RU2465426C2 - Airlift with vibrator for recovery of water wells - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: airlift includes composite water lifting pipe, compressor, vibrator and mixer. Vibrator operates from compressor. Vibrator is equipped with a hollow annular receiver and connected to hollow annular receiver via channels. Receiver is interconnected with inner cavity of mixer by means of nozzles.

EFFECT: design will allow increasing the airlift operating efficiency.

4 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к водохозяйственному комплексу, а конкретнее, к устройствам, интенсифицирующим эрлифтную откачку из водозаборных скважин.The present invention relates to a water management complex, and more particularly, to devices that intensify airlift pumping from water wells.

Откачку производят как при разглинизации скважин, так и при декольматации фильтра. При этом вымывают буровой шлам, остатки глинистого раствора, мелкие фракции песка и кольматанта.Pumping is carried out both during wedging of wells and during decolmation of the filter. At the same time, drill cuttings, the remains of the mud, fine fractions of sand and colmatant are washed out.

От эффективности эрлифтной откачки зависит каптирующая способность скважины. Чем лучше прокачана скважина, тем выше ее дебит.From the efficiency of airlift pumping, the capturing capacity of the well depends. The better the well is pumped, the higher its flow rate.

Известны устройства, интенсифицирующие эрлифтую откачку скважины. Устройство (см. кн. Романенко В.А. «Подготовка водозаборных скважин к эксплуатации». Л. Недра. Ленинградское отделение. 1990 г., стр.30) представляет собой тройник и заслонку с приводом, установленные на выходе эрлифта, которые обеспечивают прерывистую откачку воды из скважины.Known devices that enhance airlift pumping wells. The device (see Prince VA Romanenko, “Preparing water wells for operation.” L. Nedra. Leningrad branch. 1990, p. 30) is a tee and a damper with a drive installed at the airlift output, which provide intermittent pumping water from a well.

При этом требуется герметизация затрубного пространства, в зоне продуктивного пласта, пакером. Установка пакера, наличие привода для заслонки усложняет устройство, что делает его малоприменимым. А прерывистая откачка воды усложняет определение дебита скважины «на бочку» с измерением времени ее заполнения секундомером.This requires sealing the annulus in the zone of the reservoir, the packer. Installing the packer, the presence of a drive for the damper complicates the device, which makes it inapplicable. A discontinuous pumping of water complicates the determination of the flow rate of the well "on the barrel" with the measurement of the time it was filled with a stopwatch.

Устройство (см. А.С. СССР №1105582 A, E03B 3/15 от 04.04.1983 г. Романенко В.А. «Устройства для обработки фильтра и прифильтровой зоны водозаборной скважины») представляет собой газоструйный излучатель, работающий от потока сжатого воздуха. Устройство содержит воздушную трубу, цилиндр с отверстиями, сопло, упругую диафрагму, резонатор, отражатель, стержни, кольцо.The device (see AS USSR No. 1105582 A, E03B 3/15 of 04.04.1983, VA Romanenko “Devices for processing the filter and the filter zone of the water well”) is a gas-jet emitter operating from a stream of compressed air . The device comprises an air pipe, a cylinder with holes, a nozzle, an elastic diaphragm, a resonator, a reflector, rods, a ring.

Когда давление сжатого воздуха в резонаторе становится равным давлению на его выходе, воздух начинает выходить навстречу основной струе. Существующий между соплом и резонатором участок уплотнения газа, за счет взаимодействия постоянно и периодически действующих потоков, начинает пульсировать и излучать упругие колебания. Упругие колебания, отражаясь от отражателя, воздействуют на закольматированную поверхность фильтра и разрушают кольматант.When the pressure of the compressed air in the resonator becomes equal to the pressure at its outlet, the air begins to exit towards the main stream. The gas seal section existing between the nozzle and the resonator, due to the interaction of constantly and periodically acting flows, begins to pulsate and radiate elastic vibrations. Elastic vibrations, reflected from the reflector, act on the sealed surface of the filter and destroy the colmatant.

Пузырьки воздуха выходят из устройства в ствол скважины, захватывают частицы кольматанта и выносят их на поверхность.Air bubbles exit the device into the wellbore, capture the particles of the mud, and bring them to the surface.

Недостатком устройства является отсутствие эффекта насоса, которым обладает эрлифт. Это приводит к снижению эффекта откачки шлама, так как процесс эрлифта заменяется процессом барбортирования, которое не только малоэффективно, но и требует больших расходов воздуха.The disadvantage of this device is the lack of pump effect, which has airlift. This leads to a decrease in the effect of pumping out sludge, since the airlift process is replaced by a process of barborting, which is not only ineffective, but also requires large air consumption.

