Пристрій для захисту свердловин від ударних хвиль і гідропотоку

1 Пристрій для захисту свердловин від ударних хвиль і пдропотоку, що складається з корпусу, до днища якого з середини жорстко прикріплений порожнистий циліндр, оснащений рухомим поршнем зі штоком, який відрізняється тим, що корпус обладнаний фрикційними гальмівними механізмами, в які входять зворотні пружини, розташовані на внутрішній стороні корпусу, та гальмівні і фрикційні накладки, розміщені зовні 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що в днищі корпусу виконані отвори з жиклерами та пружинами, що встановлені з внутрішньої сторони корпусу 3 Пристрій за п 2, який відрізняється тим, що до нижньої частини штоку приєднана сферична тарілка 4 Пристрій за п 3, який відрізняється тим, що корпус і циліндр у верхній частині з'єднані центруючими ребрами, що розміщені радіально Винахід належить до засобів захисту глибоких свердловин при вибухово-прострільних роботах з метою інтенсифікації притоку підземних флюїдів, видобутку розсолів та розчинів і при проведенні допоміжних робіт різного призначення Відомий пристрій для локалізації дії вибуху в свердловині, який складається з перфорованого корпусу з поршневим елементом, виготовленим у формі замкнутого контейнера з вакуумним гасителем ударної хвилі у вигляді вакуумних балонів, розміщених у контейнері Інертність цього пристрою забезпечується вантажем [1] Недоліком пристрою є те, що він не стабілізується в свердловині При його допомозі не можна регулювати ступінь гасіння ударних хвиль Така конструкція не дає змоги повністю перекрити поперечний переріз свердловини Найбільш близьким до заявленого є пристрій для локалізації дії вибуху в свердловині, що складається з циліндричного корпусу, розділеного на дві камери, одна з яких вакуумна, оснащені поршнями, з'єднаними між собою штоком зі зворотним клапаном Одна з камер корпусу виготовлена перфорованою [2] Недоліком цього пристрою є неможливість регулювання гідродинамічного опору Штрипсова фіксація пристрою в свердловині не надійна Сам штрипсовий механізм та запобіжна кришка легко виходять з ладу Після застосування пристрій потребує обов'язкової доробки, тому його можна застосовувати лише одноразово В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення існуючого пристрою шляхом обладнання його корпусу фрикційними гальмівними механізмами, які складаються із зворотних пружин, гальмівних прокладок та фрикційних накладок, пророблення в днищі корпусу прохідних отворів, оснащених конічними жиклерами та зворотними пружинами, обладнання нижньої частини штоку , на якому закріплено поршень, сферичною тарілкою та з'єднання верхньої частини циліндра з корпусом при допомозі центруючих ребер забезпечити створення автономного свердловинного пристрою багаторазового використання, яким, завдяки автоматичному регулюванню гальмівного притискання, повністю перекривається поперечний переріз свердловини, що дає змогу локалізувати дію вибуху і надійно захистити конструкцію свердловини від ударної хвилі та пдропотоку, а значить від руйнування Задача вирішується тим, що корпус пристрою обладнується фрикційними гальмівними механізмами, що складаються з гальмівних прокладок і фрикційних накладок, розміщених на ЗОВНІШНІЙ стороні корпусу, та зворотної пружини, що знаходиться в середині Гальмівні механізми працюють 00 (О 47684 від внутрішньокорпусного тиску, який створюється рухом поршня під впливом ударної хвилі їх застосування дає змогу автоматично регулювати ступінь гальмування пристрою в свердловині залежно від жорсткості пружини Задача вирішується ще тим, що в днищі корпусу проробляються прохідні отвори, оснащені конічними жиклерами зі зворотною пружиною, які регулюють опір витоку внутрішньокорпусної рідини, а відтак і тиск що створюється рухомим поршнем Струмінь рідини, яка витікає з корпусу назустріч пдропотоку, запобігає подальшому розповсюдженню ударних хвиль і пдропотоку по стволу свердловини Мета досягається тим, що на нижній частині штоку, на якому закріплений рухомий поршень, кріпиться сферична тарілка, завдяки якій концентрується ударна хвиля, енергія якої передається поступальному руху поршня Задача вирішується ще й тим, що внутрішній циліндр в своїй верхній частині з'єднується з корпусом центруючими ребрами для коаксіального розміщення циліндро-поршневого механізму Ребра встановлюються в радіальних напрямках і не заважають руху рідини в корпусі На фігурі зображено пристрій для захисту свердловин від ударних хвиль і пдропотоку, який складається з корпусу 1, з'єднаного ребристою опорою 2 з кабельною головкою З В корпусі розміщений порожнистий циліндр 4, в середині