.
Известна электроприводная задвижка, содержащая: корпус: дисковый шибер с наружным венцом; приводной механизм, взаимодействующий с зубчатым венцом дискового шибера; электродвигатель, вал которого сообщен с шестерней приводного механизма (патент РФ №70332, опубл. 20.01.2008 г.).
Известная задвижка характеризуется высокой скоростью открывания и закрывания шибера, чем задвижка с ручным приводным механизмом, однако этой скорости и мощности недостаточно для создания гидродинамического резонанса на скважинах глубиной до 6000 м, и работе при давлениях 400 атм, а также в горизонтальных стволах скважин.
Известна шиберная задвижка (ЗМС 65×210), содержащая: корпус, расположенный внутри шибер, пневмопривод перемещения шибера в положение открыто-закрыто, выполненный по принципу шибер-поршень пневмопривода (патент №55915, опубл. 28.08.2006 г.).
Известная задвижка не позволяет использовать технологию метода гидродинамического резонанса, поскольку недостаточно обеспечивает резонансную раскачку столба скважинной жидкости и не создает в скважине импульсы репрессии и депрессии для максимального выноса механических примесей и мелкодисперсных частиц асфальтосмолопарафиновых отложений, разбитых в результате демпфера и подъема их на дневную поверхность в горизонтальных стволах скважин и глубиной до 6000 м и работе при давлениях 400 атм.
Известна наиболее близкая к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранная в качестве прототипа задвижка с пневмоприводом, содержащая: корпус; шибер расположенный внутри корпуса, привод перемещения шибера в положение открыто-закрыто, выполненный в виде взаимодействующего с шибером поршня пневмоцилиндра (патент №74680 опубл. 10.07. 2008 г.).
Недостатком известного устройства является: малая мощность и производительность, что не дает возможности создания гидродинамического резонанса на скважинах глубиной до 6000 м и требующих при работе давления до 400 атм, а также в горизонтальных стволах скважин.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель является повышение мощности и производительности устройства для работы на скважинах глубиной до 6000 м, а также в горизонтальных стволах скважин.
Указанная задача решается тем, что в скважинном резонаторе с пневмоприводом, содержащем корпус, шибер, расположенный внутри корпуса, привод перемещения шибера в положение «открыто» или «закрыто», выполненный в виде взаимодействующего с шибером поршня пневмоцилиндра, ресивер с запасом сжатого воздуха и уплотнительный элемент шибера, указанный уплотнительный элемент выполнен в виде двух направляющих пластин установленных с обеих сторон шибера, на переднем торце шибера выполнен скос под углом 45°, а давление, обеспечиваемое пневмоцилиндром, связано с его диаметром следующей зависимостью:
где  - диаметр пневмоцилиндра.
Выполнение в скважинном резонаторе с пневмоприводом, содержащем корпус, шибер, расположенный внутри корпуса, привод перемещения шибера в положение «открыто» или «закрыто», выполненный в виде взаимодействующего с шибером поршня пневмоцилиндра, ресивер с запасом сжатого воздуха и уплотнительный элемент шибера, указанного уплотнительного элемента в виде двух направляющих пластин установленных с обеих сторон шибера позволит обеспечить герметичность задвижки при повышенных пластовых давлениях (до 400 атм), а выполнение на переднем торце шибера скоса под углом 45° в сочетании с давлением в пневмоцилиндре связанном с его диаметром указанной зависимостью позволит шиберу преодолеть пластовое давление и перекрыть движение потока технической жидкости на устье скважины.
Зависимость между давлением пневмоцилиндра и его диаметром выведена из условия обеспечения требуемого усилия на шибере, необходимого для его перемещения при закрытии.
Исходными данными являются следующие параметры:
ΔР=400 атм=40,53 МПа - перепад давления, при котором производится открытие и закрытие;
cp
D=60 мм - средний диаметр уплотнения;
B=15 мм - ширина уплотнения;
ш
m=2,5 кг - масса шибера.
