Гидродинамический пульсатор для скважин
HYDRODYNAMIC PULSATOR FOR WELLS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при эксплуатации и капитальном ремонте действующего фонда скважин для воздействия на призабойную зону скважин генерацией ударных волн.
Известен демпфер-пульсатор потока жидкости в скважине (патент RU №2468182, МПК Е21В 28/00, Е21В 43/25, опубл. 27.11.2012, в Бюл. № 33), включающий односторонний гидроцилиндр, содержащий составную гильзу с выполненными в ее нижней части сливными каналами малого сечения, соединительную головку с уплотнением, дно со сквозной проточкой, и размещенные в гильзе упругий элемент, направляющий шток и силовой поршень с манжетными уплотнениями, герметично разделяющий штоковую и поршневую полости гильзы, причем гидроцилиндр дополнительно содержит винтовой механизм, состоящий из ходового винта и ответной резьбы в сквозной проточке дна, и ступенчатую опору со сквозными отверстиями, размещенную в гильзе между упругим элементом и верхним торцом ходового винта, направляющий шток выполнен частично полым с возможностью сообщения со штоковой полостью гильзы, в стенке верхней части гильзы выполнено перепускное отверстие малого сечения, а в стенке средней части гильзы выполнены проточные отверстия, сообщающие штоковую полость гильзы со стволом скважины, причем проточные отверстия выполнены с возможностью оснащения гидромониторными и кавитационными насадками.
Недостатками демпфера-пульсатора являются узкая область применения из-за возможности работы только в скважинах, сложность изготовления из-за наличия винтового механизма, невозможность прокачивания больших объемов жидкости из-за небольших в поперечном сечении проходных каналов, а также при выходе из строя необходима замена и/или ремонт всего механизма в целом.
Наиболее близким по технической сущности является гидродинамический пульсатор (патент RU № 2448236, МПК Е21В 28/00, Е21В 43/25, опубл. 20.04.2012, Бюл. № 11), содержащий полый корпус, седло с продольными пазами, подпружиненный толкатель с кольцевым выступом и сменной насадкой в осевом канале, подпружиненный торцовый клапан с полым штоком, охватывающим толкатель, кольцевую камеру в полом корпусе, отличающийся тем, что в осевом канале полого корпуса дополнительно установлена опорная втулка с продольными пазами на внешней стороне, толкатель снабжен торцовым клапаном и установлен с возможностью взаимодействия с опорной втулкой, сменная насадка дополнительно снабжена перфорированной клеткой и подпружиненным обратным клапаном, полый корпус снабжен регулятором частоты, включающим корпус с втулкой регулировочной, охватывающий полый шток, с образованием между ними подвижного соединения, причем втулка регулировочная снабжена кольцевой проточкой, корпус снабжен продольными сквозными пазами и шпонкой, стаканом и втулкой регулировочной с кольцевой расточкой и гайкой накидной, связанными друг с другом, с возможностью фиксации между ними скользящих шпонок, установленных с возможностью прохода через продольные сквозные пазы корпуса и образования связи со стаканом по кольцевой проточке, а полый шток пропущен за пределы стакана и опирается на пружину, установленную в осевом канале нижнего переходника, жестко связанного с корпусом.
Недостатками демпфера-пульсатора являются сложность изготовления из-за наличия большого количество точно подгоняемых деталей и при выходе из строя необходима замена и/или ремонт всех подвижных механизмов.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание конструкции гидродинамический пульсатор для скважины простого и надежного в изготовлении и обслуживании, позволяющей осуществлять замену вышедших из строя деталей.
Техническая задача решается гидродинамическим пульсатором для скважины, включающим цилиндрический корпус с узлами соединения по концам, не герметичная опорная втулка, установленная внутри корпуса с одного из концов корпуса, толкатель, выполненный с возможностью продольного перемещения внутри корпуса до опорной втулки, к которой поджат пружиной, и не герметичная поджимная гайка, установленная с противоположного конца от опорной втулки, причем толкатель оснащен седлом с подпружиненным клапаном, оснащенным штоком и вставленным в толкатель с возможностью ограниченного продольного перемещения.
