Пристрій гідрокавітаційної обробки продуктивних пластів і фільтрів

Реферат: UA 106119 U UA 106119 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області енергозберігаючих технологій і може бути використана для очищення різних поверхонь, фільтрів свердловин, трубопроводів та інших споруд і агрегатів та має своє застосування у нафтовій і газовій промисловостях. Відомі гідродинамічні збудники коливань (Патенти РФ № 2015749, МПК В 06 В 1/20, 1994 г., № 2121568, 1998 г.), що реалізують найбільш ефективні та екологічно чисті методи обробки поверхонь високонапірними струменями робочого агента шляхом порушення акустичних коливальних процесів кавітаційного походження в струменевому потоці робочого агента, який перебуває в стані нагнітання. Однак відомі пристрої складні у виготовленні і мають невелику продуктивність. При цьому, як правило, для отримання максимально резонансного режиму роботи відомого пристрою потрібні складні попередні розрахунки співвідношень між геометричними розмірами елементів, витратою робочого агента і перерізом вихідного пристрою, основані на попередньому визначенні тисків робочого агента і рідини в порожнині трубопроводу, що підводиться, а тому відомі пристрої не знаходять широкого застосування в практиці, зокрема для обробки поверхонь в затоплених просторах. Найбільш близьким до описуваної корисної моделі є пристрій для гідрокавітаційної обробки продуктивних пластів і фільтрів свердловин (Патент РФ № 2211320, МПК Е 21 В 43/25, оп. 2004 року), що включає з'єднаний з високонапірним насосом збудник кавітації, що складається з дифузора і конфузора, пов'язаних між собою з'єднувальним елементом. Відомий пристрій має складну за металоємкістю конструкцію, що включає додатковий насос, який знижує надійність цього пристрою і вимагає використання енерготехнологічного обладнання високої потужності, а тому пов'язане зі значними енерговитратами. При цьому відомий пристрій також передбачає проведення попередніх розрахунків, які вимагають великої кількості часу і трудовитрат, а отримані дані багато в чому залежать від точності вимірів тиску в затрубному просторі. Неточність таких вимірів може призвести до неправильного вибору величини витрати робочого агента і перерізу вихідного пристрою, а отже, до необ'єктивного визначення коефіцієнта кавітації, що призводить до помилок у виборі режиму впливу на оброблювану поверхню і зниження ефективності її обробки. В основу корисної моделі була поставлена технічна задача підвищення ефективності обробки продуктивних пластів і фільтрів свердловин за рахунок забезпечення регулювання та досягнення максимального ступеня розвитку кавітації без використання додаткового енергоємного обладнання. Зазначена технічна задача вирішується тим, що пристрій для гідрокавітаційної обробки продуктивних пластів і фільтрів свердловин, що включає високонапірний насос, підвідну магістраль і збудник кавітації, що складається з дифузора і конфузора, пов'язаних між собою з'єднувальним елементом, містить корпус, в якому розташований збудник кавітації, а також віброрезонатор, розміщений в порожнині з'єднувального елемента, при цьому останній є розширювальною камерою і виконаний у вигляді тіла обертання, діаметр якого вибирають більше діаметра найменшого прохідного перерізу дифузора, а збудник кавітації виконаний з можливістю осьового переміщення в корпусі. Краще, щоб діаметр з'єднувального елемента становив 18-20 діаметра найменшого прохідного перерізу дифузора. При цьому віброрезонатор може бути виконаний у вигляді гнучкої пластини з отвором і встановлений з можливістю вільного переміщення в розширнику уздовж осі збудника кавітації. Доцільно збудник кавітації виконати змінним. Краще, якщо збудник кавітації виконати із заспокоювачем потоку робочого агента, встановленим в корпусі з можливістю осьового переміщення. Заспокоювач потоку робочого агента може бути виконаний у вигляді камери з вихідним конфузором, в порожнині якої розміщено три трубки, дві з яких мають загальний вхідний канал, з'єднаний з вихідним патрубком насоса, а третя трубка розміщена між першими двома і з'єднана вихідним кінцем з вхідним отвором вихідного конфузора заспокоювача, вихідний отвір якого пов'язаний з вхідним отвором дифузора збудника кавітації. При цьому пристрій може бути оснащений наконечником, що містить розсікач і не менше двох вихідних соплових насадок. Доцільно соплові насадки виконати у вигляді додаткових збудників кавітації. Ступінь розвитку кавітації в струменевому потоці робочого агента залежить від різноманітних факторів, що впливають на інтенсивність схлопування газопарових бульбашок. Змінюючи деякі фактори, можна керувати інтенсивністю кавітаційного процесу. Частота і амплітуда динамічних коливань, створюваних збудником кавітації в потоці робочого агента, залежать від величини тиску рідини на вході в збудник кавітації і протитиску в затопленій порожнині пристрою, а також від відстані