Кроме того, устройство требует сложной рабочей настройки резонатора. Имеет отражатель, изменяющий направления излучения, который снижает к.п.д. излучателя. Все это усложняет конструкцию и снижает ее эффективность.In addition, the device requires a complex operating tuning of the resonator. Has a reflector that changes the direction of radiation, which reduces the efficiency emitter. All this complicates the design and reduces its effectiveness.

Устройство (см. заявка RU №2003103950/03 A, E21B 43/18 от 11.02.2003 г. «Смеситель эрлифта», Автор: Ежов В.А., Шлеин А.Т.) - прототип, представляет собой смеситель эрлифта, размещенный в общем ряду водоподъемных труб. Смеситель снабжен с наружной стороны вибратором, работающим на сжатом воздухе эрлифта, при этом сжатый воздух перед поступлением во внутреннюю полость смесителя совершает работу по приведению вибратора в действие.The device (see application RU No. 2003103950/03 A, E21B 43/18 of 02/11/2003, “Air-lift mixer”, Author: A. Yezhov, A. Shlein) - a prototype, is an airlift mixer, placed in the general row of water pipes. The mixer is equipped on the outside with a vibrator operating on compressed air of the airlift, while the compressed air does the work of bringing the vibrator into action before entering the internal cavity of the mixer.

Корпус вибратора выполнен в виде полого кольца, внутри которого размещены сопловые насадки, действующие сжатым воздухом компрессора эрлифта в одном направлении по кольцевой канавке, в которой размещен шарик или шарики, вращающиеся по кольцевой канавке и являющиеся источником вибрационных колебаний, после чего сжатый воздух через штуцера поступает во внутреннюю полость смесителя эрлифта.The vibrator housing is made in the form of a hollow ring, inside of which nozzle nozzles are placed, which act in the air of the airlift compressor in one direction along the annular groove, in which the ball or balls are placed, which rotate along the annular groove and are a source of vibrational vibrations, after which compressed air flows through the nozzle into the inner cavity of the airlift mixer.

Вибратор размещен на водоподъемной трубе с зазором на подставке, жестко закрепленной на корпусе смесителя.The vibrator is placed on the water pipe with a gap on the stand, rigidly fixed to the mixer body.

Вибратор снабжен пластинами, увеличивающими площадь излучения вибраций.The vibrator is equipped with plates that increase the area of vibration.

Недостатком устройства является то, что воздух вибратора поступает сразу в смеситель через штуцера, размещенные внутри вибратора. На штуцерах создаются завихрения сжатого воздуха, что мешает его движению по кругу, а это снижает интенсивность вибраций. В смесителе возникают пульсации сжатого воздуха. Эти пульсации отрицательно влияют на стабильность работы смесителя и условия измерения дебита скважины «на бочку», так как эрлифт начинает работать в пульсирующем режиме.The disadvantage of this device is that the air of the vibrator enters directly into the mixer through the fittings located inside the vibrator. Swirls of compressed air are created on the fittings, which interferes with its movement in a circle, and this reduces the intensity of vibrations. Ripples of compressed air arise in the mixer. These pulsations adversely affect the stability of the mixer and the conditions for measuring the flow rate of the well "on the barrel", as the airlift begins to work in a pulsating mode.

Это снижает и его производительность и эффективность подъема шлама. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы эрлифта.This reduces both its productivity and sludge lifting efficiency. The technical result of the invention is to increase the efficiency of the airlift.

Технический результат достигается тем, что вибратор снизу снабжен полым кольцевым ресивером, опоясывающим смеситель и соединенным с вибратором воздушными каналами.The technical result is achieved by the fact that the bottom vibrator is equipped with a hollow annular receiver surrounding the mixer and connected to the vibrator by air channels.

Полость ресивера соединяется с полостью смесителя посредством штуцеров ресивера, входящих с зазором в отверстия смесителя, а вибратор посредством воздушного шлага сообщается с компрессором эрлифта. Сжатый воздух, разгоняющий шарик или шарики по кольцевой канавке вибратора, не завихряется на препятствиях внутренней полости вибратора, а вибратор и ресивер, являющиеся единой конструкцией, не связаны жестко с трубой смесителя. Ресивер гасит случайные пульсации сжатого воздуха, возникающие внутри вибратора, и сжатый воздух равномерно и устойчиво стабильно подается в смеситель, где образует гомогенную водо-воздушную смесь, поднимающуюся вверх к устью скважины, увлекая с забоя скважины ламинарным потоком шлам, который в виде пульпы поступает в отстойник скважины.The cavity of the receiver is connected to the cavity of the mixer through the nozzles of the receiver, which enter with a gap in the holes of the mixer, and the vibrator through the air hose communicates with the compressor airlift. Compressed air, which accelerates the ball or balls along the annular groove of the vibrator, does not swirl on the obstacles of the internal cavity of the vibrator, and the vibrator and receiver, which are a single design, are not rigidly connected to the mixer pipe. The receiver dampens the random pulsations of compressed air that occur inside the vibrator, and the compressed air is uniformly and stably stably supplied to the mixer, where it forms a homogeneous water-air mixture rising up to the wellhead, entraining sludge from the bottom of the well, which enters the slurry in the form of pulp into well sump.