Усилие необходимое для перемещения шибера при закрытии [1]:
где  - усилие от давления среды:
- принятое усилие поджатия в шиберных задвижках,
- усилие, необходимое для уплотнения в затворе при давлении Δр → 0,
m - эмпирический коэффициент учитывающий вид среды (с=1 - для воды),
с - эмпирический коэффициент, зависящий от материала уплотнителя (с=35 - для стали),
- вес перемещающихся деталей,
g - ускорение свободного падения.
k
k
μ - коэффициент трения в уплотнителе (μ=0,3).
Давление воздуха в пневмоцилиндре должно обеспечить действие на шибер силы большей или равной  его значение определяется по следующей зависимости:
где  - диаметр пневмоцилиндра.
Подставив в данную зависимость значение , рассчитанное выше, получим:
Для примера рассмотрим пневмоцилиндр диаметром 200 мм
Требуемое давление в пневмосистеме составит:
Заявителю не известны скважинные резонаторы с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения условию «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:
фиг. 1 - скважинный резонатор (общий вид);
фиг. 2 - схема пневматическая.
Скважинный резонатор с пневмоприводом, содержит корпус 1, шибер 2, расположенный внутри корпуса 1, привод перемещения шибера, ресивер 3 (на фиг. 1 не показан) с запасом сжатого воздуха и уплотнительный элемент 4 шибера 2. Привод перемещения шибера 2 в положение «открыто» или «закрыто» выполнен в виде взаимодействующего с шибером поршня пневмоцилиндра 5 (на фиг. 1 не показан), соединенных при помощи штока 6. Уплотнительный элемент 4 выполнен в виде двух направляющих пластин установленных с обеих сторон шибера. На переднем торце шибера выполнен скос 7 под углом 45°. Давление, обеспечиваемое пневмоцилиндром 3, связано с его диаметром следующей зависимостью:
пнев — р.2 } цил
где  - диаметр пневмоцилиндра.
Пневмоцилиндр 3 закреплен на корпусе 1 при помощи фланца 8. В боковых отверстиях корпуса 1 посредством накладок 9 закреплены фланцы соединительные 10, предназначенные для монтажа резонатора.
Технология проведения работ скважинным резонатором:
Осуществляют монтаж скважинного резонатора на АФК (арматура фонтанная, колонная) скважины, которая через полость насосно-компрессорных труб, спущенных на 5-10 м выше интервала перфорации пласта скважины, соединена с желобной емкостью (фиг. 2). От компрессора 11 сжатый воздух поступает к резонатору через ресивер 3. Пневмораспределитель 12 посредством пульта управления 13 переключает поток воздуха через пневмоцилиндр 5 на положение «открыто-закрыто» шибера 2. Электронный клапан 14 обеспечивает надежность и исключает самопроизвольное снижение давления воздуха в системе. Контроль давления осуществляют с помощью манометра 15, установленного на соединительных фланцах скважинного резонатора. Поскольку шибер скважинного резонатора открывается резко, давление технологической жидкости на устье падает до атмосферного, формируется волна разрежения, которая перемещается от забоя скважины, формирует в призабойной зоне импульс депрессии. При закрывании шибера скважинного резонатора и прерывании движущего потока технической жидкости на устье скважины формируется область высокого давления, которая, перемещаясь от устья к забою скважины, формирует в призабойной зоне импульс репрессии. Периодическое открывание и закрывание шибера резонатора приводит к регулярному прохождению волн-импульсов репрессии и депрессии, которые оказывают разрушающее действие на кольматант, закупоривающий отверстие фильтров и поровых каналов и выносу его на дневную поверхность, что, в конечном итоге, приводит к улучшению фильтрационных параметров прискважинной зоны и увеличению притока насыщающей пласт.
Скважинный резонатор может быть изготовлен на стандартном оборудовании с применением известных материалов и современных инструментов, что соответствует критерию «промышленная применимость».
1. СТ ЦКБА 002-2003 Арматура трубопроводная. Задвижки. Методика силового расчета.