між вихідним зрізом збудника кавітації і поверхнею 1 UA 106119 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 впливу. Крім того, на частоту і амплітуду отриманого коливального процесу впливають і параметри збудника кавітації і, насамперед, величина найменшого прохідного перерізу його дифузора. При цьому інтенсивність впливу гідродинамічного впливу на оброблювану поверхню може бути збільшена шляхом створення додаткового хвильового збурення, наприклад, за допомогою віброрезонатора. Отже, сукупність усіх суттєвих ознак стосовно вибраного прототипу, отриманих завдяки внесеним конструктивним змінам до неї, дозволяє досягти певного технічного результату. Суть корисної моделі пояснює креслення, що доповнює і уточнює опис, але не обмежує дії патенту. На кресленні зображено: загальний вигляд, де: 1 - корпус; 2 - пробка; 3 - заспокоювач; 4 - конфузор; 5 - вхідний дифузор; 6 - збудник кавітації; 7 - вихідний конфузор; 8 - з'єднувальний елемент (камера розширення); 9 - віброрезонатор; 10 - корпус; 11 - трубка; 12 - трубка; 13 - магістраль; 14 - трубка; 15 -накінечник; 16 - розсікач; 17 - соплові насадки. Пристрій гідрокавітаційної обробки продуктивних пластів і фільтрів (Фіг. 1) містить у торці корпусу 1 розміщену пробку 2 з центральним отвором, в якому встановлений, наприклад, за допомогою нарізного сполучення заспокоювач 3, виконаний з можливістю осьового переміщення. Вихідний канал заспокоювача 3 у вигляді конфузора 4 пов'язаний з вхідним дифузором 5 збудника кавітації 6, жорстко укріпленим на виході заспокоювача 3. Прохідна порожнина збудника кавітації 6 містить вхідний дифузор 5 і вихідний конфузор 7, завужені частини яких пов'язані із з'єднувальним елементом 8, виконаним у вигляді розширювальної камери, що являє собою тіло обертання. По центру розширювальної камери 8 встановлений віброрезонатор 9, що являє собою гнучку металеву пластину з центральним отвором і виконаний з можливістю вільного переміщення уздовж поздовжньої осі збудника кавітації 6. Оптимально діаметр перерізу розширювальної камери 8 вибирають в 18-20 разів більше діаметрів меншого перерізу дифузора 5. Заспокоювач 3 призначений для зниження завихрень в потоці робочого агента, що надходить під тиском від високонапірного насоса (на кресленні не показано) і виконаний у вигляді розміщених в корпусі 10 трьох трубок, з яких дві трубки 11 і 12 вхідні мають спільну ділянку, приєднаний до магістралі 13, пов'язаної з високонапірним насосом, а трубка 14 розміщена між трубками 12 і з'єднана з конфузором 4 заспокоювача 3. До вихідного торця корпусу 1 приєднаний з можливістю осьового переміщення накінечник 15, що складається з розсікача 16 і декількох соплових насадок 17, які можуть бути виконані також у вигляді додаткових збудників кавітації. Складання пристрою та підготовка до використання. В корпус 1 встановлюємо пробку 2 з центральним отвором, в який за допомогою нарізного сполучення розміщуємо заспокоювач 3, виконаний з можливістю осьового переміщення. Конфузор 4 з'єднуємо з вхідним дифузором 5, а звужені частини вхідного дифузора 5 і вихідного конфузора 7 закріплюємо з'єднувальним елементом 8. Трубки 11 і 12 приєднуємо до магістралі 13, пов'язаної з високонапірним насосом, а трубка 14 вихідна розміщена між трубками 12 і з'єднуємо з вихідним конфузором 4 заспокоювача 3. До вихідного торця корпусу 1 приєднуємо з можливістю осьового переміщення накінечник 15, до якого монтуємо розсікач 16 соплові насадки 17. Використання пристрою відбувається наступним чином. 2 UA 106119 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Пристрій для гідрокавітаційної обробки продуктивних пластів і фільтрів поміщають в область проведення робіт, наприклад, в затоплений простір, який підлягає очищенню гідрогеологічної свердловини. Для цього пристрій зміцнюють на вихідному патрубку магістралі 13, за яку може бути використаний шланг, і доставляють в оптимальне місце для проведення очищення. Попередньо вимірюють тиск на виході насоса і визначають робочий діапазон глибини свердловини, які є вихідними параметрами для налаштування збудника кавітації на максимальний ступінь кавітації і впливу кавітації на оброблювану поверхню у вигляді коливань гідродинамічного тиску в струменевому потоці. Робочий агент від високонапірного насоса під тиском через магістраль 13 направляє у вхідні трубки 11 і 12 заспокоювач 3, після чого робочий агент потрапляє в трубку 14, по якій заспокоєний потік подають на вхід дифузора 5 збудника кавітації 6. Проходячи через звужену конічну частину дифузора 5, потік різко стискається, збільшуючи швидкісну (динамічну) складову. Потім потік потрапляє в камеру розширення 8, в якій статичний тиск в потоці падає нижче тиску насичених парів, в результаті чого в потоці починають інтенсивно зароджуватися газопарові бульбашки. Проходячи через камеру розширення 8, пляшечки різко збільшуються в обсязі, утворюючи хмару, що складається з газопарових