Равномерность работы эрлифта способствует более точному определению дебита скважины «на бочку» с измерением времени ее заполнения секундомером. Вибратор-ресивер могут быть снабжены пластинами, увеличивающими площадь излучения вибрационных колебаний.The uniformity of the airlift operation contributes to a more accurate determination of the flow rate of the well "to the barrel" with the measurement of the time it was filled with a stopwatch. The vibrator receiver can be equipped with plates that increase the area of radiation of vibrational vibrations.

Общими призраками заявляемого изобретения и прототипа являются:Common ghosts of the claimed invention and prototype are:

1. Наличие шарикового вибратора, работающего от компрессора эрлифта.1. The presence of a ball vibrator operating from an airlift compressor.

2. Наличие смесителя.2. The presence of a mixer.

Существенными отличительными признаками являются:The salient features are:

1. Наличие ресивера расположенного снизу вибратора.1. The presence of the receiver located below the vibrator.

2. Вибратор и ресивер соединены каналами.2. The vibrator and receiver are connected by channels.

3. Ресивер соединен подвижно посредством штуцеров со смесителем.3. The receiver is movably connected through fittings to the mixer.

4. В полости вибратора отсутствуют элементы, препятствующие вращению воздуха и создающие завихрения и пульсации сжатого воздуха.4. In the cavity of the vibrator there are no elements that impede the rotation of air and create turbulences and pulsations of compressed air.

5. Вибратор-ресивер являются единым устройством, которое жестко не связано со смесителем.5. The vibrator receiver is a single device that is not rigidly connected to the mixer.

Такие отличия являются существенными, не являются очевидными для специалиста, не известны из уровня техники и соответствуют понятию изобретения.Such differences are significant, are not obvious to the specialist, are not known from the prior art and correspond to the concept of the invention.

Более подробно сущность изобретения будет изложена ниже.In more detail, the invention will be described below.

На фиг.1 представлен схематический чертеж эрлифта с вибратором, ресивером и смесителем для восстановления водозаборных скважин.Figure 1 presents a schematic drawing of airlift with a vibrator, receiver and mixer for the restoration of water wells.

На фиг.2 представлен чертеж разреза вибратора, ресивера и смесителя по сечению А-А (см. фиг.1) и сечению Б-Б, где представлен вибратор в плане.Figure 2 presents a sectional drawing of a vibrator, receiver and mixer along section AA (see figure 1) and section BB, where the vibrator is shown in plan.

Эрлифт по фиг.1 состоит из составной водоподъемной трубы 1, с вибратором 2, ресивером 3, смесителем 4 и шланга сжатого воздуха 5.The airlift of figure 1 consists of a composite water pipe 1, with a vibrator 2, receiver 3, mixer 4 and a compressed air hose 5.

Эрлифт размещен в скважине 6, заполненной водой 7. На забое скважины 6 находится шлам 8. Вибратор 2 (см. сечение А-А фиг.2) состоит из корпуса 9, с кольцевой канавкой 10, в которую помещен шарик 11. Между кольцевой канавой 10 и корпусом 9 со стороны смесителя 4 выполнены каналы 12. Сверху вибратора навинчена крышка 13, в которой закреплен штуцер 14 со шлангом 5. К штуцеру 14 прикреплены сопловые насадки 15 и 16, направленные в одну сторону (см. сечение Б-Б). Ресивер 3 (см. фиг.1) размещен снизу вибратора 2 и состоит из крышки 17 (см. фиг.2), навинченной на общий с вибратором корпус 9 и создающей полость ресивера. В корпусе 9 закреплены штуцера 18, входящие с зазором в отверстия 19 смесителя 4. Между смесителем 4 и вибратором - ресивером имеется зазор S.Airlift is placed in the well 6, filled with water 7. At the bottom of the well 6 there is a slurry 8. The vibrator 2 (see section A-A of Fig. 2) consists of a housing 9, with an annular groove 10, into which the ball 11 is placed. Between the annular ditch 10 and channels 9 are made on the mixer 4 side. The channels 13 are screwed on top of the vibrator, in which the nozzle 14 with the hose 5 is fixed. The nozzle nozzles 15 and 16 are directed to the nozzle 14 and are directed in one direction (see section B-B). The receiver 3 (see figure 1) is located below the vibrator 2 and consists of a cover 17 (see figure 2), screwed onto a housing 9 common with the vibrator and creating a receiver cavity. In the housing 9, the fittings 18 are fixed, which enter with a gap in the holes 19 of the mixer 4. Between the mixer 4 and the vibrator-receiver there is a gap S.

