СКВАЖИННЫЙ КОМПЕНСАТОР ГИДРОУДАРА

Полезная модель, установка которой предусматривается в скважине, предназначена для гашения гидроудара в скважине, заполненной движущимся в ней сплошным потоком воды и являющейся водоводом скважинной ГЭС, уменьшения вероятности его возникновения при эксплуатации станции, и, как следствие, повышения надежности работы скважинного, в том числе энергетического оборудования.
Распространенными путями и решениями направленными на «борьбу» с гидроударами являются - использование обратных клапанов и гидроаккумуляторов.
Для повышения надежности работы скважинного оборудования в водоснабжающих скважинах известно использование обратных клапанов различных конструкций в виде седла с сопряженным с ним подпружиненным клапаном, установленным в канале движения воды (Калицун В.Д., Дроздов Е.ВЫ., Комаров Е.С., Чижик К.И. Основы гидравлики и аэродинамики., «Стройиздат», 2002 г.). При этом, для достижения эффективности их работы по предупреждению возникновения гидроударов в водоснабжающей скважине, важно соблюдать правильность их устоновки регулярной проверки их работоспособного состояния. При не соблюдении этого в в водоснабжающей скважине работа обратных клапанов может быть не эффективной. Например, в водоснабжающей скважине гидроудар, как правило, возникает, когда ближайший к насосу обратный клапан расположен выше статического уровня воды в скважине более, чем 9 метров, или ближайший к насосу обратный клапан имеет утечку, в то время как расположенный выше следующий обратный клапан держит давление. В этом случае возникает в стояке возникает частичное разряжение. При следующем пуске насоса вода, протекающая с большой скоростью, заполняет вакуум и соударяется в трубопроводе с закрытым обратным клапаном и столбом жидкости над ним, вызывая скачок давления и гидравлический удар. Такой гидравлический удар способен вызвать образование трещин в трубах, разрушить трубные соединения и повредить насос и (или) электродвигатель. В скважине, как водоводе скважинной гидроэлектростанции, использование обратных клапанов для гашения гидроударов не эффективно, так как реализация их связана с перекрытием всего сечения скважинного водотока, и как следствие, с вносимыми ими большими гидросопротивлениями и отражается на эффективности работы станции.
В технике для гашения гидроударов широко используются гидроаккумуляторы и компенсаторы гидроударов, в частности, с пневматическими накопителями (.; http://www.hydac.com.ru; http://www.wikipedia.org.). Для технических систем общепромышленного применения изготавливается многообразие гидроаккумуляторов различных конструктивных исполнений, разными - по типу установки; по типу мембраны; по типу проточности; по способу накопления энергии. В виду ограничений, как правило, по габаритам и параметрам для скважинных условий возможности использования этих гидроаккумуляторов ограничены или использование их не возможно.
Наиболее близким для использования в качестве заявляемого компенсатора гидроудара скважинной ГЭС, например, по патенту на изобретение РФ №2373431 («Скважинная гидроэлектростанция», заявка №2007139652/06 от 25.10.2007 г., F03G 7/04 F03D 13/00 опубл. 2011.2009 г.), является газогидравлический аккумулятор трубного исполнения конструкции ООО «НПФ «Гидромеханика» (А.А.Колганов. Проблемы трубопроводных гидросистем жилищно коммунального хозяйства (ЖКХ). Оборудование Разработки Технологии №16-18 (40-42) апрель июнь 2010 г. - копия прилагается), принятый за прототип. Он выполнен в виде кольцевой камеры из двух соосных труб большего и меньшего диаметра, в которой расположен специальной формы герметичный полимерный мешок, заполненный воздухом до рабочего давления гидросистемы, причем камера выполнена так, что благодаря перфорации в трубе меньшего диаметра полимерный мешок, контактирует с гидравлической средой трубопровода и воспринимает ее давление. В процессе работы, при воздействии гидроудара в трубопроводе повышенное давление воспринимается газогидравлическим аккумулятором путем уменьшения объема воздуха в герметичном полимерном мешке и одновременного повышения в нем давления. При этом давление гидроударар в тубопроводе гасится, снижается вероятность возникновения аварий, повышается надежность работы трубопровода и оборудования в нем.