Новым является то, что опорная втулка снабжена перфорированной шайбой, перекрывающий продольный канал, корпус изнутри между втулками оснащен внутренней цилиндрической поверхностью, толкатель изготовлен в виде герметично взаимодействующего с цилиндрической поверхностью стакана с седлом, расположенным со стороны опорной втулки, и днищем, направленным в сторону пружины и оснащенным продольными отверстиями, осевое из которых выполнено под шток клапана, перекрывающего седло со стороны опорной втулки и выполненного с возможностью взаимодействия с перфорированной шайбой при перемещения толкателя в сторону опорной втулки, причем клапан выполнен подпружиненным от днища, с противоположной стороны которого шток клапана снабжен упорами, взаимодействующими с днищем при перемещении клапана от седла, при этом поджимная гайка состыкована с пружиной толкателя и оснащена осевым отбойником, выполненным с возможностью взаимодействия со штоком клапана при перемещении толкателя с клапаном в сторону поджимной гайки, а усилие пружины толкателя превосходит усилие пружины клапана.
Новым является также то, что корпус изготовлен сборным, состоящим из несущего корпуса и вставленной коаксиально в этот корпус и зафиксированной гильзы с внутренней цилиндрической поверхностью.
На чертеже изображена схема гидромеханического пульсатора в продольном разрезе.
Гидродинамический пульсатор для скважины включает цилиндрический корпус 1 с узлами соединения 2 и 3 (фланцами, наружной или внутренней резьбой или т.п.) по концам, не герметичная опорная втулка 4, установленная внутри корпуса 1 с одного из концов корпуса 1, толкатель 5, выполненный с возможностью продольного перемещения внутри корпуса 1 до опорной втулки 4, к которой поджат пружиной 6, и не герметичная поджимная гайка 7, установленная с противоположного конца корпуса 1 от опорной втулки 4. Толкатель 5 оснащен седлом 8 с поджатым пружиной 9 клапаном 10, оснащенным штоком 11 и вставленным в толкатель 5 с возможностью ограниченного продольного перемещения. Опорная втулка 4 снабжена перфорированной отверстиями 12 шайбой 13, перекрывающий ее продольный канал 14. Корпус 1 изнутри между втулками оснащен внутренней цилиндрической поверхностью 15. Толкатель 5 изготовлен в виде герметично взаимодействующего с цилиндрической поверхностью 15 стакана с седлом 8, расположенным со стороны опорной втулки 5, и днищем 16, направленным в сторону пружины 6 и оснащенным продольными отверстиями 17, осевое 18 из которых выполнено под шток 11 клапана 10, перекрывающего седло 8 со стороны опорной втулки 4 и выполненного с возможностью взаимодействия с перфорированной шайбой 13 при перемещения толкателя 5 в сторону опорной втулки 4. Клапан 10 выполнен поджатым пружиной 9 от днища 16, с противоположной стороны которого шток 11 клапана 10 снабжен упором 19 (например, накручивающимися гаками, стопорной шайбой - не показана или т.п.), взаимодействующими с днищем 16 при перемещении клапана 10 от седла 8. Поджимная гайка 7 состыкована с пружиной 6 толкателя 5 и оснащена осевым отбойником 20, выполненным с возможностью взаимодействия со штоком 11 клапана 10 при перемещении толкателя 2 с клапаном 10 в сторону поджимной гайки 7.
При работе в агрессивных средах (кислоты, щёлочь, жидкость с абразивом или т.п.) корпус 1 может быть изготовлен сборным, состоящим из несущего корпуса 21 и вставленной коаксиально в этот корпус 21 и зафиксированной гильзы 22 с внутренней цилиндрической поверхностью 15.
Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнительные манжеты, не влияющие на работоспособность пульсатора, на чертеже не показаны.
Гидродинамический пульсатор работает следующим образом.