Вибратор-ресивер установлен на опоре 20 с возможностью движения.The vibrator receiver is mounted on the support 20 with the possibility of movement.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

В скважине монтируется составная водоподъемная труба 1, как показано на фиг.1.In the well mounted composite lifting pipe 1, as shown in figure 1.

В разъем составной трубы, на фланцевых соединениях, закрепляется смеситель 4, который проходит внутри вибратора 2 и ресивера 3 с зазором S (см. фиг.2). Шланг 5 присоединяется к компрессору эрлифта (на фиг.1 и 2 не показан).In the connector of the composite pipe, on flange connections, a mixer 4 is fixed, which passes inside the vibrator 2 and receiver 3 with a gap S (see figure 2). The hose 5 is attached to the airlift compressor (not shown in FIGS. 1 and 2).

В водообъемной трубе 1 и в скважине 6, заполненной водой 7, устанавливается общий и одинаковый статический уровень воды (как показано на фиг.1).In the water-collecting pipe 1 and in the well 6 filled with water 7, a common and identical static water level is established (as shown in FIG. 1).

При подаче сжатого воздуха по шлангу 5 сжатый воздух, вытесняя воду из шланга 5, через штуцер 14 поступает в сопловые насадки 15 и 16.When applying compressed air through the hose 5, compressed air, displacing water from the hose 5, through the nozzle 14 enters the nozzle nozzles 15 and 16.

Вытесняет воду из полости вибратора 2 и далее, через каналы 9, поступает в полость ресивера 3 и вытесняет воду из него через штуцеры 18 в смеситель 4. В смесителе 4 воздух и вода образуют гомогенную водо-воздушную смесь.Displaces water from the cavity of the vibrator 2 and then, through channels 9, enters the cavity of the receiver 3 and displaces water from it through the fittings 18 to the mixer 4. In the mixer 4, air and water form a homogeneous air-water mixture.

В водообъемной трубе 1 вода насыщается воздухом, удельный вес ее становится меньше 1 г/см³ и, гидростатическое давление столба водо-воздушной смеси становится меньше чем снаружи между трубой 1 и скважиной 6. Начинается движение потока воды из скважины 6 в трубу 1 (на фиг.1 показано стрелками), и поток воды выносит из трубы 1 шлам 8 с забоя скважины 6 на дневную поверхность.In the water-collecting pipe 1, water is saturated with air, its specific gravity becomes less than 1 g / cm ³ and, the hydrostatic pressure of the column of the air-water mixture becomes less than outside between pipe 1 and well 6. The flow of water from well 6 to pipe 1 begins (on figure 1 is shown by arrows), and the water stream carries out from the pipe 1 sludge 8 from the bottom of the well 6 to the surface.

При этом дополнительно происходит следующее.In addition, the following occurs.

При поступлении сжатого воздуха по шлангу 5 в сопловые насадки 15 и 16 струи воздуха воздействуют на шарик 11 (может быть несколько шариков и даже разного размера), и он или они начинают вращаться в кольцевой канавке 10 корпуса 9 вибратора, создавая вибрационные колебания.When compressed air flows through the hose 5 to the nozzle nozzles 15 and 16, air jets act on the ball 11 (there may be several balls and even different sizes), and he or they begin to rotate in the annular groove 10 of the vibrator body 9, creating vibrational vibrations.

Размеры вибратора, количество сопловых насадок, количество и размер шариков и рабочее давление сжатого воздуха определяют интенсивность и спектральный состав излучаемых вибрационных колебаний.The size of the vibrator, the number of nozzle nozzles, the number and size of balls and the working pressure of compressed air determine the intensity and spectral composition of the emitted vibrational vibrations.

В связи с тем что во внутренней полости вибратора отсутствуют какие-либо неровности, препятствующие вращению воздуха по кругу, не происходит завихрения воздуха, вибратор работает устойчиво стабильно.Due to the fact that in the inner cavity of the vibrator there are no irregularities that impede the rotation of air in a circle, air does not swirl, the vibrator works stably and stably.