Однако, промышленно освоенный газогидравлический аккумулятор трубного исполнения конструкции ООО «НПФ «Гидромеханика», предназначенный для использования в трубопроводных системах общепромышленного (поверхностного) применения не могут быть эффективно использованы в скважинах, в том числе при использовании их в качестве водоводов скважинных ГЭС по причине того, что оно (их использование) приводит к снижению энергоэффективности скважинной ГЭС. Установка их в скважинных водоводах скважинных ГЭС приводит к уменьшению сечения в месте их установки, созданию дополнительного гидросопротивления и, как следствие, к снижению энергоэффективности скважинного гидроэнергоисточника.
Таким образом, недостаток известного газогидравлического аккумулятора трубного исполнения конструкции ООО «НПФ «Гидромеханика», принятого за прототип, заключается в снижении энергоэффективности скважинного гидроэнергоисточника.
Технической задачей заявляемой полезной модели является создание скважинного компенсатора гидроудара (в последующем, СКГ) энергоэффективно работоспособного, в том числе в скважинах гидроэнергетического назначения.
Решена она тем, что в заявляемом скважинном компенсаторе гидроудара в отличие от известного газогидравлического аккумулятора трубного исполнения, принятого за прототип, содержащего корпус, выполненный в виде поверхности ограничивающей кольцевой объем, например, из стальных соосно-расположенных труб разного диаметра, технологический лючок в корпусе; камеру из гибкого или(и) эластичного материала с ниппельно-золотниковым устройством заполненную сжатым воздухом и установленную в кольцевом объеме корпуса; поверхность корпуса перфорирована, его кольцевого объема корпус выполнен состоящим из двух идентичных половин в виде поверхностей ограничивающих полукольцевые объемы; они шарнирно и подпружиненно на раскрытие между собой соединены; камеры из гибкого или эластичного материала с ниппельно-золотниковыми устройствами заполненные сжатым воздухом установлены в каждой из половин корпуса, а на их поверхностях каждой из половин установлены технологические лючки; он снабжен, установленными на одной из половин, пружинами для постановки его в расширенном интервале скважины; он приспособлен для установки его в скважине с использованием серийно выпускаемой каротажной станции или геофизического подъемнтка и, например, дистанционно управляемого скважинного грузоноса.
В скважине могут быть установлены несколько разнесенных по глубине скважинный компенсаторов гидроудара.
Интервалами целесообразного расширения для установки скважинных компенсатор гидроудара в скважинах гидроэнергетического назначения являющихся водоводами, могут быть ее интервалы расположенные у скважинного гидроагрегата, у запорных устройств, а в случае многоствольных скважин - в основной скважине, расположенные у ее сообщения с дополнительными стволами.
Реализация отличительных (от прототипа) признаков обуславливает появление у СКГ важного нового свойства - обеспечение возможности установки его в скважине без уменьшения ее сечения в месте его установки, и без возникновения потерь давления скважинного водотока на интервале установи СКГ.
Сочетание признаков заявляемого скважинного компенсатора гидроудара позволяет, за счет снижения потерь давления скважинного водотока на СКГ, увеличить напор водотока, а в скважинах гидроэнергетического назначения - увеличить его энергетическую мощность (она определяется произведением напора водотока на расход воды), то есть, при прочих равных условиях - повысить энергетическую эффективность скважинного гидроэнергоисточника.
Ниже приведен пример выполнения заявляемого СКГ.
На фиг.1 приведен внешний вид заявляемого скважинного компенсатора гидроудара (СКГ); на фиг.2 - вид поперечного его разреза; на фиг.3 - схематичный вид скважинного дистанционно управляемого грузоноса без установленного на нем СКГ; на фиг.4 - схематичный вид скважинного дистанционно управляемого грузоноса с установленным на нем СКГ; на фиг.5 - схематичное изображение скважины с расширенным ее участком для постановки в нем СКГ; на фиг.6 - схематичное изображение скважины с установленным в ее расширенном интервале СКГ; на фиг.7 - то же, но вид сверху по поперечному ее сечению.
На фиг.1-7 введены следующие обозначения: 1 - буровая скважина, в том числе энергетического назначения; 2 - скважинный водоток; 3 - расширенный интервал скважины (для установки в нем скважинного компенсатора гидроудара (СКГ); 4 - корпус СКГ (две идентичные половины в виде поверхностей ограничивающих полукольцевые объемы; 5 - подпружиненный на раскрытие половин (6) шарнир их соединения; 7 - пластинчатые пружины для постановки СКГ в расширенном интервале скважины; 8 - корпус скважинного грузоноса; 9 - электромагнитный соленоид; 10 - фиксатор сборки грузоноса; 11 - скользящая муфта (из магнито чувствительного материала) с ножом или рычажком; 12 - фиксатор шарнирно соединенных половин СКГ при его установке на грузоносе, например, капроновый шнур; 13 - головка грузоноса; 15 - кабельный наконечник; 16 - грузонесущий геофизический кабель; 18 - перфорационные отверстия на поверхности СКГ; 19 - лючок для доступа к гибкой или эластичной камере с ниппельно-золотниковым устройством, наполненная сжатым воздухом; 20 - гибкая (элластичная) камера (в разрезе) с ниппельно-золотниковым устройством, наполненная сжатым воздухом.