Предварительно гидродинамический пульсатор собирают в цеховых условиях. Для этого на шток 11 клапана 10 надевают пружину 9, со стороны седла 8 шток 11 с клапаном 10 вставляют в толкатель 5 до входа штока 11 в осевое отверстие 18 и установки с противоположного конца днища 16 упора 19, завершая сбор элементов толкателя 5.
При сборной конструкции корпуса 1 в несущий корпус 21 вставляют гильзу 22 до упора 23.
Дальше сборка идет одинаково как для цельного, так и для сборного корпуса 1.
С одного из концов корпуса 1 в цилиндрическую поверхность 15 днищем 16 веред вставляют собранный толкатель 5, который закрывают опорной втулкой 4 с шайбой 13 с фиксацией, например, гайкой 24 (фиксируя при наличии и гильзу 22). С другого конца корпуса 1 в цилиндрическую поверхность вставляют пружину 6 до упора в днище 16 толкателя 5. В пружину 6 вставляют отбойник 20, и поджимают пружину 6 поджимной гайкой 7. В результате под действием пружины 6 толкатель 5 перемещается к опорной втулке 4 до упора клапана 10 в шайбу 13, потом преодолевая усилие пружины 9 (так как усилие пружины 6 толкателя 5 превосходит усилие пружины 9 клапана 10) толкатель 5 перемещается до взаимодействия седла 8 толкателя 5 с клапаном 10.
После сборки гидродинамического пульсатора корпус 1 узлами соединения 2 и 3 присоединяют к стенду (не показано) и испытывают на работоспособность. Регулировкой положения поджимной гайки 7 (по резьбе 25) изменяется усилие прижатие толкателя 5 пружиной 6 и, как следствие, частота срабатывания гидродинамического пульсатора (определяется технологическими требованиями на каждую скважину - авторы на это не претендуют).
После настройки гидродинамический пульсатор отправляется к месту работы. Гидродинамический пульсатор встраивается в линию нагнетания скважины (не показаны). Для этого корпус 1 узлом крепления 2 присоединяется к нагнетательному оборудованию (не показано), а узлом крепления 3 - к скважине. После чего запускают в скважину от нагнетательного оборудования нагнетание жидкости, которая с ростом давления, проходя через отверстия 12 шайбы 13 и продольный канал 14 опорной втулки 4, прижимает клапан 10 к седлу 8 толкателя 5 и, преодолевая усилие пружины 6, толкатель 5 с клапаном 10 перемещаются в сторону поджимной гайки 7 до взаимодействия штока 11 с отбойником 20. В результате клапан 10 отходит от седла 8 (открытое состояние), а пружина 9 удерживает клапан 10 в открытом состоянии, давление с обеих сторон толкателя 5 выравнивается, жидкость через отверстия 12 шайбы 13 и продольный канал 14 опорной втулки 4, стакан толкателя 5, отверстия 17 днища 16 и каналы 26 поджимной гайки 7 седло протекает в сторону скважины. При этом под действием пружины 6 толкатель 5 перемещается в сторону опорной втулки 4 до взаимодействия клапана 10 с шайбой 13, потом, преодолевая усилие пружины 9, толкатель 5 перемещается до взаимодействия седла 8 с клапаном 10, закрывая переток жидкости. Далее циклы перемещения толкателя 5 с закрытым и открытым клапаном 10 повторяются, обеспечивая циклическую (импульсную) закачку жидкости в пласт (не показан) скважины.
Самыми нагруженными при перекачке химически и механически агрессивной жидкости являются плунжер 5 и цилиндрическая поверхность 15 гильзы 22 (для таких сред рекомендуется использовать только сборный корпус 1). При выходе их из строя плунжер 7 и гильза 22 легко заменяются (при сборке и разборке пульсатора) на новые. А так как детали 7 и 22 имеют простую конструкцию, то являются не дорогими расходными деталями 7 и 22.
Предлагаемый гидродинамический пульсатор для скважины прост и надёжен в изготовлении и обслуживании и изготовлен с возможностью замены вышедших из строя деталей.