Отработанный сжатый воздух по каналам 12 поступает в полость ресивера 3, где демпфируются пульсации сжатого воздух и воздух равномерно устойчиво, со стабильным расходом, через штуцера 18, поступает в смеситель 4, где создает гомогенную водо-воздушную смесь, которая поднимается вверх (см. фиг.1), увлекает с собой шлам 8, находящийся на забое скважины 6. Вибратор 2 и смеситель 3, представляя собой единую конструкцию, вибрируют вместе, не передавая вибрацию смесителю 4 и трубе 1, так как они жестко не связаны со смесителем 4, имея зазор S (см. фиг.2). Вибратор 2 и смеситель 3 установлены свободно на опоре 20, а штуцеры 18 входят с зазором в отверстия 19 смесителя 4.The exhausted compressed air through channels 12 enters the cavity of the receiver 3, where the pulsations of the compressed air are damped and the air is uniformly stable, with a stable flow rate, through the nozzle 18, enters the mixer 4, where it creates a homogeneous water-air mixture that rises up (see Fig. .1), the slurry 8 located at the bottom of the well 6 carries with it. Vibrator 2 and mixer 3, being a single structure, vibrate together without transmitting vibration to mixer 4 and pipe 1, since they are not rigidly connected to mixer 4, having the gap S (see figure 2). The vibrator 2 and the mixer 3 are installed freely on the support 20, and the fittings 18 enter with a gap in the holes 19 of the mixer 4.

В связи с тем что процесс откачки шлама продолжается до получения чистой воды и составляет несколько часов, за это время вибратор, излучая сейсмические вибрационные импульсы, диапазон спектрального состава которых резонирует с доминантными частотами кольматанта фильтра и прифильтровой зоны, представленной гравийной обсыпкой, забитой глинистыми частицами бурового раствора, песка и ила, и самого водоносного горизонта, разрушает водно-коллойдные связи между частицами.Due to the fact that the sludge pumping process continues until clean water is obtained and lasts for several hours, during this time the vibrator emitting seismic vibrational pulses, the spectral range of which resonates with the dominant frequencies of the filter co-filter and the filter zone, represented by gravel sprinkled with clay particles of the drill solution, sand and silt, and the aquifer itself, destroys the water-colloidal bonds between the particles.

Кольматационная корка фильтра рассыпается.The filter cake is crumbling.

Водоносный горизонт возбуждается на повышенную водоотдачу. При этом дополнительных методов воздействия для восстановления скважины может не потребоваться.The aquifer is excited for increased water loss. At the same time, additional methods of influence for well restoration may not be required.

Таким образом обеспечивается достижение технического результата, то есть повышается эффективность работы эрлифта.This ensures the achievement of a technical result, that is, increases the efficiency of the airlift.

Изобретение технически применимо. Может быть изготовлено в условиях механических мастерских.The invention is technically applicable. It can be made in the conditions of mechanical workshops.

Claims (4)

1. Эрлифт с вибратором для восстановления водозаборных скважин, содержащий составную водоподъемную трубу, компрессор, вибратор, работающий от компрессора, и смеситель, отличающийся тем, что вибратор снабжен полым кольцевым ресивером и соединен с ним каналами, при этом ресивер сообщается с внутренней полостью смесителя посредством штуцеров.1. Airlift with a vibrator for restoring water wells, comprising a composite riser, a compressor, a vibrator operating from a compressor, and a mixer, characterized in that the vibrator is equipped with a hollow annular receiver and connected to it by channels, while the receiver communicates with the internal cavity of the mixer by fittings. 2. Эрлифт по п.1, отличающийся тем, что штуцеры ресивера входят в полость смесителя через отверстия и с зазором.2. Airlift according to claim 1, characterized in that the receiver fittings enter the mixer cavity through openings and with a gap. 3. Эрлифт по п.1, отличающийся тем, что вибратор снабжен внутри кольцевой канавкой для размещения в ней шарика или шариков, в которую через сопловые насадки в одном направлении подается сжатый воздух.3. Airlift according to claim 1, characterized in that the vibrator is provided with an annular groove inside to accommodate a ball or balls, into which compressed air is supplied through nozzle nozzles in one direction. 4. Эрлифт по п.1, отличающийся тем, что вибратор-ресивер имеет зазор между ним и смесителем, а снизу вибратор-ресивер опирается с возможностью движения на опору, жестко закрепленную на смесителе. 4. Airlift according to claim 1, characterized in that the vibrator-receiver has a gap between it and the mixer, and the bottom of the vibrator-receiver rests with the possibility of movement on a support rigidly mounted on the mixer.

Images