бульбашок, які переносяться потоком в конфузор 7, де йде їх одночасне зростання і часткове схлопування. Таким чином, на виході конфузора 7 утворюється суперкавітаційна каверна у вигляді зони скупчення газопарових бульбашок. Потрапляючи в область підвищеного статичного тиску, газопарові бульбашки схлопуються у вигляді утворення мікродинамічних ударів в мікрооб'ємах струменевого потоку. Інтенсивність цього процесу обумовлює ефективність впливу на оброблювану поверхню. Заспокоювач 3 переміщають уздовж осі пристрою, встановлюючи вибрану відстань від зрізу конфузора 7 до розсікача 8 потоку, і таким чином здійснюють регулювання і налаштування збудника кавітації 6 на робочий діапазон частот коливання гідродинамічного тиску в струменевих потоках, що випливають з вихідних соплових насадок. Цю відстань можна змінювати також переміщуючи в осьовому напрямку наконечник з розсікачем 16 і вихідними соплами 17. Віброрезонатор 9 вільно переміщається, плаваючи в розширювальній камері 8, і надає механічну дію на прохідний струменевий потік робочого агента, додатково збуджуючи в ньому механічні коливання гідродинамічного тиску низької частоти в межах від 10 Гц до 1000 Гц. Збуджуване віброрезонатором 9 додаткове хвильове збурення передається через потік робочого агента в порожнину корпусу 1 і далі через вихідні соплові насадки 17 в продуктивний пласт. Вихідний з конфузора 7 збудника кавітації 6 імпульсний акустичний струменевий потік розсікача 16 направляють в соплові насадки 17. Отримані таким чином суперкавітаційні потоки впливають на продуктивні пласти і фільтри свердловини шляхом розхитування шарів залягання продукту в широкому частотно-імпульсному діапазоні коливань гідродинамічних тисків, переданих через затоплений простір від струменевих потоків до отворів у фільтрах, очищаючи їх, а потім, продовжуючи інтенсивно впливати на залягаючі шари продукту. Всі елементи пристрою з'єднані різьбовим з'єднанням, що дозволяє оперативно проводити заміну елементів і, насамперед збудника кавітації, здійснюючи можливість регулювання характеристик струменевого потоку шляхом підбору збудника кавітації з необхідними геометричними параметрами, наприклад по діаметру меншого прохідного отвору його дифузора. Таким чином, пристрій гідрокавітаційної обробки продуктивних пластів і фільтрів, відповідно до даної корисної моделі, дозволяє регулювати інтенсивність впливу на оброблювальну поверхню струменевим потоком за допомогою впливу на амплітудні і частотні характеристики коливань гідродинамічних тисків у широкому спектрі частот, досягати максимального ступеня розвитку кавітації і тим самим підвищувати ефективність обробки продуктивних пластів і фільтрів свердловин, знижувати гідравлічні опори в затопленому просторі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Пристрій для гідрокавітаційної обробки продуктивних пластів і фільтрів, що включає високонапірний насос, підвідну магістраль і збудник кавітації, що складається з дифузора і конфузора, пов'язаних між собою з'єднувальним елементом, який відрізняється тим, що він забезпечений корпусом, в якому розташований збудник кавітації, і віброрезонатором, розміщеним в порожнині з'єднувального елемента, що являє собою камеру розширення, виконану у вигляді тіла обертання, діаметр якого вибирають 3 UA 106119 U 5 10 15 20 більшим від діаметра найменшого прохідного отвору дифузора, при цьому збудник кавітації встановлений в корпусі з можливістю осьового переміщення. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що діаметр з'єднувального елемента в 18-20 разів перевищує діаметр найменшого прохідного отвору дифузора. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що збудник кавітації виконаний змінним. 4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що віброрезонатор виконаний у вигляді гнучкої пластини з отвором і встановлений з можливістю вільного переміщення в розширювальній камері уздовж осі збудника. 5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що збудник кавітації на вході забезпечений заспокоювачем потоку робочого агента, встановленим в корпусі з можливістю осьового переміщення. 6. Пристрій за п. 5, який відрізняється тим, що заспокоювач потоку робочого агента виконаний у вигляді камери з вихідним конфузором, в порожнині якої розміщено три трубки, дві з яких мають загальний вхідний канал, з'єднаний з вихідним патрубком насоса, а третя трубка розміщена між першими двома і з'єднана вихідним кінцем з вхідним отвором вихідного конфузора заспокоювача, вихідний отвір якого пов'язаний з вхідним отвором дифузора збудника кавітації. 7. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що він забезпечений наконечником, що містить розсікач і не менше двох вихідних соплових насадок. 8. Пристрій за п. 7, який відрізняється тим, що соплові насадки виконані у вигляді додаткових збудників кавітації. 4 UA 106119 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5