якого знаходиться рухомий поршень 5 зі штоком 6, оснащеним сферичною тарілкою 7 Циліндр центрується по осі корпусу при допомозі ребер 8 В нижній частині корпусу пророблені прохідні отвори 9 з конічними жиклерами 10 та зворотними пружинами 11 Корпус обладнаний фрикційними гальмівними механізмами 12, які складаються з фрикційних накладок 13, гальмівних колодок, розміщених зовні, та зворотних пружин 15, які знаходяться в середині корпусу В нижній частині корпусу знаходяться спрямовуючі козирки 16 Принцип дії пристрою полягає в наступному На тросі або кабелі, приєднаному до кабельної головки 3, пристрій спускається в свердловину на задану глибину і розміщується над зарядом (торпедою) Напрям руху регулюється спрямовуючими козирками 16 В початковому положенні поршень 5 знаходиться в верхній частині циліндра 4 При опусканні пристрою свердловинна рідина через прохідні отвори 9 проникає в корпус 7 і в циліндр 4, тисне на поршень, який під дією тиску F переміщується в нижню частину циліндра, стискаючи повітря, що знаходиться під поршнем При цьому шток 6 і тарілка 7 висуваються з корпусу в робочий стан Сила F визначається за формулою 2 2 2 2 F = 4pr /d = 4phr /d _ ( 1 j де р - тиск у внутрішньосвердловинній рідині густиною р на глибині h, r - радіус поршня, d - діаметр штока Поршень рухається вниз доти, доки тиск внутрішньосвердловинної рідини не врівноважиться тиском стисненого повітря в підпоршневому просторі, який повинен дорівнювати = 4pr2/(4r2-d2) (2) Якщо спочатку тиск повітря дорівнював ро, то в робочому стані, а саме на глибині п, він заповнить об'єм, який дорівнює де Vo - початковий об'єм повітря в циліндрі 2 2 V 0 [7i(4r -d )H]/4 ((4) де Н - максимальний хід поршня, у - показник політропи для повітря (у и 1,25) За формулами (2) - (4) знаходимо відстань, на яку переміститься поршень під дією внутрішньосвердловинного тиску, і об'єм, який заповнить рідина, що проникне в циліндр Наприклад, при спуску пристрою з параметрами d/2r = 0,1 в свердловину, заповнену водою (р =1000кг/м), на глибину 2500м переміщення поршня h складатиме її, / Н = [(4г2 - 0,04г2)/(4 • 103 • 2500 • 0,122)]1 / 1 ' 2 5 = 0,012 значить висота повітряної подушки становить всього 1,2% максимального ходу поршня Оскільки ДО вибуху тиск в корпусі дорівнює внутрішньосвердловинному, гальмівні колодки 14 під дією пружин 15 притиснені до бокової поверхні корпусу і не заважають вільному руху пристрою по стволу свердловини При вибуху по внутрішньосвердловинній рідині розповсюджується ударна хвиля та пдропотік Ударна хвиля несе понад 70% енергії вибуху, пдропотік - ЗО - 50%, до того ж пдропопк відстає від ударної хвилі на величину X, яка дорівнює X = 2t+c де t+ - характерний час падіння тиску в ударній хвилі, с - швидкість звуку у внутрішньосвердловинній рідині Ударна хвиля як збурення великої амплітуди (значно більше від внугрішньосвердловинного тиску) діє на тарілку 7, змушуючи поршень 5 перемішуватись вгору При цьому він стискає рідину в корпусі, збільшує в ній тиск і виштовхує з корпусу через прохідні отвори 9 Під ДІЄЮ ВИСОКОГО тиску в корпусі гальмівні колодки 14 переміщуються і притискаються до стінок труби Сила притискання дорівнює де do - діаметр штока гальмівної колодки, Рк тиск рідини в середині корпусу, який залежить від швидкості руху поршня під дією ударної хвилі та швидкості виштовхування рідини через прохідні отвори На підставі формули (5) знаходимо необхідну КІЛЬКІСТЬ гальмівних механізмів n = F0/F1 i(6) де Fo - сила, з якою діє ударна хвиля на корпус пристрою Таким чином корпус пристрою цілком або частково гальмується в стволі свердловини (залежно від жорсткості пружин), перешкоджаючи подальшому розповсюдженню ударної хвилі та пдропотоку Більш ТОГО, рідина, яка виштовхується через прохідні отвори 9, спрямована проти пдропотоку і знижує його швидкість та енергію Швидкість витікання рідини автоматично регулюється конічними підпружиненими жиклерами 10, 47684 які, в залежності від тиску в ударній хвилі, перекривають живий переріз прохідних отворів Таким чином, чим більше навантаження, тим більшу протидію чинить пристрій Після падіння тиску та гасіння пдропотоку, коли тиск в корпусі падає до внутрішньосвердловинного, під дією пружин 11 і 15 жиклери Юта гальма 12 повертаються в початкове положення, не пе решкоджаючи вилученню пристрою з свердловини При повторних вибухово-прострільних операціях все повторюється До того ж пристрій не потребує доробки чи спеціальної підготовки при наступному використанні 1 - А с 1197540 (СССР), 1984, МПК Е21 С37/00 2 - А с 823571 (СССР), 1979, МПК Е21 С37/00 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71