Описание СКГ в статическом состоянии в скважине.
2
2
В статическом состоянии на поверхности СКГ за счет подпружиненного на раскрытие 5 шарнирного 6 соединения и между собой половины его корпуса 4 развернуты (фиг.1). На поверхности его камеры 20 заполняются сжатым воздухом. Для этого открываются лючки 19 и к ним посредством ниппельно-золотниковых устройств установленных на камерах 20 обеих половин подключается компрессор, от которого сжатый воздух нагнетается в камеры 20 до давления равного гидростатическому в месте установки СКГ в скважине (высота столба воды в скважине составляет 300 м, статическое давление на этой глубине составляет около 30 кг/см) - до 30 кг/см. Компрессор отключается, лючки устанавливаются на свое место - СКГ готов для установки его в скважине.
Для установки СКГ в скважине ей предшествует расширение 3 требуемого ее интервала (фиг.5; 6; 7).
Монтаж СКГ в скважине осуществляется с использованием скважинного грузоноса (фиг.3), на котором устанавливается СКГ (фиг.4) для последующего его спуска в скважину. Спуск СКГ в скважину осуществляется с использованием геофизической лебедки и каротажного кабеля 16 установленного на ней. Каротажный кабель 16 является не только грузонесущим тросом, но и электрической линией связи для передачи электроэнергии от ее источника на поверхности к электромагнитному соленоиду 9 грузоноса. При установке СКГ на грузоносе половинки корпуса 4 закрываются за счет шарнира 6 (при этом преодолевается противодействие пружины 5) и они фиксируются, например, с использованием капронового шнура 12 (связываются), одновременно этим же шнуром прижимаются к корпусу СКГ пластинчатые пружины 7.
Грунтонос с установленным на нем СКГ на каротажном кабеле 16 с использованием геофизической лебедки спускают в скважину на глубину соответствующую интервалу ее расширения 3. Подают электрическое напряжение на каротажный кабель и оно подается на электромагнитный соленоид 9 грузоноса, которым создается магнитное поле. С магнитным полем соленоида взаимодействует (притягивается) скользящая муфта 11 и перемещается к соленоиду 9 (скользящая муфта 11 выполнена из магнито чувствительного материала). Усилие развиваемое при перемещении скользящей муфты 11 является достаточным для расфиксирования половин корпуса 4, например, для перерезания капронового шпагата 12. После перерезания шпагата 12 половинки корпуса 4 раскрываются за счет подпружиненного 5 на раскрытие шарнира 6, а стремящиеся выпрямиться плоские пружины 7 прижимают раскрывшийся СКГ к стенкам расширенного интервала скважины 3. Выдавленный из грунтоноса СКГ и прижатый к стенкам расширенного интервала под действием своего веса опускается в нем (расширенном интервале) вниз и упирается в нижний его зарез - уступ. Таким образом, СКГ устанавливается в скважине, его схематичное изображение приведено на фиг.6 и 7. После установки СКГ в скважине посредством каротажной лебедки грузонос поднимается на дневную поверхность.
Работа СКГ в гидроэнергетической скважине в процессе ее эксплуатации.
При работе СКГ в скважине, благодаря перфорации 18 в трубе меньшего диаметра, камера 20 контактирует с гидравлической средой скважины 1 и воспринимает ее давление. В процессе работы, при воздействии гидроудара в трубопроводе повышенное давление воспринимается газогидравлическим аккумулятором путем уменьшения объема воздуха в герметичной камере 20 и одновременного повышения в нем давления.
Использование СКГ в скважинах, в том числе гидроэнергетического назначения позволяет уменьшить вероятность возникновения гидроударов скважинных водоводах, в том числе при эксплуатации скважинных гидроэнергоисточников и, как следствие, повысить надежности работы скважинного, в том числе энергетического оборудования, и за счет этого получить энергетический, экономический и экологический эффекты.